• Integración del sistema de automatización de edificios y los sistemas eléctricos

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Los propietarios de edificios de alto rendimiento esperan que ingenieros, fabricantes e instaladores de sistemas colaboren entre sí para incrementar la eficacia de los sistemas del edificio. Sin embargo, un rendimiento superior suele venir asociado a un aumento de la complejidad y el coste.

Figura 1: Las pantallas de la interfaz de usuario del sistema de automatización de edificios, como el panel de control de la figura, permiten visualizar de manera simple los datos del sistema eléctrico. Cortesía de: DGLux by DGLogik

Los equipos modernos equipados con microprocesadores han sustituido a los dispositivos electromecánicos. Equipos y sistemas se conectan mediante redes industriales. Los sensores proporcionan información destinada a medir los resultados y mejorar el control y el funcionamiento. Ampliar, conectar e integrar sistemas industriales en la plataforma de control de un edificio permite a los ingenieros superar todas las expectativas de rendimiento del propietario del edificio, por elevadas que sean.

Los sistemas de automatización de edificios (BAS, por sus siglas en inglés) se han convertido en una característica omnipresente en edificios comerciales modernos, constituyéndose en una puerta de acceso al complejo funcionamiento de los sistemas mecánicos del edificio y ayudando a los operadores a desempeñar su labor con mayor eficacia. Los sistemas BAS modernos están, además, bien equipados, ya sea en origen o a cambio de un coste extra muy reducido, para comunicarse con los protocolos de red estándar, como Modbus, propios de numerosos sistemas eléctricos. La incorporación de cableado de red o de comunicaciones inalámbricas puede facilitar la integración. Consolidar la supervisión del sistema eléctrico y mecánico en una sola plataforma BAS unificada hace posible aprovechar todo el potencial de dichos sistemas, ofreciendo nuevas oportunidades para estrategias de alto rendimiento.

Nuevas oportunidades

Además de gestionar los sistemas mecánicos del edificio, el BAS moderno puede beneficiarse de muchas de sus funciones, como tendencias, alarmas y gráficas basadas en una interfaz web, para supervisar asimismo los sistemas eléctricos (ver Figura 1). La integración también puede aprovechar la experiencia y formación del operador para aumentar la eficiencia de la gestión del edificio.

Integrar los sistemas eléctricos del edificio en su BAS puede crear nuevas oportunidades para incrementar el rendimiento. Algunas de las oportunidades a las que da lugar la integración en el BAS son la ampliación de la eficiencia operativa, la coordinación de datos históricos y el uso de diagnósticos de fallos.

Ampliación de la eficiencia operativa: Contar con datos de cada sistema en una sola plataforma ayuda a los operadores del edificio a extraer conclusiones que promuevan la implementación de estrategias de eficiencia energética, difíciles de conseguir con sistemas independientes. Al efectuar un seguimiento y análisis simultáneo de los sistemas mecánicos y eléctricos mediante comparativas (entre el amperaje inicialmente instalado y el amperaje actual, por ejemplo), el personal podrá adoptar medidas correctivas en el caso de que la eficiencia de los equipos descienda. Determinar el mejor modo de reducir los cargos energéticos durante los periodos de demanda pico resulta más sencillo cuando estos sistemas pueden visualizarse desde una sola plataforma. Reducir las cargas del edificio al recibir peticiones de respuesta a la demanda es asimismo más sencillo cuando las acciones correspondientes pueden ejecutarse desde un solo lugar. Observar estas tareas en tiempo real ayuda a los operadores del edificio a definir y cumplir metas de eficiencia al tiempo que disminuye los costes energéticos.

Muchas implementaciones modernas de BAS incluyen una interfaz en tiempo real con un CMMS, o un software de gestión de instalaciones similar, que gestiona el mantenimiento de los equipos y genera solicitudes de trabajos en función de parámetros operativos como el tiempo de funcionamiento o las averías que sufren los equipos. Manejar el software de los sistemas eléctricos a través de la interfaz del BAS puede ayudar al operador a prestar más atención al mantenimiento de los equipos eléctricos.

Coordinación de datos históricos: Para gestionar y mejorar cualquier proceso es imprescindible contar con una línea base de datos. No es posible advertir un problema potencial si no hay modo de comparar los datos en tiempo real con el modo en el que los equipos funcionaban antes de surgir el problema. La oportunidad de revisar los datos históricos de los contadores de energía e invocar tablas y gráficos desde múltiples sistemas a lo largo del tiempo refuerza la capacidad del operador para investigar y solucionar los problemas.

Mayor eficiencia del personal de mantenimiento: Transferir el control y la supervisión del sistema eléctrico al BAS generará al instante nuevas formas de analizar los datos del edificio, incluyendo la posibilidad de definir y cumplir metas de funcionamiento y mantenimiento más efectivas. Cuando los sistemas MEP están vinculados entre sí, el ingeniero jefe puede dedicar más tiempo al mantenimiento preventivo y menos a la resolución de problemas, lo que generalmente reduce los costes de mantenimiento. La integración de la supervisión de los sistemas eléctricos en el BAS permite que el personal reciba alertas inmediatamente en caso de posibles problemas, como un aviso de sobrecarga inminente del sistema de distribución modular de energía que podría anular un sistema de seguridad vital o provocar graves pérdidas debido a un periodo de inactividad prolongado.

La eficiencia del personal mejorará asimismo de manera natural si puede hacer todo esto con el mismo software, ya que los operadores aprenderán a manejar el sistema como parte de su rutina diaria. Por otra parte, si los operadores están familiarizados con el BAS es más probable que aprendan a usar funciones y análisis de alto nivel.

Uso de diagnósticos de fallos: Al interconectar los sistemas eléctricos con el BAS, resulta posible efectuar diagnósticos de fallos. Cuanto más datos se adquieran, guarden y analicen, más sencillo será elaborar algoritmos útiles para la detección de fallos. Gracias a dichos algoritmos el BAS aprende cuándo debe indicar que un elemento del equipo está a punto de averiarse o no funciona en condiciones óptimas mediante la comparación de los valores de diferentes parámetros con los datos históricos. Si, por ejemplo, un sistema consume más electricidad que ayer aunque funcione en idénticas condiciones, el BAS puede alertar al operador para que investigue un posible problema en el equipo o bien indicar la existencia de algún ajuste problemático.

Integración de sistemas eléctricos

Los principales tipos de equipos eléctricos modernos utilizan microprocesadores, lo que significa que pueden recoger datos en tiempo real y actuar sobre ellos. Enviar datos al BAS permite a los usuarios optimizar cada sistema compatible con el fin de establecer protocolos de mantenimiento eficaces. Algunos de los equipos eléctricos habituales que pueden integrarse en el BAS son:

Figura 2: La plataforma BAS permite recoger datos de contadores conectados a la red para recopilar datos de rendimiento históricos. Cortesía de: Environmental Systems Design

Contadores eléctricos: Dado que no es posible gestionar aquello que no se mide, el contador eléctrico inteligente es parte esencial de la integración de los sistemas eléctricos en el BAS (ver Figura 2). Los sistemas de clasificación de diseños sostenibles, como el LEED del Green Building Council estadounidense y el Estidama Pearl de Abu Dabi, fomentan la medición independiente del consumo de energía en función del tipo de carga (como alumbrado, climatización, cargas con enchufes y cargas informáticas). El BAS se convierte en el punto central donde estos datos se recopilan y supervisan.

Grupos electrógenos:  Con frecuencia impuestos por los códigos de edificación por motivos de seguridad o destinados a alimentar sistemas críticos en las instalaciones más importantes para la misión, los grupos electrógenos disponen de un sistema de control propio que asegura su correcto funcionamiento. Debido al gran número de factores que pueden afectar a un grupo electrógeno, desde las altas temperaturas hasta el agotamiento del combustible, estos sistemas suelen supervisarse de manera remota por medio de un panel de estado situado en el centro de control de incendios o el despacho del ingeniero del edificio. Si también se conectan a un BAS es posible enviar un mensaje electrónico en el momento oportuno al ingeniero del edificio, que puede encontrarse en otra ubicación, tanto cuando el grupo electrógeno funciona correctamente como en el momento que presenta un problema que requiere atención inmediata (ver Figura 3). El BAS también puede emplearse para informar y advertir al personal cuando llegue el momento de realizar las pruebas de mantenimiento.

Figura 3: Supervisar los equipos vitales de distribución modular de energía a través del BAS permite recibir alertas que se anticipen a los posibles problemas. Cortesía de: Environmental Systems Design

Conmutadores de transferencia:  El conmutador de transferencia conecta las cargas de protección y las cargas más importantes a una fuente de alimentación alternativa en caso de interrupción del suministro eléctrico. El BAS permite vigilar a distancia la posición del conmutador de transferencia (ver Figura 4). Hace posible asimismo el control remoto con el fin de comprobar el sistema de emergencia, enviar una señal de desconexión de cargas para evitar sobrecargar el grupo electrógeno o transferir cargas al grupo en respuesta a la demanda.

Figura 4: La aparamenta puede incluir varios dispositivos supervisados por el BAS, como automatización del PLC, contadores, dispositivos de protección contra sobretensiones e incluso interruptores automáticos con relés comunicados. Cortesía de: Environmental Systems Design

SAI:  Cualquier periodo de inactividad en un SAI aumenta la vulnerabilidad d las cargas críticas conectadas a problemas relacionados con la calidad de la energía, con peligro de quedar desconectadas debido a una interrupción repentina del suministro eléctrico. Al integrar un SAI en el sistema de automatización de edificios es posible actuar con rapidez alertando inmediatamente al personal cuando existen condiciones adversas, como un exceso de temperatura, en la sala o cuando el SAI falla de improviso.

Dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD):  Además de la fiabilidad, la calidad de la energía es un factor importante en instalaciones críticas. Los varistores de óxido metálico (MOV) son el elemento más común utilizado en SPD para desviar las sobretensiones eléctricas de las cargas importantes. Sin embargo, los MOV terminan por fallar con el paso del tiempo mientras realizan la función a la que están destinados. Debido a que no es habitual comprobarlos una vez instalados, conectarlos al BAS para supervisar remotamente la cantidad de sobretensiones desviadas permite sustituirlos con carácter preventivo hacia el final de su vida útil y así evitar que la próxima sobreintensidad cause graves daños en el sistema eléctrico.

Transformadores:  Los ventiladores pueden integrarse en el envolvente del transformador para aumentar su capacidad por encima del valor nominal, enfriándolos mediante ventilación forzada. El controlador puede arrancar el ventilador cuando el valor de temperatura del devanado del transformador indica que la carga se aproxima a su valor nominal. Utilizar el BAS para supervisar el estado de la temperatura y del ventilador y compararlo con el consumo de energía del transformador asegura que los ventiladores funcionan del modo previsto a fin de aumentar la capacidad del transformador.

Control de iluminación:  El sistema de control de iluminación cuenta, como debería suceder normalmente, con un subsistema especializado construido a medida. En caso de necesitar una estrategia de iluminación compleja, el sistema de control puede manejarla de un modo más eficaz que el BAS. Si, por ejemplo, se especifican controles para la atenuación de la luz natural, se configuran algoritmos que optimizan esta función en el sistema de control. Sin embargo, el BAS puede supervisar y realizar cambios operativos básicos en el sistema de control de iluminación durante el funcionamiento diario normal o coordinarse con la programación del sistema mecánico en caso de ocupación fuera del horario hábil. El BAS también puede aumentar la eficiencia energética de los sistemas de climatización al permitirles cambiar el punto de consigna en función de los datos de los sensores de ocupación enviados por el sistema de control de iluminación.

Persianas:  Es posible programar las persianas motorizadas situadas dentro o fuera del edificio para funcionar dependiendo del reloj interno del BAS o la posición calculada del sol en relación con el edificio en lugar de obligar a los ocupantes a abrirlas y cerrarlas manualmente una por una. Cerrar las persianas en un edificio vacío durante el verano puede reducir significativamente la acumulación de calor solar en tanto no sea necesario abrirlas para que entre la luz o ver el exterior. Abrir o cerrar las persianas automáticamente para alcanzar un equilibrio entre calor y visibilidad diurna puede contribuir a mejorar la satisfacción de los empleados y aumentar su productividad.

Paneles fotovoltaicos:  Algunos propietarios de edificios instalan paneles fotovoltaicos para maximizar la generación de energía. La supervisión mediante el BAS es crucial para verificar el correcto funcionamiento de los paneles (ver Figura 5). La suciedad y las sombras pueden reducir significativamente la cantidad de energía generada por un conjunto de módulos fotovoltaicos. Al supervisar la energía generada por los módulos fotovoltaicos y coordinarla con los datos climatológicos históricos correspondientes a la misma fecha o a las condiciones atmosféricas actuales (estimando la cobertura nubosa a partir de los datos suministrados por células fotoeléctricas instaladas en el exterior, por ejemplo), es posible calcular aproximadamente la cantidad de energía que debería generarse en un día concreto y compararla con la actividad en tiempo real. Si no se realiza el oportuno mantenimiento ni se toman medidas para asegurar el buen estado del sistema, la amortización estimada puede llegar a doblarse con respecto al importe calculado inicialmente, con el resultado de hacer económicamente inviable esta inversión sostenible.

Figura 5: El BAS puede supervisar y registrar la generación de energía mediante fuentes renovables, como estos módulos fotovoltaicos integrados en el muro cortina de un edificio, con el fin de maximizar la producción. Cortesía de: Environmental Systems Design

Sistema de alarma de incendios:  Los códigos y las autoridades competentes son quienes dictan los requisitos de los sistemas de alarmas de incendios y generalmente recomiendan el uso de un sistema de alarma de incendios en lugar de una integración de bajo nivel en el BAS. Es posible, no obstante, conectar fácilmente las alarmas de incendios con el BAS para obtener resúmenes de alarmas por zonas y ofrecer supervisión complementaria. Esto permitiría que el BAS enviara alarmas a través del correo electrónico o de mensajes de texto. El BAS puede incluso transmitir información de emergencia a la cartelería digital para alertar a los ocupantes y ayudar en la evacuación.

Sistema de seguridad:  Al igual que sucede con los sistemas de alarmas de incendios, los sistemas de seguridad suelen disponer de subsistemas especializados con características y funciones propias. Una vez integrado en el BAS, sin embargo, el sistema de seguridad puede incrementar la eficiencia y reforzar la seguridad. Los sistemas de acceso mediante tarjeta pueden llevar el recuento de los ocupantes de un espacio si los usuarios también deben usar la tarjeta para salir. Dicho recuento puede emplearse para optimizar la ventilación del edificio. En caso de producirse un incendio en un punto concreto del edificio, las cámaras de seguridad cercanas podrían programarse para abrir ventanas en la pantalla del responsable de seguridad. Del mismo modo, en caso de avería en un enfriador, la alarma del enfriador podría abrir una ventana dedicada a la cámara de la sala mecánica en la pantalla del supervisor.

Conclusión

Integrar los sistemas eléctricos en un sistema de automatización de edificios (BAS) puede promover la eficacia operativa, aumentar la eficiencia del personal de mantenimiento y facilitar el uso de diagnósticos de fallos al tiempo que utiliza datos históricos para establecer una línea base para todas estas funciones. Aprovechar las características del BAS, como el análisis de tendencias, las alarmas, los gráficos web y los análisis puede ofrecer nuevas oportunidades para la integración de los equipos y sistemas eléctricos al adoptar una sola plataforma BAS unificada. El resultado será un edificio de alto rendimiento verdaderamente integrado.


Mar es asociado principal de Environmental Systems Design y miembro del consejo asesor editorial de Consulting-Specifying Engineer. Knight es asociado principal de Environmental Systems Design.

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