Descubrir un nuevo potencial con la medición y el control de la energía

Realmente merece la pena ahorrar energía. No solo es bueno para el medio ambiente, sino que también ayuda a contrarrestar el enorme aumento de los precios de las principales fuentes de energía. Cada kilovatio hora de energía no consumida y cada kilo de CO2 no liberado cuenta. En este sentido, Beckhoff lleva tiempo poniendo en marcha los procesos de producción y los edificios existentes con el firme objetivo de alcanzar la neutralidad en carbono.

En cuanto a las medidas ya adoptadas, Beckhoff implantó con éxito un sistema de gestión de la energía en 2016 y ese mismo año obtuvo la certificación de TÜV Süd conforme a la norma ISO 50001. El sistema de gestión de la energía ayuda a reducir constantemente los costes y el consumo de energía de la empresa mediante el registro continuo de todos los consumos relevantes. El análisis de esta información revela el potencial de otras medidas para reducir el consumo de energía. De este modo, Beckhoff no solo demuestra que cumple con los requisitos legales, sino que también está a la altura de su responsabilidad en materia de protección del clima y del medio ambiente. Al fin y al cabo, un menor consumo de energía conlleva automáticamente una reducción masiva de las emisiones de carbono, que será el principal reto para todas las empresas en el futuro, ya que queremos conseguir una economía neutra desde el punto de vista climático. Beckhoff se enfrenta a este reto y se fija objetivos ambiciosos:

• Mejorar el rendimiento energético en un 0,5 % anual.
• Para crear sitios climáticamente neutros para Beckhoff AutomationGmbH & Co. KG, reduciendo y compensando las emisiones de carbono.

“Estamos comprometidos con el aumento de la eficiencia energética de nuestra empresa”, afirma Johannes Beckhoff, responsable de la gestión general de la energía en el equipo de energía de Beckhoff, además de su función como director de producto de XPlanar. En concreto, el compromiso significa mejorar continuamente el rendimiento energético (consumo de energía en kWh por cada 1.000 euros de ventas) y hacer un mayor uso de las fuentes de energía renovables a largo plazo. El ratio en Beckhoff Automation Alemania en 2018 fue de 14,32 kWh/1.000 euros, y esta cifra clave podría reducirse a 13,35 kWh/1.000 euros en 2021.

Mientras tanto, la cuota de ‘energía gris’ representa menos del 1 % de la demanda total de energía (a partir de 2021) dentro del Grupo Beckhoff en Alemania (Beckhoff Alemania, Smyczek, Fertig Motors). Y de los 11 millones de kWh de electricidad verde utilizada, Beckhoff ya produce alrededor del 10 % por sí misma a través de sus propios sistemas fotovoltaicos, con una potencia máxima instalada de 1.081 kWp actualmente, y la tendencia va en aumento. En la feria de Hannover de 2022, Hans Beckhoff anunció la instalación de más paneles solares en la planta de Verl como último proyecto. El objetivo es instalar módulos con una potencia total de 509 kWp en 170 cubiertas solares. También se está proyectando otra planta fotovoltaica de 650 kWp en un edificio de producción. Una vez completadas las ampliaciones previstas, la capacidad fotovoltaica instalada ascenderá a 2.240 kWp en Beckhoff, Smyczek y Fertig Motors. Además, los sistemas de calefacción de los edificios existentes se renovaron parcialmente y se ampliaron con paneles de calefacción de techo, paneles de refrigeración y bombas de calor, o bien se transformaron completamente para utilizar la calefacción urbana. En la medida de lo posible, la iluminación se convierte sistemáticamente en tecnología LED y se prefiere un control orientado a la demanda y dependiente de la luz natural.

Las medidas aplicadas hasta la fecha ya están dando sus frutos desde hace tiempo: evaluadas de acuerdo con el internacionalmente reconocido ‘GHG Protocol Corporate Accounting and Reporting Standard’, las cifras de CO2 de Beckhoff ya han descendido masivamente entre 2019 y 2020, pasando de 23,7 t de CO2e (CO2 equivalente) por millón de euros de ventas a 14,9, lo que corresponde a una reducción del 37 %. En total, solo se emitieron 13.763 t de CO2e, y Beckhoff compensa estas emisiones inevitables mediante certificados de CO2 de myclimate gGmbH. “Por supuesto, la prioridad aquí es centrarse en evitar las emisiones de carbono en primer lugar, y luego buscar formas de reducirlas continuamente”, subraya Anne Schaper, responsable de la gestión de la energía en Beckhoff.

Los datos energéticos transparentes abren el potencial de optimización

El control de la energía desempeña un papel crucial en la reducción de las emisiones de carbono. Al fin y al cabo, mantener la conciencia de la situación actual es fundamental para alcanzar cualquier objetivo. Para ello, Beckhoff confía desde hace años en el software de la empresa de Stuttgart Optenda. “El primer paso para conocer el consumo de energía y, en consecuencia, poder reducirlo de forma selectiva es, por supuesto, medirlo en el mayor número posible de cargas y luego consolidarlo de forma centralizada”, explica Johannes Beckhoff. Desde 2019, todos los procesos relacionados con la norma DIN ISO 50001 son compatibles con el software Energy Monitor de Optenda en Beckhoff y Smyczek. La herramienta registra los distintos flujos de energía en las instalaciones de la empresa (consumo de electricidad, calor, aire comprimido y nitrógeno) mediante un control basado en PC y una amplia gama de terminales de medición y sensores de corriente para hacerlos transparentes. La tecnología de medición de energía universal e integrada en el sistema sienta las bases para mantener una visión general de las cifras clave de producción y para comparar el estado objetivo y real de las instalaciones y los edificios directamente en el sistema de control. De este modo, se pueden detectar en una fase temprana los daños inminentes o el uso inadecuado de las instalaciones y se puede identificar más fácilmente el potencial de optimización.

Las medidas de eficiencia internas, como el control de los horarios de iluminación y de funcionamiento del aire acondicionado de las habitaciones, pueden cuantificarse con un ahorro de MWh mediante su supervisión. Por ejemplo, las medidas de optimización en los edificios de producción propiedad de Beckhoff han demostrado un ahorro de 210 MWh/a.

El control continuo del consumo de producción permite identificar y rectificar en una fase temprana las no conformidades, como las fugas en la red de aire comprimido. El registro del consumo a nivel de producción permite cuantificar y controlar el consumo de energía por producto.

La cadena de medición completa favorece la transparencia de los datos

La monitorización continua de datos suele estar asociada a un gasto considerable, ya que a menudo se integran sensores adicionales en una fase posterior, normalmente con un coste elevado y a veces con la ayuda de componentes especiales; sin embargo, con los terminales de medición de potencia, los transformadores de corriente, los terminales de protección contra sobrecorriente y las fuentes de alimentación de Beckhoff, esto puede lograrse con componentes estándar y con el correspondiente gasto reducido, incluso en el caso de reequipamiento.

Como especialista en automatización, Beckhoff permite fusionar los componentes de alimentación pertinentes para formar un sistema completo transparente. Solo una aplicación combinada como esta podría proporcionar una visión global del suministro de energía, desde las máquinas individuales hasta las naves de producción y los edificios de oficinas.

Con los transformadores de corriente de la serie SCT, Beckhoff ha completado la cadena de medición de potencia que va desde la medición del valor físico hasta la transmisión de los datos capturados a la nube. La amplia cartera de transformadores de corriente cubre todas las aplicaciones relevantes de 1 a 5.000 A. Los usuarios pueden elegir entre dos tipos de dispositivos, cada uno de ellos disponible en varios diseños y categorías de rendimiento que son altamente escalables y, por tanto, adecuados para una gran variedad de aplicaciones. La variada cartera de SCT abarca desde conjuntos de transformadores trifásicos de bajo coste -incluso para servicios de construcción- y transformadores industriales estándar para la construcción de maquinaria hasta soluciones para bancos de pruebas con requisitos de precisión especialmente elevados.

El concepto de medición de potencia distribuida ofrece una forma especialmente eficaz y económica de obtener datos de medición de potencia precisos incluso en sistemas más complejos: su elemento central es el terminal de entrada de corriente de 6 canales EL3446 para una corriente de medición de hasta 1 A AC/DC. Puede utilizarse para determinar valores de potencia precisos, incluso con mediciones de tensión y corriente espacialmente separadas. Una característica clave aquí es que todos los datos eléctricos relevantes de la red de suministro, incluidos los valores reales medidos para la potencia, pueden determinarse con el EL3446 como mero terminal de medición de corriente. Sin embargo, estos terminales reciben los valores de tensión necesarios para calcular los datos de potencia a través de EtherCAT desde un terminal de medición de potencia trifásica EL3443 independiente, que solo debe instalarse una vez por red y que se sincroniza con precisión en el tiempo mediante la función de relojes distribuidos en EtherCAT. Este concepto de medición de potencia distribuida minimiza el gasto en hardware e instalación.

Más transparencia mediante OPC UA y tecnología de control basada en PC

TwinCAT 3 Automatización de edificios ofrece un completo paquete de bloques de funciones para la automatización de edificios. La comunicación a través de BACnet y OPC UA se integra directamente para que el sistema de control pueda integrarse en un nivel de gestión y funcionamiento. La apertura del control basado en PC permitió a Optenda conectar su Energy Monitor con la infraestructura de medición existente de Beckhoff en poco tiempo a través de OPC UA. “Con más de 200 puntos de datos relevantes, pronto nos dimos cuenta durante el transcurso del proyecto de la gran ventaja que supone”, subraya Dennis Ulke, Director de Ventas y Desarrollo Comercial de Optenda.

El control basado en PC enlaza la iluminación, la protección solar, el control de las ventanas, la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado en una plataforma central para lograr un control inteligente de todos los sistemas técnicos. Esto reduce el número de puntos de datos físicos individuales y, por tanto, el riesgo de errores. Además, todos los datos están disponibles en un solo sistema, lo cual es un requisito básico para el éxito de la supervisión energética. Funciones como la protección solar, la automatización térmica y el control de la iluminación en función de la luz diurna contribuyen significativamente al ahorro de energía. A esto se añaden las funciones de HVAC del paquete TwinCAT, como la refrigeración nocturna de verano, la compensación de verano, el funcionamiento de reserva y los horarios. Con la ayuda de los módulos HVAC, se pueden aprovechar otras posibilidades de ahorro de energía mediante el control de los sistemas del edificio en función de la ocupación.

Varios PC embebidos de las series CX9020, CX5100 o CX7000 forman el centro de control para la supervisión de la energía. Con su procesador ARM Cortex™-A8 sin ventilador (frecuencia de reloj de 1 GHz), el CX9020 PC embebido es ideal para proyectos pequeños y medianos en el campo de la automatización de edificios. El CX9020 puede utilizarse junto con la solución de iluminación TwinCAT 3 para tareas como el control de la iluminación de pabellones enteros, y junto con TwinCAT 3 Building Automation para aplicaciones como el sombreado, el control de la iluminación y la climatización de oficinas. El CX5100 embebido, más potente, es la plataforma de control óptima para automatizar edificios con muchos puntos de datos. Con esta serie, por ejemplo, se pueden controlar y gestionar fácilmente más de 2000 objetos BACnet. El CX7000 embebido diseñado para pequeñas soluciones autónomas en edificios, como un sistema compacto de ventilación o de automatización de habitaciones. Con sus ocho entradas y cuatro salidas multifuncionales integradas, es un controlador compacto muy económico.

Se ha detectado un importante potencial de ahorro en solo tres meses

Equipado con estos componentes, Beckhoff pudo identificar un gran potencial de ahorro de 63 t de CO2 dentro de un sistema de ventilación y aire acondicionado en sus propias propiedades e instalaciones poco después de que se iniciara la monitorización del consumo. La interfaz de fácil control del Energy Monitor permite visualizar con claridad el análisis y el potencial de optimización inicial, a la vez que garantiza el correspondiente control de resultados posterior. “Tres meses después de la puesta en marcha, se había identificado y conseguido un ahorro de aproximadamente 20.000 euros al año, y además de forma sostenible, ya que este ahorro se mantiene en el tiempo. En cambio, si no se hubiera hecho nada, los 20.000 euros de ahorro habrían sido un coste constantemente recurrente. Con el aumento de los precios de la energía, esto sería cada vez más caro, por lo que realmente vale la pena detectar las ineficiencias y eliminarlas rápidamente. Estamos encantados de poder ofrecer la herramienta ideal con nuestro software”, afirma Dennis Ulke.

El software Energy Monitor no solo registra el consumo de electricidad, sino también todos los datos de consumo relevantes de otras formas de energía, como el calor y el aire comprimido. Puede utilizarse para reducir con la misma rapidez las emisiones de CO2 del tipo de energía correspondiente. Esto hace que todo el proceso de equilibrado, necesario para lograr la neutralidad de carbono, sea considerablemente más rápido y fácil, porque una gestión eficiente de la energía significa una gestión eficiente de las emisiones de carbono.   

Este artículo aparece publicado en el nº 543 de Automática e Instrumentación págs. 26 a 29.