La conexión de equipos electrónicos a la red eléctrica afecta la calidad de la energía y, si no se atiende, deriva en fallas en todos los sistemas. Qué sucede y cómo se soluciona, en este artículo.
¿Sabías que entre el 70 y el 80% de las causas que afectan la calidad de energía en la producción de servicios, bienes o insumos se generan en las propias instalaciones y no por el efecto de tormentas eléctricas o maniobras de la empresa de distribución eléctrica de tu zona o provincia?
Hace poco pensaba, viendo a mi alrededor: «Qué agradecido estoy aún hoy de haber podido estudiar ingeniería y qué acertada la decisión de que haya sido Ingeniería Electrónica». Todo lo que nos rodea es cada vez más tecnología, y toda, o casi toda, es electrónica o se apoya en electrónica.
Veo que exactamente lo mismo está sucediendo en la industria, sin importar si es petróleo, gas, minería, automotriz, alimentos y bebidas, salud, incluso en comunicaciones (en todas sus formas) y en automatización industrial: impresión 3D, inteligencia artificial, centros de datos, etc. etc. etc., todo está basado en electrónica y en los progresos que se han dado a su alrededor.
La calidad de la energía en jaque
Ahora bien, para que todo este desarrollo sea “perfecto”, debe gozar de algo que precede a cualquier tecnología: energía, y aún más, una buena calidad de energía. Sin dudas, innumerables beneficios aparejó la masificación del uso y penetración de la electrónica en la industria, pero ha puesto en jaque la misma calidad de energía de la que vengo hablando: súbitamente encontramos paradas no programadas, se queman plaquetas y etapas de potencia, los UPS o las luminarias led no duran lo que indican los fabricantes, se desprograman los PLC o se queman etapas de un variador de frecuencia, etc.
Esta situación ha motivado que los documentos ANSI/IEEE C62.41 (antes conocido como IEEE 587) y UL 1449 se hayan convertido en referentes prácticamente obligatorios. ANSI/IEEE C62.41 especifica las circunstancias y las formas de onda características relacionadas con los picos de tensión que un equipo podría experimentar, mientras que UL 1449 fija criterios de seguridad que garantizan que un equipo no suponga un riesgo de incendio, electrocución, u otros peligros en caso de avería, a la vez que establece un nivel de tensión de supresión en base en pruebas estandarizadas.
Afortunadamente, todo esto tiene solución, pero antes hay que entender qué es lo que está afectando las instalaciones industriales.
En primer lugar, las redes eléctricas no han cambiado, ¡cambiaron las cargas (las máquinas)! ¿Y por qué? Justamente porque cada vez hay más electrónica, es decir, más cargas no lineales que generan cambios abruptos de un instante a otro, lo que da lugar a sobretensiones transitorias y corrientes armónicas. Yendo más a fondo, esto se explica muy bien con la ley de Faraday-Lenz: en pocas palabras, todo sistema eléctrico responderá instantáneamente tratando de mantener su estado anterior, mediante la entrega de energía almacenada.
Si trasladamos esto a los equipos que de automatización industrial, por ejemplo, se comprende la aparición de niveles de tensión que superan la tolerancia de la electrónica sensible, señales espurias que generan falsos cruces por cero (ruido, en el caso de un PLC), conductores, transformadores o motores que incrementan su temperatura y generan fallas o reducen su vida útil, y bancos de capacitores fuera de servicio o inclusive que explotan, etc.
Tecnología que resuelve
La solución a todo esto existe y llegó justamente de la mano de tecnología acorde a los nuevos desafíos:
- Supresores de sobretensiones transitorias, capaces de reaccionar en nanosegundos y limitar la tensión residual a menos de 50 V, con una confiabilidad acorde: más de diez años de garantía.
- Filtros de armónicos de alta eficiencia (99%) que corrigen desde el segundo al quincuagésimo orden (2º al 50º) y utilizan tecnología de carburo de silicio (SiC) en lugar de IGBT, lo que permite frecuencias de conmutación mucho más altas (40-95 kHz) y tiempo de reacción ultrarrápido (menor a 300 μs), todo con equipos más compactos y eficientes y, muy importante, monitoreo y control inteligente.
- Corrección del factor de potencia con cargas no lineales como los VFD generan corrientes armónicas que terminan afectando los bancos de capacitores clásicos para la corrección del factor de potencia. Por eso, lo recomendable hoy en día son los generadores estáticos de potencia reactiva, que son escalables, libra de mantenimiento, totalmente inteligentes, totalmente digitales y basados en semiconductores, lo que le permite compensar cargas desequilibradas y estabilizar la tensión.
- Y, por último, monitoreo continuo de temperatura: el primer síntoma de todo el problema es el incremento de la temperatura en barras, cables, uniones, transformadores, etc. La medición de temperatura cada 30 o 180 minutos no se ajusta a lo realmente necesario: soluciones que censen la temperatura 24×7 (24 h por día, siete días por semana, en todo instante) permiten anticiparse a fallas mayores, en línea con las tareas de mantenimiento predictivo.
Conclusión
Como conclusión quiero resaltar que, si queremos apelar a más y mejor tecnología, debemos asumir que el sistema eléctrico que la alimenta debe estar a la altura.
No se trata de una opción: ignorar la calidad de energía es como negar la gravedad; aunque no pensemos en ella, sus efectos son inevitables.
Glosario de siglas
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3D: tres dimensiones
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ANSI: American National Standards Institute, ‘Instituto Nacional Estadounidense de Normas’
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IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, ‘Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos’
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IGBT: Insulated-Gate Bipolar Transistor, ‘transistor bipolar de puerta aislada’
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PLC: Programmable Logic Controller, ‘controlador lógico programable’
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UL: Underwriters Laboratories
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UPS: Uninterruptible Power Supply, ‘sistema ininterrumpible de energía’
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VFD: Variable Frequency Drive, ‘variador de frecuencia’