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Una UPS está diseñada para ser la fuente principal de energía de óptima calidad a la carga crítica, éste
equipo no solo proporciona energía constantemente a la carga crítica, también corrige y elimina los problemas que se presentan en la red eléctrica comercial tales como sobre-tensiones, picos o variaciones. Los sistemas de alimenta-ción ininterrumpida (UPS) en instalaciones industriales se han convertido en un elemento indispensable de muchas instalaciones de procesamiento de datos y en procesos de generación y/o fabricación basados en aplicaciones de control. La medida de seguridad que necesita cada siste-ma es proporcional al impacto financiero causado por un incidente que afecte la operación.
A diferencia de las UPS’s comerciales, las UPS’s de grado industrial están diseñadas para operar a altas temperaturas, entre los 30°C y 50°C, soportar un ambiente agresivo, con-taminado por partículas y gases ya que están construidos con elementos especiales anticorrosión, barras de cobre niquelado, las estructuras metálicas están cubiertas por pinturas resistentes a los ácidos y sus dispositivos electró-nicos internos están cubiertos por una resina epóxica que evita su daño. La vida útil de cualquier sistema UPS se reduce a la operación en ambientes con altas temperaturas.
El componente fundamental y el que es más afectado por la alta temperatura, es la batería.
Las empresas que realizan procesos industriales y generan energía están sujetas a consecuencias severas cuando hay problemas con la energía. Están en juego la seguridad humana, el medio ambiente y la pérdida de ingresos. Las UPS’s AMETEK Solidstate Controls (SCI) cuentan con un excelente diseño que permite garantizar una vida útil de 40 años y un MTBF promedio a los 18 años, según experiencia real en el campo, es la capacidad más alta disponible en la industria.
El control seguro y eficiente de un proceso crítico, tal como un sistema de caldera de recuperación ha sido posible gracias a los sistemas de control distribuido (DCS). Estos sistemas DCS requieren a menudo de tensión alterna ininte-rrumpida, la cual se proporciona desde un inversor estático.
A pesar de las mejoras, los sistemas de control de procesos basados en microprocesadores todavía son extremada-mente sensibles a las anomalías que se presenten en su alimentación, tales como caídas de tensión, apagones, picos y ruidos. Aunque las empresas generadoras de energía hacen todo lo posible para proporcionar energía constante
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*Por: Ing. Electrónico Rodrigo Sánchez
Ups’s industriales: alta confiabilidad en los procesos criticos de los
sectores petroleros y energéticos
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En el mundo de los inversores industriales dominan dos tecnologías, Ferroresonante y PWM (modulación Por Ancho De Pulso)
Los inversores PWM sintetizan una forma de onda senosoidal desde una constante de altura y pulsos de frecuencia de anchu-ra variable y alta corriente. Se elimina la frecuencia portadora de 20-50KHz por un filtro pasa bajo y es reducida a un nivel de 120VAC a través de un transformador de potencia lineal.
Por el contrario, los inversores ferroresonantes no utilizan mag-netismos lineales. Una onda cuadrada de frecuencia lineal es filtrada entre una onda senosoidal por medio de las acciones de saturación no lineales resonantes de la bobina secundaria. Los inversores ferroresonantes son los únicos compatibles con fuentes de alimentación conmutada.
Switch Estático
La función del switch estático en una UPS, es proveer una transferencia automática desde la salida del inversor a la fuente alternativa de energía eléctrica en el momento que se produzca un evento de sobrecarga a la salida de la UPS. Un circuito de transferencia por sobrecorriente es incluido en el switch estático para este propósito.
Si no se contára con switch estático, cuando se presentára una sobrecorriente en la carga, el inversor se apagaría des-conectando la carga.
El switch estático también transfiere la carga a la fuente alter-nativa de energía eléctrica si se llega a presentar un evento de falla o daño en el inversor.
El switch estático tiene un tiempo de transferencia máximo de 4 milisegundos y no tiene cruce por cero, garantizando la continuidad de suministro eléctrico a la carga crítica.
Este dispositivo soporta sobrecargas hasta del 150% de su capacidad, según el diseño de la UPS y su aplicación
Configuraciones según sus necesidades
Los diferentes tipos de configuración determinan los niveles de protección de su carga crítica, los más usados son:
• Simple
• Redundante
• Cascada
Fig. 1. Diagrama de bloques de un sistema de UPS en configuración simple.
y relativamente estable, no garantizan un servicio sin proble-mas. Por lo tanto, incluir una UPS en su sistema eléctrico, es como tener una póliza de seguros contra las consecuencias de una falla de energía impredecible.
Hay 4 factores importantes que se deben tener en cuenta cuando las UPS’s o Inversores soportan cargas no lineales como las fuentes de alimentación conmutada:
1. Factor De Cresta (Escrito vs. Real)
2. Corrientes Pico De Carga Repetitivas y No Repetitivas
3. Distorsión De Tensión Armónica
4. Tecnología Del Inversor
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Fig. 2 Diagrama de bloques de un sistema UPS en configuración redundante.
Estas configuraciones están diseñadas para satisfacer el 98% de las necesidades de todas las aplicaciones para UPS. Se pueden utilizar varios sistemas para la protección de cargas críticas, usando diferentes combinaciones de bancos de baterías en paralelo, cargadores, rectificadores, inversores y switches estáticos.
Selección De Baterías
Todos los sistemas de Solid State Controls están diseñados para operar con cualquier tipo de baterías disponible en el mercado teniendo en cuenta el voltaje y el rango de corriente para cada aplicación en particular.
Las baterías se clasifican en dos categorías: estacionarias y selladas.
Las baterías estacionarias requieren ventilación ya que están diseñadas para liberar gases a la atmósfera, incluso hidrógeno cuando están cargando. En consecuencia, estas baterías requieren de rutinas de mantenimiento en las que se deben controlar los niveles de ácido, densidad y voltajes. Generalmente estas baterías tienen mayor duración que las baterías selladas.
Las baterías selladas liberan únicamente pequeñas canti-dades de gas a presión por seguridad, esto sucede a causa de severas sobrecargas. Normalmente los gases hidrógeno y oxígeno liberados como resultado de la carga de las ba-terías, se recombinan al interior de la batería generando el agua necesaria para ella.
Las siguientes baterías son ejemplos de los tipos normal-mente usados en las UPS’s:
Plomo Calcio – Baterías Estacionarias:
Este tipo ofrece la mejor relación costo en comparación
con la confiabilidad del servicio de baterías estacionarias disponible para las UPS’s. Estas baterías normalmente tienen una garantía de 20 años y tienen una esperanza de vida de 20 a 25 años si se utilizan en las condiciones de flotación. La generación de hidrógeno es baja, en com-paración con baterías de plomo antimonio y cuando se mantiene en una tensión de flotación de 2,25 voltios / cel-da, no requieren rutina de ecualización. El mantenimiento consiste en el suministro de agua, limpieza terminales, y comprobación de la gravedad específica de electrolitos a intervalos de seis meses. La ecualización es necesaria sólo en la energización inicial.
Plomo Antimonio – Baterías Estacionarias:
Estas baterías por lo general son iguales en tamaño y ca-pacidad que las baterías de plomo calcio. Por lo general, tienen una garantía de 15-20 años, con una esperanza de vida de 15 a 22 años. Estas baterías son normalmente más adecuadas para aplicaciones en las que se completan ciclos de carga y descarga en lugar de permanecer en flotación. La generación de hidrógeno, es considerablemente mayor que las baterías de plomo calcio y se requiere un mante-nimiento más frecuente (mensualmente), ecualización y controles semanales de suministro de agua con adiciones según sea necesario.
Níquel Cadmio – Baterías Estacionarias:
Estas baterías son las más costosas, aproximadamente de dos a tres veces con respecto a las baterías de calcio. Usar 92 celdas de níquel-cadmio es igual que 60 celdas de plomo calcio, tienen una ventaja al ser más pequeñas en tamaño y peso para una capacidad dada. Tienen excelentes pro-piedades de alta y baja temperatura y tiene una vida útil excepcionalmente larga, incluso a altas temperaturas. Su esperanza de vida de servicio en condiciones normales es de aproximadamente 25 años o más.
Selladas – Baterías Libres De Mantenimiento:
Como se mencionó anteriormente, las baterías selladas son aquellas que, debido a una construcción especial, normal-mente no liberan gases a la atmósfera, no requieren rutinas para adiciones de agua. Como no hay generación de gas, se adaptan bien para ser instaladas en oficinas o aulas de informática. Estas dos ventajas reducen costos que deben ser considerados para evaluar los requerimientos de las baterías según sus necesidades. También se pueden reco-nocer las baterías selladas por el uso de nombres tales como
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celdas de gel, electrolito absorbido, electrolitos famélicos, o electrolito suspendido.
Aunque estas baterías sean libres de mantenimiento es im-portante revisar periódicamente el torque de los terminales para asegurar una buena continuidad.
Cargadores
Los cargadores de baterías son esenciales en las plantas nucleares, petroleras, petroquímicas, mineras o de genera-ción eléctrica, cada aplicación requiere un diseño único en el cual AMETEK ayudará creando el sistema de cargadores de baterías óptimo para su planta basado en tiristores con alta eficiencia de conversión (superior al 90%) de la red comercial AC a DC para cargar los bancos de baterías.
Nuestros cargadores, son compatibles con cualquier tipo de baterías. Usamos un transformador de aislamiento a la salida de DC, garantizando un voltaje apropiado para el proceso de rectificación. Ofrecemos dispositivos adicio-nales para proteger su carga de alimentación contínua DC, tales como los diodos
Drooper o diodos de bloqueo para eliminar las ondulacio-nes por carga y descarga de baterías.
Switch De Bypass Manual Remoto
Es un switch de tres posiciones que ofrece un aislamiento total de la UPS o el inversor, permitiendo realizar labores de mantenimiento programado o de emergencia. La car-ga soportada es temporalmente conectada a la fuente de energía AC Alterna (Bypass). Este switch está diseñado para realizar la transferencia de carga sincronizando ambas fuentes, sin cruces por cero y garantizando continuidad del flujo eléctrico a la carga.
Protección Catódica
Existe una gran variedad de de modelos disponibles para aplicaciones en producción, transporte, distribución y almacenamiento en industrias de Oil & Gas. La caracte-rística más importante de los rectificadores automáticos de protección catódica, es la capacidad de operar con una gran variedad de voltajes de salida, única en rectificadores de este tipo. Lo anterior acompañado por una arquitec-tura de frecuencia de switcheo variable. Algunas de sus características son:
• Bajo voltaje de rizado a la salida
• Control y monitoreo remotamente
• Capacidad 15-100 Amp/0-100V
• Diversas formas de comunicación Web, Satélite, UHF/VHF, Ethernet, Celular, Microondas, RS232 y RS485.
• Corriente Constante
• Voltaje Constante
• Potencial Constante
Nuestros equipos están diseñados para operar bajo las condiciones ambientales más severas, incluso excedien-do los niveles más altos de protección contra descargas atmosféricas. Estas características permiten a los usuarios obtener reducción significativa en costos operacionales y optimización de recursos para mantenimiento.
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*Por: Ing. Rodrigo Sánchez Ingeniero Electrónico,
Especialista En Gerencia De Mantenimiento, actual-
mente se desempeña como Gerente De Producto de
AMETEK Solidstate Controls para Colombia en Di-
gitron Ltda. [email protected] www.
digitron.com.co