Variador de frecuencia: ¿instalación en el armario de distribución o de manera descentralizada en el campo?

El clásico: variador para armario de distribución

Tradicionalmente, los componentes eléctricos y electrónicos de una instalación, entre los que figura el variador de frecuencia, se alojan en un armario de distribución. Este protege en la misma medida las delicadas piezas electrónicas en su interior y el entorno de fabricación en el exterior. La suciedad, el polvo, el calor, la humedad y las influencias electromagnéticas no pueden penetrar en el armario y las emisiones electromagnéticas, las tensiones peligrosas o los incendios que pudieran producirse no pueden salir de él.

En el 80 % de aplicaciones, la electrónica de accionamiento se encuentra en el armario de distribución. Esta arquitectura de control predomina sobre todo en la fabricación de maquinaria. En la mayoría de los casos, la separación espacial del motor y la tecnología de control se debe a razones históricas, aunque en determinadas aplicaciones esto resulta ventajoso, sobre todo cuando se requieren rendimientos elevados e imperan condiciones ambientales extremas. Si bien es cierto que para los entornos potencialmente explosivos de la zona 22 (polvos explosivos) lo convencional son los sistemas de accionamiento descentralizados, los entornos con gases, niebla y vapores explosivos exigen unas medidas de protección tan elevadas, que a pesar de que descentralizar los equipos es posible, esto no tendría ningún sentido en términos económicos. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, en los entornos sensibles, como la industria procesadora, el sector químico y los trabajos de lacado, se opta por llevar a cabo la instalación en el armario de distribución. En otras aplicaciones, en cambio, puede resultar imperativo poder acceder a los variadores de frecuencia de manera centralizada.

La instalación en el armario de distribución puede resultar muy útil si se dan los siguientes requisitos:

• Rendimientos elevados
• Condiciones ambientales extremas como gases, niebla y vapores explosivos
• Requisitos de higiene exigentes
• Necesidad de acceso centralizado al variador de frecuencia

Los variadores de frecuencia descentralizados son el futuro

En muchos lugares, el armario de distribución sigue considerándose la mejor solución para alojar el variador de frecuencia, pero no está tan claro que esto continúe siendo así en el futuro. Y es que estamos observando la generalización de la idea de que los conceptos de automatización descentralizada avanzan con fuerza. Siempre que es posible, los usuarios recurren a las soluciones distribuidas en el entorno del sistema, impulsados por el cambio de paradigma hacia plantas de producción modulares y la creciente demanda de accionamientos compactos, fáciles de reparar y económicos. Europa va a la cabeza, aunque EE. UU. y Asia tampoco se quedan atrás. Sobre todo sectores como el de la logística interna, la tecnología de transporte, la industria de la alimentación, la tecnología aeroportuaria y la industria envasadora apuestan cada vez más por los conceptos descentralizados con variadores de frecuencia montados en el motor o cerca de este. Y no es de extrañar, puesto que las ventajas específicas de la tecnología de accionamiento descentralizada resultan muy eficaces, en especial, en instalaciones de grandes dimensiones y en sistemas modulares y portátiles.

Si se produce una descentralización, las tareas de accionamiento se distribuyen por los distintos componentes inteligentes instalados en el campo. Y estos se instalan ahí donde son necesarios, es decir, sobre el motor o cerca del mismo. La descentralización de la tecnología de accionamiento se produce, sobre todo, en las gamas de potencia pequeña y mediana, y permite diseñar las instalaciones con islas de fabricación autónomas que regulan solas la mayoría de los procesos. De esta manera se descarga el control superior y se reduce la complejidad de las instalaciones. Con esto, el usuario obtiene una puesta en servicio más rápida y unos procesos de mantenimiento y puesta a punto simplificados. Además, con un concepto modular, el accionamiento sigue siendo completamente flexible, puesto que permite transformar la arquitectura de la instalación en cualquier momento y sin necesidad de grandes cambios estructurales. Esto se traduce en menores costes y mayor rendimiento.

Las ventajas de una descentralización

Gracias al concepto de automatización descentralizada, la construcción de los armario de distribución resulta más económica y sencilla. Si el variador de frecuencia se instala directamente en el campo, hace falta menos espacio en el armario, por lo que este puede ser más pequeño o, en ocasiones, incluso prescindirse de él. Asimismo, debido a que el variador de frecuencia es una fuente de calor en el armario de distribución, cuando no está, hace falta menos refrigeración en el armario, lo cual, a su vez, genera un resultado positivo en la balanza energética.

Además, gracias a la cercanía al motor y al variador de frecuencia, tanto la tarea de cableado como el cableado entre el armario y el accionamiento en el campo se reducen al mínimo. Otra de las ventajas es que las soluciones descentralizadas suelen ser enchufables, lo cual simplifica la instalación, para empezar. Este diseño no requiere cables o requiere cables muy cortos que, gracias a sus óptimas propiedades de CEM, no hace falta que estén apantallados cuando se trata de montar un variador de frecuencia sobre el motor. En el caso de la instalación cerca del motor, a pesar de que no puede renunciarse a los cables apantallados, estos pueden ser más cortos y por lo tanto más económicos. Además, si el variador de frecuencia se monta directamente sobre el motor o cerca del mismo, es posible llevar a cabo una puesta en servicio cercana al motor. Y debido a que las conexiones para la alimentación eléctrica y el sistema de bus suelen ser enchufables y en bucle, la conexión se realiza de forma rápida y sencilla, al contrario de lo que sucede con el cableado de punto a punto en forma de estrella en el armario de distribución. Así se reducen los costes.

Ventajas de los variadores de frecuencia descentralizados:

• El armario de distribución puede ser más pequeño
• Necesidad mínima de cableado
• Mantenimiento sencillo
• Puesta en servicio rápida gracias a la configuración previa de fábrica
• Posibilidad en todo momento de realizar modificaciones y ampliaciones
• Menores costes para el diseño de la instalación
• Reducción de la complejidad de la instalación
• Aumento de la eficiencia del sistema de accionamiento al completo
• Puede integrarse en cualquier estructura de automatización

Los variadores de frecuencia de NORD cuentan con soluciones para los sistemas de Condition Monitoring y Predictive Maintenance y están perfectamente equipados para usos con el IIoT y en la Industria 4.0. El PLC integrado puede procesar los datos de los sensores y actuadores conectados, iniciar controles del proceso y comunicarse con otros

componentes de la instalación. Registrar periódica o constantemente los datos del accionamiento y del estado permite reconocer a tiempo los estados operativos no permitidos y evitarlos. Con esto se logran reducir significativamente las paradas no planificadas y en lugar de un mantenimiento basado en el tiempo, se consigue un mantenimiento basado en el estado (Predictive Maintenance). Las paradas de las máquinas o de la instalación se vuelven planificables.

Un variador de frecuencia para todas las tareas de accionamiento:

• PLC integrado
• Módulo de posicionamiento POSICON
• Función de mecanismo elevador
• Chopper y resistencia de frenado integrados
• Operación en lazo cerrado con encoder incremental y/o encoder absoluto
• Seguridad funcional
• Función de ahorro de energía a carga parcial
• Compatibilidad con todos los dialectos de bus de campo y Ethernet convencionales
• Operación de motores síncronos y asíncronos
• Índice de protección IP55 / IP66

Variadores de frecuencia descentralizados combinados con variadores para armario de distribución

¿Variador para armario de distribución o variador descentralizado? La cuestión sugiere que se trata de dos estrategias opuestas que se excluyen la una a la otra. Sin embargo, este no es el caso. Nada más lejos de la realidad. En muchos casos es perfectamente posible instalar una combinación de ambos conceptos de accionamiento. Un buen ejemplo de esta convivencia entre tecnología para armario de distribución y tecnología descentralizada son las instalaciones de llenado en la industria de las bebidas. Siempre que se trabaja en contacto directo con los productos y por tanto deben cumplirse estándares de higiene estrictos, lo más probable es que la solución para armario de distribución sea lo mejor. En cambio, para las cintas transportadoras entre cada una de las estaciones, la opción idónea suelen ser las soluciones descentralizadas. Gracias a su concepto de plataforma, NORD DRIVESYSTEMS puede ofrecer las soluciones de accionamiento adecuadas para estos requisitos, es decir, soluciones que combinan variadores de frecuencia para armario de distribución y variadores de frecuencia descentralizados. En este caso no existen diferencias de rendimiento, comunicación, manejo ni parametrización entre los variadores para armario de distribución y los descentralizados.