Derroche de ingenio - Contact ABB

RevistaABBRevista técnicadel Grupo ABBwww.abb.com/abbreview3 / 2006Derrochede ingenioMás allá del cielopágina 6Aplicaciones médicaspágina 21El reto árticopágina 41a

No es raro que tecnologías desarrolladaspara aplicaciones industrialesresulten ser útiles en campos muyalejados de los previstos. Y es pocofrecuente que ABB suministre equiposavanzados de medición para elcampo médico. Pero en la persecuciónde la taimada bacteria Helicobacterpylori, el fotómetro por infrarrojosde ABB ha simplificado la detecciónde la misma en el organismohumano.Este es un ejemplo paradigmático deldescubrimiento de oportunidadesaplicando el programa de productosestándar de ABB. El Derroche de Ingeniopermite ir mucho más allá de lasfunciones previstas y así lo presentamosa una amplia audiencia, ilustrándolocon algunos casos concretos.

EditorialEl derroche de ingenioCuando hablamos de derroche de ingenio nos referimos altrabajo de los talentos de la ingeniería que el grupo ABB hahecho madurar a lo largo de los años en nuestros centros deingeniería local de todo el mundo. Estos ingenieros, experimentadosy competentes, entregan los proyectos a nuestrosclientes. Ellos se encargan de adaptar nuestra cartera estándarde productos para ofrecer a los clientes ventajas decalidad, costes y servicios globales de forma ajustada a losrequisitos de cada proyecto individual. Estos ingenierostienen un conocimiento específico del mercado local y de laaplicación misma, sobre todo en nuestros mercados básicos,tradicionales, de la industria y de las compañías eléctricas.La creatividad y el ingenio son imprescindibles para resolverlos problemas de los clientes y realizar las entregas según elcalendario previsto y conforme al presupuesto. Siendo estetrabajo un desafío en sí mismo, nuestros ingenieros han deabordar a veces proyectos con una dimensión adicional. Setrata de proyectos inusuales, que exigen gran inteligenciapara adaptar los productos estándar de ABB. En este númerode Revista ABB describimos en varios artículos, unosbreves y otros más extensos, varios proyectos poco habitualesen campos de aplicación muy diversos.Sistemas ABB, esenciales para las misiones, apoyan lapuesta en órbita de satélites desde una rampa situada en elOcéano Pacífico. Cada misión de lanzamiento cuenta conla participación de ingenieros de ABB.ABB no trabaja frecuentemente en aplicaciones médicas,aunque nuestra compañía ha realizado algunos proyectos eneste campo. En este número de Revista ABB escribimos sobrerobots industriales que ayudan a ejercitar los miembroscomo parte de la terapia con los pacientes. El análisis espectralse utiliza para descubrir bacterias específicas de difícildetección por su capacidad para ocultarse en las paredes delestómago. Pero ABB también puede ayudar en estos casos.La espectroscopia de gases se usa también eficazmente en elcampo medioambiental, por ejemplo, para estudiar la calidaddel aire y de sus componentes. Otra aplicación principal es,por ejemplo, la mezcla de gases. Algunos breves artículos alfinal de este número describen las ventajas del análisisespectral en varios proyectos. En la misma sección se explicacon cierto detalle la tecnología subyacente, el análisis deFourier en la producción de imágenes y el interferómetro.En un bloque de artículos breves cubrimos aplicacionestan diversas como una prensa automática de aceite deoliva, la seguridad en una atracción del parque temático deBlackpool, las técnicas de filtrado para cañones de nieveartificial y otras más.En una sección sobre aplicaciones energéticas describimosla participación de ABB en una gran entrega para la segundapresa más grande del mundo, situada en Venezuela, unsistema combinado de calor y energía en una playa delnoroeste de Polonia y la producción de gas natural licuado(LNG), además de los beneficios de la tecnología de cablesde ABB para el metro de Londres. En el mundo se estánexplorando muchos métodos para capturar la energía delas olas oceánicas y de las marejadas. Como ejemplo deesta tecnología hemos elegido un proyecto mareomotrizactualmente en marcha en Noruega.La reunión del Grupo G8 en Gleneagles (Escocia), en juliode 2005, proclamó la gran importancia de la eficiencia energéticaen la industria, en la construcción, en los hogares yen el transporte para reducir la dependencia del petróleo ylas emisiones de CO 2. En el número 3/2005 de Revista ABBse discutió con gran detalle la contribución de ABB a unfuturo sostenible. En este número ejemplificamos nuestraparticipación en el sector del transporte, presentando variosaspectos de la eficiencia energética de nuestra tecnologíaAzipod, con propulsión en contragiro, que ofrece nuevasoportunidades de negocio a la compañia Japanese Ferry.Siempre dentro de este sector publicamos otros artículossobre nuestra nueva tecnología para trenes, un proyecto degran magnitud que equipará el puerto de Rotterdam con latecnología de grúas más avanzada y un proyecto pococorriente, desarrollado en Canadá, para la elevación debarcos sobre tierra y trasladarlos de un lago a otro.Finalmente, aquellos que creen que el periódico comomedio de comunicación está en decadencia debido alpredominio de los medios electrónicos, deberán leer elartículo sobre los sistemas ABB de automatización de laimpresión. La regionalización redaccional y publicitaria delos periódicos, ajustados a los mercados locales, estáhaciendo surgir un proceso interconectado de producciónque también garantiza altos volúmenes de producción. Laautomatización se ha convertido en un factor fundamentalpara dominar una complejidad siempre creciente. El artículollega a la tranquilizadora conclusión de que durantemuchos años podremos hojear un periódico personalizadomientras tomamos el zumo de naranja matinal.Este número dedicado al ingenio desea celebrar el trabajode nuestros ingenieros de todo el mundo con numerososartículos cuya lectura será de gran interés.Le deseo que disfrute con la lectura.Peter TerwieschChief Technology OfficerABB Ltd.Revista ABB 3/20063

ÍndiceRevista ABB 3/2006Derroche de ingenioDerroche de ingenio6Más allá del cieloCuando ABB entra en el campo de los cohetes, el cielodeja de ser el límite. Nuestra compañía contribuye allanzamiento de satélites desde una plataforma flotantedel Océano Pacífico.10El elefante de plata¿Qué tienen en común una tubería de acero de60 toneladas de peso, con ventanilla de supervisiónde burbujas, y la construcción naval?14Problemas especiales, soluciones usualesDesde el parque Pleasure Beach hasta la pista de nieve,desde el aceite de oliva hasta la Fórmula 1, los productosestándar de ABB funcionan en aplicaciones noestándar.Ingenio en la medicina21Robots para los pacientesLa rehabilitación de miembros lesionados exige delfisioterapeuta largas horas de esfuerzo repetitivo.¿Cómo pueden ayudar los robots en este campo?25La respiración, el Sherlock Holmes de lagastroenterologíaUna infección de Helicobacter pylori puede provocarenfermedades como la gastritis, las úlceras y el cáncer.El diagnóstico se basa en el análisis espectral de larespiración del paciente. Elemental.Ingenio y energía29Una ola de energía renovableUna violenta tormenta no siempre es una mala noticia,especialmente para aquellos que saben aprovechar laenergía de las tormentas.32Presa de GuriLa segunda central hidroeléctrica del mundo en cantidadde energía. ABB está actualizando el sistema de control.37La vía ‘costera’ hacia la energía limpiaAprovechamiento en lugar de combustión: para el gas,desechado hasta ahora, se han encontrado nada menosque cuatro posibilidades de uso.41El reto árticoGas natural licuado por encima del círculo polar ártico.46La electrificación de LondresNuevo enlace para reforzar la red londinense.Ingenio en marcha49Nacido para adaptarseEl transformador para trenes todoterreno.52El convertidor compactoPoca gente sabe que muchos de los exitosos trenes ligerosactuales están equipados con convertidores ABB.4 Revista ABB 3/2006

www.abb.com/abbreview656Grúas inteligentesImaginación con los pies en tierra. Los puertos decontenedores en marcha hacia la automatización.60Elevación y tracciónDe la minas al ocio al aire libre, ¿un largo trecho?Una experiencia inolvidable gracias a ABB.64Romper fronteras¿Más velocidad y más rentabilidad con menos consumode combustible? Justamente el trabajo de Azipod.21Ingenio en la analítica68Espectroscopia de gasesDesde la previsiones meteorológicas hasta la mezcla decombustibles: aplicaciones de la espectroscopia basadaen la transformada de Fourier.75AquaMaster TMDesde la minería hasta las redes de agua, la medición decaudales ayuda a las empresas a mantenerse en terrenofirme.4178Los hacedores de noticiasLa automatización e integración avanzadas garantizanque las noticias sigan siendo calientes al salir de larotativa.68Revista ABB 3/2006

Derroche de ingenioMás allá del cieloUna solución integrada de ABB para la primera unidad del mundo delanzamiento de satélites en el marJane-Helen Pedersen, Jacqueline RolffsDurante los últimos años, el lanzamiento de satélites se ha convertido en unnegocio comercial viable, en el que varias compañías luchan por conseguir unaparte de este mercado altamente especializado. Una compañía que destacaentre todas las demás es Sea Launch, un consorcio internacional que operadesde una plataforma flotante en el Océano Pacífico. ABB proporciona aSea Launch servicios críticos para la misión. Con su fiabilidad, experiencia yconocimiento técnico especializado, ABB contribuye a garantizar el éxitocontinuado de la empresa Sea Launch.6 Revista ABB 3/2006

Más allá del cieloDerroche de ingenioLa compañía Sea Launch es lídercomercial en el competitivo campode servicios para el lanzamiento desatélites comerciales. Este consorciointernacional, que ofrece servicios competitivospara el lanzamiento de grandescargas, es la única compañía delmundo que lanza satélites comercialesdesde una plataforma flotante. La compañía,que ha cimentado su fiabilidaden su gran experiencia en el lanzamientode grandes cargas, posee un sólidacartera de clientes satisfechos. ABBcontribuyó al temprano éxito de SeaLaunch y continúa proporcionando a lacompañía servicios críticos para lasmisiones.Un potencial únicoCapacitada como nadie para lanzarsatélites con una inclinación de cerogrados en el ecuador, Sea Launchpuede ofrecer la máxima capacidad deelevación y la trayectoria más directa depuesta en órbita. Esto hace posible unincremento en la masa de la carga útil,al tiempo que maximiza el tiempo devida de los satélites en órbita. En sieteaños de operaciones comerciales, SeaLaunch ha establecido una sólida basede clientes entre las principales compañíasmundiales de telecomunicaciones,que dependen de Sea Launch y de susbrillantes servicios para desarrollar suspropios negocios.Una asociación internacional singularUna vez terminada su investigacióninicial, en 1995, la compañía BoeingCommercial Space, con sede en Seattle,fundó Sea Launch uniendo fuerzas conla noruega Aker ASA (anteriormenteKvaerner), la rusa Rocket and SpaceCorporation (RSC)-Energia y la ucranianaSDO Yuzhnoye/PO Yuzhmash.Su objetivo era construir y dirigir unaunidad de lanzamiento de satélites concarga útil y cohetes incluidos. Se eligióun lugar de lanzamiento marino en elecuador terrestre para la insercióndirecta en la órbita ecuatorial, así comopara reducir riesgos medioambientalesy minimizar los costes.compañía ha realizado otros 19 exitososlanzamientos, prueba clara de la solidezdel trabajo de esta compañía en un mercadorelativamente plano.Emplazamiento único y ventajosoSituado en el Ecuador, a 154º oeste, enaguas internacionales del Océano Pacífico,el punto de lanzamiento se beneficiade las calmas ecuatoriales que amenudo reinan en la zona. Las condicionesde ligero viento en esta regiónson consecuencia de la convergencia delos vientos alisios de los hemisferiosnorte y sur y permiten a Sea Launchproporcionar un programa fiable delanzamientos.La compañía Sea Launch se beneficiatambién de la diversidad de competenciasy experiencias aportadas por susdistintos socios. La compañía ha optimizadosus recursos integrando diversossistemas y tecnologías Cuadro .Sistemas ABB de servicios críticosTodas las operaciones de lanzamientoson controladas a distancia por lasunidades de habla inglesa y rusa a bordode la nave de mando Sea LaunchCommander. Estas operaciones incluyenel montaje del cohete en la rampade lanzamiento, el acoplamiento automáticodel abastecimiento de combustibley de los cables y conectores umbilicales,la cuenta atrás, el despegue yel vuelo.La función de ABB es entregar sistemasintegrados completos de automatización,seguridad y generación y distribuciónde energía eléctrica, tantopara la plataforma de lanzamientoautopropulsada Odyssey como para lanave Sea Launch Commander 1 . Todosestos sistemas están clasificadoscomo de críticos para la misión yafectan directamente al segmento delcohete. Incluyen, por ejemplo, el sistemade control de equilibrio/escora(para mantener la plataforma nivelada)y el sistema ruso de supervisiónde oxí geno, que es importante duranteel abastecimiento de combustibledel cohete (hay alrededor de 900 señalesE/S integradas dentro del sistemade ABB).Durante las etapas de desarrollo deSea Launch, se necesitaron ingenierosde ABB para resolver los problemasiniciales del software y de determinadosequipos. Estos problemas, sin embargo,fueron resueltos rápidamente,y las responsabilidades principales deABB son ahora entrenar a los operadores,proporcionar asistencia durantelas operaciones de lanzamiento yadaptar los sistemas ABB a las modificacionesque se realizan después decada lanzamiento. Un ingeniero deABB Marine en Holanda ha participadoen cada misión de Sea Launchhasta la fecha 3 .1 Nave Sea Launch Commander, centro flotante de control de misiones y factoría de ensamblajede cohetesEn un plazo de cinco años fueron construidasla plataforma y la nave de ensamblajey de mando (ACS, Assemblyand Command Ship) 1 y el 27 de marzode 1999 se realizó con éxito la primerademostración de lanzamiento decarga útil. Tras su primera misión, laRevista ABB 3/20067

Más allá del cieloDerroche de ingenioCuadro Los socios y sus funcionesLa compañía estadounidense Boeing esresponsable de gestionar las instalacionesportuarias Home Port de Long Beach(California) y del desarrollo y operación dela unidad de la carga útil. Boeing dirigetambién las operaciones de lanzamiento,inclusive el funcionamiento del centro decontrol, la concepción de misiones y laintegración de sistemas.Aker ASA, empresa noruega establecida enOslo, es la responsable del sector marítimodel programa. Entre sus competenciasestán la modernización de la plataformade lanzamiento (una plataforma petrolíferamarina modificada) de Kvaerner Rosenbergen Stavanger (Noruega) y la construcciónde la nave Sea Launch Commander enKvaerner Govan de Glasgow (Escocia).Yuzhnoye Design Bureau y YuzhmashzavodProduction Association, de Ucrania, fabricanlas dos primeras etapas del cohete deSea Launch, el Zenit-3SL, una versiónmodificada de un fiable sistema, de rápidarespuesta, que fue puesto en funcionamientoa principios de los ochenta.La compañía rusa S.P. Korolev RSC Energiaes responsable de dirigir las operacionesdel cohete. También produce el BloqueDM-SL, la etapa superior del cohete, probadaen vuelo, que despliega satélites en órbitade transferencia geosíncrona.Un derroche de ingenioABB Marine de Rotterdam fue responsablede la instalación y puesta en serviciodel sistema de automatización de abordo de la nave Sea Launch Commandery de implementar, modificar y poneren servicio la interfaz hombre-máquina(HMI) para la aplicación (rusa)KBTM Moscow de medición de oxígeno,que está implementada en el sistemaoperativo basado en UNIX de ABB.El grupo de Rotterdam participó tambiénen la puesta en servicio de la plataformade lanzamiento Odyssey.ABB Marine de Noruega diseñó y entregóel equipo eléctrico y los sistemas deautomatización para la plataforma delanzamiento Odyssey y para la nave SeaLaunch Commander.Los ingenieros de ABB que participaronen los primeros diseños del equipoeléctrico y de automatización tuvieronque tener en cuenta las complejidadesde este proyecto multinacional. El lanzamientode satélites desde el mar erauna aplicación totalmente nueva, queexigía adaptar ciertas tecnologías. Porejemplo, para evitar los posibles dañoscausados por vibraciones excesivas duranteel lanzamiento, todos los componentescríticos de los sistemas eléctricosy de automatización van equipados conamortiguadores de vibraciones.La complejidad del proyecto se veíaagravada por los requisitos de los componentesindividuales del equipo, queeran suministrados desde Estados Unidos,Rusia, Ucrania y Noruega, y por lascompañías internacionales participantesen cada etapa del proceso. El éxito deSea Launch es una prueba de la flexibilidadde que han hecho gala todos losparticipantes.Preparativos para el despegueDurante las primeras etapas de preparacióndel lanzamiento, los segmentos delcohete y el propio satélite son entregadosen la instalación portuaria HomePort de Sea Launch en Long Beach(California ). El satélite es encapsulado yacoplado con el cohete a bordo de lanave Sea Launch Commander.Dos días antes de la partida, el cohetees transferido al hangar de la plataformade lanzamiento Odyssey. El cohetees instalado en el transportador móvilque se utiliza para montar el cohete enla rampa de lanzamiento.La plataforma de lanzamiento Odysseyparte tres días antes que la nave SeaLaunch Commander y ambas naves sereúnen cerca del lugar de lanzamientopara llevar a cabo los preparativosfinales.En el lugar de lanzamiento, la plataformaflotante es lastrada hasta el caladodeseado de 21 metros y el personal,entrenado especialmente, inicia los preparativos.La mayor parte del personal(240 personas) se encuentra a bordo dela nave Sea Launch Commander, mientrasque el resto (68) trabaja en la plataformade lanzamiento. El transporte2 Equipo de ABB utilizado a bordo de la nave de mando8 Revista ABB 3/2006

Más allá del cieloDerroche de ingenio3 El ingeniero de ABB, presente en todas las misiones de lanzamiento, está consideradocomo un miembro de la tripulación.entre ambas naves tiene lugar pormedio de un puente provisional. Ambasnaves están equipadas con control deposicionamiento dinámico.El día anterior al lanzamiento, los operadoresse trasladan de la plataforma delanzamiento a la nave de mando y elcontrol es transferido a una consolaABB duplicada, instalada en el barco 2 .Esta consola se comunica con la plataformaa través de la red extendida ABB,con una conexión conocida como horizonteóptico o línea visual (de telecomunicación).Una vez que el cohete ha sido desplegadoy montado en la plataforma de lanzamiento,el personal que queda es aerotransportadoen helicóptero a la nave demando. En este momento, todo el controles transferido a la unidad remota abordo del barco. El cohete se carga entoncescon combustible, una mezcla deoxígeno líquido y queroseno, y el equipotransportador/elevador se retira alhangar. Minutos después se cierran laspuertas del hangar y el cohete despega.Cuadro Suministro de sistemas eléctricos y de automatización de ABBEntregas realizadas para la plataforma de lanzamiento Odyssey:Ocho generadores de alta tensión (6 kV, 3600 kVA), 4 a 60 Hz, 2 a 50/60 Hz y 2 a 50 HzTodos los cuadros de distribución de alta y baja tensión para los sistemas de 60 y 50 HzTodos los motores para los propulsores de inclinación y azimutSistemas SCR (rectificadores controlados por silicio) para la propulsiónSistemas de automatización (2 controladores AC450, 2 cortafuegos [ANX-95],1 dispositivo de seguridad 3000, 8 puestos de operador AS500, 1 estación 800xAde registro de variables)Convertidor de protocolo para la interconexión entre el sistema de supervisión del oxígenoy los sistemas Advant de ABB (HMI)Entregas realizadas para la nave Sea Launch Commander:2 generadores de alta tensión (6 kV, 6.250 kVA, 50 Hz)4 generadores de baja tensión (380 V, 1.525 kVA, 50 Hz)Todos los motores para los propulsores de inclinación y azimut (6 kV)Todos los cuadros de distribución de alta y baja tensión para los sistemas de 60 y 50 HzSistemas de automatización (3 controladores AC410, 1 dispositivo de seguridad 400/1.4,2 cortafuegos [ANX-95], 4 puestos de operador AS500, 1 estación 800xA de registro devariables)En 2005, Sea Launch conmemoró eldécimo aniversario de su nacimiento,tras una década de innovación en elnegocio de servicios de lanzamiento.El progreso continúa con el apoyo deun equipo dedicado a cumplir y superarlos requisitos y expectativas de susclientes. Sea Launch tiene como objetivoy compromiso conseguir lanzamientosexitosos de acuerdo con el programaprevisto, apoyándose en su reconocidohistorial y en su sólida reputación.Sea Launch continúa obteniendo contratos,tanto de clientes nuevos como anteriores,en un empeño que da expresiónplena al ingenio, que tan frecuentementeencontramos asociado a lacompañía ABB.Jane-Helen PedersenCoE Marine Oil & Gas Vessels, ABB ASOslo, Noruegajane-helen.pedersen@no.abb.comJacqueline RolffsMarine Service Center, ABB b.v.Rotterdam, Holandajacqueline.rolffs@nl.abb.comSi desea más información puede consultarwww.sea-launch.comRevista ABB 3/20069

Derroche de ingenioEl Elefante de plataTúnel de cavitación construido con una precisión de centésimas de milímetroTadeusz Kobus, Agnieszka GabrysiakLa experimentación y verificación sonlos trabajos más espectaculares deun proceso de desarrollo, sobre todocuando los parámetros de las pruebasson de grandes dimensiones. Unejemplo claro es ‘El Elefante de Plata’,entorno de prueba construido paraevaluar la hidrodinámica de las hélicesde barcos.La cavitación es muy importante en eldiseño de las hélices de barcos. Estefenómeno se produce cuando las burbujasde vapor de agua formadas enzonas de baja presión penetran enzonas con presión más alta, donde sedestruyen. Este proceso puede provocaruna erosión rápida de las superficiesadyacentes.El Elefante de Plata salió de Poloniaen enero de 2006 con destino a Vietnam,donde servirá al sector de laconstrucción naval, que está en plenodesarrollo. El comienzo de este viajeseñalizó el final de uno de los proyectosde construcción más grandes yretadores de la historia de ABBZamech Marine en Polonia.10 Revista ABB 3/2006

El Elefante de plataDerroche de ingenioEn el Lejano Oriente se dice quetodo ha de tener un nombre. Estoes también cierto para los túneles decavitación y para las grandes instalacionesde pruebas en general. ElElefante de Plata ya había recibido unnombre en la nave de producción deElbląg (Polonia), aunque su bautismooficial tuvo lugar en el centro SDRC(Ship Design and Research Center deGdańsk Cuadro 1 . El nombre se debe altono plateado que adquirió el exteriordel túnel con la pasivación y a la semejanzadel tubo con un paquidermocon la trompa recogida.1 Preparada para aceptar grandes proyectos: la fábrica Elbląg de ABB Marine en PoloniaUn túnel de cavitación seutiliza para analizar el flujodel líquido en torno a unahélice de barco y paraevaluar y optimizar eldiseño de tales hélices.Cooperación contra la cavitaciónLa historia de este extraordinarioproyecto empezó con un contrato decooperación firmado por los gobiernospolaco y vietnamita. El sector de laconstrucción naval del Lejano Oriente,en fase de desarrollo, iba a recibirasistencia por parte de Polonia. SDRC,destacado especialista en hidrodinámica,obtuvo un contrato para el diseñoy construcción de un túnel de cavitacióndestinado a un centro vietnamitaCuadro 1 Centro de Investigación y Diseño NavalEl centro SDRC (Ship Design and ResearchCenter) fue fundado en 1971 como centrode diseño, construcción e investigaciónpara las necesidades del sector polaco dela construcción y reparación de barcos.Superados los problemas organizativossurgidos a principio de los años noventa,SDRC defendió con éxito su liderazgo en elmercado de la hidromecánica, construcciónnaval, tecnología de materiales y corrosión.El final de la última década revitalizó la actividadde diseño naval de la compañía. Loslaboratorios SDRC, accesibles a los estudiantesy al personal de universidades técnicas,ha puesto gran énfasis en mejorar lacalidad de la enseñanza y el desarrollo de laciencia. En abril de 2004, SDRC se convirtióen una compañía de propiedad estatal.de investigación. SDRC elaboró elconcepto del túnel, cuyo desarrollo yejecución fue adjudicado a ABBZamech Marine de Elbląg (Polonia) 1Se trataba de un pedido nada habitualpara esa fábrica. Raramente se construyentúneles de este tipo pero, además,el tamaño del túnel Cuadro 2 era muysuperior a todo lo que hasta entonceshabía hecho la fábrica.Un túnel de cavitación se utiliza paraanalizar el flujo del líquido en torno auna hélice de barco y para evaluar yoptimizar el diseño de tales hélices.Sin embargo, las hélices marinas puedentener un diámetro de cuatro o,incluso, ocho metros. No es nada fácilestudiar tan enormes estructuras enun túnel semejante. El túnel tendría2 Una hélice real de barco es demasiadogrande para ser probada en un túnel decavitación. Esta hélice está destinada albarco B 8276, construido por GdyniaShipyard (Polonia).que ser de enormes dimensiones y eltiempo y los costes inherentes a laiteración del diseño de la hélice deprueba serían totalmente inaceptables.En lugar de ello, se utilizan modelosde 20 centímetros. Los resultados deestas pruebas se pueden ampliar deacuerdo con la escala para predecircon precisión las propiedades de lahélice de tamaño natural 2Burbujas letalesLa acción de una hélice originacorrientes y turbulencias. Cuantomayor es la velocidad con que circulaun fluido, tanto menor es su presión(principio de Bernoulli). Cuando supresión es suficientemente baja, elCuadro 2 ‘El Elefante de Plata’ en cifrasLongitud:21 mAltura:12 mVolumen de agua contenida: 130 m 3Masa de la estructura(sin agua):60 tPrecisión perpendicular de lasparedes de la cámara de medición: 0.1 mmRugosidad de placasinterioresRa 0,8 toRa 2,5Pernos de sujeción desegmentos (véase tambiénfotografía de portada):M36Revista ABB 3/200611

El Elefante de plataDerroche de ingenioagua se evapora con desprendimientode burbujas. Estas burbujas fluyen conel agua hasta que entran en zonas demayor presión, donde implosionan.Esta acción libera importantes cantidadesde energía que se propaga por elagua en forma de ondas de choque.El resultado de ello es una alta emisiónde ruido y vibraciones o, aúnpeor, puede suceder que la cavitaciónhaga saltar partículas microscópicas3 Túnel de cavitación El Elefante de Platajihde las superficies sólidas (como laspalas de las hélices). Con el tiempo,esta acción produce erosión, modificala forma de la hélice y reduce sueficiencia, afectando gravemente a lavida útil de la hélice, al sistema detransmisión y al consumo de combustible.Invertir en estudios sobre la cavitaciónes, por tanto, invertir en la vida útil ykgfen la eficiencia de la hélice desarrollada.El túnel en sí es un conducto decirculación de agua compuesto porcuatro partes cuya sección transversalvaría en forma y diámetro 3 . El túnelse llena de agua y el modelo a examinarse sitúa en la parte superior de lacámara de medición 3g 5 . Usando concierta impropiedad el lenguaje técnicose puede decir que el túnel de cavitaciónes un enorme tubo de acero conagua bombeada 4 en un circuitocerrado. Al generar un flujo definido ycontrolado en el interior de la cámarade medición se simulan las condicionesde funcionamiento de la hélice.Sensores situados en el túnel permitenestudiar con detalle el comportamientodinámico de la hélice en diferentescondiciones. Los resultados de esteestudio permiten introducir medidascorrectoras en el diseño.abUn motor eléctrico de 1.500 rpm y 90 kW a impulsa un engranaje reductor con una relación detransmisión de 1:6,3. Las subunidades de este eje, montadas sobre un armazón común, estánacopladas elásticamente. El agua del túnel es bombeada b por una hélice de barco de cuatropalas a una velocidad máxima de 200 rpm. Los elementos de la hélice son de bronce de granresistencia. El paso de las palas es regulable.Después de abandonar la hélice, el agua pasa a través de un difusor c , es decir, una secciónde tubo que reduce la presión del agua al aumentar su sección transversal y luego pasa a travésde un resorbedor con una rejilla enderezadora d que estabiliza el flujo.Los codos del túnel e contienen aletas cuyo número y forma son diferentes para cada codo.Antes de entrar en la cámara de medición, el agua circula por el llamado concentrador (confuser)f . Este elemento estabiliza el chorro de agua cuando sale del codo y también aumenta supresión al reducirse la sección transversal. Cada parte del concentrador es objeto de un minuciosoanálisis hidrodinámico y de un preciso mecanizado.El túnel completo está situado en un edificio. La planta superior permite acceder a la cámara demedición g , que contiene sensores que supervisan diversos parámetros del agua. Placas deventanas de plexiglás de 80 mm de espesor, instaladas en las cuatro paredes de esta sección,permiten la inspección visual y la filmación de la prueba desde diferentes ángulos, así como eluso de instrumentos externos, como estroboscopios. Aunque ha sido diseñado sobre todo parahélices, el túnel se puede usar también para ensayar otros componentes, por ejemplo loscascos de los barcos. Al salir de la cámara de medición, el agua entra en un difusor h . Elementosde desaireación del agua situados en el codo del túnel i y en el tanque de compensació j .ayudan a conseguir los parámetros de trabajo requeridos como, por ejemplo, una presión manométricapositiva o negativa. El túnel está sostenido y estabilizado mediante soportes k de acero.cdeSencillez de proyecto, una quimeraEn teoría, todo iba muy bien: undiseño completo, unos requisitosbien especificados... todo lo que ABBZamech Marine tenía que hacer erapreparar los planos detallados y lasoldadura y entregar el túnel. Elcontrato fue firmado en diciembre de2003 y los ingenieros de ABB empezarona trabajar inmediatamente. Cadaparte de la construcción –incluso losdetalles más nimios– era prácticamenteúnica y se acumulaba al desafíocon que había que enfrentarse.Sin embargo, el diseño en sí no era elmayor problema. El reto principal fuesatisfacer un requisito aparentemente‘nimio’, especificado por SDRC:construir el túnel con acero inoxida-4 Un diseño de hélice que ha soportado conéxito la corriente en esta cámara de mediciónestá en condiciones de funcionar en elocéano.12 Revista ABB 3/2006

El Elefante de plataDerroche de ingenio5 La bomba que mantiene circulando el agua está alimentada por unconvertidor de frecuencia de ABB.6 Fueron necesarias numerosas pruebas para estudiar y verificar laspropiedades del túnel.ble. Tradicionalmente, la ingeniería deprecisión es uno de los fuertes de laplanta de ABB Zamech Marine dePolonia, que es capaz de trabajar conprecisiones de centésimas de milímetro.El reto principal, sin embargo,reside en el material elegido, la chapade cromo-níquel. Este material tieneuna gran conductividad térmica, locual impide unir dos chapas mediantesoldadura continua. El trabajo teníaque interrumpirse una y otra vez, prolongandoconsiderablemente el tiempode producción. La construcción dealgunas subunidades requirió eldoble, o incluso el triple, del tiempoprevisto. La deformación de componentespreviamente terminados planteóconsiderables problemas. Con frecuenciase comprobaba que una parteque había sido preparada, montada ysoldada un día, había modificado susdimensiones un día después. El aceroseleccionado es muy resistente, perotambién bastante dúctil, lo cual significamás tiempo de proceso y unmecanizado especial.A pesar de todos estos retos, laentrega fue puntual. Menos de un añodespués de firmar el contrato, SDRCpodía empezar a poner en servicio ycalibrar el túnel 6 . Menos de dossemanas después ya se había instaladoen el túnel gran parte del equipoespecial de medición. Cada túnel decavitación tiene característicassingulares debido a su forma ymaterial, de modo que las pruebashan de ser muy detalladas. Laspruebas basadas en modelos ayudan adeterminar los factores de escala, demodo que los resultados se puedanaplicar a las hélices reales 1) .En muchos puntos del túnel seinstalaron manómetros, medidores develocidad e instrumentos especialesde medición. La recepción de ElElefante de Plata por SDRC se realizósin reserva alguna.Suministro al sector navalToda la estructura fue desmontada ensus componentes para el envío.Algunas de las piezas más pequeñasfueron embaladas en contenedores,las de mayor tamaño fueron fijadassobre plataformas y, finalmente, eltúnel fue cargado en un barco.A pesar de las complicaciones encontradas,este contrato fue rentable, nosólo financieramente, sino tambiéncomo experiencia de aprendizaje. Elequipo ABB encargado del proyectoobtuvo importantes y valiosos conocimientos,ya que revisar las rutinasestablecidas permite profundizar losprincipios que subyacen a las mismas.Ya en la fase de diseño se refrescaronlos conocimientos. La fábrica deElbląg es básicamente una planta deproducción y, aunque de hechodiseña nuevos tipos de equipos, estetrabajo se mantiene dentro de loslímites de determinados procesos defabricación bien definidos. El proyectoElefante de Plata ha obligado a lafábrica a dejar de lado este estereotipoy a alcanzar nuevos niveles decreatividad y flexibilidad, tanto depensamiento como de acción. Elplanteamiento de diversos problemasrelativos al acero inoxidable hapermitido obtener muchos conocimientosnuevos que permitirán accedera nuevos mercados, tanto por losnuevos conocimientos y técnicas defabricación como por el hecho de queéste es un auténtico proyecto dereferencia.Tadeusz KobusABB Zamech Marine Sp. z o.o.Elbląg, Poloniatadeusz.a.kobus@pl.abb.comAgnieszka GabrysiakABB Sp. z o.o.Warsaw, Poloniaagnieszka.gabrysiak@pl.abb.comNota1)Los parámetros del flujo del agua se gradúan sobrela base de la semejanza de flujos (utilizando losnúmeros de Reynolds, Freud, Nuselt y otros).Revista ABB 3/200613

Derroche de ingenioProblemas especiales,soluciones usualesLa prueba incontestable de la flexibilidady modularidad de una soluciónes que ésta puede ser aplicada encampos que sus creadores nuncahubieran imaginado. Los artículossiguientes presentan diversos pro-ductos usuales de ABB en aplicacionesnada comunes, que llegan a lodecididamente exótico. Los requisitosque han de satisfacer son los mismosque en los merados tradicionales:ahorro de energía, mejora de la calidad,aumento de la productividad.Con frecuencia, los ahorros sonmenores que en las solucionesestándar, pero su significado para elcliente puede tener una gran importancia.En acciónahorrando energíaLos costes de funcionamiento de unade las mayores atracciones turísticasde Gran Bretaña están bajando.La implantación de equipos ABB decorrección de energía en BlackpoolPleasure Beach ha reducido elcon sumo de energía de las nuevasatracciones en cerca del 25 porciento, un resultado sensacional parael operador y para el cliente.Blackpool es uno de los centrosturísticos más concurridos de lacosta noroeste de Inglaterra. Blackpooles muy conocida por su reproduccióna escala de la torre Eiffel, suiluminación invernal y las atraccionesde su playa, un parque temáticoabierto todo el año. La ciudad atraecada año a más de 6,2 millones devisitantes que disfrutan con sus famosasatracciones.El consumo de energía es muy importanteen un centro de ocio que frecuentementepone en funcionamientonuevas atracciones, ávidas de energía.Con su última incorporación, la espectacularatracción ‘Bling’, inauguradaen 2004, los propietarios del parquerecurrieron a ABB para poder tener elnecesario suministro de electricidadsin necesidad de ampliar la red eléctricaque abastece Pleasure Beach.No es la primera vez que ABB aplicasu tecnología PFC de corrección delfactor de potencia en este parque.Ya hace algunos años Blackpool inauguró‘The Walhalla’, en su tiempo laatracción de interior más espectacularde la historia.La nueva atracción recibe su nombre,‘Bling’ del mundo de la cultura pop.Esta atracción a base de mecanismosarticulados gira a 95 kilómetros porhora en tres direcciones distintas, auna altura de hasta 30 metros sobreel suelo, exponiendo a los usuarios a2,5 veces la fuerza de la gravedad.‘Bling’ exige mucho de la red eléctricatrifásica. En principio debía tenerun consumo en torno a 1.400 A porfase, pero el equipo ABB de correccióndel factor de potencia (unabatería de condensadores con untotal de 300 kVAr) redujo la corrientede alimentación necesaria a 1.200 Apor fase. La potencia requerida parael funcionamiento de la atracción seredujo en cerca del 25 por ciento.El ahorro de energía llega a ser dehasta 3.800 dólares mensuales en temporadaalta, de modo que el equipode ABB deberá estar amortizado enmenos de tres años.Un ahorro energético y financiero delmismo orden se consiguió con laatracción Walhalla, inaugurada el año2000. Una vez instalado el equipoautomático de ABB para la correccióndel factor de potencia, que comprendíados baterías de condensadorescon una potencia reactiva total de900 kVAr, la corriente de alimentaciónse redujo a 1.500 A por fase. Con ello,la potencia requerida para el funcionamientode la atracción se redujode 1,5 MVA a poco más de 1 MVA,es decir aproximadamente el 25 porciento.Karen Strongkaren.strong@gb.abb.com14 Revista ABB 3/2006

Problemas especiales, soluciones usualesDerroche de ingenioNieve limpia de unared limpiaEl motor asíncrono con convertidores de frecuencia 4Q se utiliza también con excelentesresultados en motores de bombas.Los equipos que gobiernan los cañonesde nieve artificial y los teleféricosde montaña puede producir interferenciasen las redes eléctricas y provocarparpadeos en la iluminación yproblemas de recepción de la señalde televisión. Pero ABB ha encontradola solución perfecta: filtros PQFque mejoran la calidad de la energíade la red para sistemas existentes yconvertidores de frecuencia con unidadesde alimentación integradas(ISU) para los dispositivos nuevos.La maquinaria de nieve artificial yteleféricos de montaña suele estarsituada en los extremos de los valles,donde la red de alimentación eléctricasuele ser más débil. Con frecuencia,y salvo que se tomen las medidasadecuadas, al activar la maquinariase producirán perturbaciones en lasredes de suministro eléctrico.Se proporciona filtradosimultáneo, programableindividualmente, para 20armónicos hasta la frecuenciaarmónica de orden50. La eficiencia de filtradosuele ser superior al 97%.Filtros de red para equipos existentesde nieve artificialLas bombas de impulsión más antiguasempleadas en las máquinas de nieveartificial suelen estar equipadas conconvertidores de potencia convencionales,que generan armónicos disruptivosen el sistema de suministro eléctrico. Elobjetivo de ABB era eliminar estas perturbacionescon un filtro de red especial.Con poco trabajo es posible conectarel filtro a los accionamientos existenteso integrarlo en nuevos sistemas.Estos filtros de calidad de potencia(PQF) controlan permanentemente, entiempo real, la corriente de la líneapara determinar los armónicos existentese inyectan corrientes de compensaciónen la red cuyos armónicosson de fase exactamente opuesta. Deeste modo se anulan los armónicos,quedando una onda sinusoidal pura.Los filtros PQF son inmunes a loscambios de los parámetros de la red yno se sobrecargan. Están disponiblesCuadro El principio del filtro activoEl principio del filtro activo consiste en medircorrientes armónicas y generar activamenteun espectro armónico de fase opuesta a lacorriente armónica distorsionante medida.De este modo se anulan los armónicosoriginales.El filtro activo está configurado en paraleloy supervisa en tiempo real las 3 fases de lacorriente de la línea de baja tensión medianteun procesador de señal digital (DSP).La salida de la unidad DSP, en combinacióncon un sistema de control por microprocesador,genera una señal modulada en ancho deimpulso (PWM) para controlar módulos depotencia basados en tecnología IGBT (transistorbipolar de puerta aislada) actuando comouna fuente de corriente. La señal PWM usauna frecuencia de conmutación fija.El sistema opera bajo control de circuitocerrado con un tiempo máximo de respuestano mayor de 40 milisegundos. El sistemade control impide que se sobrecargue el filtroactivo.Se proporciona filtrado simultáneo, programablede forma individual, para 20 armónicoshasta la frecuencia armónica de orden 50.La eficiencia del filtrado es generalmentesuperior al 97 por ciento.El factor de potencia de operación del filtroactivo se puede programar entre 0,7 inductivoy 0,7 capacitivo. El programador puede seleccionarcompensación de potencia reactiva,tanto fija como dinámica.El filtro activo está protegido contra sobrecorrientesde cortocircuitos, sobrecarga térmicay funcionamiento anormal de puentes IGBT.Revista ABB 3/200615

Problemas especiales, soluciones usualesDerroche de ingenioCon el objetivo de mejorar los sistemasempleados por los fabricantes deaceite de oliva, la empresa RapanelliFioravante Spa de Foligno (Italia),fabricante de maquinaria de extracenversiones estándar para 70, 100 y130 A y, a petición del cliente, enotras versiones (de 40 a 3.600 A).Estos filtros ya se están utilizandocon excelentes resultados en diversossistemas de nieve artificial.El filtro de potencia PQFM se puede conectar con muy poco esfuerzo a sistemas existentescomo componente individual.Motor asíncrono para nuevos sistemasHace cinco años, ABB desarrolló unabrillante idea para nuevas instalacionesde teleféricos: los motores asíncronosde cuatro cuadrantes. En comparacióncon los motores CC, los nuevos motoresCA trifásicos son más pequeños, requierenmuy poco mantenimiento y ahorranenergía. Presentan armónicos de corrientecon frecuencias muy bajas, sinconsumo de potencia reactiva, y puedenmanejar fácilmente sobretensionesen la red. El convertidor de frecuenciasimplifica el arranque y funcionamientoy elimina la necesidad de hacer medicionescomplicadas, que tanto tiemponecesitan.Esta técnica se están aplicando actualmenteen los motores de cañones denieve artificial, cuyos problemas sonsimilares: problemas de colectores enlos motores CC, así como armónicosde red y potencia reactiva en los controladoresde tiristores.La solución, también este caso, fue unmotor asíncrono con convertidor de frecuenciay unidad de alimentación integradaISU-FU. Esta solución se utilizópor primera vez, con muy buenos resultados,en el Campeonato del Mundo deEsquí de 2003 celebrado en St. Moritz(Suiza). Más tarde se utilizaron otrossistemas de producción de nieve en lasestaciones suizas de esquí de Laax,Flumserberg e Ibergeregg y en las finalesde la Copa del Mundo de Esquí de2005 en Lenzerheide. El resultado: yano son necesarios los filtros de armónicosde red y los sistemas de compensaciónen motores de bombas con potenciasde 200 a 355 kW.Ueli Spinnerueli.spinner@ch.abb.comJürgen Reesejuergen.reese@ch.abb.comAceite para losvolantes de unaprensa de aceitunasLa extracción de aceite de oliva es unasunto complicado. ABB colaboracon Rapanelli Fioravante para ofrecerleuna solución innovadora para elcontrol automático de máquinas.En los molinos de ciclo continuo,las laboriosas fases de extraccióndel aceite de oliva –trituración, amasado,decantación y depuración, extraccióndel agua y de las impurezas sólidasde las aceitunas– se realizan ensistemas automatizados de producciónsin apenas intervención del personal.Aunque esto tiene muchas ventajasfrente a los métodos tradicionales, laproducción de aceite de oliva –a diferenciade otros sistemas de extracciónde aceite– requiere controlar con precisiónla temperatura y el tiempo deamasado.El sistema se puede supervisardesde estacionesremotas a través de redescomunes de transmisióncon fines de gestión, controly mantenimiento.16 Revista ABB 3/2006

Problemas especiales, soluciones usualesDerroche de ingenioción de aceite de oliva, hacolaborado con ABB paradiseñar e implementar unasolución innovadora para elcontrol automatizado de lasmáquinas.La compañía Rapanelli de Foligno ha colaborado con ABBen el diseño e implementación de una solución innovadora parael control de molinos automáticos.ran informes, proporcionandetalles de las sesiones detrabajo, fecha y hora, tiempode amasado y temperaturadel producto en todas lasfases de funcionamiento.La nueva solución permitecontrolar individualmente lastres unidades que componenel molino, es decir: el grupode trituración/amasado, eldecantador (centrifugaciónde la pasta compuesta de residuosde aceitunas y mostoaceitoso), y los separadoresfinales para eliminar el excesode agua del aceite.El nuevo sistema usa controladoreslógicos programablesAC31 de ABB y permite el softwarepara satisfacer las necesidadesde cada productor de aceite, porejemplo para adaptar el número dedecantadores o separadores utilizadosen una determinada configuración.También es posible modificar fácilmenteprocesos concretos dentro delsistema de producción de aceite. Elsistema se puede supervisar desdeestaciones remotas a través de redescomunes de transmisión (teléfono,Internet, etc.) con fines de gestión,control y mantenimiento.Cada una de las tres unidades delmolino tiene un programa de controlespecífico. Además, se pueden utilizardos tipos de programa de supervisiónpara controlar el funcionamiento delas máquinas. Estos programas gene-La supervisión de la temperaturay la toma de muestras sepueden realizar en cada fasede funcionamiento gracias ala capacidad del sistema paraidentificar la posición exactadel producto en el ciclo deproducción.Toda esta información seresume en una página generalvisualizada. Desde ellase puede acceder a páginasde trabajo dedicadas a cadauna de las tres unidades de operaciónque constituyen el sistema. Todas lasactividades de control se pueden documentarcon detalle.Silvio Della Casasilvio.della.casa@it.abb.comFórmula de medicióndel par motorABB ha desarrollado un sensor de parmotor capaz de resistir el implacableentorno propio de un coche de F-1.Esta idea de un sensor robustofue desarrollada originalmentepara aplicaciones de automociónestándar y más tarde se adaptó parausos en entornos extremos, como sedan en las instalaciones de F-1. Elsensor es suficientemente pequeñopara integrarlo directamente en eltren de potencia, sobre el eje deentrada de la caja de cambios. Desdeeste punto tiene acceso al par realdel motor y hace viables diversasaplicaciones de supervisión del motory del tren de tracción. Se puede obtenerinmediatamente un ‘mapa’ delmotor mientras el coche está en lapista y con él medir y optimizar elrendimiento de los cambios de velocidades.Las condiciones de las carreras de F-1son, sin duda, muy exigentes. Instaladoen el eje de entrada de la caja decambios, el sensor ha de soportarunas condiciones extremas:Velocidades de giro de hasta20.000 rpmTemperaturas de hasta 250°CNiveles de presión de hasta1.800 MPaRevista ABB 3/200617

Problemas especiales, soluciones usualesDerroche de ingenioEsquema de la máquina con sensor de par Esquema de máquina optimizada390380370Nm36035034033015000 17000 18000 19000 20000rpmLa puesta a punto del motor se suelerealizar en un equipo de pruebas antesde montar el motor en el coche decarreras. Sin embargo, la experienciaha demostrado que las condiciones enel equipo de pruebas no reflejan totalmentelas del vehículo, de modo quela puesta a punto y el rendimiento noson óptimos. Situando un sensor delpar motor en el eje de entrada de lacaja de cambios es posible reunir informaciónde detalle sobre el motor yel tren de potencia mientras el cocheestá en plena carrera. Esto permiteajustar el motor a las condiciones dela carrera y supervisar el rendimientodurante la misma.Otros requisitos son la tolerancia aaltos niveles de vibración, la resistenciaa los lubricantes y una durabilidadque garantice un perfecto funcionamiento,vuelta tras vuelta. Otro requisitodel sensor es seguir funcionandosin ninguna atención especial ni nuevacalibración antes o después de lacarrera.Cuando un material ferromagnéticose somete a la acción de un par, suspropiedades magnéticas cambian.Estos cambios (magneto-elasticidad),que se pueden medir, son la base delTorductor-S, un sensor de par motorsin contacto, usado en los coches deF-1. La capacidad del sensor para registrardatos de forma precisa y sistemáticaen el duro entorno de un cochede carreras lo convierte en unapoderosa herramienta, única en suclase, para optimizar el rendimientodel motor. La correcta puesta a puntodel sistema de control, que implicaajustar el motor para obtener el máximopar y la máxima salida de potencia,depende de un profundo conocimientodel rendimiento del motor y portanto de la optimización de los cambiosde velocidades para reducir almínimo la interrupción del par motor.Además de medir la máxima potenciade salida, el sensor del par motor proporcionatambién información detalladadel rendimiento del motor y de lacaja de cambios, inclusive la respuestadel motor a las acciones del piloto yel desgaste del equipo. En un campotan competitivo como éste, la detecciónfiable del par motor es una característicamuy deseable.Lars A. Gustavssonlars.a.gustavsson@se.abb.comLa automatizaciónaumenta lacompetitividadCharacteristix Limited, uno de losprincipales fabricantes de diseños deplástico moldeado producidos porencargo, ha doblado su capacidad defabricación con la instalación de unacelda con robots de ABB en su fábricade Wadebridge en Cornualles (ReinoUnido).La celda de fabricación GeKu, quecomprende un robot IRB 140 deseis ejes de ABB, una máquina KraussMaffei de moldeo de plástico por inyección,un robot de haz GeKu, transportadoresy prensa neumática, ayudaa Characteristix a mantener su competitividadpese a luchar con los gigantesindustriales de Extremo Oriente.Characteristix, que tiene una lista deprestigiosos asociados bajo licenciacomo 20th Century Fox, BBC Worldwide,Disney, Universal Studios yWarner Bros, ha aprovechado unnicho de mercado suministrando congran flexibilidad productos de tamañopequeño a medio fabricados por lotesa clientes del Reino Unido y otrospaíses europeos, que hasta entoncesadjudicaban sus pedidos a suministradoresde Extremo Oriente.Characteristix no sólo ofrece realmenteun procedimiento completo llaveen mano, inclusive diseño y trabajoartístico, sino que su rápida producciónproporciona flexibilidad a losclientes para hacer pedidos de lotesrelativamente pequeños con cortosplazos de entrega.Estos factores son claras ventajas respectode los suministros de China, porejemplo, sólo posibles en partidasextremadamente grandes y con plazosde entrega de tres meses y que exigencontrolar a fondo la calidad y convenienciadel producto antes de seguiradelante.La celda de fabricación GeKu ha dobladola producción hasta alcanzar33.000 piezas diarias, entre ellas diseñosde tarjetas de cumpleaños, figurasde pie, colgantes, figurillas, portalápices,imanes para frigoríficos y sujetapapelesde plástico, etc., moldeadoscon las inconfundibles formas de personajesfamosos de dibujos animadoscomo Bob the Builder, Spiderman yShrek, por citar sólo algunos.18 Revista ABB 3/2006

Problemas especiales, soluciones usualesDerroche de ingenioLa celda de fabricación no sólo hadisparado la producción de emblemasy diseños para el fabricante de Cornualles,sino que ha aportado interésy variedad para gran parte del personalde producción. Muchos de losempleados de la compañía, dedicadosanteriormente a un trabajo manual,han aceptado el reto de la fabricaciónmediante robots, participando coninterés en cursos de programación derobots e instrucción de operadorespara ampliar sus conocimientos yampliar sus habilidades.El director Andy Knight resume lasituación: ‘Una pequeña empresa de11 empleados, situada en el área ruralde Cornualles, seguramente no parecela más idónea para instalar robots ycompetir con Extremo Oriente. Sinembargo, la celda diseñada por GeKuy su robot de ABB nos han ayudado aser ultracompetitivos y a mantener, yde hecho ampliar, una base de clientesa la que pertenecen algunas de lasfirmas más prestigiosas del mundo’.David Marshalldavid.marshall@gb.abb.comToblerone conel máximo cuidado1 El sistema de envoltura de TobleroneSeguramente no hay nadie en el mundoque no haya oído de Toblerone, lamarca más famosa de chocolate suizo.La inconfundible barra triangularde chocolate es producida por KraftFood Schweiz AG en Berna. Ahora,Toblerone está disponible en porcionesindividuales, pues el chocolate esmanipulado y envasado en piezasindividuales por robots de ABB.El chocolate Toblerone gusta a gentede todo el mundo. Su forma –quesimboliza el Monte Cervino– es inconfundible.La novedad es que el chocolatetriangular ya se vende en piezasindividuales que se pueden saboreara Estación de transferenciab Estación de descargaabcdc Recogida y combinación de los productosd Máquinas de envoltura 1–5 (máquina 6 de reserva)Revista ABB 3/200619

Problemas especiales, soluciones usualesDerroche de ingeniode una en una, con un café o para picarentre comidas.Los robots de ABB funcionan en lacadena de producción de Kraft Foodapilando bandejas completas de triángulosindividuales de chocolate y ‘enviándolos’a los sistemas de envasado1 situados más adelante, donde cadapastilla triangular es envuelta individualmenteen papel de aluminio.Objetivos de Kraft FoodKraft Food encargó a ABB un sistemaque debía cumplir los requisitossiguientes:enviar automáticamente las chocolatinasa cinco máquinas de envolturacon papel de aluminiorecoger y combinar los productosenvasados colocándolos en contenedoresde paletastratar cuidadosamente el producto2 Descarga de las bandejas de chocolatinasmaximizar el acceso para las tareasde supervisión, limpieza, servicio ymantenimientofuncionar en tres turnos de trabajoutilizar un diseño sencillo de componentesproporcionar un sistema operativosencillo que admita cambios frecuentesde personalSolución de ABBEl diseño ideado por ABB para estesistema complejo y rigurosamenteespecificado prestó especial atencióna la transferencia de las chocolatinasdesde las bandejas al transportador dealimentación de la máquina de envolver.En caso de caída de las chocolatinasdurante este proceso se pararíanlas máquinas. Las chocolatinas han deser colocadas con gran precisión paragarantizar el óptimo rendimiento deenvoltura.La solución de ABB: división del trabajoen subtareasLos contenedores que transportan lasbandejas llenas de piezas de chocolatese apilan sobre paletas y se envíana una estación de descarga, donde unrobot IRB 6600 de ABB, con un alcancede más de tres metros, transfierecada contenedor a una estación deseparación. Las bandejas se sacan delas pilas y se colocan, varias a la vez,en una de dos máquinas descargadoras2 . Una cinta transportadora situadadebajo de cada descargadora entregala bandeja inferior a una estaciónde transferencia.Las bandejas llenas de chocolatinasson recogidas por un robot IRB 2400en cada una de las estaciones detransferencia. Para poder envolverlasde forma individual, las chocolatinashan de permanecer uniformementeseparadas cuando son transferidas ala cinta transportadora. Para conseguirlo,la bandeja es movida desdedebajo de las chocolatinas con talsuavidad que éstas terminan colocadascon precisión sobre la cinta transportadora.Este proceso de manipulaciónes mucho más preciso que latransferencia manual y evita tambiénque el producto sufra daños.Una vez hecha la envoltura, las piezasde chocolate son recogidas por transportadoresde cangilones que entreganel producto a un transportadorcentral de recogida que se desplazapor toda la trayectoria del sistema.Al final de este transportador, las chocolatinasson recogidas en un grancontenedor. Las deliciosas chocolatinasToblerone ya están preparadaspara su distribución en todo el mundo.Werner Erismannwerner.erismann@ch.abb.com20 Revista ABB 3/2006

Ingenio en la medicinaRobots para los pacientes¿Es posible que los robots y los humanos cooperen para mejorar los programasde fisioterapia?Andras Toth, Ivan ErmolaevLos robots industriales pueden realizar muchos movimientos tridimensionales.Son precisos, potentes y obedientes, y pueden ejecutar muchas de lastareas repetitivas que hasta ahora han tenido que hacer los fisioterapeutas.La idea de utilizar robots para ayudar a los fisioterapeutas en el tratamientode miembros lesionados es atractiva en principio, pero, ¿no será demasiadosimplista? Esta pregunta fue objeto de un proyecto de investigación basadoen robots industriales construidos por ABB. Con la llegada de robots sumamentefiables, fabricados en serie, la perspectiva de la fisioterapia de neurorehabilitación con la ayuda de robots ha pasado a ser realidad.Revista ABB 3/200621

Robots para los pacientesIngenio en la medicinaLa rehabilitación física de lospacientes con parálisis de un ladodel cuerpo (hemiparesia espástica) esun desafío muy complejo. La parálisispuede estar provocada por varias causas,entre ellas la hemorragia cerebralo infarto (apoplejía), traumas, tumores,esclerosis múltiple y defectos congénitos.La causa más común es la apoplejía,que puede producir daños permanentesy es uno de los trastornos neurológicosmás comunes en Europa,con un 80% de supervivientes quepresentan importantes daños neurológicosy un 31% que necesitan ayudaen las actividades de cada día. En laUnión Europa (UE), la incidenciamedia está entre 150 y 400 casos porcada 100.000 habitantes, aunque varíamucho de una región a otra. En Holanda,la incidencia es de 526, mientrasque en Suecia es de 941 por cada100.000 habitantes. En Asia Central yen los nuevos estados independientesde la antigua Unión Soviética, el índicede incidencia es 600, mientras queen Estados Unidos es 214. Es necesariomejorar la asistencia médica de1 Sistema terapéutico REHAROBEl prototipo del sistema terapéuticoREHAROB se muestra en 1 y las ortosisinstrumentadas (aparatos ortopédicosa medida) que sujetan el brazo yel antebrazo del paciente se presentanen 2a . Las ortosis están equipadas conel transductor estándar de fuerza/par,de seis grados de libertad, y con unmecanismo de desconexión de seguridad.La desconexión de seguridadpuede activarse por una señal deemergencia del paciente, del fisioteraaArmario del robotb Robot industrial IRB 140c Robot industrial IRB 1400Hd Ortosis instrumentada del brazoe Ortosis instrumentada del antebrazof Lechog Panel de operaciónh Dispositivo de habilitación del paciente(bloqueo de ‘conductor muerto’)fchdgebaestos pacientes, no sólo en el campode una terapia intensiva, sino tambiénen la rehabilitación.Los pacientes apopléticos respondenpositivamente al movimiento pasivode sus miembros dañados: es posiblereejercitar el cerebro y lograr uncierto grado de recuperación funcional.En el caso de los miembros superiores,el movimiento pasivo implicala intervención de un fisioterapeutaque agarra el codo y la muñeca delpaciente y flexiona repetidamente elbrazo durante 40–45 minutos. Paraconseguir una rehabilitación eficaz sedebe hacer este ejercicio pasivo dosveces al día durante un período mínimode un mes, seguido de varios mesesde ejercicio activo, en combinacióncon el trabajo activo del fisioterapeuta.A menudo no son posiblesestos niveles de atención, pero inclusosi los pacientes tienen fácil accesoa fisioterapeutas bien formados, lostratamientos se podrían mejorar con laayuda de robots.Los pacientes apopléticosresponden positivamenteal movimiento pasivo desus miembros dañados:es posible reejercitar elcerebro y lograr ciertogrado de recuperaciónfuncional.Los comienzosLa historia de la robótica de rehabilitaciónse remonta a los años ochentadel pasado siglo. Al principio no seconsideraba que los robots industrialesfueran adecuados para la robóticade rehabilitación debido a la pesadezde sus movimientos y a su historial deaccidentes. Pero en 1999, investigadoresde la Universidad de Tecnologíay Economía de Budapest (Hungría)retomaron la idea de usar robots industrialesestándar para la terapia enhumanos. El proyecto REHAROB fueel primero en el mundo que buscabautilizar robots industriales estándar,fabricados en serie, para la fisioterapiade pacientes apopléticos con hemiparesiaespástica. Se creó un consorciointernacional, integrado por organizacionesde Hungría, Reino Unido,Alemania y Bulgaria, que empezó atrabajar en el desarrollo de un sistemarobótico, comercialmente viable, dedos brazos. El objetivo era suministrarterapia de movimientos tridimensionalespersonalizados de los miembrossuperiores para pacientes con hemiparesiaespástica y otras discapacidadesen los brazos. Los trabajos inicialesfueron cofinanciados por la ComisiónEuropea y por los participantes en elproyecto. El Consejo de InvestigaciónMédica de Hungría financió un proyectocomplementario.El sistema terapéutico REHAROBEl éxito comercial del proyectodependerá del uso de subsistemasdisponibles en el mercado. Enconsecuencia, el sistema REHORABfue desarrollado en torno a dos robotsindustriales ABB cooperativos quepodían programarse mediante una demostración(entrada de instruccionesde enseñanza) utilizando medicionesde fuerza/par. Estos robots son manipuladoresreprogramables, capaces demover una pieza o herramienta a lolargo de una trayectoria prescrita conuna velocidad y orientación definidas.En su función terapéutica, sus capacidadespueden servir para mover elbrazo de un paciente, pero en estecaso hay que tener muy en cuentauna complicación adicional: la seguridaddel paciente y del operador. Poresta razón, los componentes elegidospara el sistema terapéutico REHAROBson dispositivos fabricados en serie,fiables y certificados; además elsistema fue complementado convarios dispositivos de seguridad redundantes.Además de estas medidas,el equipo del proyecto REHAROBredujo la máxima velocidad de losrobots, que pasó de 3 m/s a 0,25 m/s.22 Revista ABB 3/2006

Robots para los pacientesIngenio en la medicinapeuta o del sistema. La máquinaresponde desconectando inmediatamenteel miembro del paciente de losrobots, mientras continúa apoyándoloen las ortosis, según se muestra en 2b .La terapia mediante robots se configuraen tres fases principales: el fisioterapeutaprograma los robots demostrandouna serie de ejercicios básicoshechos en presencia del paciente. Acontinuación se editan los ejerciciosindividualmente, adecuándolos a lasnecesidades del paciente, y se combinanpara producir un programa terapéuticocomplejo personalizado.Finalmente, los robots reproducen elprograma, permitiendo al fisioterapeutacambiar el orden, la velocidad y elnúmero de repeticiones de cada fase3 . Puesto que el paciente está presentedurante la fase de programación,cada régimen terapéutico se ajustaperfectamente a sus necesidades y elsistema terapéutico REHAROB puedegestionar el programa sin la supervisiónpersonal del cuadro médico.Los robots son productos muy flexibles,pero puesto que van fijados a laestructura del sistema terapéutico ytrabajan en cooperación, existenciertos límites de peso y altura delpaciente. Los pacientes no han depesar más de 150 kg y han de teneruna altura de 160 a 190 cm. La limitaciónde la altura obedece a limitacionesde movimiento en los brazos delos robots, más que a motivos deseguridad: si el paciente es demasiadobajo o demasiado alto, los brazos delrobot no podrán ejecutar con ladebida amplitud los movimientos delprograma terapéutico. Tales problemasse identificarán en la etapa deprogramación mediante una señal de‘articulación fuera de rango’ proporcionadaal terapeuta durante la entradade instrucciones de enseñanza.sistema de fisioterapia robótica essegura y fiable, que los pacientes notienen miedo a los robots y que paralos fisioterapeutas es muy fácil aprendera manejar el sistema. Doce participantes,que padecían diversos gradosde discapacidad, fueron sometidos aun total combinado de 240 sesionesde fisioterapia mediante robots (20sesiones de treinta minutos cada uno).Todos los participantes mostraron unamejora significativa de su estado, deacuerdo con diversos indicadores dedeterioro y discapacidad1). A juicio delos pacientes, los ejercicios robóticoseran tan eficaces y relajantes como la2 Ortosis instrumentadas por el sistema terapéutico REHAROBa3 Interfaz hombre-máquina del panel de operación REHAROBtradicional fisioterapia hecha por elfisioterapeuta en persona.Partiendo de las conclusiones delprimer ensayo clínico, el proyectoFIZIOROBOT hizo determinadasmodificaciones en el controlador defuerza del sistema, la interfaz gráficade usuario, las ortosis instrumentadasy el dispositivo de habilitación delpaciente (‘bloqueo de conductormuerto’). Para investigar la eficaciadel nuevo sistema se realizó un estudioclínico controlado sobre el FIZIO-ROBOT, siguiendo el mismo procedimientoético de aprobación empleadobEnsayos clínicosEn el Instituto Nacional de RehabilitaciónMédica de Budapest (hungría) serealizaron ensayos clínicos del sistematerapéutico REHAROB, de conformidadcon lo estipulado por la Declaraciónde Helsinki [1] y por comitéslocales y nacionales de ética e investigacióncientífica. El primer ensayo,que tuvo una duración de cuatromeses, demostró que la función delRevista ABB 3/200623

Robots para los pacientesIngenio en la medicina4 Un paciente recibiendo fisioterapiamediante robots en el Instituto Nacionalde Rehabilitación Médica de Budapest,Hungríaen el ensayo inicial. En esta investigación,30 pacientes con hemiparesiafueron divididos aleatoriamente endos grupos de 15, el grupo robótico yel grupo de control. Los pacientes deambos grupos recibieron 30 minutosde terapia Bobath 2) en cada uno delos 20 días de trabajo consecutivos.Los integrantes del grupo robóticorecibieron 30 minutos adicionales deterapia mediante robots durante losmismos 20 días. Estos pacientesrecibieron un total combinado de 150horas de terapia mediante robots, enlas que no se produjo ningún incidentenegativo. Se midieron varios parámetrospara evaluar la eficacia de lostratamientos. Hubo una mejora significativaen la puntuación media Ash -w orth modificada 3) de los aductoresdel hombro en ambos grupos, aunquela mejora más acusada se produjo enel grupo robótico. En cuanto a losflexores del codo, los valores fueronprácticamente los mismos en ambosgrupos, con una ligera ventaja, estadísticamenteno significativa, en elgrupo robótico. No obstante, los resultadosglobales mostraron que, parala mayoría de los parámetros medidos,las mejoras observadas en elgrupo robótico fueron más acusadas(valores medios más altos) que las delgrupo de control.El futuro de REHAROBEl sistema está siendo perfeccionadocon un nuevo controlador de ABB:una sola unidad de control IRC5Multimove sustituirá a los dos controladoresS4C Plus. La siguiente tareaserá obtener la certificación médica delas autoridades húngaras (ORKI), quepermitirá utilizar regularmente elsistema en la terapia robótica. A laespera de los resultados que dé unsegundo ensayo clínico previsto para2007, el Dr. Gusztav Arz, coordinadordel proyecto REHAROB, espera que elsistema esté optimizado y preparadopara la fabricación en serie. Antes dela comercialización del sistema serealizará un estudio de mercado detallado.El Dr. Arz añade: ‘Los planescomerciales son aún embrionarios peroestán bien esbozados, aunque esmuy probable que se necesiten ayudasexternas para producir y comercializarel sistema REHAROB.’Los robots también contribuyena supervisar elprogreso del paciente conregistros detallados delrégimen de ejercicios y delas respuestas del mismo.El sistema terapéutico REHAROBofrece un importante potencial para eltratamiento de los miembros superiorespor medios biomecánicos y mediantefisioterapeutas, basados en unafisioterapia inteligente. La función delrobot no es sustituir al fisioterapeuta,sino más bien ampliar las opciones detratamiento. Los robots también contribuyena supervisar el progreso delos pacientes con registros detalladosdel régimen de ejercicios y de lasrespuestas de los mismos, lo que permiteperfeccionar los programas detratamiento y además podría contribuira desarrollar estrategias de rehabilitaciónpara otras afecciones neuromotoras.El desarrollo de nuevostratamientos será el objetivo de losfuturos trabajos, una vez se haya conseguidola certificación médica y elsistema terapéutico REHAROB se utiliceclínicamente con total regularidad.Andras TothBudapest University of Technology andEconomicsBudapest, Hungriatoth@manuf.bme.huIvan ErmolaevABB Robotics DivisionMoscow, Rusiaivan.ermolaev@ru.abb.comCuadro Andras TothAndras Toth es investigador senior delDepartamento de Ingeniería de Fabricaciónde la Universidad de Tecnología y Economíade Budapest (Hungría). Sus intereses secentran en las propiedades no estándard delos robotos y en el uso de los mismos en labiomedicina, en la desactivación de explosivosy en labores de rescate. Si desea másinformación puede consultar reharob.manuf.bme.hu y www.rescuer-ist.net.AgradecimientoEste trabajo ha contado con patrocinio de la Unión Europea (concesión IST-1999-13109) y de Hungarian Medical Research Council (concesión ETT-073/2003 FIZIOROBOT).Notas1)Los indicadores incluyen medidas del rango de movimientos, FIM (medida de independencia funcional), puntuación del cuidado propio y el índice Barthel de lasactividades diarias.2)La terapia Bobath es un método interdisciplinar ampliamente utilizado para el tratamiento de pacientes con deterioro de las funciones motoras como consecuencia dedaños en el cerebro o en la médula espinal. [2]3)Escala de calificación de seis puntos utilizada para medir el tono muscularBibliografia[1] ‘http://www.wma.net/e/policy/b3.htm’[2] Bobath B. Adult Hemiplegia: Evaluation and Treatment. 3ª edición. Butterworth-Heinemann. Oxford. 199024 Revista ABB 3/2006

Ingenio en la medicinaLa respiración, elSherlock Holmes de lagastroenterologíaAnalizador respiratorio que atrapa las bacterias en el actoWalter Fabinski, Thomas WeyrauchEn diciembre de 2005, Barry Marshall yRobin Warren recibieron el premio Nobel deFisiología y Medicina por el descubrimientode la bacteria helicobacter pylori y de suimportancia en la gastritis y las úlceras gástricas.Un descubrimiento sensacional que supusoun cambio radical en el tratamiento de lasenfermedades gástricas, aunque el diagnósticoseguía dependiendo de molestos procedimientosgastroscópicos o del uso de costosos espectrofotómetrosde masas. Hartmann y Braun encontraronuna solución sencilla y rentable para este problema, lacual es hoy día parte de ABB Automation. El nuevo dispositivo,basado en el análisis del espectro infrarrojo, se utilizaactualmente en todo el mundo.Revista ABB 3/200625

La respiración, el Sherlock Holmes de la gastroenterologíaIngenio en la medicinaMarshall y Warren descubrieron que labacteria h. pylori se fija en las paredesdel estómago con sus flagelos y puedeprovocar enfermedades muy extendidascomo gastritis, úlceras y, encaso de infección crónica, cáncer. Lainfección de h. pylori afecta aproximadamentea la mitad de la poblaciónmundial y es, por tanto, una de lasinfecciones bacterianas más comunes.Solamente en Alemania, más de 30millones de personas están infectadascon la bacteria, 10 a 20 por ciento delas cuales desarrollarán una úlceragástrica o duodenal. Hasta el descubrimientode Marshall y Warren secreía que nada vivo, ni siquiera lasbacterias, podría sobrevivir en el medioácido del estómago. Se alentó apacientes que sufrían úlceras a quecambiaran sus hábitos de vida y evitaranel tabaco, el estrés y el alcohol, yse les trató con bloqueantes histamínicos.Sin embargo, este tratamiento sóloproducía alivio a corto plazo, peroen modo alguno resolvía el problema.Las consecuencias del descubrimientode Marshall y Warren no deben subestimarse,ya que los dos premios Nobelhan socavado una idea que parecíainamovible, provocando un cambio deparadigma. El descubrimiento puso enmarcha la búsqueda de nuevos métodosde diagnóstico y tratamiento eninnumerables investigaciones en diversoscampos científicos.El amoniaco forma una capa alcalinaprotectora que cubre la célula bacteriananeutralizando los jugos gástricosácidos y permitiendo sobrevivir a labacteria. El CO 2producido por la bacteriase libera en el estómago y escapacon el aire de la respiración. Este mecanismopermite descubrir la presenciade la bacteria.Las investigaciones hanrevelado que la bacteriapuede convertir en CO 2yamoniaco la urea que absorbecuando se alimenta.El amoniaco forma una capaalcalina protectora quecubre la célula bacteriananeutralizando los jugosgástricos ácidos y permitiendosobrevivir a la bacteria.El carbono existe en forma de variosisótopos naturales, como 12 C, 13 C y 14 C.Casi todo el carbono del mundo es 12 C(cerca del 99%), mientras que el 13 Cconstituye aproximadamente un 1% yel resto sólo existe en cantidades muypequeñas. A diferencia del isótoporadiactivo 14 C, los isótopos 12 C y 13 Cson estables y completamente inofensivospara el hombre. Esto significaque es posible administrar una dosisoral de urea irradiada con 13 C a pacientesque padecen gastritis. Despuésde administrar la urea, la relación de13CO 2y 12 CO 2en la respiración de pacientesinfectados es modificada porla conversión bacteriana de la ureairradiada con 13 C en 13 CO 2. Se puedenutilizar espectrómetros de masas paradeterminar la proporción de los dosisótopos en la respiración de los pacientes,pero son instrumentos carosde operar y mantener. Para resolvereste problema se requería un instrumentosencillo, robusto, rentable y,no obstante, muy sensible para aplicacionesclínicas. Esta era la situación aprincipios de los años noventa del pasadosiglo, cuando entraron en escenalos especialistas en tecnología analíticaHartmann y Braun (que en 1998 ingresóen el sector de automatizaciónde ABB).1 Vista de la bacteria helicobacter pylori, tomada con un microscopio electrónico de exploraciónClarificación y concepto de diagnósticoy tratamientoLas primeras investigaciones se centraronen la fisiología de la bacteria y supatogenicidad. H. pylori 1 es una bacteriaalargada, en forma de bastoncillo,que se aloja con sus flagelos en la mucosaprotectora de la pared estomacal.Desde esta posición se alimenta y reproduce,generando sustancias tóxicasque dañan el revestimiento protectordel estómago. Esto permite que el ácidogástrico corrosivo ataque la pareddel estómago, originando inflamacióny afecciones más graves. Se estimaque prácticamente todas las úlcerasduodenales y el 80 por ciento aproximadamentede las úlceras gástricas sonprovocadas por la bacteria h. pylori.La inflamación crónica puede terminarpor originar cáncer. Las investigacioneshan revelado que la bacteria puedeconvertir en CO 2y amoniaco laurea que absorbe cuando se alimenta.26 Revista ABB 3/2006

La respiración, el Sherlock Holmes de la gastroenterologíaIngenio en la medicinaDesarrollo de un concepto dediagnóstico y tratamientoComo posible punto de partidase consideró el analizadorUras de radiación infrarroja,que no usa mediosdispersivos y ya había dadoprueba de su capacidad enla tecnología de medición deprocesos. La tarea consistíaen ampliar la tecnología demedición Uras para determinarla relación de 13 CO 2y12CO 2en la respiración delos pacientes con alta resolución,en un sistema compatiblecon los fármacos. El13CO 2y el 12 CO 2tienen muchaspropiedades comunes, pero difierensignificativamente en sus masasatómicas. Esta diferencia se detecta fácilmentemediante análisis del espectroinfrarrojo, según se muestra en 2 .2 Bandas de vibración y rotación de 12 CO 2y 13 CO 2en el rangointermedio de infrarrojosAbsorción450400350300250200150100501312CO2CO202200 2220 2240 2260 2280 2300 2320 2340 2360 2380 2400Número de ondas (cm -1 )Puesto que el principio de mediciónUras no requiere ningún medio dedispersión, como mallas o filtros(utiliza los propios gases para laselección), los resultados se puedencomparar directamente con elespectro natural invariable Cuadro .Las pruebas iniciales de laboratorioresultaron muy alentadoras y Hartmanny Braun desarrollaron con laUniversidad de Düsseldorf (Institutefor Laser Medicine) un instrumentoUras para uso clínico. Más tarde participaronvarios fabricantes especializados,que se encargaron de la distribuciónglobal de módulos OEM (fabricantedel equipo original) de ABBAnalytical. El resultado del trabajo fueun dispositivo técnico capaz de comparardos pruebas de respiración. Elpaciente sólo tiene que soplar en laprimera bolsa de respiración (‘pruebade respiración de referencia’), tras locual se la administra la urea irradiadacon 13 C. Veinte minutos después elpaciente proporciona una segundamuestra soplando en otra bolsa, traslo cual se miden y comparan lasproporciones de carbono en ambasmuestras. Una diferencia significativaentre las proporciones de las dosmuestras indica la presencia dehelicobacter. La terapia recomendadapara pacientes infectados suele ser untratamiento con ‘triple terapia’ de 7días, compuesta por dos antibióticosdiferentes y un bloqueanteácido.Diseño y uso prácticoEl dispositivo técnico definitivopara entornos clínicosfue desarrollado por variossocios del área de ventas. Elelemento central, sin embargo,es el analizador Uras deABB. Este dispositivo ha sidointegrado en un pequeñomódulo OEM integrado enuna unidad pensada para eluso clínico. La sensibilidadnecesaria se consiguióoptimizando tanto las tecnologíasde medición como lasdel sistema. En consecuencia se requiereun sustrato relativamente pequeño(basta una dosis de sólo 75 mgde 13 C), que reduce el coste de laspruebas y de las bolsas de respiraciónreutilizables.Si los resultados indican la existenciade infección se lleva a cabo el tratamientoy se realizan pruebas regularesde respiración para medir la eficaciade la terapia. En la figura 3 se comparanlos resultados de un paciente infectadocon h. pylori con los de otrono infectado.Desarrollada la tecnología del instrumento,se llevaron a cabo amplios ensayosclínicos y se obtuvieron las licenciaspertinentes. Mientras tanto, sehabía establecido que la distribuciónCuadro Principio de medición UrasEl analizador de gases Uras se basa en la capacidadde las moléculas gaseosas para absorberespecíficamente radiación infrarroja (IR). Estosignifica que se extrae energía de un haz de luzcon un determinado rango de frecuencias, dependiendode los componentes del gas y de suconcentración, así como de la longitud de lacélula de absorción. En la mayoría de analizadoresde gases de radiación infrarroja se usa unfotodetector para registrar este efecto. Éste noes el caso con el analizador Uras.El analizador Uras contiene detectores cargadoscon gas, llamados por esta razón detectores‘optoneumáticos’, en los que se aloja la muestra.La energía radiante absorbida por el gas de lamuestra provoca un cambio de temperatura yuna variación de la presión, del orden de algunosnanobares, que es suficiente para producir unaseñal eléctrica por medio de un condensador demembrana. La comparación entre el gas del detectory el gas de la muestra es muy sensible paracomponentes como CO, CO 2, SO 2, NO, CH 4y N 2O, por citar solamente algunos.En el Uras26, detectores de serie pueden determinarfiablemente las concentraciones dehasta cuatro componentes de gases de proceso.La longitud de las células de muestras instaladascurso arriba de los detectores determinalas concentraciones verificables, que varíandesde unas pocas partes por billón en volumen(ppbv) (

La respiración, el Sherlock Holmes de la gastroenterologíaIngenio en la medicinageográfica global de la bacteriah. pylori es bastante variable.En los países de Europacentral y septentrional,el índice de infección esaproximadamente el 30%,mientras que en África yAsia puede superar el 90%.Los ensayos también revelaron,sin embargo, que la infecciónno siempre provocaenfermedades. Se calculaque sólo un 5% aproximadamentede los infectados conh. pylori sufren efectos nocivosserios.El instrumento, comercializadocon los nombres Fancy oIris, se vende en los paísesindustriales desde mediadosde los años noventa y actualmentese usa en todo elmundo. En Alemania y otrosmuchos países europeos, loscostes de las pruebas de respiracióncorren por cuentade los seguros médicos.Usos adicionalesAhora que se dispone de unmétodo tan cómodo comoéste, comprobar la respiraciónpara detectar la bacteriah. pylori, parece razonableadaptarlo para otras pruebasde diagnóstico. Ya se estátrabajando en otras aplicaciones,como una pruebafuncional hepática, la evaluacióndel metabolismo deaminoácidos y el rastreo dedeficiencias de la absorciónde grasa. Estas pruebas dependende sustratos irradiadoscon 13 C, que interaccionansolamente con los órganosestudiados, y de adaptaradecuadamente el softwaredel dispositivo. Estas nuevas e ingeniosasaplicaciones también han superarensayos clínicos y obtener las licenciasexigidas por la ley. Aunquelas clínicas de gastroscopia constituyenel mercado principal para estaaplicación, hoy existen más de 20pruebas diagnósticas para otros trastornosque dependen del análisis precisoy sensible de la respiración queproporciona el sistema Uras. La figura4 muestra un ejemplo de diagnóstico3 Ejemplo de una prueba en la que participan un paciente infectadocon helicobacter pylori y otro no infectado. Las muestras se tomaronuna hora después de la administración de urea irradiada con 13 C.Incremento de la relación 13 CO 2/ 12 CO 2relación (‰)3025201510Diagnóstico de una infección con Helicobacter pylori5 Analizador de 13 C por infrarrojos HeliFANplusPaciente infectado5no infectado00 15 30 45 60Tiempo en minutos4 Ejemplo de una prueba hepáticaIncremento de la relación 13 CO 2/ 12 CO 2relación (‰)50403020100-10Test de metacetina40 90 140Tiempo en minutoshepático con metacetina irradiada con13C. La curva superior muestra el cursode la relación 13 CO 2/ 12 CO 2en un participantesano, la curva inferior en uncaso de cirrosis hepática severa.El instrumento se usa también en todoel mundo en medicina veterinaria ynutrición animal, así como en diversoscampos de investigación bioquímica.El futuroEl uso de la tecnología específicade isótopos descrita eneste artículo tiene un granpotencial para el diagnósticomédico, gracias, en buenaparte, al rendimiento de latecnología Uras. Al ser un métodono dispersivo, el equipoes compacto y proporciona laresolución y el límite de detecciónrequeridos, además dela robustez necesaria en unentorno clínico. Puesto que sebasa en la proporción de dosisótopos estables, ya no esnecesario usar isótopos radiactivos.ABB participa ennuevos ensayos clínicos paraotras aplicaciones. Un proyectoestá estudiando actualmenteel uso de la tecnología enunidades de cuidados intensivos.Los socios alemanes sonel Münster College of HigherEducation, los suministradoresFAN GmbH (HeliFANplus) yWAT GmbH (IRIS), las clínicasuniversitarias de Ulm y Giessen,y la Charité de Berlín. Eltrabajo lleva el título ‘Pruebade funciones multiorgánicas’.Así pues, si usted padece delestómago y quiere evitar quele hagan una gastroscopia, pídalea su médico que le hagauna prueba de respiración.Walter FabinskiABB Automation GmbHFrankfurt, AlemaniaThomas WeyrauchMarketing CommunicationABB Automation GmbHFrankfurt, Alemaniathomas.weyrauch@de.abb.comBibliografia[1] ABB: Mit langem Atem im Messmarathon. ABBConnect 3 (2002), 1, 13.[2] J.H. Scofield: A frequency-domain description ofa Lock-In-Amplifier. American Journal of Physics62 (1994), 2, 129–133.28 Revista ABB 3/2006

Ingenio y energíaUna nueva ola deenergía renovableEl mal tiempo no existeAlbert Leirbukt, Peter TubaasLas aguas turbulentas, muy abundantes en el Mar del Norte, están llenas deenergía. Si se pudiera capturar de forma rentable la energía de las olas, seríaposible satisfacer una gran demanda de energía. ABB cumple una importantefunción en una notable iniciativa emprendida por Olsen Ltd para desarrollarun dispositivo rentable de conversión de la energía de las olas.Revista ABB 3/200629

Una nueva ola de energía renovableIngenio y energíaLas aguas revueltas del Mar delNorte ofrecen más energía que losgrandes yacimientos de petróleo y gasdel país. Al menos así lo ve el famosonaviero y empresario noruego FredOlsen. ABB está contribuyendo ahacer realidad su sueño: conseguir unsistema financieramente sosteniblepara obtener energía de las olas.La creciente demanda de energía hapromovido muchos proyectos dedesarrollo de tecnologías que permitanaprovechar diversas fuentes renovablesde energía. La tecnología de laenergía eólica ya tiene una largatrayectoria. Ahora podría ser el turnode la energía de las olas.Mientras observaba el montaje de unade sus plataformas, cerca de la costaescocesa, Fred Olsen empezó a pensaren la posibilidad de aprovechar laenergía de las olas convirtiéndola enenergía utilizable. Pero tuvo que esperarvarios años para descubrir la formaexacta de convertir esta energíacinética en electricidad. Estando devacaciones en España, observó elcomportamiento de barriles de petróleoflotando en el mar. Éste fue elpunto de partida del proyecto FO3,destinado a desarrollar un sistemaWEC (Wave Energy Converter).Conversión de la energía de las olas enenergía eléctricaHasta hoy se ha intentado muchas vecesdiseñar dispositivos convertidoresde la energía de las olas (WEC) y muchosde ellos han fracasado por causadel durísimo entorno en que han defuncionar los dispositivos. La conversiónWEC plantea varios desafíosespecíficos, pues abarca varias disciplinasde ingeniería, entre ellas la ingenieríacivil, la ingeniería eléctrica yla ingeniería de control. Un proyectoque no integre todas estas disciplinasestá condenado al fracaso. El aspectomás crítico de un proyecto de desarrolloWEC es el diseño estructural. Eldispositivo ha de ser extremadamenterobusto, pero al mismo tiempo loscostes de material y de fabricaciónhan de estar limitados a un mínimoabsoluto. Es muy difícil aunar estosobjetivos de diseño, lo cual explicaque hasta ahora no haya sido posiblecomercializar a gran escala la energíade las olas.ABB recibe muchas consultas de personasque desean desarrollar dispositivosWEC, pero la iniciativa de FredOlsen tenía un carácter singular. Graciasa sus muchos años de experienciaen el mar, los ingenieros de Olsen conocena fondo los peligrosos retos delMar del Norte.Contribución de ABBABB está comprometida en todo elmundo con el desarrollo de solucionesenergéticas basadas en recursos renovablesy respetuosas con el medio ambiente.Desde las primeras pruebas de2004, ABB colabora como socio en elproyecto de aprovechamiento de laenergía de las olas, participando activamenteen lo que podría ser la próximaaventura industrial en la costa noruega.ABB es un destacado proveedor de laindustria petrolífera y gasística, tantode tierra como de alta mar, a la quesuministra sistemas de automatizacióny seguridad para equipos eléctricos,como los aparatos de conexión y lostransformadores, y para la instrumentación.Más concretamente, ABB haaportado al proyecto FO3 de Olsen suexperiencia y su profundo conocimientode la conversión de energía yde la automatización y ha suministradolos componentes eléctricos y deautomatización.Simplicidad del principio de la conversiónEl concepto FO3 WEC se asemeja a unatorre de perforación tradicional, perouna diferencia notable son los cilindrosflotantes oviformes que cuelgan debajode ella 1 . La energía de las olas seabsorbe cuando éstas mueven los cilindrosarriba y abajo. Este movimientolineal vertical se convierte a continuaciónen movimiento giratorio por mediode un sistema hidráulico, un motorhidráulico que impulsa un generadorpara producir electricidad. Otra diferenciaimportante es que la estructura dela plataforma no es de acero, sino dematerial compuesto ligero.Inicialmente se construyó un modelo aescala 1:20 de la estructura de la plataformaen los laboratorios Marintek/Sintef de Trondheim (Noruega). Losprometedores resultados de estaspruebas llevaron a la construcción deBuldra, el modelo de investigación aescala 1:3 del sueño de Fred Olsen 2 .aprovechar la energía de las olas.Mide 12 x 12 metros y tiene 8 metrosde altura. Las torres hidráulicas tienenuna altura de 7 metros. La versión aescala natural medirá 36 x 36 metros.1 Concepto de plataforma WEC 2 Buldra como plataforma de investigación a escala 1:330 Revista ABB 3/2006

Una nueva ola de energía renovableIngenio y energíaSegún las estimaciones de producciónde energía de Fred Olsen, el modelo aescala natural producirá 2,52 MW conolas de 6 metros de altura con unperíodo de 9 segundos. Esta energía,equivalente a la que proporciona unaturbina eólica, es suficiente para abastecer600 hogares. El objetivo es producirenergía a un coste de 2,8 euros/kWh. El coste de construcción decada plataforma se estima en 3 a 4millones de euros.Estado actual del proyectoThe Norwegian authorities have grant-Las autoridades noruegas han concedidopermiso a Fred Olsen para construir unacentral olamotriz junto a la isla de Karmøy,en la costa occidental de Noruega.El proyecto se encuentra actualmente ensu fase de diseño técnico y previsiblementeestará terminado en 2007.Suponiendo que la iniciativa de FredOlsen demuestre la viabilidad financierade la energía de las olas, ABB3 Fred Olsen, el empresario (a la derecha)estará en muy buena posición parasuministrar equipos eléctricos y deautomatización de fabricación a granescala de plataformas WEC. La tecnologíanecesaria es similar a la queABB suministra para las turbinas eólicas.Así pues, la experiencia y lacartera de productos de la compañíase ajustan a las necesidades de unapotencial industria WEC.Fred Olsen 3 ha demostrado que suproyecto de obtener energía de lasolas es realista, pero todavía tienemucho que hacer para probar su competitividad.La clave es la optimización.Los importantes márgenes debeneficio de la industria del petróleoy el gas no son de aplicación para laenergía de las olas. Los costes deconstrucción, explotación y mantenimientohan de ser mínimos y la potenciade salida ha de ser máxima paragarantizar una explotación rentablea largo plazo.El proyecto multidisciplinar SEEWEC(Sustainable, Economically Efficient,Wave Energy Converter) de crear undispositivo capaz de convertir en electricidadla energía de las olas, sostenibley económico, está evaluando actualmentecada aspecto del conceptoFO3 para determinar los perfeccionamientosposibles. Se están realizandopruebas en varios niveles diferentes,es decir, nuevas formas de cilindros,nuevos diseños de la plataforma y usode nuevos materiales. También se estánrealizando pruebas para determinarsi sería más eficiente un generadorlineal o uno giratorio, cómo maximizarla producción de energía a partirde tipos determinados de ola, interconectarvarias instalaciones WEC,llevar la energía a la costa, etc.En el proyecto SEEWEC, ABB tiene particularinterés en la eficiencia de la generaciónde energía y en el diseño y fabricaciónde sistemas y componentes desegunda generación. La principal contribuciónde ABB al proyecto SEEWEC sehacen en el Centro de investigación corporativade Västerås, Suecia. ABB participatambién en diversas pruebas decampo y en la recogida de datos.PerspectivasEn Noruega se dice que ‘el mal tiempono existe’ y es cierto, al menos enlo que respecta a la energía de lasolas. Aún es pronto para decir si WECse convertirá en una nueva industria,pero, de ser así, ABB está bien situadapara hacerse con una parte importantedel nuevo mercado, que será un escaparatemás para las avanzadas tecnologíasde energía y automatización deABB.Albert LeirbuktABB Power SystemsOslo, Noruegaalbert.leirbukt@no.abb.comPeter TubaasABB Corporate communicationsBillingstad, Noruegapeter.tubaas@no.abb.comRevista ABB 3/200631

Ingenio y energíaPresa de GuriModernización del sistema de control,protección e instrumentación de la central hidroeléctrica de GuriEduardo Colmenares, Daniel Rubinstein, Miguel FlórezEn 2005, ABB se adjudicó un contrato para diseñar, suministrar e instalar lossistemas de control, de protección e instrumentación para la CentralHidroeléctrica de Guri, el mayor proveedor venezolano de energíahidroeléctrica. La central está situada en el cañón de Nekuima, a 100 kmaguas arriba de la confluencia de los ríos Caroní y Orinoco. El proyecto demodernización, que prolongará en 30 años la vida útil de la planta, lo ejecutaun consorcio trilateral en el que participan ABB Venezuela, ABB Canadá yABB Suiza. La primera entrega está prevista para enero de 2007.32 Revista ABB 3/2006

Presa de GuriIngenio y energíaLa construcción de la presa de Gurise inició en 1963. La primera centraleléctrica, con diez unidades degeneración y una capacidad total instaladade 2.065 MW, empezó a funcionarcomercialmente en 1978. En 1985se construyó una segunda central paraalojar otras diez unidades de generaciónde 730 MW cada una. Con ello lacapacidad total de la planta se elevó a10.000 MW, haciendo de Guri la segundacentral hidroeléctrica del mundopor su capacidad de produccióneléctrica. La instalación tiene tres subestacionesde alta tensión que operana 800 kV, 400 kV y 230 kV, todas ellascon configuración de interruptor ymedio. La central suministra al mercadoeléctrico venezolano 12.900 GWhde energía, indispensable para satisfacerla creciente demanda del sector.El proyecto de modernización que estárealizando la propiedad, C.V.G. Electrificacióndel Caroní C.A. (EDELCA),comprende diversos trabajos que ampliarány perfeccionarán tecnológica yfuncionalmente este gran activo delpaís durante los próximos 30 años.Una de las mejoras es la completa revisiónmecánica de las unidades degeneración, que ya están ejecutandodiferentes proveedores de turbinas ycontratistas del campo mecánico. Lamodernización del sistema de control,protección e instrumentación estásiendo realizada por ABB de acuerdocon un contrato aparte.Además de prolongar la vida útil de lacentral, el proyecto aumentará ladisponibilidad de las instalacioneshasta más del 90% e incrementará laeficiencia de las unidades de generación.En cualquier caso, el principalobjetivo del proyecto de modernizaciónes mantener la producción continuade electricidad limpia y fiable.Generalidades sobre el sistemade controlEl sistema de control distribuido (DCS)diseñado por ABB para la planta integrarálos tres primeros niveles del sistemade control jerárquico ya existente.El primer nivel contiene los dispositivosde campo (transmisores inteligentesy estaciones remotas E/S [entrada/salida])que comunican con elsiguiente nivel de control por una redProfibus. El segundo nivel contiene elsistema de control de unidades (UCS,Unit Control System), que se basará enel controlador AC800M de la plataformaIndustrialIT de ABB. Este nivel soportatodas las secuencias de controlautomático para el funcionamiento delas unidades de generación. La redundanciadel diseño del sistema garantizala fiabilidad del mismo. Cada sistemaUCS tendrá dos interfaces hombre-máquina(HMI) redundantes, basadas enel portal de generación eléctrica (PGP,Power Generation Portal) de ABB.Controladores, HMIs y accesorios semontarán en los armarios ya existentesen la planta.El siguiente nivel del sistema de controlcomprende las consolas de operadorpara cada unidad, que estaránsituadas en las salas de control disponiblesen cada central eléctrica. Estenivel se interconectará con un sistemade control centralizado que fue instaladopor SNC Lavalin a finales de losaños noventa, y soportará el nivel decontrol completo de la planta y todaslas avanzadas aplicaciones de control,entre ellas la planificación y controlautomáticos de generación eléctrica,el control automático de tensión, elcontrol de caudal fluvial y otras funciones.Central eléctrica de la presa de Guri765 kV400 kV230 kV765 kV, por construir400 kV, por construir230 kV, por construir230 kV, línea funcionando a 115 kVSistema de control distribuido (DCS)El sistema de control distribuidocomprende las consolas del Portal deGeneración Eléctrica de ABB en elnivel de operador, los controladoresIndustrial IT AC800M de ABB en elnivel de proceso y los módulos E/SS800 de ABB, además de transmisoresinteligentes, en el nivel de campo. Enel nivel de operador, éstos puedencontrolar y supervisar la planta hidroeléctricausando las funciones delpupitre de control, el panel principalde control (MCS) y UCS. El estado delproceso se presenta en monitores encolor, en forma de visualizaciones delproceso, objetos y curvas, alarmas ylistas de mensajes.En el nivel de proceso, el sistema decontrol consta de controladoresredundantes para cada unidad y de unsistema común a las dos centrales deelectricidad. Los controladores tienencapacidad para el procesado analógicoy digital y para el control lógico yde bucles, además de funciones desupervisión, de adquisición, aritméticasy de comunicación. Cada controladordispone de puertos Ethernetlocales que permiten la comunicaciónpeer-to-peer (de igual a igual) sobreRevista ABB 3/200633

Presa de GuriIngenio y energíauna red de área local (LAN) Ethernetredundante. Los controladores puedenfuncionar también independientementede la red LAN. El operador y loscontroladores se comunican entre síutilizando OPC servidor/cliente. Seutilizan módulos de comunicaciónpara permitir conexiones Profibus conestaciones E/S y transmisores inteligentessituados a gran distancia, asícomo conexiones en serie RS232 condispositivos de otras compañías. Paracomunicar con los clusters E/S localesse utilizan puertos de comunicacionesintegrados en los controladores.En el nivel de campo, los datos deentrada de campo y las salidas deproceso son gestionados por losmódulos E/S S800 de ABB, que estánagrupados en estaciones E/S remotasy repartidas en la planta, o en clustersde E/S local situados en el mismorecinto que el controlador. Además delos módulos E/S S800 hay transmisoresinteligentes repartidos por toda laplanta. Las entradas de campo definidascomo puntos de secuencia deeventos (SOE, Sequence of Events)son gestionadas por módulos especialesSOE de la serie S800. Los puntosSOE se registran con una resoluciónde 1 ms y todos los puntos SOE estánsituados en los armarios UCS.Filosofía de control de la plantaLa estación opera desde el sistema decontrol centralizado existente (MasterSCADA Station) en la Central 2, desdelas salas de control de la Central 1 yde la Central 2 y desde los sistemasUCS. Se dispone de transferencia porcontrol local/remoto entre el sistemaUCS, la sala de control y la estaciónMaster SCADA.Dentro del sistema DCS, la planta secontrola en el nivel de unidad. Unoperador en el UCS de la Unidad 1,por ejemplo, tiene acceso a las funcionesgráficas, E/S y de control de dichaunidad. Todas las unidades operan delmismo modo. El sistema DCS no realizacontrol en el nivel de planta. Estecontrol lo realiza la estación MasterSCADA, que se encuentra en un nivelde control superior al sistema DCS. Elsistema de la estación Master SCADAexistente se comunica con DCS através de una interfaz.Los módulos E/S y los transmisoresinteligentes están distribuidos portoda la planta; los dispositivos E/Sestán situados junto al equipo oequipos que se están controlando ysupervisando.Ruta de controlEl control del operador puede hacerseen varios puntos de la planta. Porconsiguiente es importante gestionarel punto de control e impedir el usode un dispositivo desde dos puntosdiferentes al mismo tiempo.El control del operador se puederealizar en los siguientes puntos de laCentral 1:La sala de control: pupitre de distribución(BB) y panel de controlprincipal (MCS)Unidades 1 – 10 de sistemas UCS enla central. En la Central 1 existen 10sistemas UCS. En cada uno de estossistemas se pueden controlar individualmentetodas las unidades. Lasfunciones de control y supervisióncomprenden el arranque/parada dela unidad y la supervisión y avisosde la misma.Servicios auxiliares de 4,16 KV en laplantaSistema de bomba de sumidero ydesagüe PH1, en la plantaServicios auxiliares de 440 V (sólocontrol local)Servicios de control de planta (sólocontrol local)Aliviadero: Canales 1, 2 y 3Sistema de bomba de sumidero ydesagüe de la presaEl control de operador se puederealizar en los siguientes puntos de laCentral 2:La sala de control: pupitre dedistribución (BB) y panel MÍMICO(MIMIC)Unidades 11 – 20 de sistemas UCSen la central. En la Central 2 existen10 sistemas UCS. En cada uno deestos sistemas se pueden controlarindividualmente todas las unidades.Las funciones de control y supervisióncomprenden el arranque/paradade la unidad y la supervisión yavisos de la unidadSistema de bomba de sumidero ydesagüe PH2, en la plantaServicios auxiliares de 4,16 KVVista general de la turbinaVista general del generador34 Revista ABB 3/2006

Presa de GuriIngenio y energíaEstructura general del sistemaDCSInterfaz hombre-máquina (HMI)El sistema ABB de portalesde generación de procesos(Process Generation Portal)se utilizará en las estacionesde operador. El sistema deconsolas se basa en estándaresindustriales y en elsistema operativo WindowsXP. Tiene una arquitecturaabierta que permite utilizarnumerosos protocolos decomunicaciones con capacidad parainterconectar con programas y basesde datos de terceros.La estación ofrece al operador unainterfaz gráfica con la planta. Además,el operador puede utilizar la gestiónde alarmas, la secuencia de informesde eventos, las funciones de registrocronológico de datos y los mecanismosde autorización de usuarios.El controlador AC800MAC800M aplica la tecnología decontroladores más moderna de ABB.Los controladores están construidoscomo módulos montados sobre carrilescon dos puertos Ethernet integrados.Comprenden CPU, módulos decomunicación, módulos de fuentesde alimentación y varios accesorios.Los controladores se dispondrán enconfiguración redundante.TEl controlador AC800MProtocolos y medios de soporteEl controlador utiliza los protocolosde comunicación y medios de soportesiguientes:Comunicación a través de la red decontrol (LAN)Comunicación vía ModulebusComunicación vía Profibus DPComunicación vía Profibus PAComunicación a través de la red decontrolUn controlador se comunica con otroscontroladores e interfaces HMI através de la red Ethernet LAN y WAN(red de área extensa). La red decontrol opera a 100 Mb/s.La red de control está estructuradacomo un anillo con líneas paralelasindependientes. Por consiguiente, sise produce una avería en la línea A,la comunicación continuará por lalínea B, y si ambas líneas Ay B se averían, entoncesla estructura de anillo cambiaráa una estructura debus.Comunicación a través de lared E/SLa red E/S conecta todos losdispositivos E/S de la plantacon el controlador. Hay 3tipos de protocolos decomunicación utilizados parala red E/S:ModuleBus, para comunicar directamentecon los clusters E/S localespor cables de fibra óptica de plástico.ModuleBus soporta la funcionalidadSOE.Profibus DP, para comunicar directamentecon las estaciones E/S remotase indirectamente con los transmisoresinteligentes.Profibus PA, para alimentar los dispositivoselectrónicos inteligentes(IEDs) y transferir información desdeel IED.Sistemas de protecciónEl grupo Power Systems de ABB Suizaofrece un sistema redundante deprotección de generadores y transformadorespara la planta modernizada.En la Central 1, 14 sistemas numéricosREG216 protegerán 3 unidades de230 MW y 4 unidades de 360 MW,mientras que 14 IEDs REC316*4 deCampo E/S: módulos E/S S800y transmisores inteligentesLos módulos E/S S800 y los módulosFCI (interfaz de comunicaciónFieldbus) se combinan para formarestaciones E/S o clusters E/S.Se considera como estación E/S unaentrada/salida conectada al controladorcon Profibus-DP 1) . Una entrada/salida conectada al controlador conModuleBus está considerada comocluster E/S.Se instalarán transmisores e instrumentosinteligentes en toda la planta.Puesto que estos dispositivos secomunicarán por medio de Profibus-PA2), se necesitarán convertidoresProfibus-DP/PA para hacer posiblela comunicación con los controladores.Revista ABB 3/200635

Presa de GuriIngenio y energíatipo numérico protegerán las 7 correspondienteslíneas cortas de transmisióna 400 kV desde la subestación deinterconexión y los transformadoreselevadores de la Central 1. El sistemade protección de los servicios auxiliaresde tensión media de toda la centralserá sustituido por los más modernosrelés, que incluyen dispositivos14xREF541, 18xRET541, 18xREJ521 y75xREX521.ABB Suiza está también contratada paramodernizar los 20 sincronizadoresautomáticos y 20 dispositivos de controlde sincronismo en la subestaciónde 230/400/800 kV de la central hidroeléctrica,así como para instalar unsistema completamente nuevo deregistro de perturbaciones para las 20unidades de generadores y un sistemade supervisión de estaciones SMS530para todas las protecciones suministradas.Sistema de instrumentación y otrossistemasABB Venezuela, líder del consorcio, esresponsable de la coordinación internay de la dirección de los trabajos.Su contribución al proyecto es el diseñodel sistema de instrumentación,que comprenderá transmisores inteligentesrepartidos por toda la planta.Las comunicaciones entre los dispositivosde campo y el sistema de controltendrán lugar por una red Profibus.ABB Venezuela también se encarga delos trabajos previos de ingenieríanecesarios para instalar en la plantalos nuevos sistemas, así como de lainstalación e integración de los mismos.ABB Venezuela preparará, además, lossistemas siguientes:Sistemas de supervisión de vibracionesy de entrehierro para las unidadesgeneradorasSistema de televisión de circuito cerradopara supervisar los procesos yvigilar la seguridadSistemas de comunicación: equipode teleprotección y redes de fibraópticaUn trabajo de equipoABB Automation es líder mundial entecnología avanzada de sistemas decontrol. Esta tecnología se está implantandoen las modernas centrales hidroeléctricaspara satisfacer las necesidadesde los usuarios: un control altamenteautomatizado, seguro y fiable, yacceso a información sobre la planta.El programa de modernización de lacentral hidroeléctrica de Guri demuestracómo una acertada coordinaciónde personas y productos puede satisfacerlas necesidades de un proyecto degrandes dimensiones. ABB tienepersonal especializado y muy experimentadoen todo el mundo. Laexperiencia y el conocimiento especializadode ABB, adquiridos durante laejecución de numerosos proyectos enlos campos más diversos, garantizan alos clientes la disponibilidad de personalidóneo para sus necesidades. ABBofrece una gran variedad de productosplenamente compatibles que satisfacenlas necesidades de los proyectos decontrol de procesos, desde las aplicacionesmás pequeñas a las de mayorenvergadura, como es el proyecto deGuri. El equipo de proyectos de ABBha podido satisfacer los requisitos deeste proyecto singular y adaptar susproductos y servicios para responder alos requisitos específicos del cliente.Los retos del proyecto de modernizaciónde la central de Guri exigen unsólido trabajo en equipo. ABB Venezuela,ABB Canadá y ABB Suiza hanasumido estos retos y establecido unaestrecha colaboración, uniendo suscapacidades y compartiendo suexperiencia. Un grupo de ingenieros ytécnicos de EDELCA también participaen el diseño del sistema de control enel marco de un programa deformación ‘en el trabajo’ realizado enlas instalaciones de ABB en Canadá.La formación facilitará la integraciónde los nuevos sistemas en la planta ygarantizará la transferencia tecnológicade ABB a EDELCA.Eduardo ColmenaresAsea Brown Boveri, S.A.Caracas, Venezuelaeduardo.colmenares@ve.abb.comDaniel RubinsteinABB IncBurlington, Canadádaniel.rubinstein@ca.abb.comMiguel FlórezABB Schweiz AGBaden, Suizamiguel.florez@ch.abb.comNotas1)Profibus-DP: bus de campo de proceso, periféricosdescentralizados2)Profibus-PA: bus de campo de proceso,automatización de proceso36 Revista ABB 3/2006

Ingenio y energíaLa vía ‘costera’ hacia laenergía limpiaCentral combinada de calor y electricidad en Władysławowo, PoloniaAnita RomanowskaMuchos procesos de producción hanestado dirigidos tradicionalmente aconseguir un solo producto final. Cualquiersubproducto se consideraba enprincipio como residuo y cualquier usoque pudiera encontrarse para él seconsideraba algo casual, no un logro deldiseño. El aumento de los costes de laenergía y la conciencia, cada día mayor,de los problemas medioambientales, estánhaciendo nacer una nueva forma de pensar,pero es raro que para un subproductodesechado se hayan encontrado nadamenos que cuatro buenas aplicaciones.En una plataforma de perforación submarinade la costa polaca se quemaba el gasextraído con el petróleo. Muy cerca, laestación balnearia de Władysławowo secalentaba con varias instalaciones alimentadascon carbón y petróleo, perjudicandoclaramente la calidad del aire local. ¿Quémejor uso para el gas desperdiciado quesustituir estas unidades por una centralcombinada de electricidad y calefacciónurbana? ABB recibió el encargo de supervisarla construcción y entregar el sistemade control y gran parte del equipoeléctrico de las instalaciones. Además deproducir electricidad y calor y mejorar lacalidad del aire, la nueva central, situadaen la playa, suministra propano licuado(LPG) y gasolina a otros usuarios. Unabuena solución para un productodesperdiciado hasta ahora.Revista ABB 3/200637

La vía ‘costera’ hacia la energía limpiaIngenio y energíaLa idea de construir una central degeneración combinada de calor yelectricidad en la playa de un centroturístico de la costa báltica surgió en1997. En primer lugar se realizó unminucioso análisis técnico y financieroque demostró la viabilidad económicay ecológica de la inversión. Los resultadosdel estudio fueron tan convincentesque la propuesta atrajo rápidamenteel apoyo financiero necesario.El coste del proyecto superaba los 56millones de dólares. La financiación seobtuvo con préstamos de accionistas yde instituciones de participación quefinancian proyectos ecológicos, comoEcofund Foundation, National Fund forEnvironmental Protection and WaterManagement y Bank for EnvironmentalProtection.La construcción de la central de generacióncombinada de calor y electricidadde Władysławowo’s produjofinalmente los siguientes resultados:eliminación de unas 120 calderas ysalas de calderas locales alimentadascon carbón o petróleoreducción de 134.000 toneladasanuales de contaminantes descargados(polvo)reducción de residuos sólidos comoresultado de la sustitución delcombustible sólido (carbón) por gasreducción de las emisiones dedióxidos de azufre, dióxidos decarbono y óxidos de nitrógenoLos hechosEl objetivo principal del proyecto eraaprovechar 100.000 m 3 de gas queardían improductivamente cada día enla torre de perforación del Mar Bálticocon grave perjuicio para el medioambiente. Sólo el 10% del gas seutilizaba para cubrir las necesidadesenergéticas de la plataforma. La plantade generación de calor y electricidadde Władysławowo 1 ha resultado seruna empresa de carácter único en elámbito nacional o incluso europeo. Laplanta usa el gas natural extraídojunto con el crudo. Hoy se suministranunos 100.000 m 3 diarios de gasnatural con gasoducto submarinotendido recientemente.En 2001, Energobaltic, la compañíacreada para realizar esa inversión,estaba buscando un contratista quepudiera realizar el proyecto. El contratistaelegido tendría que supervisar laconstrucción de una instalacióncombinando tres procesos tecnológicosdistintos: el transporte del gasdesde la torre de perforación hasta lacosta, el tratamiento del gas en lacosta y la producción segura y fiablede calor y energía eléctrica para lasnecesidades locales.Después de diversas negociacionescon varias renombradas compañíasinternacionales, en febrero de 20021 Una sola planta proporciona electricidad, calefacción urbana, propano licuado (LPG) y gasolina a partir del gas, que de otro modo se perdería.Torre BALTIC BETAestación compresora y de desecado de gasFire pool con estación de bombeoPunto de carga en camiones LPG y C5+Edificio de administraciónGasoducto sumarino de 82,5 km y 115 mm de diámetroEstación de nitrógenoNave de producción de calor y electricidadEstación de bombeo LPG y C5+Estación reductora de gasBus de transmisión de gasDepósitos LPG y C5+Estación de bombeo de fuelAntorcha de tierraDepósitosEstación receptorade fuelde gasEstaciónseparadorade gasRed de distribución de calor en Wladyslawowo,aprox 10 km de longitud; 120 centros de distribución de calorMuro antifuegoCentro de conmutación de 0,4 kV y sala de control de fuel líquidoEstación de descarga de fuelControl de entradaSala de control de estaciónTerminal de corriente de centro de conmutación 30/11 kVseparadora de gas38 Revista ABB 3/2006

La vía ‘costera’ hacia la energía limpiaIngenio y energíaEnergobaltic adjudicó la responsabilidadde supervisar y ejecutar elproyecto a ABB Zamech Gazpetro.Durante más de un año, un equipo deingenieros y expertos coordinó todaslas actividades del proyecto, entreellas la determinación de proveedoresy contratistas con un sistema de licitación,la verificación de la documentacióntécnica actualizada, la supervisióny coordinación de los trabajos deobra, la supervisión del arranque y lapuesta en servicio de las instalacionesy la liquidación y control financierodel proyecto.El proyecto se desarrolló en dos fasesprincipales. La primera comprendía laconstrucción de la planta de generaciónde calor y el sistema centralizadode calefacción urbana. El objetivo eratener en funcionamiento el sistema amitad de septiembre de 2002 paracontar con calefacción durante el inviernode 2002/03. A pesar del cortoplazo previsto para la construcción,sólo 7 meses, se cumplió la fechatope y el suministro de calor a laciudad se estableció oficialmente el 18de septiembre de 2002.En la segunda fase se construyó laconducción de suministro del gasdesde la plataforma de perforaciónmar adentro hasta tierra firme.Además se instalaron los sistemas detratamiento y almacenaje costero delgas y las turbinas de gas con calderade recuperación.El 30 de junio de 2003 concluyó definitivamenteel proyecto. Las instalacionesempezaron a funcionar a plenacapacidad.Protección de un lugar sensibleLa planta de generación de energía térmicay eléctrica está situada en la zonaindustrial del puerto de Władysławowo.La ciudad de Władysławowo se encuentraal pie de la península Hel, cercadel parque Nadmorski Coastal LandscapePark. La instalación ha sido construidaen los terrenos que antes ocupabanuna instalación de caldera alimentadacon carbón y una planta de tratamientode aguas residuales. Se prestóespecial atención a la estética paragarantizar la armonía con el entornolocal. La ciudad, con unos 12.000 habitantes,es un balneario. Durante elverano, el número de habitantes se multiplicapor cinco.El gas residual, que anteriormente ardíaen la plataforma petrolífera, resultótener una interesante composiciónquímica. Sólo contenía un 45% de metano,pero era muy rico en hidrocarburospesados –más del 20% de propanoy butano y su potencia calorífica ascendíaa 54 MJ/Nm 3 . Por tanto, la centralgeneradora de energía térmica y eléctricase amplió con una instalación derefino de gas para separar del llamado‘gas húmedo’ las fracciones líquidas depropano-butano y gasolina química.Este aspecto del proyecto es un importantegenerador de ingresos. Así pues,CHP Władysławowo fabrica actualmentecuatro productos: electricidad, calor,propano licuado (LPG) y gasolina(C5 + ). Después de la separación de LPGy C5 + se transfiere un gas ligero (mezclade metano y etano) para alimentarturbinas de gas y calentar calderas deagua. El propano-butano licuado y lagasolina C5+ se almacenan para suventa posterior.Debido a su atípica composición química,el gas residual de la producciónde crudo tenía que someterse a unprimer tratamiento en la torre de perforaciónsubmarina ‘Baltic-Beta’ 2 delMar Báltico (a unos 75 km de la costa).Dada la presencia de gran cantidadde propano y butano en el gas,se considera que este es un gas ‘húmedo’y se transfiere a presión muyalta. Después de secar el gas y comprimirlohasta una presión de 130bares (llamada ‘fase densa’), el gas setransfiere por un gasoducto submarinohasta la estación de separación delgas situada en la planta generadora decalor y energía eléctrica de Władysławowo.El elemento más interesante delproyecto es el sistema de suministrode gas a la costa. El gas fluye por ungasoducto submarino tendido en ellecho marino. La conducción, de 115mm de diámetro y 82,5 km de longitud,responde a la tecnología másavanzada. Desde un buque polivalente3 se desplegaron tubos de aceroflexible revestido con polietileno(análogamente al tendido de cableseléctricos) en tramos de unos 11 km.Los tubos fueron posicionados yempalmados con la ayuda de precisossistemas de navegación marítima. Acontinuación se enterró el gasoductoutilizando equipos marinos especiales.Todos los procesos tecnológicos delcomplejo están conectados a unsistema de control central 4 basadoen la arquitectura de control de procesosAdvant de ABB. El sistema decontrol central conecta con todos lossistemas de control local, así como2 Tratamiento inicial del gas en la torre de perforación ‘Baltic-Beta’.Hasta ahora este gas ardía de forma improductiva.3 El gasoducto fue tendidoen tramos de 11 km.Revista ABB 3/200639

La vía ‘costera’ hacia la energía limpiaIngenio y energíacon el sistema de seguridad quegarantiza la seguridad de funcionamientode toda la instalación. Laplanta generadora de calor y electricidadde la costa y la torre de perforaciónde alta mar están conectadas porsatélite, de modo que el personal deambas instalaciones tiene acceso atoda la información necesaria. Dehecho, el sistema de control supervisatodas las etapas del proceso, tanto entierra como en el mar, con excepciónde la etapa de perforación petrolífera.ABB también suministró numerososaparatos eléctricos 5 paraWładysławowo, entre ellos losaccionamientos del sistema de automatización,la aparamenta de media tensióny los transformadores de potenciapara la torre de perforación, así comoel motor eléctrico para el compresorsituado en la plataforma petrolífera.Beneficios gracias al aprovechamientodel gasEl funcionamiento de CHP Władysławowoha permitido aprovechar100.000 m 3 diarios de gas que ardíaimproductivamente, prescindiendo asídel consumo de 750.000 toneladasanuales de carbón.Gracias a la inversión se han podidodesconectar unas 120 calderas y salasde calderas alimentadas con carbón ypetróleo, con una potencia total de 18MWt, y suministrar anualmente unos76.000 MWh de electricidad a la redeléctrica nacional. Aproximadamenteel 90% de las salas de calderas eliminadasestaban alimentadas con carbón.El resto funcionaba con petróleoy los costes de explotación eran demasiadoaltos para la propiedad. Susustitución requirió construir un sistemade calefacción urbana, para el quese utilizó la tecnología más avanzada.El proyecto persigue el objetivo ecológicode mejorar notablemente lacalidad del aire y en limitar el uso delcarbón, eliminando así los problemaspropios del transporte por ferrocarrily carretera y la manipulación y almacenajedel carbón, reduciendo así lacantidad de residuos sólidos de lacombustión del carbón.La solución adoptada es acorde conlas últimas tendencias mundiales deingeniería energética y satisface lalegislación polaca sobre energía, querecoge las recomendaciones de laComisión Económica Europea, delSegundo Protocolo del Azufre y delAcuerdo Marco de las NacionesUnidas (sobre el cambio climático).Las turbinas de gas tienen juntas unacapacidad de generación de electricidadde aproximadamente 11 Mwe,más calor hasta 18 MWt. Dos calderasde recuperación, de 8,85 MWt cadauna, utilizan los gases calientes residualesde la combustión para calentaragua, con la que se transporta calor alsistema de calefacción urbana. Lossistemas de control regulan las calderaspara satisfacer ajustadamente lademanda de Władysławowo.Tres calderas auxiliares de agua, de 5MWt cada una, se mantienen comoreserva para el caso de que se produjeraalguna obstrucción o parada de laplanta de separación de gas o de lasturbinas de gas, contribuyendo a garantizarque los habitantes de Władysławowodispongan siempre de unafuente segura de calor.La experiencia de ABBLa ejecución de este complejoproyecto ha ampliado losconocimientos y la capacidad de losingenieros de ABB Zamech Gazpetro.Los técnicos tuvieron que hacer galade su profundo conocimientoespecializado y de su creatividad paracombinar los muchos procesost ecnológicos complejos y conseguirque la instalación funcionen de formasegura y totalmente automatizada.Anita RomanowskaABB Zamech Gazpetro Sp. z o.o.Elbląg, Poloniaanita.romanowska@pl.abb.com4 El sistema de control se basa enla arquitectura Advant de ABB.5 Tecnología de medición de ABB, un componente pequeñopero muy importante40 Revista ABB 3/2006

Ingenio y energíaEl reto árticoEl enorme proyecto de Snøhvit, más allá del círculo polar ártico,es un reto para los ingenieros de ABBPeter TubaasABB asumió un gran desafío al convertirseen suministrador para el proyectoSnøhvit (Blancanieves) de gasnatural licuado de la compañía Statoil.Se trata de una compleja instalaciónsituada cerca de Hammerfest,por encima del círculo polar ártico, enel norte de Noruega.Revista ABB 3/200641

El reto árticoIngenio y energíaEl inmenso yacimiento de gas deSnøhvit, nombrado como el famosopersonaje Blancanieves, podríaconvertirse en un auténtico cuento dehadas, y no sólo para Statoil Cuadro .Situado en una región noruega coneconomía tradicionalmente pesquera,el yacimiento y las instalaciones daránun gran impulso a la comunidad local.El proyecto también beneficiará aABB, uno de los principales contratistas,y a las demás compañías participantes.El camino ha sido largo y sinuosodesde que Statoil descubriera elyacimiento a principios de los años80, pero las instalaciones estarán funcionandoen verano de 2006.ABB y LNGEl centro global de excelencia para lasactividades de gas natural licuado(LNG) se halla en un departamento deABB en Oslo (Noruega), desde el cualse ha coordinado la mayor parte delproyecto Snøhvit. El sistema de automatizaciónfue diseñado y probadocompletamente en las instalaciones deABB en Bergen.ABB ha tenido un papel muy importanteen este proyecto, ya que suministróla planta de proceso de gas ydiversos equipos eléctricos y sistemasde control. En el contrato inicial, elcliente especificaba productos, solucionesy servicios de gran calidad concortos plazos de entrega. ABB cumpliótodos los requisitos con la entregapuntual de equipos y servicios de primeraclase durante todo el proyecto.‘Snøhvit es un ejemplo de excelentecooperación con el cliente. Gracias auna detallada planificación y al continuodiálogo con Statoil hemos podidomantener en todo momento el calendarioprevisto. Ha sido un proyectomuy estimulante, que ha hecho surgirlo mejor de los empleados y de losproductos de ABB’, afirma SturleRiple, director de proyecto y responsabledel suministro del sistema deseguridad y automatización (SAS) deSnøhvit.Snøhvit, antecedentesDurante los últimos cuatro años, laisla deshabitada de Melkøya 1 3 , muypróxima a la ciudad de Hammerfest,se ha convertido en la mayor obra delnorte de Europa y en el mayorproyecto de construcción que jamáshaya visto Noruega.En pocos años, el gas del yacimientode Snøhvit, situado a unos 140kilómetros de la costa en el Mar deBarents, llegará a la planta de procesode gas para su tratamiento y envío almercado mundial de LNG. Los productosbásicos de la planta son el gasnatural licuado (LNG, 5.750 millonesde m 3 /año), los gases licuados depetróleo (LPG, 247.000 toneladas/año)y los condensados (747.000 toneladas/año). Todos los productos se exportanpor vía marítima.Snøhvit es la primera explotaciónrealizada en el Mar de Barents. Losyacimientos de petróleo y gas fuerondescubiertos a principios de los años80. Junto con los yacimientos deAlbatross y Askeladd, Snøhvit contienemás de 300.000 millones de m 3 degas natural. El gas se extraerá desdeel fondo del mar utilizando mediossubmarinos controlados a distanciadesde Melkøya. El sistema de controlsubmarino fue entregado por ABB enel Reino Unido (ahora Vetco Aibel). Laparte principal del sistema de controlsubmarino, que es parte integral delsistema general de seguridad yautomatización, fue entregado porABB en Stord, Noruega.Los retos del ÁrticoSnøhvit es una instalación extremadamentecompleja que, sin contar lasdurísimas condiciones meteorológicas,planteaba numerosos retos a ABB.Hammerfest, situada a una latitud de70 grados y por tanto bastante porencima del círculo polar ártico, es laciudad más al norte del mundo 2Los equipos utilizados en el proyectoSnøhvit tendrán que soportar condicionesmeteorológicas durísimas.‘El clima ha sido un problema importantepara nosotros. El equipo deintemperie ha de satisfacer requisitosextremos. Muchas instalaciones tienenequipos electrónicos sensibles. Todoel equipo ha sido probado en condicionesde todo tipo y estamos convencidosde que resistirá el tiempofrío y húmedo de la región de Barents’,asegura Sturle Riple.1 Reno con Melkøya al fondo [Fotografía:Marit Hommedal/Statoil]2 Mapa del norte de NoruegaPersonal trabajando en la instalación deSnøhvit [Fotografía: Marit Hommedal/Statoil]42 Revista ABB 3/2006

El reto árticoIngenio y energíaControl completoDurante su estrecha colaboración detantos años con sus clientes, ABB hadesarrollado una acreditada metodologíapara el suministro de sistemasintegrados de automatización y unacompleta gama de productos y sistemas,estándar y especiales, que satisfacenplenamente los requisitos especialesde la industria.Los sistemas de seguridad son desdehace mucho tiempo parte integrantede la tecnología de ABB. El objetivode estos sistemas es supervisar situacionespeligrosas y controlar de formafiable y segura todo lo relacionadocon la seguridad. El primer sistemaintegrado de seguridad y control fueentregado por ABB a mediados de losaños 80. Industrial IT 800xA, actualmenteel principal sistema de automatizaciónen el sector del petróleo y delgas, se basa en un sólido sistema deseguridad.Ningún sistema es tan importante parauna planta de tratamiento como elsistema conjunto de seguridad yautomatización. El número de señalesen circulación en la planta de procesode Snøhvit es enorme; el sistema decontrol ha de manejar más de 30.000Cuadro StatoilStatoil es una compañía de explotación integradade petróleo y gas establecida en Stavanger(Noruega). Se dedica a la exploración y producciónen 15 países y explota 24 yacimientos depetróleo y gas en la plataforma continentalnoruega. Está representada en 33 países.La compañía representa el 60% de toda la producciónnoruega de petróleo y, como operadorade 23 instalaciones en el fondo marino, esuna empresa líder de la producción submarina.La compañía explota unas 2.000 estacionesde servicio en los países escandinavos,Polonia, los estados bálticos, Rusia e Irlanda.Statoil es uno de los productores y transportistasde petróleo y gas del mundo que másrespeta el medio ambiente.En 2005, el grupo tenía 25.644 empleados ysus ingresos totales ascendieron a 393 milmillones de coronas noruegas (unos 65.500millones de dólares).señales simultáneamente. Una interrupciónimprevista de la producciónresulta extremadamente cara. Porconsiguiente, los sistemas de controlde ABB se construyen y prueban paraproporcionar el máximo nivel deseguridad y reducir al mínimo lostiempos muertos.‘Probamos el sistema completo enBergen antes de enviarlo a Hammerfesten diciembre de 2005. El equipoestá instalado y en funcionamiento’,afirma Sturle Riple.Vista general del procesoEl proceso del yacimiento Snøhvit deStatoil, muy amplio, comprende elcontrol submarino, los procesos complejosde LNG, el almacenaje y lacarga de los productos finales.Statoil ha buscado proporcionar a susoperadores ‘una sola ventana’ en estagran planta de proceso, de ahí laelección del sistema 800xA ExtendedAutomation de ABB como interfaz deoperador para los sistemas deseguridad y automatización.Además, el sistema de automatizaciónde Snøhvit tenía que ser muy fiable yofrecer alta disponibilidad. Para garantizarestos requisitos, el sistemaABB 800xA instalado es totalmenteredundante en todos los niveles, esdecir, contiene buses Profibus, controladores,red, servidores y clientes800xA redundantes.ErgonomíaLa fase de proyecto ha durado más decuatro años, durante los cuales se hapuesto gran énfasis en proporcionar alos operadores el mejor entornoergonómico posible. En condicionesnormales de producción, esta gran ycompleja instalación estará controladapor sólo tres operadore desde unasola sala de control. Un cuarto operadorparticipará durante la carga.Una gran pantalla de proyección curvade 1,5 m x 16 m situada ante los operadorespresenta la información básica delavanzado proceso desde el sistema800xA. Ocho proyectores instalados enel techo muestran información del sistema800xA proyectada en un gráfico continuo.La visualización también incluyeinformación de vídeo del sistema detelevisión en circuito cerrado de la planta,de modo que en pantalla se cuenta coninformación del proceso y vídeo en directojunto con los datos del proyecto.Una pantalla de tal tamaño tiene c omofinalidad proporcionar a los operadoresuna visión general del estado y delproceso completo para favorecer lacooperación entre ellos. Se handesarrollado símbolos especiales en elsistema 800xA para presentar la informaciónde forma que permita identificarrápidamente las anormalidades delproceso. El diseño de la gran pantallay de los símbolos se basa en el conceptoRich Information Display, desarrolladopor el Institute for EnergyTechnology (IFE) de Halden (Noruega)Funciones de alarmaPara reducir la carga de trabajo de losoperadores, se han integrado diversasfunciones de gestión de alarmas enlos sistemas 800xA. La gestión dealarmas se basa en los principiossiguientes: priorización de alarmas,encaminamiento de las alarmas haciael operador responsable, facilidad deacceso a información sobre tipos dealarmas, alarmas de grupo, alarmas dedesconexión y supresión de alarmas.Desde la lista de alarmas, el operadorpuede acceder a información detalladade clasificación de las mismas simplementeclicando con el ratón sobreel objeto ‘clasificación de alarmas’ enel menú contextual del sistema 800xA.La ventana de clasificación de alarmasproporciona informaciones como eltiempo de respuesta o las causas yconsecuencias posibles del problema, ysugiere al operador medidas correctoras.Demanda de energía de la plantaLa potencia total anual requerida porla planta de Snøhvit es aproximadamente1,65 TWh. La planta dispone decinco turbinas de gas, que generan5x50 MW de energía eléctrica. Estasturbinas impulsan tres compresores delicuefacción. El calor de escape se usapara satisfacer los requisitos de temperaturadel proceso.Todo el equipo eléctrico, inclusive elsistema de control y supervisióneléctrico (ECSS), fue entregado porABB como un único paquete. En unprincipio, se habían emitido cuatroRevista ABB 3/200643

El reto árticoIngenio y energíaórdenes de compra separadas:aparamentas de alta tensión, de mediatensión y de baja tensión, y ECSS. Lascuatro órdenes se fusionaron posteriormenteen una sola para resolvermejor los diferentes problemas deinterconexión propios de un ámbitoeléctrico tan amplio.Requisitos de energía eléctricaEl suministro de equipos eléctricos deABB a Snøhvit es muy amplio ycomprende principalmente sistemasbasados en el amplio programa decomponentes electrónicos de ABB,que incluyen la aparamenta de alta,media y baja tensión y el sistemaECSS. Los productos entregadosconstituyen una completa gama desoluciones de distribución eléctrica yaccionamientos eléctricos, de acuerdocon los estándares de la industria delpetróleo y el gas. Estas solucionesgeneran beneficios para el cliente,pues reducen los costes de explotacióny las emisiones, aumentando almismo tiempo la seguridad.La aparamenta de alta tensión es deltipo EXK-0, para una tensión nominalde 145 kV. La instalación incluye unaparato de conexión de media tensiónUniGear ZS1, con tres aparatos deconexión para 11 kV y un cuarto para6,6 kV. Ambos modelos están equipadoscon un sistema óptico de detecciónde arco.ABB ha entregado a Snøhvit un totalde 28 aparatos MNS de conexión debaja tensión para 690 V y 400 V.Constan de 500 cubículos con 2.500consumidores.3 Vista general de la planta de gas natural licuado en Melkøya, en el norte de Noruega[Fotografía: Eiliv Leren/Statoil]Muchos de ellos están equipados conarrancadores de motor inteligentes,que proporcionan al cliente la informaciónmás importante del sistema.La localización y corrección de erroresserá más rápida y podrá realizarse adistancia, es decir, con menos recursosin situ.Para garantizar el máximo nivel deseguridad, los paneles de alta y mediatensión, así como el equipo de bajatensión, están equipados con la unidadde protección y control REF542de ABB.ECSS, el núcleo del sistema eléctrico,se comunica con la amplia gama deequipos mediante enlaces de comunicaciónen serie y Ethernet. Tambiénestá conectado con el sistema de automatizacióny con otros aparatos deterceros. El sistema consta de 48controladores AC800M. Con más de43.000 señales procesadas en unmomento cualquiera, el sistema ECSSproporciona numerosas funcionespara suministrar de forma estable laenergía que necesita la instalación LNG.Requisitos cambiantesEl desafío más difícil para ABB fuesatisfacer con tal rapidez los rigurososrequisitos del negocio de LNG. El tiempodisponible para diseñar y completarlas entregas era limitado y, en elmomento de la firma del contrato, eldiseño de las instalaciones eléctricasestaba todavía en sus preliminares. Laamplitud del equipo eléctrico, sobre todola aparamenta de baja tensión, aumentómucho durante la fase del proyecto.Debido al emplazamiento remoto deSnøhvit y a las difíciles condicionesclimáticas, el equipo tenía que sermuy fiable y, sin embargo, suficientementecompacto para el poco espaciodisponible. El equipo eléctrico tuvoque ajustarse a otras restricciones, yaque fue necesario instalarlo previamentesobre una barcaza en las tranquilasaguas del Mar Mediterráneopara evitar los efectos del tiemporeinante en el norte de Noruega. Labarcaza fue transportada después aMelkøya para ser fijada a un muelle especialy conectada al resto de la instalación.El proyecto Snøhvit es todo un desafío,pues todos sus sistemas operacionaleshan de interaccionar entre sípara garantizar seguridad de funciona-44 Revista ABB 3/2006

El reto árticoIngenio y energíamiento y eficiencia máxima. La planificación,por supuesto, ha de ser muyminuciosa. ABB se ha encargado detodos los servicios de ingeniería, inclusivegran número de estudios realizadosen cooperación con ABB enAlemania. ABB ha realizado tambiénpruebas en todos los módulos y sistemasantes de la instalación, y tambiénin situ después de la instalación.Gestión de la energía eléctricaPara evitar las paradas, que puedencostar muchos millones de dólares,los complejos de gas natural licuadohan de tener un suministro fiable yestable de energía eléctrica. En lasregiones con suministro público deelectricidad poco fiable o inexistente,las compañías de LNG dependen desu propia capacidad de generarenergía; si un suministro eléctricoproblemático provoca una sola desconexiónimprevista se perderán variosdías de producción, con costes quesuperan los 10 millones de dólares.En respuesta a este problema, casitodas las nuevas instalaciones de LNGincluyen ahora un sistema de gestiónde energía (PMS, Power ManagementSystem). Pero la mayor parte de lossistemas cuentan simplemente con lasfunciones SCADA (SupervisoryControl And Data Acquisition), queclaramente son insuficientes. Unsistema eficaz de gestión de la energíaMantenimiento del proceso [Fotografía: Marit Hommedal/Statoil]ha de conseguir varios objetivos. Hade resistir grandes perturbaciones,propias del sistema o ajenas a él, sinque peligre la estabilidad de funcionamiento.Ha de equilibrar la demandade energía y el suministro energéticodisponible, evitando así las perturbacionesy los apagones. Es necesariogarantizar el buen diseño del sistemaeléctrico de la planta para controlarlos costes de energía, mejorar laseguridad y reducir tanto el impactomedioambiental como los efectossobre la salud de las personas.El sistema de gestión de la energíadebe supervisar continuamente elequipo para garantizar óptimo rendimientoy estabilidad a lo largo deltiempo. Las propiedades dinámicas,extremadamente rápidas, del procesoeléctrico requieren tiempos derespuesta del orden de milisegundospara impedir que los relés de protecciónemitan órdenes de desconexiónque provoquen la sobrecarga de losequipo y posiblemente la parada final.Si un sistema es capaz de satisfacertodos estos criterios, el retorno de lainversión en una instalación de LNGse puede medir en semanas, no enaños. Los mayores beneficios sepueden obtener de la eficiencia degeneración de energía, de la importacióny del uso en distintas condicionesde operación y del mínimo gastode capital en el sistema eléctrico.Como ejemplo, digamos que el sistemaPMS de gestión de energía de laplataforma Industrial IT de ABB no sólocontiene la tradicional funcionalidadSCADA, sino también numerosas solucioneseléctricas complementarias, entreellas el control de la potencia y ladesconexión de la carga. ABB ya haentregado y puesto en servicio más de30 sistemas de gestión de energíaeléctrica, demostrando que el sistemaPMS aumenta sustancialmente el tiempoproductivo y mejora la eficiencia yla fiabilidad de la planta. Estosresultados tienen efectos muy positivossobre la inversión de capital y loscostes de explotación.El valor de la experienciaEn la situación actual, con una demandatotal de combustibles sólidosque supera las posibilidades de suministro,la producción y entrega depetróleo y gas es más apasionanteque nunca. Statoil confía en unacompañía como ABB, que cuenta conexperiencia y renombre para satisfacerestas complejas necesidades.Con más de 50 años de experienciaen más de 40 países, ABB es el primerproveedor de sistemas y tecnologíasvitales para el suministro de petróleoy gas. La innovación basada en la experienciay una demostrada capacidadpara gestionar grandes proyectos deautomatización, telecomunicación yelectrificación distinguen a ABB comouno de los principales proveedoresindustriales.‘Estamos orgullosos de lo que hemosconseguido en tan poco tiempo yestamos seguros de que Statoil, unavez más, estará satisfecha con nuestrasentregas’, concluye Riple.Peter TubaasABB Corporate CommunicationsBillingstad, Noruegapeter.tubaas@no.abb.comRevista ABB 3/200645

Ingenio y energíaElectrificación de LondresUn cable subterráneo conecta subestaciones para satisfacerla gran demanda eléctrica de LondresStephen TrotterABB contribuye desde hacemuchos años a garantizar elsuministro eléctrico de Londres.Algunos recientes proyectos deinfraestructura energética de lared nacional hechos para Londreshan dado como resultado unenlace subterráneo de alta tensiónde 20 km de longitud y dos nuevase importantes subestaciones deinterior GIS, aisladas con gas,todo ello con objeto de dar respuestaal rápido aumento de lademanda de electricidad de lacapital.La demanda de energía eléctricasigue aumentando en todo elReino Unido, pero la tasa de crecimientoen Londres está en torno aldoble de la media nacional. Algunasestimaciones indican que el crecimientose mantendrá durante al menosotros 10 años. Para garantizar elfuturo del suministro eléctrico de Londres,National Grid ha invertido desde1990 más de 1.000 millones de euros(1.270 millones de dólares) en reforzarla red de transmisión en Londres yzona metropolitana, lo que representaaproximadamente el 20 por ciento delas inversiones totales de NationalGrid en toda Inglaterra y País de Gales.Una de las medidas adoptadas porNational Grid fue la adjudicación aABB de un proyecto llave en manocon una duración prevista de tresaños, que debía estar finalizado enverano de 2005. El proyecto tenía porobjeto crear ‘London Connection’ parasatisfacer la demanda de electricidadde la capital y de la zona noroeste deLondres.‘London connection’Tendido en un túnel de tres metros dediámetro y 20 km de longitud, elcable enlaza una subestación ampliadaen Elstree con una subestaciónconstruida por ABB en St John’s Wood.Este ha sido el proyecto de construcciónde túneles más importante deNational Grid.La conexión de Londres, ‘LondonConnection’, utiliza tecnologíaavanzada XLPE de aislamiento depolietileno reticulado, que apenasrequiere mantenimiento y es hoy porhoy el cable subterráneo XLPE de 40046 Revista ABB 3/2006

La electrificación de LondresIngenio y energíakV más largo de Europa 1 .Un cable subterráneo similarfue instalado por ABB enBerlín en 1998.Para el proyecto de Londres,ABB instaló, puso en servicioy probó 61 km de cablede 150 mm de diámetro, conun peso total de 2.440 toneladas,que se suministró en63 grandes bobinas 2 .La subestación de St John’sWoodAdemás de satisfacer la demandaenergética siemprecreciente de la capital, eranecesario modernizar lasubestación de St John’sWood, del oeste de Londres,para hacer frente al incrementode demanda local.Por consiguiente, NationalGrid decidió construir unanueva subestación en StJohn’s Wood. Aunque enesta ubicación había existidouna central eléctrica, habíamuy poco espacio disponible;el suelo es muy escasoen esta parte de Londres y no existíala posibilidad de adquirir más terrenos.Así pues, la nueva subestación de400 kV con sus 18 calles tenía que caberen una superficie de sólo 90 x 30 m.Para minimizar el impacto visual de lasubestación sobre la comunidad localy concentrar los equipos en un áreatan limitada, se utilizó la avanzadatecnología GIS de ABB de subestacionescompactas, aisladas con gas 3 .En tanto que contratista principal, ABBfue responsable total del proyecto deSt John’s Wood, inclusive la puestafuera de servicio de la planta antigua,la instalación de la nueva planta, la renovaciónde los componentes que seconservaban de la planta antigua y laconexión entre las viejas y las nuevasinstalaciones. Debido a la falta de espaciopara el ‘tendido’ había que planificarcon gran cuidado. Las entregas,coordinadas ‘just-in-time’, tenían queresolver las complejidades propias deltrabajo en una zona residencial superpoblada.El número de movimientosde vehículos en la instalación da ideade la magnitud de la empresa: sólopara el equipo GIS se hicieron 200Revista ABB 3/20061 Cable subterráneo XLPE de 400 kV de ABBtransportes y cerca de 7.500 más parala obra civil.Subestación GISLa instalación de St John’s Wood es lamayor subestación GIS de 400 kV delReino Unido. El equipo de ABB estádiseñado para minimizar las fugas degas, cuya supervisión se puederealizar por control local o remoto.En el caso infrecuente de que serequiera mantenimiento o reparación,el diseño de la subestación mantienela máxima disponibilidad del sistema,ya que sólo es preciso desconectar loscomponentes y la calle afectados.Las limitaciones de altura edificada seresolvieron construyendo un sótanode seis metros de profundidad debajodel edificio de la subestación.AutotransformadoresSe instalaron cuatro autotransformadoresABB (240 MVA, 400/13-2 kV) parareducir la tensión y alimentar las subestacioneslocales. Los gigantescostransformadores, de 171 toneladas depeso cada uno, fueron transportadospor mar al puerto londinense de Til-bury. Para perturbar el tráficolo menos posible, cada transformadorse trasladó a la instalaciónen horas de madrugada(véase fotografía deportada). Hubo que retirar elmobiliario urbano de la rutay reforzar varios tramos decarreteras y puentes para quepudieran soportar el peso.Control y protecciónLa subestación se puedecontrolar a distancia desde elCentro de Control Británicode National Grid, situado enWokingham. Una sala decontrol de reserva permitetambién supervisar localmentela subestación y del túnel,los aparatos de conexión yprotección, las medicionesde potencia y los sistemasconstructivos y de seguridad.La comunicación se realizasobre todo con fibra ópticapara alcanzar grandes velocidadesde transmisión de datostotalmente inmune al ruidoeléctrico. Todo el equipose sincroniza en tiempoabsoluto utilizando tecnología GPS(Global Positioning System).Comunidad localEl equipo local de ABB trabajó enestrecha colaboración con NationalGrid cultivando las buenas relacionescon la comunidad local. Por ejemplo,se repartieron notificaciones por correoa unas 1.500 direcciones localespara informar a los habitantes sobrelos trabajos más importantes, como lainstalación de pilotes o la recepciónde grandes cargas. Un centro deinformación telefónica atendió a loshabitantes afectados durante las 24horas del día. ABB siempre estabadisponible para resolver cualquierproblema. Mencionemos la rapidez dereacción cuando el montaje de unagrúa torre de 30 metros de alturaafectó a la recepción de la señal detelevisión de algunos habitantes.Durante todo el proyecto se mantuvieronniveles muy altos de higiene yseguridad. En 2004 se concedió aABB un certificado por haber alcanzado250.000 horas de trabajo sin pérdidasde tiempo debidas a accidentespersonales.47

La electrificación de LondresIngenio y energíaCity Road NorthMientras un equipo local de ABB seafanaba en el oeste de Londres, otroequipo trabajaba intensamente en elotro lado de la ciudad, creando lanueva subestación ‘City Road North’de National Grid. El contrato era partede la remodelación urbana de lacuenca del canal City Road en Islington,en la zona norte de Londres.La nueva subestación City Road North,construida junto a la subestación existentede City Road, es parte esencialde un programa de la compañíaeléctrica local, EdF, para reforzar lared eléctrica del norte de Londres. La2 Cables de ABB en grandes bobinassubestación está alojada en un edificionuevo de ladrillo, diseñado por MarkwickArchitects, que reduce al mínimoel impacto visual en la zona. Esteprograma se ajustaba al plan de reurbanizacióndel ayuntamiento de Islington,que buscaba crear alternativasde acceso y recreo para mejorar elentorno urbano local.ABB se responsabilizó de todo eldiseño técnico y de toda la obra civilde City Road North, así como lainstalación y puesta en servicio de lasubestación y de los equipos auxiliares.La primera tarea in situ delequipo de proyecto fue demoler unbloque de oficinas para dejar paso ala construcción de la nueva subestación.La naturaleza del emplazamiento,un lugar muy concurrido en plenaciudad de Islington, era un gran desafío.Rodeado por locales residenciales,comerciales e industriales, su parteposterior daba al canal Regent. El trasladode equipos y elementos pesadosdentro y fuera del solar exigía unaplanificación logística muy cuidadosa.El proyecto también comprendía eldesvío de un cable de 400 kV al interiorde la nueva subestación. El cablehabía servido para enlazar la antiguasubestación City Road con la subestaciónde West Ham, situada a seismillas de distancia en el este de Londres.El desvío era necesario paracompletar los circuitos West Ham/CityRoad North y City Road North/West Ham.El trabajo continúaEl excelente trabajo de la tecnologíaABB en St John’s Wood y City Road,apoyado por la probada capacidad decumplir complejos programas deentregas, ha dado como resultado laadjudicación a ABB de dos proyectosde ampliación por parte de NationalGrid. Ambos proyectos se encuentranen preparación.3 La subestación compacta aislada con gas de ABB tiene la superficie adecuada en plantaABB es responsable del diseño técnicoy de la obra civil de los dos proyectosde subestaciones de St. John’sWood y City Road North, así como dela instalación y puesta en servicio delas mismas. Los sistemas de proteccióny automatización de la nuevasubestación de City Road se basaránen el concepto NICAP (Nationalscheme for Integrated Control andProtection), de uso general en la rednacional. Este planteamiento permitea ABB reducir notablemente los plazosde entrega, ya que se aprovechansoluciones previamente proyectadas,ensayadas y aprobadas para integrarrápidamente las nuevas calles en lossistemas existentes de la subestación.Stephen TrotterABB Power SystemsStone, Reino UnidoStephen.trotter@gb.abb.com48 Revista ABB 3/2006

Ingenio en movimientoNacido para adaptarseTransformador para un tren que circulará por cualquier parteJoel Vauchel, Harry Zuegerprincipios del siglo XX, la mayoríade los ferrocarriles eléctricosAusaban una fuente de alimentación deCC con tensiones de 600 V a 3 kV.Estas tensiones, relativamente bajas,podían suministrarse directamente alos motores de tracción, lo que contribuíaa mantener sencilla la construcciónde las locomotoras. Sin embargo,las corrientes necesarias para suministrarla potencia requerida eran muyaltas (con frecuencia del orden devarios miles de amperios duranteperíodos prolongados) y esto hacíanecesario disponer de un tercer carrilo de una potente catenaria 1) .ABB ofrece una amplia gama de productos para el sector ferroviario.Nuestra compañía suministra sistemas de alimentación eléctrica para redesferroviarias, así como la mayoría de los sistemas eléctricos para locomotoras.En especial, ABB es líder mundial de transformadores de tracción. ABBproduce actualmente un transformador de este tipo que hará totalmenteversátiles los nuevos trenes de SNCF, la compañía ferroviaria francesa. Elmismo tren podrá obtener su alimentación eléctrica desde la catenaria,independientemente de los niveles de tensión proporcionados, o desde ungenerador diesel si la línea no está electrificada. Este tipo de tren será tanflexible que podrá circular por toda la red ferroviaria de Francia.Este es un logro muy especial, ya que el tren se desarrolló desde unaplataforma especificada para permitir ciertas combinaciones de los tressistemas de alimentación (dos tensiones de electrificación y energía diesel),pero no los tres en un mismo vehículo. Por consiguiente, el transformadorfue diseñado para instalarlo en el mismo espacio del tren que el generador,lo que hacía que los dos modos se excluyeran mutuamente. Pero cuandose solicitó un tren con los tres sistemas, ABB afrontó el reto y demostróque era posible encontrar una solución.Revista ABB 3/2006Ya durante los primeros años del sigloXX, y de forma creciente durante losaños que van de 1920 a 1950, se implantarontensiones de transmisiónmás altas (especialmente en EstadosUnidos, pero también en Alemania yen Francia), que hacían posibles intensidadesmás bajas y por tantopermitían eliminar el tercer carril yreducir el peso y coste de la catenaria.Las avanzadas redes ferroviarias modernasutilizan sistemas de CA de altatensión con tensiones de catenaria deentre 15 kV/16,7 Hz (en Suiza, Alemania,Austria, Suecia y Noruega) y 25kV 50/60 Hz (en muchos otros países).La construcción de una catenariamás ligera no sólo reduce los costes,sino que además permite alcanzarmayores velocidades. Las velocidadessuperiores a 250 km/h no serían posiblessin un sistema de CA.Además de la mayor ligereza de la catenaria,la principal ventaja de una tensiónmás alta está en reducir el número desubestaciones de alimentación requeridas(generalmente cada 20-25 km para15 kV y 50 km para 25 kV, en lugar decada 10 km para 1,5 kV de CC).49

Nacido para adaptarseIngenio en movimientoA bordo de la locomotora, sin embargo,la tensión de la catenaria ha deadaptarse al nivel de tensión adecuadopara el sistema de tracción, generalmentede entre 1.000 y 2.000 V.Para esto es necesario disponer de untransformador de tracción.50 por ciento de cuota de mercadoLa fábrica de ABB Sécheron Ltd.,situada en Ginebra (Suiza), fabricatransformadores de tracción desde laintroducción de los sistemas de alimentaciónde CA. Hace seis años, lafábrica concentró su trabajo de transformadoresen las aplicaciones detracción, un sector que lidera con unacuota del 50% del mercado mundial.Actualmente la compañía mantienealianzas estratégicas con Stadler Rail,Bombardier, Siemens y Alstom, fabricantesde material rodante.Un transformador de tracción ha desatisfacer los siguientes criteriosbásicos de rendimiento:Es el único punto de transferenciade energía entre la catenaria y losmotores, lo que exige máximafiabilidad, ya que cualquier averíadel transformador hará que se pareel tren.Mínimo tamaño, ya que se disponede poco espacio.Peso mínimo, pues la carga axialnormalmente no puede superar elvalor de 22,5 toneladas. Lalimitación es aún más estricta paratrenes de alta velocidad o de víaestrecha.Se requieren varios niveles de salidade baja tensión para suministrarpotencia no sólo al sistema de tracción,sino también a los sistemasauxiliares (aire acondicionado, iluminación,señalización, sistemas deinformación) y a los sistemas deseguridad (frenos, cargadores debatería).Los principales fabricantes de materialrodante, como Bombardier, estánlanzando ‘plataformas’ de trenesversátiles que permiten derivar fácilmente,a partir de un diseño común,variantes de trenes accionados conpropulsión diesel y/o eléctrica. Lanueva serie de trenes AGC (autorail àgrande capacité) 1 que están siendoentregados a SNCF, la compañíaferroviaria nacional francesa es unbuen ejemplo de este diseño Cuadro .Diseñados para propulsión diesel yeléctricaUna vez hechas todas las entregas, yaestarán en funcionamiento más de 500trenes AGC. Estos trenes se utilizaránen toda la red SNCF, de 29.500 km, delos que 15.800 km no están electrificados,5.800 km están electrificados a1,5 kV CC y 7.900 km a 25 kV CA.Bombardier suministra variantesdiesel, diesel/CC y CA/CC de trenesAGC. ABB entrega los motores detracción para todas las unidades, losgeneradores para la propulsión diesely los transformadores de tracción parael funcionamiento con corrientealterna.Con el fin de satisfacer plenamenteestos requisitos, ABB tuvo que diseñarun transformador de tracción pequeño,robusto y fiable, que pudiera instalarseen el mismo espacio y lugarque el bloque de alimentación delmotor/generador diesel. De este modo,las condiciones permitieron aBombardier fabricar la misma caja oestructura con independencia delsistema de propulsión utilizado.Transformador montado bajo el sueloEste transformador va instalado debajodel suelo, inmediatamente detrásdel bogie frontal; el resto del tren estotalmente de suelo bajo para facilitarel acceso a viajeros discapacitados,pasajeros que viajan con bicicletas,cochecitos de niños, etc. El piso bajopermite también permanecer menostiempo en las estaciones, hacer másrápido los servicios y utilizar mejor lacapacidad de la línea.2 El transformador montado bajo el piso enel tren AGCPotencia nominal 1.800 kVAPrimario25 kV / 72 ASecundarios 932 V / 484 ADevanado de filtro 1 x 110 kVA,1.000 V / 110 ASobrecarga 2.750 kVAClase térmica A (H pars el hilo)Dimensiones 2.951 x 2.583 x 842 mmPeso3.040 kgImpedancia 28% (1,72 mH)Material del depósito aceroNormasIEC 60310 NFF16-101,2,3 NFF 651011 La modularidad permite crear variantes de propulsión diesel a y eléctrica b del automotorAGC para SNCF (ferrocarriles franceses). ABB suministra los generadores, transformadoresy motores de tracción.ab3 El transformador del tren AGC XBiBi50 Revista ABB 3/2006

Nacido para adaptarseIngenio en movimientoCuadro Parámetros básicos de trenes AGC para SNCF (ferrocarriles franceses)Diesel Eléctrico 25 kV y 1.5 kV Diesel y 1.5 kVNúmero de vagones 2 3 4 2 3 4 3 4Bogies Bo’ 2’ 2’ Bo’ 2’ 2’ Bo’ Bo’ 2’ 2’ 2’ Bo’ Bo’ 2’ Bo’ Bo’ 2’ 2’ Bo’ Bo’ 2’ 2’ 2’ Bo’ Bo’ 2’ 2’ Bo’ Bo’ 2’ 2’ 2’ Bo’V. máxima (km/h) 140 160 140 160 160 160 160 160Potencia del motor (kW) 622 2×622 2×622 1300 1300 1300 2×622/1300 2×622/1300Aceleración(m/s²) 0-50 km/h 0.45 0.66 0.52 1 0.82 0.67 0.81 0.66Capacidad(sentados/de pie) 144/130 208/200 272/251 144/130 208/200 272/251 208/200 272/251Peso (t) 92.6 130.6 158.5 94.6 121.6 149.5 131.6 159.9El módulo del transformador 2 integrael depósito de expansión del aceite yel sistema de refrigeración. Esto significaque ya no es necesario llenar elcircuito de aceite después de montarel transformador en el tren. En la cajade conexiones también van montadosdiversos dispositivos de supervisión yprotección, como fusibles de acciónrápida y transformadores de corriente.El enfriador, equipado con motores dedos velocidades, está sobredimensionadopara ofrecer una reserva de superficiemayor que la habitual, lo quehace el transformador más robusto enlas duras condiciones de servicio. Elmontaje flexible bajo el piso reduce almínimo el ruido provocado por laestructura.Completamente versátil: el tren que irá acualquier lugarPoco después de la entrega de los primerostransformadores de ABB, SNCF4 Transformador montado en el techo del trenAGC XBiBi: tiene las mismas propiedadeseléctricas que el transformador instaladobajo el piso 2 , pero sus dimensiones son3.216 x 2.382 x 860 mm.expresó su deseo de disponer detrenes totalmente versátiles, que pudieranfuncionar con las tres opcionesde suministro de potencia. En otraspalabras: el tren ideal, capaz decircular por todos los rincones deFrancia, de Dunkerque a Niza y deBrest a Estrasburgo.Este nuevo ‘modelo’, llamado AGCXBiBi (bimodo y doble tensión) noestaba incluido en el concepto AGCoriginal; el transformador de traccióny el motor diesel se excluían mutuamente,ya que ocupaban la misma posición.ABB tuvo que resolver el problemaelaborando una solución de mínimocoste, corto plazo de entrega yalta modularidad que no afectara aldiseño general del tren AGC. Habíaque mantener la construcción de suelobajo y no era factible modificar elvagón diesel.Transformador de tracción en el techodel AGC XBiBiBasándose en su experiencia contransformadores de tracción instaladosen el techo, como los entregados paralos trenes NINA de Bombardier y paralos trenes FLIRT 2) de Stadler y X60 deAlstom, ABB diseñó un transformadorhorizontal de tracción instalado en eltecho 3 , eléctricamente idéntico al demontaje debajo del piso 2 . Así, no fuenecesario adaptar el sistema de propulsióno control.Los parámetros eléctricos fundamentalesdel transformador de tracción AGCXBiBi son idénticos a los del transformadorAGC estándar instalado debajodel piso. Las dimensiones se modificarona 3.216 x 2.382 x 860 mm. Ambosmodelos de transformador son deltipo de devanados en capas para minimizarlas vibraciones.Hoy día, todos los fabricantes detrenes están promoviendo el conceptode ‘plataforma’. Por tanto, es importanteinvestigar todas las solucionesposibles en una fase temprana conobjeto de minimizar el tiempo y eltrabajo de ingeniería para adaptar losproductos.Además de los transformadores descritos,ABB Sécheron ofrece una ampliagama de avanzadas tecnologías detransformadores de tracción. La compañíaha desarrollado soluciones ligeraspara integrar las funciones del filtrode línea de CC y de la reactanciachopper en la parte activa del transformador.Estas soluciones se utilizanen las últimas locomotoras multisistemade Bombardier (serie TRAXX) y enlos trenes de alta velocidad.Joel VauchelHarry ZuegerABB Sécheron SAGinebra, Suiziajoel.vauchel@ch.abb.comharry.zueger@ch.abb.comNotas1)La catenaria es la estructura de la línea aérea.2)Véase también ‘El convertidor compacto’, en lapágina 52 de este número de Revista ABB.Revista ABB 3/200651

Ingenio en movimientoEl convertidorcompactoNueva generación de convertidores compactos IGBT de bajatensión para aplicaciones de tracciónPeter Dähler, Gerold Knapp, Armando NoldNo es necesario viajar mucho en Suizapara ver trenes de múltiples unidadessuministrados por Stadler Rail, elfabricante suizo de material rodante.Los más sobresalientes son losexitosos trenes regionales FLIRT yGTW, que ofrecen un rendimiento ycomodidad muy apreciados. Peropoca gente sabe que los convertidoresde potencia de estas unidadesson suministrados por ABB. Elconvertidor compacto de baja tensiónCC750 ® es parte integrante de labrillante historia del ferrocarril.Con independencia de la fuente dealimentación con la que opere, esteconvertidor, compacto y versátil,suministra la tensión y frecuenciaadecuadas para los motores detracción, así como la electricidad paralos sistemas de a bordo, como lailuminación y el frenado, y para otrossistemas auxiliares. El convertidorCC750 ® de ABB usa la última generaciónde módulos semiconductores yuna plataforma de control progra -m able de alto rendimiento.52Revista ABB 3/2006

El convertidor compactoIngenio en movimientoLa función de un convertidor esadaptar la energía de la catenaria(cable aéreo) a la tensión y frecuenciadeseadas para el funcionamiento delmotor a la velocidad y par pretendidos.El convertidor CC750 ® fabricadopor ABB alimenta los motores detracción de los trenes FLIRT 1) [1,2] yGTW 2) de Stadler Rail 1 , utilizados porlos Ferrocarriles Federales Suizos(SBB) y por muchos otros operadores.El convertidor CC750 ® también suministrala electricidad para los sistemasa bordo, de iluminación, frenado yHVAC (corriente alterna de alta tensión).Usa la última generación demódulos IGBT 3) de baja tensión y estáequipado con una plataforma programablede control rápido.El modelo CC750 ® fue presentado enun artículo publicado recientementepor Revista ABB [3], centrado principalmenteen el sistema de control AC800PEC del CC750 ® . El presente artículoanaliza el convertidor en sí.Un sistema Compact Converter CC750AC consta de un transformador deentrada, dos convertidores de traccióncon convertidores auxiliares de potenciay cargador de batería integrados, yun sistema de control AC 800PEC [4]de ABB 2 . El convertidor CC750®sepuede usar con muchas configuracionesde catenarias usuales, como porejemplo 15 kV / 16,7 Hz y 25 kV / 50 Hz,y también con combinaciones de diferentessistemas (para servicios transfronterizos).Existen configuracionescon dos o cuatro convertidores portren, que proporcionan una potenciade tracción total de 1,3 MW o 2,6 MWen la llanta. Los convertidores puedensituarse dentro del vehículo o ir instaladosen el techo o debajo del piso.La avanzada tecnología de control haceposible que los convertidores funcionensin circuito resonante en serieen el enlace de CC, de lo que resultaun sistema de transmisión considerablementemás ligero.Cada convertidor en supropia cajaUna característica esencial del CC750 ®es el montaje de cada convertidor ensu propia caja, a prueba de vibraciones3 . El convertidor, refrigerado poragua, está situado en una caja cerradacon circulación interna de aire a presióny un cambiador de calor aireagua.El hardware de control estámontado sobre una estructura pivotantepara facilitar el acceso a lasección de potencia.Los condensadores del enlace de CC4 están situados inmediatamente detrásde los módulos IGBT, formandouna batería de condensadores de bajainductancia.Los conectores para la refrigeraciónpor agua, así como la interfaz para elcontrol del vehículo, están situados enla parte superior del convertidor.Semiconductores en convertidoresde tracciónLos convertidores compactos sonunidades robustas que incorporan lamoderna tecnología IGBT. Cada unidadindividual se basa en un bloque funcionalde electrónica de alimentación (PE-BB, Power Electronics Building Block)PowerPak 4. Tanto los convertidores dela red como del motor están equipadoscon semiconductores y controladoresde puertas integrados. En el lado delconvertidor de la red se requiere unaconexión en paralelo de los dos módulosde potencia para gestionar la corrientemáxima. En cambio, se proporcionaun módulo de potencia por faseen el lado del motor.Ambos inversores operan en todo elrango de velocidades con un únicopatrón de impulsos PWM, utilizandouna frecuencia portadora de 2 kHz. Lasdistorsiones de las corrientes de fasesinusoidales tanto en el lado de la redcomo en el lado del motor del convertidorson muy bajas 5 .En el caso de transitorios de cortaduración como, por ejemplo, losdebidos al rebote del pantógrafo, unlimitador de tensión limita la tensióndel enlace de CC a 800 V.Sin filtro sintonizado en el enlace de CCA diferencia de los modernos diseñosde convertidores monofásicos, elenlace de CC no cuenta con ningúnfiltro sintonizado.1 Los ferrocarriles regionales están ganando atractivo y eficiencia gracias al despliegue de modernos automotores ligeros:a tren FLIRT 1) de los Ferrocarriles Federales Suizos (SBB) yb tren GTW 2) de THURBO (Thurgau-Bodensee Bahn). Ambos utilizan el convertidor de potencia CC750 ® de ABB.abRevista ABB 3/200653

El convertidor compactoIngenio en movimientoEn su lugar, para absorber la fluctuaciónde potencia de la red monofásica,se ha ampliado notablemente lacapacitancia del enlace de CC paramantener una fluctuación de latensión incluso a plena carga. Debidoa la alta densidad de energía de loscondensadores electrolíticos en elenlace de CC, el coste y el volumende los componentes de dicho enlacese redujeron masivamente en comparacióncon una solución estándar confiltro sintonizado.Protección en caso de fallo de unsemiconductorUn enlace de CC de gran capacitancia4 es ventajoso para la estabilidad dela tensión del enlace. Sin embargo,plantea nuevos problemas de proteccióncontra los cortocircuitos. Unadesconexión de desaturación autónoma,como la que se usa frecuentementehoy día para intervenir en casode fallo de un semiconductor, es insuficientepara impedir un cortocircuitototal del enlace de CC cuando fluyeenergía adicional desde la fase conectada(por ejemplo, la red o el motor)hacia el semiconductor defectuoso.Una avería grave de un transistor IGBTque cortocircuite todo el enlace deCC provocará el fallo del segundo interruptordel semipuente, fuertementeafectado por arcos eléctricos y transitoriosde tensión. Por consiguiente, ental situación habrá que adoptar medidasadicionales para evitar daños mecánicosgraves en el IGBT y en elequipo circundante:Desconectar por detección de ladesaturación sigue siendo la primeramedida para solucionar el fallo deun IGBT que corcocircuita un interruptordel semipuente. La desconexiónsólo tiene éxito si la energíade cortocircuito de la fase conectadaes pequeña, por ejemplo, un falloIGBT de un convertidor auxiliar o deun convertidor del motor, si el motorestá operando a una velocidad y unpar bajos.2 Sistema de convertidor de tracción en THURBO GTW con dos unidades CC750 ® que suministranen total 1,3 MW de potencia de tracción.En lugar de esperar a que se abra elinterruptor, una unidad de detecciónde cortocircuitos detecta el fallo enunos pocos microsegundos y lo comunicaal sistema de control, que adoptamedidas correctoras. De este modo seevita una posible explosión y sólo seproducen daños mecánicos localizadosen el semiconductor causante delproblema, sin ruptura del blindaje delmismo.Después de una avería grave en unIGBT es preciso sustituir el semiconductor,así como los fusibles y el tiristorde la barra de bloqueo del enlacede CC 6 , Estos elementos de protección(fusibles y tiristor) tienen bajocoste y pueden sustituirse fácilmente.Entre las ventajas de este sistema deprotección están la eliminación delimpacto sobre los componentes vecinos(depósito de residuos conductores3 Ya no es necesario hacer ímprobosesfuerzos para aflojar un tornillo que pareceinalcanzable: el hardware de control delCC750 ® se abre hacia un lado para permitirel acceso a la sección de potencia.a pantógrafo (catenaria de 15 kV, 16 2 / 3Hz)b interruptor principalc transformadord y e unidades convertidoras depotencia CC750 ®f devanado de transformador auxiliar paraalimentar la calefacción del treng inversor de red (entrada de 390 V)h enlace de CC (750 V)i inversor de tracción (480 V / 0 – 170 Hz,potencia de tracción 750 kVA)j y k motor de tracción asíncronol alimentación auxiliar trifásica(50 kVA / 3 x 400 V CA)m cargador de batería (12 kW / 36 V CC)n pulsador de frenoadceblmn4 Batería de condensadores del enlace deCC. Los condensadores de alta densidadde energía contribuyen a la estabilidad operacional,pero la mayor cantidad de energíaalmacenada requiere tomar precauciones.khjfgi54 Revista ABB 3/2006

El convertidor compactoIngenio en movimientosobre superficies aislantes) y del posteriortrabajo de limpieza. La reparaciónes más rápida, ya que la facilidadde acceso simplifica la sustitución delos componentes. Además, se puedereducir o eliminar el refuerzo de paredesy aplicar otras medidas para canalizarel plasma en caso de que se produzcatal incidente sin poner en peligrola seguridad de los viajeros. Porúltimo, se reduce notablemente el impactoacústico de un fallo grave delsemiconductor.Alimentaciones auxiliaresLas alimentaciones auxiliares 2 l–n seintegran en el cubículo de los convertidoresprincipales, haciendo del convertidorCC750 ® un sistema completoque cubre todas las necesidades deenergía, de tracción y auxiliar, delvehículo.Las alimentaciones auxiliares, suministradasdirectamente por el enlace deCC de la tracción principal, utilizan lamisma serie de semiconductores y elmismo esquema de protección que launidad de tracción principal. Compartirla gran capacitancia del enlace deCC con los convertidores principalessignifica que las interrupciones brevesde la catenaria de alimentación noafectan al funcionamiento de lasalimentaciones auxiliares.La alimentación trifásica de 50 kVA 2lestá totalmente protegida contrasobrecargas y cortocircuitos y proporcionauna tensión de salida sinusoidalde baja distorsión.La unidad del cargador de batería de12 kW 2m atiende la batería del vehículode 200 Ah y se puede adaptarfácilmente para diferentes algoritmosde carga de la batería. También alimentala línea del vehículo de 36 Vque suministra la energía para elcontrol del vehículo, los accionamientosde las puertas, la iluminación,etc.Experiencia de campoGracias a la estabilidad de la estructurade control y a la gran capacitanciadel enlace de CC, el sistema hademostrado ser muy fiable incluso enel caso de rebote del pantógrafo o demalas condiciones en la vía. El sistemade protección del convertidor hademostrado ser muy eficaz para evitardaños en el cubículo del convertidorsi se produjera un fallo de los semiconductores.No obstante, la mejorade fiabilidad de los semiconductoreses en general una tarea permanentepara garantizar que los modernossistemas de convertidores satisfagan losaltos estándares de fiabilidad y disponibilidadesperados por los clientes.Con la última generación de módulosIGBT de baja tensión se consigue undiseño compacto y económico detodo el sistema convertidor paravehículos de transporte de cercanías.Debido a la alta frecuencia de conmutaciónde los transistores IGBT sepuede aplicar una estrategia simple demodulación PWM, sin necesidad dealternar entre varias estrategias demodulación. El sistema de control estáequipado con una nueva plataformainterna que aplica la tecnología FPGAy un entorno de programación basadoen MATLAB ® /Simulink ® . Gracias aestas avanzadas herramientas [3] esposible proporcionar un software degran calidad y realizar modificacionesfácilmente, incluso durante elfuncionamiento del sistema.Peter DählerGerold KnappArmando NoldABB Switzerland LtdTurgi, Suizapeter.daehler@ch.abb.comgerold.knapp@ch.abb.comarmando.nold@ch.abb.com5 La modulación PWM por anchura de impulsoscon una portadora de 2 kHz minimiza ladistorsión de las corrientes de la red ay del motor b (medición con velocidad delvehículo de 50 km/h y par motor del 80%).akAbkA210-1-2210-1-2-260 -240 -220 -200 ms-260 -240 -220 -200 ms6 Un cortocircuito en el enlace de CC puedecausar daños considerables. Conjunto deprotección con IGBT, barra colectora,detección rápida de cortocircuitos y barra debloqueo de CC.Bibliografía[1] Peter Bruderer Stadler Rail Bussnang, Description of FLIRT train, Railvolution 4/2004 pages 58-72[2] Steffen Obst, Ruedi Beutler, Der FLIRT – das Resultathoher Kundenanforderungen, Eisenbahntechnishe Rundschau, 12/2005 pages 767-771[3] Armin Eichmann, Andreas Vollmer, Laminación y control, plataforma de control AC 800PEC para numerosas aplicaciones, Revista ABB 2/2006, páginas 26-28[4] Ernst Johansen, Patrones de diseño, patrones de codiseño para control avanzado con AC 800PEC, Revista ABB 2/2006, páginas 62-65Notas1)FLIRT (Flinker Leichter Innovativer Regional Triebzug), tren regional innovador, rápido y ligero2)GTW (Gelenktriebwagen), automotor articulado3)IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), transistor bipolar con puerta aislada.Revista ABB 3/200655

Ingenio en movimientoGrúas inteligentesEuromax, la moderna terminal automática de contenedoresUno Bryfors, Hans Cederqvist, Björn Henriksson, Andrew SpinkEl transporte en contenedores ha funcionado como catalizador para elcrecimiento del comercio mundial. Una de las razones del éxito de loscontenedores es que han reducido notablemente los costes detransporte, hasta el punto de que un envío por barco representa unaparte mínima del precio del producto. Para aumentar aún más laproductividad, los puertos de todo el mundo están procurandoautomatizar la manipulación de cargas.En una moderna terminal de contenedores se mueve más de 10.000unidades cada día. Cada uno de estos movimientos es único: ha de serrápido y conducir al destino exacto sin interferir con otros contenedores,grúas o vehículos. Hasta ahora, estos movimientos se realizaban conequipos controlados manualmente, pero la tecnología de ABB haconseguido automatizar por completo estas operaciones.El contenedor de mercancías, quefue introducido durante los añossesenta, ha revolucionado las operacionesmarítimas y portuarias en todoel mundo. Durante 2006, los puertosdel mundo manejarán unos 300 millonesde contenedores, transportandouna innumerable variedad de productospor todo el mundo. Dada la imperiosanecesidad de conseguir más productividady eficiencia, la manipulaciónautomatizada del cargamento seestá haciendo imprescindible.La introducción del contenedor detransporte ha reducido costes y haaumentando notablemente el volumende mercancías transportadas porbarco. Un contenedor marítimo tiene8 pies de anchura y 8,5 ó 9,5 pies dealtura. La longitud más extendida esde 20 pies de longitud, definida como1 TEU (twenty feet equivalent unit) yde 40 pies (2 TEU). Antes de utilizarselos contenedores, el proceso de cargay descarga era tan lento que los barcostenían que permanecer en puertodurante semanas. Hoy en día, un granbarco portacontenedores que transporteun total de 6.000-9.000 TEUpuede intercambiar normalmenteentre 4.000 y 5.000 TEU (hasta 50.000toneladas) en menos de 24 horas.Este aumento de eficiencia ha sidomuy importante para la rápida globalizacióndel comercio y de la fabricaciónen todo el mundo. Los costes detransporte constituyen actualmenteuna parte muy pequeña del precioque paga el consumidor final.Durante los últimos años, la automatizaciónha revolucionado muchos sectoresindustriales, pero los operadores portuarioshan tardado en beneficiarse de56 Revista ABB 3/2006

Grúas inteligentesIngenio en movimientola automatización. El tamaño de loscontenedores, grúas y terminales, y elfuncionamiento preciso en cualesquieracondiciones meteorológicas han sufridocambios importantes, lo cual ha llevadoa desarrollar equipos especiales ynuevos conceptos de control.Hoy se dispone de tecnología probadade automatización para manejar lasmáquinas y controlar las condicionesadecuadamente para un funcionamientoeficiente y económico.ABB toma la delanteraABB marcha en cabeza en la automatizacióndel sector de contenedores portuariosde todo el mundo, pues haconseguido mejorar el aprovechamientode los recursos y reducir los costespara la compañía naviera, para el operadordel puerto y, finalmente, para elconsumidor. ABB ha entregado entodo el mundo sistemas eléctricos y deautomatización para un gran númerode grúas móviles automáticas, sectoren que ha conseguido el liderazgomundial, y grúas de barco a muelle(de brazo móvil). ABB ha tenido ademásun papel destacado al suministrar52 grúas móviles totalmente automati-zadas para la terminal de contenedoresde Altenwerder (CTA) en Hamburgo(fotografía de inicio) –la terminal decontenedores más avanzada del mundo–,que empezó a funcionar en 2002.Este año han entrado en funcionamientolos sistemas de automatización paraseis grúas móviles en el puerto deKaohsiung (Taiwan) y se han iniciadolas entregas para el gran proyectoEuromax de Rotterdam, en Holanda.EuromaxLa terminal marítima Euromax es unaempresa joint-venture formada por lasnavieras Hutchinson-Whampoa deHong Kong y AP Möller de Dinamarca,dos de las mayores operadoras de terminalesdel mundo. El objetivo de la1 Manipulación de contenedores en una terminal automática:abnueva empresa es diseñar, construir yoperar una nueva terminal en Rotterdam,utilizando avanzada tecnologíapara mantener bajos los costes porcontenedor manejado gracias al menortiempo de atraque de los barcos.En 2005 se evaluó a los posibles proveedoresde la terminal automatizada.ABB obtuvo el pedido para el equipoeléctrico y de automatización, la compañíaZhenhua Port Machinery Company(ZPMC) de Shanghai (China) fueelegida para los componentes mecánicosde las grúas.El proceso de Euromax (CTA)El proceso 1 y el tipo de grúas utilizadasserán básicamente idénticos a losde CTA. Los contenedores se cargan ya Grúa de barco a muelleb Vehículo automáticoc Zona de contenedoresd Grúa-pórtico automática sobre raílese Camión de carreteraf Camión de transporte internog Grúa-pórtico para vagonescontrolada manualmentecEuromax en breveFase I de la terminal, construida para2.100.000 TEU/año. Empezará a operarcomercialmente en 2007 y requerirá elsiguiente equipo de manipulación:12 grandes grúas de barco a muelle4 grúas de barcaza58 grúas RMG automáticas(grúas-pórtico sobre carriles)2 grúas RMG manuales para vagonesde ferrocarrildgfe2 Con las modernas grúas de barco a muelle es posible realizar la carga/descarga de un barcocon 4.000-5.000 TEU (equivalente de 20 pies) en menos de 24 horas.El suministro de ABB:Más de 300 accionamientos de grúaACS 8001.600 motores de AC, de 10 a 400 kWAparamenta y transformadores demedia tensiónSistemas de control de la grúa ACS 800Sensores avanzadosMantenimiento y supervisión dela terminalCámaras y equipo de operación remotaEste equipo ha sido montado en las grúasen fábrica y puesto en servicio en laterminal Euromax.Revista ABB 3/200657

Grúas inteligentesIngenio en movimientodescargan desde el barco con una grúade barco a muelle (STS, Ship-To-Shore)1a 2 . Este tipo de grúa suele pesar de1.500 a 2.200 toneladas y hace entre35 y 50 movimientos por hora. Cadamovimiento desplaza de 1 a 4 contenedoresentre el barco y el muelle. Lasgrúas STS son manejadas de forma semiautomáticapor un conductor desdeuna cabina situada sobre el trole, aunos 50 metros de altura sobre el muelle.El contenedor es cargado automáticamenteen un vehículo de guiadoautomático (AGV, Automatic GuidedVehicle) 1b 3 que lo lleva a una zonade almacenaje 1c . Esta zona estádividida en bloques, cada uno de elloscubierto por dos grúas-pórtico automáticas,montadas sobre carriles (ARMG)1d 3 . El contenedor es recogido poruna de estas grúas y trasladado a laposición deseada en el bloque, todode forma totalmente automática.La ubicación del contenedor en lazona de almacenaje es elegida por elsistema operativo de la terminal(TOS, Terminal OperatingSystem), un sistemaavanzado de control deproceso que imparte lasórdenes de trabajo a lasgrúas ARMG.Los contenedores que se hande enviar por tierra se carganen camiones de transportepor carretera 1e o en camionesinternos 1f para llevarlosa un punto de carga ferroviaria1g en la zona de la terminal.El funcionamiento de lasgrúas ARMG es totalmenteautomático, con excepcióndel trabajo con camiones decarretera en la interconexióndel lado de tierra; en estecaso, los movimientos secontrolan manualmente pornecesidades de seguridad,dada la interacción con loschóferes. Desde el momentoen que la carga se elevavarios metros por encima delcamión hasta que se colocaen la pila de contenedores,el movimiento es controladopor un operador situado enun despacho alejado 4 (unsupervisor para cada 8 a 12grúas ARMG), utilizando de4 a 6 cámaras compactasinstaladas en la grúa.Operaciones portuariasLos indicadores básicos de rendimientopara un puerto de contenedoresson los siguientes:3 Manipulación automática de contenedorescon vehículos guiados automáticamente ycon grúas-pórtico automáticas montadassobre carriles.4 Supervisión de grúas-pórtico automáticas montadas sobre carrilesen CTA Hamburgo.5 El sistema de posicionamiento de cargas usa sensores de infrarrojospara identificar con exactitud la posición de la carga.a b c d eTrole v v vCargav = 0Velocidad, ángulov, αaa = máx.bαv = constante a = máximo v = 0a = 0cαdv = velocidada = aceleraciónvelocidad del troleángulo de cargavelocidad de cargaeProductividad de atraque: rapidezcon que se descarga y se vuelve acargar un barcoProductividad de las grúas móvilesNúmero de contenedores manejadospor zonaTiempo de servicio para camionesde transporteCostes de energía por TEUProductividad de la mano de obra,número de contenedores manejadospor hombre-añoPara cumplir todos estos indicadores,se han de satisfacer varios requisitostécnicos:Diseño de los equipos pensado paraun entorno muy duro, para un funcionamientofiable con mantenimientomínimoManejo de grandes y flexiblesestructuras de grúaFuncionamiento automático, rápido yprecisoManejo de las condiciones del terrenoy de los carriles adecuadospara definir conceptoseficientes de ingeniería civilFlexibilidad, trabajo convarios contenedores yvarios tipos de vehículoSeguridad de las intercon -exiones con los equiposmanejados por personalTiempoTecnología de automatizaciónde ABBLos paquetes de automatizaciónpara las grúas estandarizadasARMG STS se basan enel movimiento rápido ypreciso deposición de la carga,posición final yposiciones de los obstáculos,combinado con el controlavanzado de cargas.Medición de la posición de lacargaEl sistema LPS (Load PositioningSystem) 5 consta de unacámara equipada con procesadorde vídeo y móduloemisor de infrarrojos montadosobre el travesaño. Este emisorincluye varios marcadoresde infrarrojos, cada uno delos cuales es identificado porla cámara con una precisiónde menos de un milímetro.58 Revista ABB 3/2006

Grúas inteligentesIngenio en movimientoEl sistema de control utiliza entonceslas posiciones del marcador para calcularla posición y orientación de la cargacon respecto al trole. Esta informaciónse realimenta a los controladores deposición y movimiento para garantizarla máxima precisión.Posiciones de destino y obstáculosTPS utiliza un preciso rayo láser dirigidopor espejos servocontrolados parapermitir una exploración tridimensional6 . En las aplicaciones ARMG,uno o dos de estos escáneres vanmontados sobre el trole y realizandiversas tareas en las secuenciasautomáticas. Durante las operacionesautomáticas dentro de la pila, el sistemaTPS localiza la posición y tamañoexactos del contenedor de destino,comprueba el espacio libre respecto6 El sistema de posicionamiento de destinoutiliza láser y espejos de precisión paraidentificar con gran exactitud la caja que seha de coger.ACC800ACC800SKEW CONTROL DRIVESLPS7 El movimiento automático del trole ha de tener en cuentalas oscilaciones de los contenedores.de las pilas adyacentes y verifica lasposiciones de los contenedores yaapilados. Además, TPS genera referenciasde corrección al operar con contenedoresen zonas de transferenciacon vehículos, automáticos o manuales.Además, TPS localizar los obstáculosque pudieran afectar a las cargassuspendidas.Juntos, los sistemas LPS y TPS permitena las grúas móviles de ABB formarrápidamente y con alta reproducibilidadpilas de contenedores cargadosde hasta 25 m de altura, con unatolerancia de unos pocos centímetros.Control de cargaEl sistema de control de carga de ABBse basa en un modelo de software dela física de cargas suspendidas. Elmodelo comprende algoritmos para elcontrol de los movimientos pendularesen el trole, de las direcciones delpórtico y de la inclinación (rotaciónen torno a la vertical) cuando se elevay transporta un contenedor 7 .Con la retroalimentación de posiciónque aporta el sensor de posición de lacarga es posible considerar influenciasexternas, como el viento o la asimetríade las cargas.La productividad óptima se consigueen las condiciones siguientes:Trayectoria de carga corta pero seguraSe ahorra mucho tiempo si seadopta la trayectoria más corta, porencima de los contenedores. La trayectoriase calcula con las medidashechas por el TPS.Acercamiento rápido a la posiciónde destino El modelo basado en elcontrol de la oscilación y de laposición de la carga calcula elacercamiento óptimo de la cargacon cables de 3-50 metros de longitudy con velocidades de trole y detornos de 300 m/min y 200 m/minrespectivamente.Posicionamiento sin ajustes finalesEl sistema TPS proporciona medicionescontinuas de la posición dedestino, haciendo posible el controlde la carga para alcanzar directamentedicha posición.Integración de la informaciónLas grúas automáticas reciben las órdenesdel sistema TOS (Terminal OperatingSystem). TOS optimiza la utilizaciónde la zona, mientras el sistemade control de grúas determina la trayectoriaóptima de transporte y se encargade evitar las colisiones.El sistema de control de grúas se encargadel despliegue de y de la interaccióncon los controladores de grúasa distancia. También se encarga de laseguridad de acceso de los vehículosy del personal a la zona automatizada.Las grandes flotas de grúas hacen imprescindibleeste sistema para integrarlas amplias funciones de mantenimientoy supervisión con la informaciónreferente a la logística y a lasoperaciones. El personal de operacióny de mantenimiento dispone así deuna vista general y un control completosde la terminal y de apoyo parala toma de decisiones.ABB y el sector portuarioABB ha desarrollado un concepto de automatizaciónde grúas para contenedoresque permite combinar la automatizacióncon diseños eficientes de grúas y de terminales.La moderna teoría de controlgarantiza la rapidez de manipulación. Lossensores innovadores proporcionan laflexibilidad necesaria.Con el suministro de sistemas integradosestandarizados, inclusive equiposeléctricos y accionamientos, así comodel sistema de gestión de las numerosasinformaciones, ABB ha hecho posible laautomatización rápida de terminalesnuevas y de terminales ya existentes.Uno BryforsHans CederqvistBjörn HenrikssonAndrew SpinkABB Process Automation (Business unit Marine)Vasteras, Sueciahans.cederkvist@se.abb.comRevista ABB 3/200659

1OPERATIONAL DISPLAY1 2 3 4 56 7 8 9 1011 12 13 14 1516 17 18 19 202110VAC3110VAC424VDC524VDC (IS)624VDC (IS)21AUTOTRAFFIC10100 100200200250250FPMSPEEDOFF22NORMALTESTROPING15OTEOTWTEST23OUHMBR.RBR.ABR.BONMODE33 34 35 36SETTINGALLOWEDOWEOWW5Nematron24ALLWEST 237RESETEAST 1EAST 2WEST 1HOIST SELECTOR25OFFBRAKE ABRAKE BWORK ON BRAKE7 8 9 Menu4 5 61 2 3General TestProd.StartStop.RunAlarmCommKbd0 - F()EnterBackSpaceOnOffCancel26SLOWEASTFASTEASTSTOP SLOWWESTFASTWESTMASTER CONTROLLER9200 0 200400400600600ALOAD CURRENT(PRESSURESENSITIVEMEMBRANEMOUSE)27EEM R18GENST OPCY19SMP2000SPEED CONTROLD1DIGITALHOISTMONITORFABRIQUE AU CANADASOUTH AFRICA ASEA BROWN BOVERI INC.ST. LAURENT, QUEBEC110-130 V, 50-60 HZ, 200VAMADE IN CANADA2002409 CANADA603527 USA90/8420626467 AUSTRALIATYPE: 110PATENT No:.3ABCDEF.4ABCDEF.8 .9 .10+ CH.1 -+OUTPUT TO RECORDER 0-10 Vdc.11CH.2 -Elevación y tracciónIngenio en movimientonuevo sistema con cuatrotornos de un solo tambor,inclusive todo el equipoeléctrico e ingenieríanecesarios. Las condicionesdel contrato eran todo undesafío. Sólo había seismeses de plazo para laentrega (incluida la puestaen servicio) y el período degarantía estaba fijado en cincoaños. Teniendo en cuentael carácter singular del sistemay la amplitud del trabajo(con muchas tareas de ingenieríacivil en el edificio detornos), finalizar el pedidodentro del plazo fijado fueun logro admirable.Tramos de cablesLa instalación BCMR funcionacon un complejo sistema detramos de cables 2 . El sistemaconsta de cuatro tornosde un solo tambor i , dos enel lado este (E1 y E2) y dosen el lado oeste (W1 y W2).Los cables de los tornos dellado este corren a través depoleas horizontales (S1 y S2)hacia el conjunto vertical depoleas que forman el puntode transición oriental e , desdedonde se desplazan haciala placa de tracción situadadebajo del transportador b .Análogamente, los cables delos tornos del lado oeste sedesplazan a través del puntode transición occidental f endirección al transportador.En la situación mostrada en2 , la placa de tracción seencuentra entre los dos puntosde transición e y f . En esta situación,los cables están sujetos a la placapor ambos lados 4 . Sin embargo,más allá de estos puntos de transición,todos los cables sujetan desde elmismo lado 3 .1 El ferrocarril y el edificio de tornos a Carriles b Transportador de barcos cPanel de control montado sobre el transportador, d Extremo oriental delferrocarril e Punto de transición este f Punto de transición oeste g Extremooeste h Edificio de tornos i Cuatro t ornos con tambor individual j Unidadde control de frenado k Punto de control, l Central de control de tornos conpanel de control, m Sistema de accionamiento CC, n Control ‘electronic lilly’2 Trazado de cables del ferrocarril naval. Los cables cambian dedirección cuando el transportador pasa por las poleas S1-S4.gdfhW2jileS1E1W1E2cS2iE2ME1MmS4bbS3 S4W1S3W2NW3 En la figura 2 , los cables se muestran fijados altransportador desde ambos lados. Sin embargo,después de pasar por el punto de transición ftodos los cables tienen la misma dirección.nfMkESS1S2aegdactúan del modo siguiente:Entre el extremo oriental d yel punto de transición orientale , los 4 tornos están tirandode la carga (todos estánen modo motor).En el tramo comprendido entrelos puntos de transición ey f , el transportador se desplazacuesta abajo y los tornosE1 y E2 están en modode frenado (regeneración).Para mantener en tensión loscables de los tornos W1 yW2, ambos tornos han deproporcionar un par común.Por consiguiente, operan enmodo motor. La fuerza totalde los cables experimentadapor el transportador es la diferenciaentre la fuerza defrenado de los tornos E1 y E2y la fuerza de arrastre de lostornos W1 y W2.Cuando el transportador seencuentra entre el punto detransición occidental f y elextremo occidental del carrilh , los 4 tornos están reteniendola carga descendente(modo de regeneración).En la dirección contraria sonnecesarias transiciones similaresen los modos de operación.Una característica distintivadel sistema es la inversión dela velocidad de un par detornos al pasar por el puntode transición. Por ejemplo,cuando el transportador pasapor el punto de transiciónoriental e , los tornos W1 yW2 mantienen su velocidadigual a la del transportador,mientras que los tornos E1 yE2 la reducen, se paran e invierten sudirección (pasando de enrollamiento adesenrollamiento).Los requisitos del sistema de control,accionamiento y frenado de los tornosse discuten en el Cuadro .Nuevo sistema de elevación para BCMRLa configuración de las vías y la disposiciónde los tramos de cables requieren diferentesmodos de operación de los accionamientosde los tornos, dependiendode la dirección del recorrido y de la posicióndel transportador. Para la direcciónde este a oeste (de izquierda a derechaen 1 ), los accionamientos de los tornosgbfiDescripción del sistemaTornosEl sistema consta de cuatro tornos 5 , todosellos con tambor de 2,14 m. La cajadel tambor tiene acanaladuras en espiralpara el cable de 32 mm. Cada torno tienecuatro unidades de freno de altapresión –dos en cada lado– que actúansobre el mismo disco. El tambor del tor-Revista ABB 3/200661

Elevación y tracciónIngenio en movimientono es impulsado por un motor de CC através de una caja de engranajes. Debidoa las limitaciones de espacio, los motoresestán montados verticalmente. Eltamaño, relativamente pequeño, del alojamientode los tornos viene impuestopor los requisitos medioambientales deledificio donde se alojan (está situado enel parque regional y su aspecto y tamañoexterno no pueden tener carácter industrial).Control de frenosEl sistema de control de frenos constade dos unidades independientes, cadauna de ellas equipada con un reguladorde frenado de emergencia que proporcionauna suave, pero eficaz, deceleraciónbajo todas las condiciones de lacarga. El sistema de frenado ha decontrolar diversas posibilidades de distribucióndel par de frenado entre lostornos en una situación de parada deemergencia. Esto se consigue diferenciandola presión de frenado entre losdos sistemas de control y mediante laaplicación retardada de las unidades defrenos para los tornos cuando operanen modo de ‘tracción’.La parte hidráulica de los sistemas decontrol de frenos 6 son estaciones4 Los cuatro cables están fijados al transportadorde modo que puedan tirar hacia el mismo lado, oque dos cables puedan tirar hacia los dos lados.hidráulicas duales de ABB, de tipoestándar, como las utilizadas para lostornos de extracción minera. Sonunidades autónomas con dos bombas(una funcionando, la otra de reserva),un depósito de aceite, componentesde acondicionamiento del aceite yválvulas que proporcionan frenadoregulado y no regulado.El control de tornosEste sistema se aloja en el cubículo decontrol de tornos, cuya parte frontal disponede un panel de mandos con unamoderna interfaz hombre-máquina. Estepanel se usa principalmente durante lasoperaciones de mantenimiento.El PLC (controlador lógico programable)de los tornos se ocupa de todoslos aspectos de control y seguridad delos mismos. Básicamente es un sistemade control ABB como el utilizadonormalmente en los tornos de extracciónde minas, con funciones adicionalesespecíficas para esta instalaciónde elevación. Una de las característicasdistintivas de este sistema es ladeterminación de la posición deltransportador. El sistema recibe señalesde posición de todos los tornospor medio de codificadores incrementales.La posición y velocidad de lostornos en las zonas de transición noreflejan la velocidad y posición deltransportador. Por tanto, el PLC decontrol de los tornos incluye unafunción de software que garantiza unatransición precisa y ‘sin sacudidas’ delas señales de velocidad y posicióndesde un par de tornos al otro.Estaciones de control de los tornosEl sistema de elevación BCMR constade siete estaciones de control detornos. Durante el funcionamientonormal se utiliza la estación decontrol del transportador, que secomunica con el sistema por mediode un radioenlace. Las otras estacionesde control se usan con fines demantenimiento e inspección.Sistema de accionamiento de los tornosEl ferrocarril dispone de dos accionamientosdigitales DCS-502 de ABB. Unaccionamiento controla los tornos dellado este y el otro los del lado oeste.Para el mantenimiento es posible conmutarcada accionamiento, de modoque el sistema funcione con un solomotor.El software de los accionamientos tienevarias características concebidas específicamentepara este sistema elevador:Modo de control de velocidad o depar motor, dependiendo del escenariode carga (dirección de recorridoy posición del transportador)En el modo de control de par, el par (lacorriente) puede actuar siguiendo elpar motor de la otra pareja de tornos opuede ajustarse para que proporcionetensión mínima en los cables.La transición entre los modos deoperación se produce de formasuave y ‘sin sacudidas’.El sistema utiliza diferente lógica ydiferentes parámetros cuando operacon un único motor.Ambos accionamientos incluyen controlFEM (fuerza electromotriz), utilizadofrecuentemente en motores detornos ABB. En este sistema de elevación,ambos motores alcanzan su tensiónnominal cuando la velocidadalcanza el 70 por ciento. Después deesta aceleración, la tensión de losmotores (FEM) se mantiene constantecontrolando el campo del motor. Talestrategia de control tiene numerosasventajas: se reducen los efectos negativosdel accionamiento sobre la red62 Revista ABB 3/2006

Elevación y tracciónIngenio en movimientoCuadro Requisitos del ferrocarril Big Chute MarineEl sistema de control, accionamiento y frenadode los tornos cumple los requisitos siguientes:Sistema de accionamiento y controlPara garantizar tensión constante en loscables de cada pareja de tornos, la tracción yel desplazamiento de ambos cables han deser idénticos.Cuando todos los tornos operan del mismomodo (motor o regeneración), la tracción instantáneade los cables de los 4 tornosha de ser idéntica.Para evitar que los cables se aflojen cuandoun par de tornos opera en modo motor y elotro en modo de regeneración, la tracción delos cables del par de tornos que actúa sobreel transportador desde el lado descendenteha de ser constante.Puesto que, en la zona de transición, lavelocidad de un par de tornos no refleja la velocidaddel transportador (en realidad, este parde tornos cambia de dirección en esta zona),el otro par ha de controlar la velocidad (y laaposición) en esa zona; es decir, los tornos dellado oeste son responsables de controlar lavelocidad y la posición en la zona de transicióneste. La transición del control de velocidad yposición de un par de tornos al otro ha deproducirse de forma precisa y ‘sin sacudidas’.El par motor (tracción de cables) en cadapunto de transición ha de variar suave y gradualmentedesde el par constante, proporcionandola tracción mínima requerida de loscables de un par de tornos hasta igualar elpar motor de todos los tornos y viceversa. Elobjetivo es minimizar la oscilación de velocidades,que podría aumentar por la acciónconjunta de la flexibilidad de los cables, delpeso de los cables suspendidos en tramoshorizontales y de la gran masa del transportadorcon carga útil (cerca de 200 toneladas).Sistema de frenosSe utilizan controles de frenado de emergenciaregulado, ya que éste ha de ser suave yseguro en diferentes condiciones de carga.El par de frenado de emergencia ha de poderser distinto para cada pareja de tornos cuandosea necesario. Por ejemplo, durante el descensodesde el punto de transición este al puntoboeste, la fuerza (el par) de frenado de emergenciaque actúa sobre el transportador la han deproporcionar exclusivamente los tornos del ladoeste. El par de frenado en los tornos del ladooeste ha de ser menor del requerido para aminorarla velocidad de las masas giratorias deestos tornos, evitando así que se aflojen los cablesy eliminando el ‘rebote’ que se produciría siestos tornos no frenaran en absoluto.Durante el recorrido ascendente por lapendiente del lado oeste (todos los tornosoperando en modo motor), el par de frenadode emergencia ha de ser mínimo, para que lostambores de los tornos no frenen la marchadel transportador más rápidamente de lo quelo haría la fuerza de la gravedad. Así se evita elaflojamiento excesivo de los cables. Además,después de la parada se ha de aplicar inicialmenteun pequeño par de frenado mecánicopara provocar un suave retroceso de lostornos (y el transportador) durante el ‘latigazo’provocado por los cables aflojados. Esto reducela tensión de los cables durante el ‘latigazo’y también el efecto de ‘rebote’ al que se veríasometido el transportador si se aplicara lamáxima fuerza de frenado inmediatamentedespués de la parada de los tornos.5 Esta vista del edificio de tornos muestra los cuatro tornos en ellimitado espacio disponible.6 La tecnología ABB de tornos de extracción de minas participa en elarrastre de los barcos. En la imagen, las válvulas de control de frenado.(mejor factor de potencia, menoscaída de tensión y menos distorsionesarmónicas). Se reduce la corriente derizado de CA en los motores, al igualque la corriente de cortocircuito deCC (par de cortocircuito del motor).Navegación sin problemas gracias a ABBEl elevador puede manejar una cargaútil de hasta 90 toneladas. Un solo viajea través de él dura 15 minutos.Desde su inauguración, el sistema yaha transportado 11.000 embarcaciones.El sistema de elevación ha demostradosu fiabilidad operando impecablementedurante todo el período degarantía. Parks Canada Agency estámuy satis fecha de su rendimiento.Esta singular instalación confirma lacalidad de los equipos y la competenciade ABB en los tornos de extracciónminera.Klaus KacyABB Automation, Mining DivisionBurnaby, BC, Canadáklaus.w.kacy@ca.abb.comBibliografía[1] Kacy, K, 1998. Advantages Of Digital Control InMine Hoist Applications. CIM Conference in Montreal,Canada.[2] Kacy, K, Brian O’Neil, 2005. Multiple Hoisting Systemfor Incline Haulage with Positive and NegativeSlope. Hoist & Haul 2005 Conference, Perth, Australia.Revista ABB 3/200663

Ingenio en movimientoRomperlímitesLa propulsión CRP Azipod ® crea nuevas oportunidades de negociopara los transbordadores Shin Nihonkai de JapónLars Anderson, Thomas HackmanShin Nihonkai Ferry, el principal operador de transbordadores de Japón,recibió dos nuevas e innovadoras construcciones en 2004. Los nuevostransbordadores RoPax (sistema roll on - roll off de transbordo horizontalde vehículos y pasajeros) fueron los primeros barcos del mundo en los quese instaló el sistema de propulsión Azipod ® en contragiro de ABB. En losprimeros meses de operación, los transbordadores consiguieron unrendimiento del combustible y una economía de transporte notablementemejores.Shin Nihonkai Ferry (SNF) Cuadro 1 ,fue la primera compañía en inauguraruna ruta de transbordadores enel Mar del Japón, en 1970. Fue la primeraoperadora de grandes transbordadoresde alta velocidad. En 1995mandó construir dos transbordadores,Suzuran y Suisen, con 31 nudos develocidad máxima. En otra demostraciónde su capacidad innovadora, SNFha seleccionado la propulsión de contragiro(CRP, Contra-Rotating Propulsion)con propulsión ‘pod’ eléctricapara sus dos grandes transbordadoresde alta velocidad [1].64 Revista ABB 3/2006

Romper fronterasIngenio en movimientoLos transbordadores más grandes yrápidos de JapónLas dos últimas incorporaciones a laflota de SNF, Hamanasu y Akashia,fueron entregadas por MitsubishiHeavy Industries (MHI, Nagasaki) en2004. Con una eslora total de 224,5metros, y una velocidad de régimende 30,5 nudos, estos dos transbordadoresRoPax son los mayores y másrápidos de Japón Cuadro 2 . Tambiénson los dos primeros barcos delmundo que se benefician de lasventajas del sistema depropulsión Azipod ® encontragiro de ABB.Principales ventajas de lapropulsión pod CRPShin Nihonkai Ferry operauna extensa red de rutas detransbordadores entre lasislas Honshu y Hokkaido, enel norte de Japón. La elecciónde la propulsión CRPAzipod ® se debió sobre todoal mayor coste del combustiblede los buques, perotambién trajo consigo otrasventajas.La ruta Maizuru-Otaru, de 573millas náuticas, es la máslarga de la red. Debido a sugran longitud, siempre habíansido necesarios trestransbordadores para el serviciodiario. Los tres transbordadores,desplazándose a 20nudos, cubrían la distancia en30 horas y podían cumplir elhorario de llegadas y salidasen ambos puertos.Para ofrecer el servicio diariocon sólo dos transbordadores,los barcos tenían que ser másgrandes y mantener una velocidadde crucero de 30,5 nudos.Shin Nihonkai Ferryhabía estudiado la forma dealcanzar estos objetivos, peropronto constató que los costesa estas velocidades eran prohibitivos.Para demostrar su viabilidadante SNF, una solución condos barcos tenía que reducirnotablemente el consumo decombustible.Shin Nihonkai Ferry se mostró muyinteresado por CRP Azipod cuando sepresentó el concepto de propulsión,que prometía una gran reducción delos costes de gasóleo. Tras realizardetallados estudios, MHI eligió comosolución un casco de un solo talón dequilla con propulsión Azipod CRP,una unidad Azipod de 17,6 MW degobierno acimutal instalada en modode contragiro, detrás de la héliceprincipal 1 .Cuadro 1 Shin Nihonkai Ferry Co., Ltd.Nombre comercialEmpleadosOficina centralSucursalesPresidentePrincipales compañíasdel grupoShin Nihonkai Ferry Co., Ltd.585 (231 en tierra, 354en mar)Osaka, Japón9 oficinas en JapónYasuo IritaniKanko Kisen, Hankyu Ferry,Kampu Ferry, Orient Ferry,Japan Cruise Line, Kyowa ShojiCuadro 2 Especificaciones de los transbordadoresTransbordadores RoPax Hamanasu y AkashiaEslora 224,82 metrosManga 26,0 metrosProfundidad hasta 2ª cubierta 10,0 metrosCalado 7,4 metrosTonelaje bruto 34.131 toneladasPeso muerto 6.649 toneladasPasajeros 820 personasCamarotes 144 unidadesRemolques 158 unidadesCoches particulares 65 unidadesVelocidad máxima 32,04 nudosVelocidad de régimen 30,5 nudosPotencia instalada 50.400 kWPotencia total de propulsión 42.800 kWUnidad Azipod ® 17,600 kWEntregas de ABB para cada barco1 generador principal de 3.450 kVA, 6,6 kV2 generadores principales de 14.353 kVA, 6,6 kV3 cubículos de punto neutro3 cubículos reguladores de tensión1 cuadro de distribución principal de 6,6 kV2 transformadores de propulsión1 transformador de excitación1 convertidor de propulsión1 sistema de propulsión Azipod® CRP de 17,6 MW de potencia2 motores propulsores2 transformadores de distribución2 dispositivos de premagnetización de los transformadores de propulsión2 fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS)1 sistema de control de propulsión CRPLa construcción de prototipos siempreimplica algún riesgo. Sin embargo,dado que la propulsión pod CRP erala única solución capaz de cumplir elhorario de 24 horas con servicio diariode transbordadores, se seleccionóel sistema de propulsión Azipod CRP.Con esta decisión, SNF y MHI terminaroncon el estancamiento del sectornaval, que durante décadas no se haatrevido a aprovechar las ventajas dela propulsión en contragiro Cuadro 3 .Las entregas de ABB Marinecomprendían una unidadAzipod de 17,6 MW para cadatransbordador, en funcionamientotándem con una hélicepod de paso controlada porun engranaje reductor. ABBtambién entregó los sistemasde control y los sistemas degeneración y distribucióneléctrica, de 27 MW y 6,6 kV.El diseño de la planta de propulsiónincluye dos motoresWärtsilä 12V46 que impulsanuna hélice CP a través de unacaja de engranajes de dobleentrada y salida única. Otropar de motores 12V46 muevelos alternadores que suministranenergía eléctrica a la unidadAzipod. La distribuciónde potencia es de 25,2 MW enla hélice CP y 17,6 MW en launidad Azipod, lo que haceun total de 42,8 MW. Paraconseguir la misma velocidadde navegación, un sistema depropulsión convencional dedoble eje requeriría unapotencia total instalada deaproximadamente 47 MW.Condiciones meteorológicasexigentesLas condiciones meteorológicasen el Mar del Japón son diferentesen invierno y en verano.La estación invernal durade noviembre a marzo y, duranteeste tiempo, el Mar delJapón está azotado por lastempestades. La temperaturadel aire puede descender pordebajo de cero y, aunque elmar realmente nunca se congela,el hielo acumulado en losbarcos puede ser un problema.Revista ABB 3/200665

Romper fronterasIngenio en movimientoLos vientos durante las tormentas deinvierno alcanzan frecuentementevelocidades superiores a 30 m/s, conolas de más de 8 metros de altura.Normalmente, Shin Nihonkai retrasa ocancela las salidas de los transbordadorescuando la altura de las olassupera los 5 metros, pero, debido a lalongitud de sus rutas, las condicionesmeteorológicas varían y los transbordadorespueden retrasarse por causade tempestades imprevistas. Manteneruna alta velocidad media es esencial:una reducción de la velocidad de tansólo 1,5 nudos puede provocar unretraso de una hora en esta ruta.Durante la estación de verano, eltiempo es más calmo, pero en lasrutas de los transbordadores se suelenproducir tifones con cierta frecuencia.Éstos son bastante fáciles de predecir,pues suelen moverse lentamente. Sinembargo, un transbordador puedeverse obligado a atravesar un tifónpara mantener el servicio diario.Construidos para las expectativasMr. Yasuo Iritani, presidente de ShinNihonkai Ferry, explica que decidióseguir adelante con el proyecto porlos positivos resultados de sus estudiosdel concepto.‘Estos barcos son algo más caros quelos transbordadores convencionales,pero los ahorros operacionales sonsuficientemente importantes pararecuperar el gasto inicial’, explica.Mr. Iritani comenta también que, conlos nuevos transbordadores, SNF haconseguido su principal objetivo:mantener un servicio de 24 horas enla ruta Maizuru-Otaru.‘En comparación con el servicio existente,el tiempo de ida y vuelta de los vehículosse reduce en un 25%, lo que es muyatractivo para los distribuidores de cargamentos.Por ejemplo, el menor tiempo detransporte hace que seamos una alternativaal cargamento aéreo para productosalimenticios perecederos de gran calidad.Esto significa que no sólo estamos mejorandonuestras operaciones, sino que tambiénestamos abriendo nuevas oportunidadesde mercado.’20% menos de consumo decombustibleEl objetivo para Hamanasu y Akashiaera conseguir un consumo de combustible10% menor que con los transbordadoresconvencionales de doblehélice.En mayo de 2004, Hamanasu empezólas pruebas marítimas iniciales,Cuadro 3 Ventajas generales de la propulsión en contragiroHay dos razones principales para que lascompañías navieras consideren la propulsiónen contragiro. Una es la mayor eficiencia deeste sistema, que puede absorber pérdidasrotacionales con la hélice de popa girandoen sentido contrario. La propulsión en contragiroproporciona también la ventaja dedistribuir la carga de empuje sobre un mayornúmero de palas de hélice en un espacio limitado.El área total añadida de las paletasproporciona mejores características de cavitación,por lo que se puede suministrar máspotencia a un sistema de propulsión CRPcon hélices de menor diámetro. Este aspectoes especialmente importante para barcospotentes de pequeño calado. Sin limitacionesde diámetro, una tercera ventaja es elmenor ruido y cavitación del sistema. Además,la maniobrabilidad mejora mucho si seutiliza una unidad de propulsión eléctricaacimutal en popa.Ventajas para Shin NihonkaiEl transbordador RoPax Akashia ysu buque gemelo Hamanasu sonlos primeros barcos que cuentancon propulsión Azipod ® CRP. Losnuevos transbordadores equipadoscon Azipod ® CRP consumen20% menos de combustible quesus predecesores y al mismotiempo proporcionan un 15% másde capacidad de transporte. Seespera conseguir otrosAccionamientoahorros reduciendo los costes de explotación,concretamente del mantenimiento y repuestosde los motores diesel.La ruta:Servicio diario entre Maizuru y Otaru:573 millas náuticasOpciones:3 transbordadores: 20,0 nudos, 30 horas2 transbordadores: 30,5 nudos, 20 horasEl reto: necesidades de alta potencia conaltos costes de combustibleLa solución: hélice (CP) principal de cuatropaletas con 5,6 metros de diámetro y unahélice Azipod ® con 4,8 metros de diámetro y5 paletas.Desde el casco con talón simple de quilla,hidrodinámicamente eficiente, hasta el sistemade propulsión Azipod® CRP sumergido,CRP AZIPOD 17,6 MWAccionamiento3,1 kV3,1 kVW 12V46C12600 kWW 12V46C12600 kW6,6 kVW 12V46C12600 kW2910 kWW 12V46C12600 kW6,6 kVestos buques están diseñados para conseguiruna navegación suave. Dado que lapotencia se divide entre las dos hélices, esposible utilizar hélices más, que reducen elruido y las turbulencias.La unidad Azipod ® funciona también comotimón y mejora la gobernabilidad estabilizandoel flujo y aumentando la potencia. Facilitala maniobrabilidad en puerto, especialmentea bajas velocidades, y reduce el tiempo deatraque.Shin Nihonkai Ferries: disposición dela maquinariaLa potencia total de propulsión es 42,8 MW:25,2 MW (60%) en la hélice de proa y 17,6MW (40%) en la unidad Azipod.Los transbordadores Hamanasu y Akashiapresentan una eficiencia hidrodinámica10-15% mayor que los barcos consistemas convencionales de dobleeje. Esta eficiencia de propulsiónultra alta se consigue combinandodos sistemas de propulsión independientesen una configuración deun único eje; una unidad de propulsióncon alojamiento, gobernablecon orientación acimutal, instaladaen modo de contragiro, y alineadadirectamente aguas abajo con unahélice principal accionada mecánicamente,pero sin conexión físicaentre ambas.66 Revista ABB 3/2006

Romper fronterasIngenio en movimientoprevistas con mucha antelación. En laspruebas de velocidad, con una potenciarepartida entre la hélice de proa(55%) y la de popa (45%), el buqueregistró una velocidad máxima de32,04 nudos, un logro notable.Aún más destacable fue el consumo degasóleo, que estableció una nueva referenciapara la industria. Las pruebas marítimasconfirmaron los resultados de laextensa prueba realizada en la cuencamodelo de MHI en Nagasaki. Tras variosmeses de funcionamiento en su ruta, lacompañía naviera sabe que, durante elmismo servicio de 24 horas, los dos barcosahorrarán del 20% de combustibleen comparación con los dos antiguostransbordadores accionados con motordiesel, de doble eje, que operaban temporalmenteen la ruta. La velocidad derégimen de los transbordadores de dobleeje era sólo 29,4 nudos y su capacidadde transporte 15% menor que la delos nuevos barcos.Mejor maniobrabilidad con propulsiónAzipod ®La maniobrabilidad del barco tambiénestuvo siempre en primer plano. Cuandose maniobra en puerto a baja velocidad,la unidad Azipod funciona comotimón y generador de empuje lateral. Avelocidad de crucero, la capacidad degobierno de la unidad Azipod es limitada,pero, a pesar de su tamaño, Hamanasuy Akashia pueden maniobrar abaja velocidad, sin ayuda de remolcadores,con vientos de hasta 18 m/s. Lostransbordadores convencionales máspequeños, de doble hélice, necesitanayuda en estas condiciones.1 Hélices en contragiroOperación flexibleLa instalación de propulsión tambiénofrece una distribución de potenciamuy flexible. Por ejemplo, los barcostransportan gran cantidad de productosalimenticios perecederos –entreellos productos lácteos y verduras–desde Hokkaido. El cargamento setransporta en remolques refrigerados,que requieren energía eléctrica. Perodurante el viaje de regreso a Hokkaidono se precisa refrigeración y la energíaeléctrica se puede utilizar, si es necesario,para la propulsión. Por otra parte,en condiciones meteorológicas favorablesel barco puede hacer el viajecon sólo tres motores y, no obstante,mantener el horario previsto.Experiencia operacionalMr. Kiyoshi Takaoka, director deMarine Departement, afirma que lacompañía está muy satisfecha con elrendimiento de los nuevos barcos. Losbarcos son muy maniobrables y establesen mares agitados.Mr. Takahashi, capitán del Hamanasu,también está muy satisfecho:‘En condiciones meteorológicas normales,la estabilidad del rumbo esexcelente. Normalmente no zarpamossi hay olas de más de cinco metros dealtura, pero en ocasiones los tifonesson inevitables. El verano pasado sufrimostifones y olas de más de ochometros de altura con vientos extremos.Aminoramos la velocidad a 20nudos pero el barco fue perfectamen-te maniobrable en todo momento, apesar del movimiento. Cuando maniobramosen puerto me siento muyseguro gracias al fuerte empuje de launidad Azipod, equivalente al de dosremolcadores.’‘Cuando navegamos lentamente, acinco nudos o menos, el gobiernodel barco con la unidad Azipod siguesie ndo muy fácil. La aceleración alsalir de puerto es mucho mayor quecon otros barcos, y cuando navegamosa toda máquina la ola de popa esmuy pequeña, un signo claro de buenapro vechamiento del combustible.’Tras haber construido estos dos primerosbarcos, MHI considera el sistemade propulsión Azipod CRP muyrecomendable, tanto para transbordadorescomo para barcos de alta frecuenciadiaria como los mercantes degas natural licuado (LNG), en loscuales es muy importante la redundancia.Lars AndersonSales & projects, WärtsiläWinterthur, Suizalars.anderson@wartsila.comThomas HackmanABB OyHelsinki, FinlandiaThomas.hackman@fi.abb.comReferencia[1] Revista ABB, 3/2005. ‘Barcos ecológicos’, porMatti TurtiainenRevista ABB 3/200667

Ingenio en la analíticaEspectroscopia de gasesLa espectroscopia basada en la transformada de Fourier esuna forma efectiva de determinar la composición química de losgases. Se aplica en campos tan diversos como la mezcla degasolinas, la previsión meteorológica y la astronomía. Mientrasen el último caso se utiliza la luz visible, en los dos primeros setrata de rayos infrarrojos próximos. En los artículos siguientespresentamos tres interesantes aplicaciones. El cuarto artículopresenta el principio del interferómetro y las matemáticas aplicadasen este caso.Helix Nebula, fotografía hecha con el telescopio Hubble (NASA, STSCI)Contando fotonesLa espectroscopia basada en latransformada de Fourier (FTS, FourierTransform Spectroscopy) fue desarrolladaen los años sesenta para telescopiosastronómicos, pero encontróun mercado más amplio en el controly seguimiento químico de procesosindustriales. Esta tecnología, perfeccionaday ampliada, sirve de nuevopara equipar avanzadísimos telescopios,tan precisos que prácticamentecuentan fotones individuales. Estostelescopios están desvelando lossecretos de la materia en los confinesmás alejados del universo.finales del año 2000, la UniversidadA de Laval y ABB iniciaron un proyectocomún para diseñar un instrumentoterrestre para el telescopio de 1,6 metrosdel observatorio Mégantic de Canadá1 . El instrumento fue puesto a pruebaen el telescopio en febrero de 2004.Por número de pises (1,7 millones) ycampo visual (12 minutos de arco), esteIFTS es, con mucho, el mayor utilizadoen un telescopio terrestre y el único queopera en la banda visible. ABB es el integradordel instrumento completo, queincluye un innovador módulo FTS deexploración por pasos, dos cámarasCCD (dispositivo de acoplamiento decarga), dos unidades de lentes ópticasde salida y un conjunto de lentes decolimación. El instrumento mide133 × 80 × 80 cm pesa unos 110 kg.El diseño de este instrumento buscamaximizar el rendimiento y la transmisión,para ayudar a los astrónomos aobtener el mayor número posible defotones. El instrumento opera en labanda de 350–950 nm para adaptar lasensibilidad de las dos cámaras CCD,de 1340 × 1300 píxeles, situadas en lospuertos de salida del interferómetro.Puesto que la interferencia se produceen longitudes de onda visibles, hayque disponer de un control mecánicoen el rango nanométrico. Se ha diseñadouna plataforma de traslación piezoeléctrica,sin rozamiento, para controlarel ángulo y la posición del espejomóvil de tres pulgadas del interferómetro.Un sofisticado sistema de metrologíapor láser lee la posición y el ángulodel espejo 8.000 veces por segundo.Un ordenador especial determina lascorrecciones a aplicar a los piezoelementosde traslación para estabilizarlas imágenes marginales y maximizar elcontraste registrado en los CCD.El diseño de doble puerto de salida(2 CCD) se consigue utilizando espejosplanos e insertando el dispositivoScience Beam fuera del eje. Ésta es laprimera implementación de este tipodescrita en la literatura. Esta disposiciónreduce el número de reflexionesencontradas por el dispositivo ScienceBeam. El divisor del haz presenta unsofisticado revestimiento dieléctrico demúltiples capas que modula fuertementela luz en la banda de ondas especificadasin provocar absorción nodeseada. Las siete lentes usadas paracolimación y reconstrucción de imáge-1 El telescopio Mégantic de Canadá usaun espectroscopio FTS de obtención deimágenes creado por ABB68 Revista ABB 3/2006

Espectroscopia de gasesIngenio en la analíticanes permiten satisfacer el requisito decolimación de la luz y ejecutar la funciónde extensión del punto pancromáticopor debajo del segundo dearco en el plano de imagen. Se puedeobtener cerca de un millón de espectrosindependientes desde distintoselementos de la escena. Esto superaen un factor de mil, aproximadamente,lo que ofrecen los espectrómetros tradicionalesde múltiples objetos/imágenes.La transmitancia total del sistemasupera el 60 % (30 % por cada CCD) a500 nm gracias al detector utilizado,que tiene un rendimiento cuántico del90 %. Este es un valor inigualado porningún otro espectrómetro. Las cámarasse refrigeran con nitrógeno líquido,lo que reduce mucho el ruido de lecturamuy bajo (3 electrones) y, porconsiguiente, tienen una gran sensibilidad.Este instrumento puede, literalmente,contar los fotones.Un espectrómetro de imágenes producecubos de datos. Esto significa queno sólo se registran las dos coordenadasespaciales de una fuente de luz,sino también la longitud de onda (oenergía) del fotón. En otras palabras,se registran múltiples imágenes de laescena a diversas longitudes de onda.Este conjunto de imágenes se denominacubo de datos 2 .2 Esquema de un espectroscopio FTS de imágenes formando un cubo de datosEscenaMalla de plano focalLa riqueza de datos de este IFTS seconsigue a costa del tiempo de medición.La adquisición de un cubo dedatos típico tarda entre de minutos yhoras, dependiendo de los parámetrosseleccionados. Esto, sin embargo, noes un gran problema, ya que los astrónomosestán acostumbrados a sentarsey esperar a que la luz brille en susinstrumentos.Señal de píxelsOPDInterferómetroEl instrumento aún está en fase depuesta en servicio en el telescopio delobservatorio Mégantic. Se ha previstocomercializarlo en 2006 para que lopuedan utilizar los astrónomos en programascientíficos de todo tipo. ABBespera que el interés despertado en lacomunidad científica por la documentaciónya publicada sobre el uso deeste instrumento creará oportunidadespara construir otras unidades destinadasa la generación actual de grandestelescopios terrestres (>10 m) o a lasinstalaciones espaciales futuras.Frédéric J. Grandmontfrederic.j.grandmont@ca.abb.comCubo de datosOPD: diferencia detrayectoria opcionalEl ojo del huracánLa emisión de gases está modificandorápidamente la composición químicade la atmósfera. Las medicionesprecisas de la concentración y situacióngeográfica de estos gases sonfundamentales para conocer los efectosa largo plazo de estos cambiossobre las pautas meteorológicas y elmedio ambiente de nuestro planeta.Cada molécula posee una ‘huelladactilar’ característica en el espectroinfrarrojo. Estas huellas dactilaresse pueden visualizar con la espectroscopiade infrarrojos basada en latransformada de Fourier (FTIR, FourierTransform Infrared Spectroscopy).Satélites equipados con analizadoresABB están proporcionando datos quepermiten profundizar nuestro conocimientoy estar más atentos a los peligrosa que está expuesto el medioambiente.La actividad humana continúa aumentandola emisión de gases a la atmósfera,transformando su composicióny sus propiedades. Los efectos medioambientalesresultantes, como elcalentamiento global, la destrucciónde la capa de ozono y los problemasde calidad del aire, tienen consecuenciasdramáticas. (Véase también elartículo contiguo ‘Análisis de Fouriery efecto invernadero’). El calentamientoglobal acelera la evaporación delagua, que a su vez aumenta las precipitacionesmedias globales. La humedaddel suelo probablemente estádisminuyendo en muchas regionesy podrían darse con más frecuenciafuertes temporales de lluvias. La calidaddel aire y el cambio climáticotienen también importantes efectoseconómicos y sociales: unas condicionesmeteorológicas extremadamenteadversas ponen en peligro a las poblacioneshumanas, directamente o,con más frecuencia, haciendo peligrarsus medios de subsistencia. Para mejorarnuestra capacidad de predicciónde estos fenómenos y mejorar losmodelos atmosféricos utilizados porlos científicos necesitamos instrumentosmás potentes de captura de datos.ABB Analytical Business de Quebecfabrica espectrómetros FTS (FourierTransform Spectrometers) que viajan abordo de los satélites de observaciónmeteorológica.La radiación térmica infrarroja emitidapor la atmósfera terrestre contienetoda la información relevante sobrela columna de aire que está siendoobservada. En cuanto a la mediciónde la contaminación, a la composiciónquímica de la atmósfera o a la super-Revista ABB 3/200669

Espectroscopia de gasesIngenio en la analíticavisión del ozono, la concentración delas moléculas se determina midiendola absortividad o emisividad de lasmismas en la banda infrarroja. Paraaplicaciones meteorológicas, el comportamientode absorción y emisióndel dióxido de carbono a longitudesde onda en torno a 15 micrómetrospermite medir indirectamente la temperaturade la atmósfera. Las ventanasatmosféricas, es decir, las partes delespectro donde la atmósfera es transparentea la luz infrarroja, permitendeterminar la temperatura de la superficieterrestre. La parte del espectroentre cinco y ocho micrómetros permitedeterminar indirectamente elcontenido de agua o humedad en elaire. Estas mediciones no sólo proporcionanrealmente la temperatura o lahumedad aparente total en lo más altode la atmósfera, sino que sirven tambiénpara establecer perfiles precisosde temperaturas y concentraciones devapor de agua. Este proceso de recuperacióntransforma el instrumentoFTS en un poderoso sondeador dedicadoa la medición de valiosos parámetrosatmosféricos, que se utilizanpara alimentar modelos de pronósticometeorológico.Sondeador de rayos infrarrojosatmosféricosEstos sondeadores de rayos infrarrojosatmosféricos pueden ser transportadosen dos tipos de satélites, en primerlugar los satélites de baja órbita terrestre(LEO, Low Earth Orbiting), quese mueven a alturas de 700 a 850 km.El segundo tipo orbita a 36.000 km dealtura, en la llamada órbita geosíncrona1) . Estos dos tipos de órbitas suponennecesidades distintas, pero tambiénpresentan retos y limitacionestécnicas diferentes. En una baja órbitaterrestre, el satélite tarda 100 minutosen dar la vuelta al planeta. Para evitarefectos borrosos (debido a la granvelocidad del satélite respecto de lasuperficie terrestre), el tiempo demedición ha de ser muy corto, lo queexige una alta sensibilidad. Los instrumentosgeosíncronos, por otro lado,apuntan siempre al mismo punto de lasuperficie y permiten la medición duremás tiempo. Sin embargo, la mayordistancia entre el vehículo espacial yla superficie terrestre significa que lacantidad de luz que llega al sensor espequeña, lo que afecta a la sensibilidad.Además, los sondeadores geosíncronosno pueden proporcionar medicionesglobales de la tierra, ya queestán ‘bloqueados’ en una latituddeterminada.Los sensores empleados actualmentepara el sondeo atmosférico en el áreatérmica infrarroja utilizan un conjuntode filtros de banda estrecha paraproporcionar información espectral.El número de filtros que pueden sertransportados es limitado (con frecuenciano más de 20). Además, debidoa la naturaleza de los filtros y a laanchura de la cobertura espectral requerida,las bandas espectrales no soncontiguas, lo que significa que haymuchos espacios vacíos en el espectroy, por tanto, pérdida de información.Un sondeador infrarrojo basado en unespectrómetro dispersivo o en un espectrómetrobasado en la transformadade Fourier (FTS) ofrece una vistaespectral mucho más contigua. Porejemplo, el sondeador CrIS 2) (Cross-Track Infrared Sounder) proporcionarámás de 1.300 canales espectrales deinformación y podrá medir perfiles detemperatura con una resolución verticalde 1 km y una precisión próxima a1° C. Debido a su referencia espectrala bordo del satélite –un diodo lásermonocromático– la respuesta espectraldel instrumento es también muyestable durante toda la misión. Además,la tecnología FTS también esmuy robusta y fiable, lo que la convierteen ideal para misiones operacionalesde larga duración.ABB trabaja actualmente bajo contratocon ITT Industries para construir lossondeadores CrIS para los satélitesNotas1)Un satélite en órbita geosíncrona aparece fijo para un observador situado sobre la superficie terrestre.2)El sondeador CrIS (Cross-track Infrared Sounder) sustituirá al sondeador de radiación infrarroja de alta resolución en la próxima generación de sistemas NPOESS (NationalPolar-orbiting Operational Environmental Satellite System) de Estados Unidos. CrIS proporcionará mediciones más precisas de los perfiles de temperatura y humedadatmosféricas a una altura de unos 850 km. Para más detalles, véase http://www.ipo.noaa.gov/.3)El satélite canadiense SCISAT ayuda a un equipo de científicos canadienses y de otros países a estudiar mejor el proceso de destrucción de la capa de ozono, con énfasisespecial en los cambios que tienen lugar sobre Canadá y el Ártico. Desde una altitud de 650 km, el instrumento ACE-FTS a bordo del SCISAT mide simultáneamentela temperatura, analiza gases, nubes finas y aerosoles que se encuentran en la atmósfera. El satélite fue lanzado por la NASA en agosto de 2003 y está funcionando aplena satisfacción.70 Revista ABB 3/2006

Espectroscopia de gasesIngenio en la analíticaAnálisis de Fourier y efecto invernaderoLa Tierra recibe grandes cantidades de radiaciónsolar (aprox. 1,7 × 10 17 W fuera de laatmósfera, o 1.366 W/m 2 , con una longitud deonda máxima de 500 nanómetros). Si toda estaenergía quedara atrapada por la tierra, el planetase calentaría muy rápidamente. Afortunadamente,la Tierra pierde en torno a un 30 % de estaradiación debido a la reflexión. El resto es absorbidopor la Tierra (16% por la atmósfera, 3 %por las nubes y 51 % por el suelo y el agua).Esta radiación es la que hace posible la vida enla Tierra. Gobierna la fotosíntesis de las plantase impulsa el ciclo del agua y otros fenómenosnaturales. Con el tiempo, esta energía se vuelvea emitir como radiación en un amplio rango defrecuencias (con el máximo en unos 15 micrómetrosen el infrarrojo). El 71 % aproximadamentede la radiación de la superficie es reabsorbida,sin embargo, por la atmósfera, reduciendo lavelocidad de enfriamiento natural de la Tierra.Sin esta absorción, la temperatura media de lasuperficie terrestre sería –17° C en lugar de+15° C. El aumento observado en la concentraciónde gases de efecto invernadero estáampliando la capacidad de la atmósfera paraabsorber radiación, elevando por tanto la temperaturade la superficie (la concentración deCO 2ha aumentado de 313 ppm en 1960 a375 ppm en 2005, según el observatorio MaunaLoa de Hawai).La Agencia Espacial Japonesa está desarrollandouna misión vía satélite para obtener nuevosdatos. Su satélite de observación de los gasesde efecto invernadero (GOSAT, Greenhousegases Observing SATellite) utiliza un interferómetrodiseñado y construido por ABB, queproporcionará sin duda mucha más informaciónsobre las concentraciones de las moléculas quecontribuyen al calentamiento de la atmósferaterrestre.El fenómeno conocido como efecto inverna derono es ningún nuevo descubrimiento. Fue postuladopor primera vez por Joseph Fourier en1824 y cuantificado por Svante AugustArrhenius en 1896. Es interesante destacarque Fourier trataba de describir matemáticamentela conducción térmica y la radiación infrarrojay su otro gran descubrimiento, el Análisisde Fourier, sigue siendo parte indispensable delinstrumento.NPOESS (National Polar-orbitingOperational Environmental SatelliteSystem). ABB diseña y construye elinterferómetro y el sistema de metrología,así como el cuerpo negro quese utilizará para la calibración radiométricaen vuelo del instrumento.ABB participa también en la definiciónde algoritmos de proceso dedatos de Nivel 1.Para conseguir una mayor fiabilidad,el submódulo de metrología y la electrónicatienen redundancia completa.El diseño de los mecanismos de exploraciónes de montaje a flexión, sinrozamiento, lo que evita el desgastedel conjunto móvil, que con tantafrecuencia provoca problemas en lainstrumentación espacial.La entrega de la primera unidad devuelo tuvo lugar en noviembre de2005; durante los meses siguientesse entregaron los modelos de vuelo2 y 3.Décadas de experienciaLa tecnología FTIR fue concebida originalmentepara estudiar el espacio.Tras haber sido aplicada en numerososcampos, la tecnología ha sido lanzaday puesta en órbita y está examinandola Tierra desde el espacio. Lacompetencia de ABB en el diseño yfabricación de espectrómetros de basadosen la transformada de Fourier,que modulan el haz infrarrojo en funciónde la longitud de onda por mediode interferencia óptica, (véaseartículo en página 73), se fundamenteen la gran experiencia conseguida aprincipios de los años setenta1 coninstrumentos FTS a bordo de globosaerostáticos y, posteriormente, conmuchos otros proyectos 2) 3) . Estepoderoso y elegante método de obtenerun espectro seguirá satisfaciendolas necesidades de observación atmosféricadurante muchas décadas.Marc-André Soucymarc-andre.a.soucy@ca.abb.comEspectro de mezclasLa mezcla de productos es una técnica muy importante en la industria del refino.Es la etapa final de la conversión del crudo en combustibles útiles. El mezcladorcombina varios flujos procedentes de diversas unidades de procesopara proporcionar combustibles que cumplan especificaciones estatales, internacionaleso de clientes determinados. Puesto que la mezcla es la etapa finalde un proceso de refino, su optimización es vital: las ventajas de la optimizaciónde las fases previas de proceso se pierden fácilmente si un proceso demezcla inadecuado produce combustibles de calidad inferior a la normal o, aúnmás frecuentemente, sacrifica el margen de refino utilizando de forma inadecuadalos costosos stocks de alimentación de mezclas. La optimización deesta fase es, frecuentemente, el factor principal de la amortización.El aumento global sostenido de lademanda de fuel ligero, impulsadapor las economías emergentes –especialmentede China e India– ha llevadoa reforzar los márgenes de refino.La tendencia se mantiene a pesar delaumento del precio del crudo de losúltimos meses. Los altos márgenes delos productos finales han subrayadouna vez más el papel de la espectroscopiade procesos en línea con lastécnicas FT-NIR (Fourier TransformRevista ABB 3/200671

Espectroscopia de gasesIngenio en la analíticaNear Infrared) para la optimización deproductos finales de alto valor, entreellos la mezcla de productos de gasolina.Las ventajas de la tecnologíaFT-NIR de proceso comprenden elanálisis de diversas propiedades yflujos, la repetibilidad del análisis(general mucho mejor que con losanalizadores en línea convencionales)y la precisión, que cumple las normasASTM (American Society for Testingand Materials). Además, los analizadoresque utilizan tecnología FT-NIR deproceso pueden modelar no sólo informacióndirecta sobre la composiciónquímica, sino también propiedadesde la mayoría de los flujos delproceso, como octano, compuestosaromáticos, curvas de destilación,cetano, punto de enturbiamiento yotros, que suelen ser las propiedadesmás demandadas por los optimizadoresde unidades y las más restrictivaspara el rendimiento de la producción.Todas estas propiedades sepueden obtener con un solo espectroFT-NIR.La tecnología FT-NIR consigue unaprecisión analítica tan alta como losdatos de referencia ASTM de laboratorio,con la condición de que se siganprácticas estadísticas adecuadas. Seguramenteno se valoran adecuadamentelas posibilidades de mejorar la repetibilidadanalítica y la disponibilidaddel analizador con la técnica FT-NIRaplicada al proceso, en comparacióncon sistemas convencionales de optimizaciónde mezclas con varios analizadores.Para flujos de hidrocarburosligeros, la tecnología óptica FT-NIR,con bajísimo nivel de ruidos, puedeproporcionar una repetibilidad analíticaexcepcional.1 Reducción de la dispersión con un control preciso de las mezclasLa gran repetibilidad de la mediciónde propiedades de las gasolinas medianteanalizadores FT-NIR de ABB esuna gran ventaja para el operador demezclas. Los cambios de las propiedadesde las mezclas se pueden seguircon precisión durante todo el procesode mezclado. De otro modo, estoscambios se ‘perderían’ en los resultadosruidosos o infrecuentes de losanálisis clásicos. El operador o el programade control de variables múltiplespuede tomar decisiones sobre elproceso con la confianza de que ladesviación observada es real. Además,la repetibilidad es mejor que con elmétodo tradicional de laboratorio, demodo que se puede reducir la dispersiónde propiedades con un controlmás riguroso, más próximo al límiteinferior 1 .Volumen de productoCon FTIR ConvencionalEspecificación de mínimosRepetibilidad RepetibilidadFTIRconvencional delaboratorio‘Indice de octano de la bomba (PON)'Puesto que los analizadores FTIRutilizados en las refinerías para analizarlos flujos de proceso y la optimizaciónde unidades son analizadoresauxiliares, cuyo funcionamientodepende de modelos de correlacióna partir de los datos de referenciade laboratorio, para la validación esimportante mantener un registro históricocontinuo SQC de control estadísticode calidad del comportamiento,en comparación con los estándares delaboratorio.72 Revista ABB 3/2006

Espectroscopia de gasesIngenio en la analíticaLas grandes ventajas de la precisiónanalíticaEs posible calcular la dispersión de‘referencia’ asociada a una incertidumbrede 0,1 PON (Pump Octane Number).No es posible reducir a cero estadispersión, pero minimizarla contribuyedecisivamente al margen global debeneficios de la refinería. Por cada100.000 barriles diarios de producciónde la planta, una pequeña mejora(precisión analítica de 0,02 a 0,05PON) del producto final significa unahorro del orden de 1,5 a 3 millonesde dólares al año [1].Argumentos claros en favorde FTIRLa tecnología FTIR es actualmente lamejor alternativa por precio, rendimiento,valor y riesgo. Dado que sebasa en la óptica, es muy flexible enlas aplicaciones con numerosos flujosy propiedades. Esta tecnología escompatible tanto con los analizadoreslocales de muestreo completamenteextractivo, como con los sistemas deanalizadores remotos, basados enfibra óptica de muestreo extractivo demúltiples celdas. Analiza numerosaspropiedades con ciclos de análisiscortos, bien ajustados a los requisitosde un optimizador APC (AdvancedProcess Control). Es una tecnologíabien establecida, pues cuenta concientos de instalaciones en todo elmundo que atestiguan su gran éxito.Históricamente, las mediciones espectroscópicaspara el control en línea deproductos finales mezclados final hantenido dificultades para desarrollar, yespecialmente mantener, modelos decalibración robustos y estables. Estalimitación ha sido superada en granmedida por los desarrollos más recientes,como la conmutación controladade un analizador a otro, que facilitael mantenimiento y la transportabilidadde las calibraciones desarrolladas.La explotación de nuevos e ingeniososprocedimientos de modeladoquimiométrico ha contribuido a minimizarla sensibilidad de las calibracionesa los cambios de las fórmulas demezclado.Mike Simpsonmike.b.simpson@gb.abb.comBibliografía[1] ABB Review Special Report Instrumentation &Analytics, May 2006, pages 54–59De las ondas a losdatosLa luz transmitida o emitida por ungas contiene abundante informaciónsobre la composición química del gasen forma de líneas espectrales. Unespectrómetro basado en la transformadade Fourier sirve para determinareste espectro. Revista ABB presentabrevemente dos de los principiosen que se basa el instrumento:el interferograma y la transformadarápida de Fourier.El físico Albert Abraham Michelsondesarrolló en la década de 1880 elinterferómetro que lleva su nombre. Enun interferómetro de Michelson 1 , laluz incidente 1a se divide en dos partespor medio de un semiespejo divisordel haz 1b . La luz reflejada recorre dosveces la distancia d1 al espejo 1c antesde volver al divisor de haz. Análogamente,la parte transmitida recorre dosveces la distancia d2 al espejo 1d . En lasalida 1e interfieren los dos rayos. Apartir de esta interferencia se obtienela información espectral.La interferenciaLa figura 2a muestra las ondas que sepropagan desde una fuente puntual.En 2b y 2c se ha añadido otra fuenteidéntica, superponiéndose los patronesde ondas. En algunos puntos, lospatrones se combinan formando ondasde hasta amplitud doble (interferenciaconstructiva). En otros puntoslas ondas se anulan, creando zonas decalma (interferencia destructiva). Adiferencia de estos ejemplos bidimensionales,la interferencia en un interferómetrose produce principalmentea lo largo de un eje dado (mostradoen rojo en 2 ).En 2b , la distancia entre las fuentes(o diferencia 2(d 1-d 2) entre las longitudesde las dos trayectorias) es unmúltiplo de la longitud de onda. Lamáxima interferencia constructiva sepresenta a lo largo del eje. En 2c seha reducido la distancia en medioperíodo, originando interferenciadestructiva. En términos más generales,la intensidad de la señal en cualquierpunto del eje varía sinusoidalmenteen función de la distancia entrelas fuentes, con una longitud de ondaidéntica a la de la señal. Esta propiedadse utiliza para determinar la longitudde onda de la señal:I 02(dI (d 1;λ) = {1+cos{2π1-d 2)}}2λDonde I 0es la amplitud del rayo incidente1a y λ su longitud de onda.Utilizando un detector a la salida delinterferómetro 1e y variando d 1esposible trazar esta función (interferograma)y determinar los valores deI 0y λ.Una señal real medida consta normalmentede una amplia gama de frecuenciassuperpuestas. El interferogramaresultante es la suma de los interferogramasde sus componentes cromáticos.12(dI(d 1) = ∫ I 0(λ) {1+cos{2π1-d 2)}}d λ2λPara separar estas señales será necesarioun proceso posterior.1 Principio del interferómetro de Michelsonc{ad 1d 2{ebdRevista ABB 3/200673

Espectroscopia de gasesIngenio en la analítica2 Interferencia de dos patrones de ondas idénticos: la distancia entre las fuentes determina si se produce interferencia constructiva b o destructiva ca lo largo del eje rojo. Las caras del cuadrado pequeño corresponde a un cuarto de longitud de onda.a b cDe la transformada de Fourier a latransformada rápida de FourierDurante los primeros años del sigloXIX, Fourier desarrolló una transformaciónmatemática que correlacionauna función con su espectro de frecuencias:F (k) = ∫ ∞ −∞ f (x) e−2πikx dxdonde f(x) es la función a analizar yF(k) su espectro de frecuencias.Las señales registradas digitalmentesuelen consistir en una serie finita denúmeros adquiridos en un intervalo3 Bajas cadencias de muestreo significanfrecuencias que no siempre puedenidentificarse sin ambigüedad.señal originalcadencia de muestro = 8cadencia de muestro = 4señal alias para una cadenciade muestro = 4regular. La correspondiente transformacióndiscreta de Fourier (DFT),derivada de la fórmula general, es lasiguiente:N-1F n=∑ f k e−2πink/Nk=0donde f kes el elemento de orden kde la serie registrada, F nes el elementode orden n de la serie correspondientede frecuencias y N es el númerode muestras. Este algoritmo tieneun inconveniente principal: su complejidadaumenta cuadráticamente conN. Históricamente, su uso a menudoiba más allá de los medios computacionalesdisponibles. Se aplicaronvarias aproximaciones, que frecuentementeresultaron inadecuadas.Todo esto cambió en 1965, cuandoCooley y Tukey publicaron su algoritmode la transformada rápida deFourier (FFT).¿Cómo funciona?Un efecto de la reducción de la cadenciade muestreo es la pérdida deinformación. En 2 se muestra unacurva sinusoidal (en negro) muestreadaa una frecuencia de ocho (puntosnegros) y también de cuatro (círculosrojos). A esta última frecuencia, laseñal muestreada no es distinguiblede la curva roja y, por consiguiente,su DFT es idéntica; la curva roja seconoce como alias de la negra, unfenómeno que se produce para todaslas frecuencias por encima de la mitadde la nueva cadencia de muestreo.Una DFT separada, realizada en lospuntos omitidos, devuelve un resultadoigualmente ambiguo, pero la comparaciónde las dos DFT recupera lainformación perdida. En lugar decalcular una DFT de ocho puntos, serealizan dos DFT de cuatro puntos,cada una de las cuales requiere lacuarta parte de la potencia de cálculode la original. Esta reducción se repiterecursivamente. Por tanto, el algoritmoFFT es más eficiente cuando elnúmero de muestras es una potenciade dos.Andreas Moglestueandreas.moglestue@ch.abb.comSi desea más información sobre las aplicacionesde la espectroscopia basada en la transformadade Fourier, consulte ABB Review Special ReportInstruments and Analytics, de junio de 2006,páginas 46–60 y 76–79.74 Revista ABB 3/2006

Ingenio en la analíticaCaudalímetro AquaMaster TMPreservar los niveles del agua subterránea y detectar lasfugas de agua son dos importantes aplicaciones deAquaMaster TM , el último modelo de caudalímetro de ABB,equipado con transmisor de señales a distancia.AquaMaster TMprotege humedalespara un gigantemineroLa compañía RWE toma muy en seriosu responsabilidad de mantener losniveles de agua subterránea en losterrenos pantanosos que rodean lasminas de lignito a cielo abierto enAlemania.La compañía minera RWE Powerutiliza contadores de agua electromagnéticosde ABB para ayudar amantener los humedales y terrenospantanosos con aguas subterráneasque rodean sus minas alemanas decarbón. Los contadores supervisan lacantidad de agua bombeada de vueltaa las reservas naturales desde lasminas de lignito a cielo abierto deRWE. El bombeo permanente es necesariopara controlar los niveles de aguasubterránea en tres grandes minas.Con este fin, RWE ha adquirido recientemente25 instrumentos AquaMaster TM .Antes, RWE utilizaba caudalímetrosmecánicos para medir la cantidadde agua devuelta por bombeo alas zonas pantanosas. La necesidadde disponer de mediciones más precisasy de supervisar automáticamentelos datos hizo de los caudalímetroselectrónicos una propuesta atractiva.Sin embargo, muchos de los contadoresestán en zonas adonde no llegala electricidad de la red y para RWEno era fácil encontrar una alternativaelectrónica adecuada para los emplazamientos.Revista ABB 3/200675

Caudalímetro AquaMaster TMIngenio en la analíticaLos contadores AquaMaster TM de ABBhan solucionado el problema. Equipadoscon su propia batería, los caudalímetrosse pueden instalar en lugaresdonde no se dispone de suministroeléctrico.Cuando los técnicos de mantenimientode RWE comprueban el fallo de uncontador mecánico, lo sustituyen porun contador AquaMaster TM . Con unaprecisión de ± 0,5 % sobre un rangode reducción de 1000 :1, los contadoresofrecen, incluso con caudales muybajos, mediciones más precisas quesus homólogos mecánicos, que sóloalcanzan una precisión de ± 2 %.Además, ABB se ha convertido en elproveedor preferente de RWE Powerde contadores para supervisar lasestaciones de bombeo en las minas.Así pues, puesto que la falta de disponibilidadde electricidad de la red yano es un problema, RWE ha optadopor los caudalímetros electromagnéticoscompactos COPA XE de ABB.Las partículas abrasivas contenidas enel agua sin tratar de las minas atacany desgastan los contadores mecánicos.Por eso, la compañía decidió probaren sus minas 11 unidades durante unperíodo de nueve meses. Los resultadosha sido tan satisfactorios que RWEya ha encargado otros 35 instrumentos,de dimensiones DN50 a DN300.AquaMaster TM y COPA XE son tansólo dos ejemplos de la amplia gamade caudalímetros electromagnéticosde ABB para fluidos conductores,tales como agua, pastas, ácidos,tintes, jugos y emulsiones, incluidosfluidos con una conductividad tanbaja como 0,5 µS/cm. Si usted deseamás información puede visitarwww.abb.com/instrumentation.Bob Kingmanbob.kingman@gb.abb.comLocalización defugas de aguaDurante los últimos años, la atencióndel mundo ha estado centrada en elcalentamiento global del planeta, losgases de efecto invernadero y la conservaciónde los preciosos recursosnaturales. El agua limpia es uno deestos recursos y las importantes pérdidasobservadas en casi todas lasredes de suministro causan una gravepreocupación.Para responder expeditivamente aeste reto y ayudar a los clientes apreservar el agua potable, ABB hadesarrollado y comercializado un productonuevo –revolucionario– para elsector del agua. El nuevo caudalímetroperfeccionado, AquaMaster TM SMSproporciona valores de medicióndesde lugares remotos, por Internet,anunciando así una nueva era en lagestión de las fugas de agua.AquaMaster TM es un producto tecnológicamenteavanzado con característicasy aplicaciones únicas en el mercadode la conservación y distribucióndel agua.Los últimos modelos AquaMaster TM hanincorporado diversas opciones, comoun sensor de presión integrado, capacidadde registro de datos y tecnologíade radiotransmisión GSM SMS. La capacidadde registro de datos es importante,ya que permite grabar datos decaudal y presión en régimen normalcada 15 minutos, guardando en totaltres meses de registro local de datos.Pero, además, y gracias a la conexióndigital entre la medición del caudal yel registrador de datos, estos modelospermiten registrar datos de alta resolucióna velocidades impensables conlas soluciones actuales, algo muchomás importante de lo que parece.Medición de caudales transitoriosUna solución tradicional de registradorde datos externo captura impulsosdurante el intervalo de registro, perolas limitaciones de frecuencia superiordel caudalímetro conllevan que sólose pueda computar una cantidad limitadade impulsos durante dicho intervalode tiempo. Por consiguiente, conun contador con alto coeficiente dereducción no es infrecuente obtenererrores de medición o ‘cuantificación’en torno al 10 % o más, de modo quelos datos están muy escalonados o‘cuantificados’. AquaMaster TM , gracias76 Revista ABB 3/2006

Caudalímetro AquaMaster TMIngenio en la analíticaa su conexión digital directa con elregistrador de datos, reduce a nivelesinsignificantes los errores provocadospor la cuantificación. Además, en unsegundo canal el sistema ofrece registrode datos de alta resolución y altavelocidad durante un intervalo de hasta15 segundos, algo fundamental paracapturar transitorios durante la verificaciónpor etapas de la red. Esta verificaciónes una técnica arraigada en elcampo de las redes de suministro deagua, empleada para localizar pérdidasde agua en un sistema de distribuciónzonal. Esto exige establecer zonasdonde se pueda distribuir el agua através de un único contador despuésde haber cerrado todas las fronteras yválvulas de circulación.Gestión de fugas de aguaEl cierre de una válvula aísla una secciónespecífica de la zona. Una grandisminución del caudal indica que hayuna fuga en la sección. La ventaja deAquaMaster TM en esta verificación poretapas se ve claramente comparando1a , en un intervalo tradicional de registrode 15 minutos, y 1b , captadocon gran detalle desde el registro deun minuto del segundo canal.En esta prueba por etapas se cerró unaválvula de una zona a las 02:30 y diezminutos después, a las 02:40, se cerróuna válvula en otra zona. Desde elregistro cronológico de un minuto sepudo identificar claramente la zonaque tenía una fuga importante por lasúbita reducción del caudal y otra fuga,más pequeña, en la segunda zona. Lamagnitud de la fuga en las dos zonases considerable, unos 2 m 3 /hr.La verificación por etapas con Aqua-Master TM es mucho más sencilla, económicay rápida que con los métodoshabituales. Ya no es necesaria la presenciade un técnico cualificado provistode registrador de datos de verificaciónexterna por etapas. Todo lo quehace falta es un procedimiento sencilloy una persona que cierre una válvulaen momentos concretos acordados previamente.Además, cualquier interrupcióndel suministro de agua se minimiza,ya que para cerrar una válvula bastanunos pocos minutos. Durante las emana siguiente se puede descargar yanalizar el registrador de alta resoluciónpara identificar el origen de lafuga de agua. El uso de radiocomunicaciónpara obtener los datos de loscontadores mejora notablemente esteproceso de verificación por etapas.Tradicionalmente, los datos se registranexternamente en el punto de medicióndel caudal y se recuperan manualmente;una persona enviada al punto demedición descarga los datos o recupera1 Leak Detection: Step testing – 15 min and 1 min b data logging Detección de fugas:prueba de fases, registro 15 min a y 1 min baFlujo (m 3 /h)Flujo (m 3 /h)2.5321021.510.50b 500:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00tiempo (horas)54321043210Presión (Bar)Pressure (Bar)el registrador de datos completo, quecambia por otro. Recientemente losclientes han empezado a utilizar señalesde radio para leer los contadores.Modelo AquaMaster TM con equipo deradioLa última innovación de ABB consisteen equipar opcionalmente los contadoresAquaMaster TM con la tecnologíade radiocomunicación GSM SMS. En2005, esta característica se ampliópara usar mensajes de texto SMS ytransmitir datos de caudal y presión.Los mensajes de texto SMS se envíanautomáticamente, por lo general unavez al día para ahorrar energía en losdispositivos alimentados por batería.En caso de fallo, por ejemplo si elcontador está siendo manipulado, seenvía una alarma por mensaje SMS.El contador AquaMaster TM también respondea los mensajes que recibe, porejemplo mensajes de cambio de configuracióno peticiones de datos específicos.El sistema almacena internamentelos datos de hasta tres meses.La medición y registro del caudal y,opcionalmente, de la presión son sóloalgunas de las funciones del sistema.Además, los datos recogidos se envíanal ordenador o a los sistemas de informacióno de gestión de fugas del cliente.Las conversaciones con los principalesclientes de todo el mundo pusieronde manifiesto que existen dos gruposde clientes con requisitos específicos:1) Clientes que disponen de infraestructuray de un sistema bien establecidode gestión del agua.2) Clientes de zonas sin explotar, queaunque necesitan disponer de medicionesno tienen sistema de gestióninterna para tratar los datos medidos.Para abordar las necesidades de ambosgrupos de clientes, ABB proyectóuna solución basada en entregar datosde contadores remotos con mensajesde texto SMS enviados prácticamentea cualquier base de datos, utilizandomecanismos de programación generalizadosen la industria.AquaMaster TM SMS es un productoúnico en su clase, ya que los volúmenestotales del registro índice delinstrumento también se envían conmensajes de texto SMS.Terry Mizziterry.mizzi@gb.abb.comRevista ABB 3/200677

Ingenio en la analíticaLos hacedores de noticiasDe proveedor de sistemas de automatización a integrador de sistemasSteve KirkLa lectura del periódico matutinodurante el desayuno tiene largatradición, pero a veces se oye que elperiódico impreso está en decadencia.Afortunadamente, esta opinión noresiste el más mínimo examen. Aunquealgunos mercados del mundoestán estancados, otros crecen vertiginosamente.La automatización escada día más importante para elproceso de impresión de alta tecnología,un campo en que ABB muestra elcamino a seguir. Los avances de laautomatización y la integración desistemas garantizarán durante muchosaños la posibilidad de leer elperiódico mientras tomamos el cafédel desayuno.78 Revista ABB 3/2006

Los hacedores de noticiasIngenio en la analíticaEl periódico comercial existe desdeprincipios del siglo XVII, aunquealgunos piensan hoy que las noticiasimpresas han pasado de moda. Otrosafirman que el futuro de los periódicosno corre peligro mientras los ordenadorespersonales no sean muchísimomás ligeros. Sin embargo, el hechoes que la edición de periódicos esuna industria de alta tecnología conun volumen de ventas de miles de millonesde dólares anuales y que las tiradascrecen en algunos países, aunqueen otros sean prácticamente fijas.Pero incluso en los países con tiradasestancadas existe la tendencia a utilizarmás color en la publicidad, queimpulsa el crecimiento de las inversionesen tecnología de impresión. A lavanguardia de la innovación tecnológicaen este campo está el Centro deExcelencia para la Impresión de ABBen Baden (Suiza).la estructura del periódico de acuerdocon las necesidades de los departamentoseditoriales y de publicidad.La redacción de un periódico sueleestar situada en el centro de la ciudad,mientras que las instalaciones deproducción se encuentran generalmenteen las afueras. A pesar de estaseparación, las dos entidades han detrabajar conjuntamente para combinarlas aportaciones editoriales con elmaterial publicitario y ensamblar losdiseños de páginas completas y, finalmente,el periódico terminado. Losdiseños de las páginas, generalmenteen forma de un archivo PDF por página,son transmitidos a la instalaciónde producción, donde pasan por undispositivo RIP (procesador de imagende trama), generándose archivos TIFF(es decir, mapas de bits) para las diferentesseparaciones de color. La impresiónen color se obtiene generalmentecombinando los colores deproceso cyan, magenta, amarillo y negroCuadro 1 . Puesto que cada color seimprime por separado harán falta cuatroseparaciones para obtener unaplancha de impresión para cada color.Estas se producen en un dispositivoconocido como filmadora.Suministro de tintaLos datos TIFF son analizados paracalcular la cantidad óptima de coberturade tinta para las diversas zonasde cada página. El sistema de gestiónde impresión utiliza estos datos paracalcular los parámetros adecuados delsuministro de tinta en la imprenta. Elsistema de gestión de impresión tambiénconoce las imposiciones requeridas1) . El usuario selecciona la varianteProceso de impresión de periódicosEl proceso de producción de periódicosestá sometido a una presión detiempo extrema. La producción ha deempezar lo más tarde posible (quizásen torno a las 11 de la noche) parapoder incluir las noticias y resultadosdeportivos de última hora. Sin embargo,los periódicos se han de entregarpuntualmente, muy temprano, a lamañana siguiente. Una acería o unafábrica de calzado siempre puedevender la producción hecha unos díasatrás, pero el periódico de ayer ya haperdido todo su valor.Rotativa de periódicos con sistema de control de ABB en Singapore Press HoldingsLa figura 1 muestra el esquema generaldel proceso de producción deperiódicos. El primer paso es definirCuadro 1Impresión offsetCasi todos los periódicos se imprimen con el procedimiento offset. Para producir imágenes a todo color es necesarioimprimir cuatro colores de proceso diferentes: cyan, magenta, amarillo y negro. En una prensa típica de periódicos,la bobina de papel, que puede tener una anchura de hasta 6 páginas, pasa por cuatro pares de elementos deimpresión, un par para cada color de proceso. Las planchas de impresión se montan en los cilindros extremos quemuestra el diagrama. En la plancha se plasma con una sustancia hidrófuga la imagen que se desea imprimir. Cuandogira el cilindro, la plancha se humedece con agua, que sólo se adhiere a las zonas sin imagen, y a continuaciónse aplica la tinta. Ésta sólo se adhiere en las zonas secas, que reproducen la imagen. Durante el giro del cilindro, latinta se transfiere al cilindro de goma y produce una imagen invertida. El cilindro de goma sigue girando y transfierela tinta al papel.Para producir una imagen nítida, los diferentes colores han de estar ajustados con gran precisión. En el pasado, estose conseguía mediante engranajes y ejes, pero hoy en día casi todas las rotativas disponen de motores para cadaelemento de impresión. Todos estos motores se sincronizan electrónicamente, otra técnica introducida por ABB.Revista ABB 3/200679

Los hacedores de noticiasIngenio en la analíticapreferida y el sistema de gestión deimpresión obtiene los parámetrosóptimos para los elementos ajustablesen la imprenta (por ejemplo, registroso compensadores, elementos de controlde tensión de las bobinas depapel continuo) desde su base dedatos, que contiene los valores que yaha utilizado anteriormente. El sistemade gestión de la impresión tambiénguarda en su memoria las curvas parael ajuste del suministro de tinta yagua, basado en la velocidad de impresión.Tan pronto como el operadorestá dispuesto en la consola de controlde la imprenta para preparar laproducción, los valores se envían alos controles de impresión y se configuranen la imprenta.El tratamiento ulteriorDespués de la impresión, los pliegosimpresos son transportados desde laimprenta a la zona de tratamiento ulterior,conocida como sala de expedición.Si se trata de un producto preimpreso,que se publicará más tardecon un periódico, se almacena arrollándoloen discos 2 . De no ser así,los ejemplares pasan por los tamboresde encarte, máquinas en las cuales seinsertan o encartan en los periódicosotros productos, que pueden ser suplementosredaccionales, como ya seha dicho más arriba, o encartes de terceros,como folletos u otros materiales1 Esquema general del proceso de producción de periódicospublicitarios. Con ello termina el procesode confección de los periódicos,que luego se apilan, empaquetan yplastifican, se direccionan y se carganen las camionetas de distribución.ABB y la integración¿En qué fases de este proceso podemosencontrar a ABB? La respuesta essimple: en todas las fases. Originalmente,el centro ABB‘s Center of Excellencefor Printing era un suministradorde sistemas estándar de automatizaciónque entregaba accionamientosy sistemas de control de rotativasy el sistema MPS ProductionAlimentación de papelLa imprenta también necesita papel,por supuesto, que se manipula en procesoaparte. El departamento de materiasprimas registra las bobinas de papelentregadas y las transfiere a la zonade almacenaje principal. Las bobinasse desembalan y preparan para suuso de acuerdo con los planes de producciónpara las 24 horas siguientes yson transferidas en el momento necesarioa los portabobinas, la parte de laimprenta que hace correr el papeldentro de las unidades de impresión ycambia las bobinas a la máxima velocidadde producción (generalmenteunos 12 m/s), pegando la nueva bandade papel continuo en la banda anteriory cortando el resto de ésta. Entrabajos mayores de impresión, el movimientode las bobinas de papel estátotalmente automatizado por medio devehículos de guiado automático (AGV,Automatic Guided Vehicles).Estructuradel productoContendido redaccionalLibrería deestructura deproductosComposiciónRIPImposiciónde prensaPublicidadEnsamblaje de páginasSeparacionesGestión de la impresiónDatos deajustePreajuste y controlde la impresiónPreparaciónde planchasImpresiónPreparación a la impresiónValoreszonalesde tintaPlanchasImpresiónPeriódicoimpresoCuadro 2Historia pioneraABB tiene una larga historia como empresapionera en la industria de impresión deperiódicos. Algunos de sus logros más destacadosson los siguientes:1973: Primeros controladores programablespara prensas de impresión deperiódicos1977: Planificación de la producción ypreconfiguración de la rotativa porordenador, por primera vez en el mundo1985: Primeras consolas de control porpantalla para una rotativa de periódicos1994: Primera rotativa sin ejes, conelementos de impresión gobernadosindividualmenteSuministrode papelDepósitotemporalAlmacénprincipalPreparaciónEncarte de tercerosEncarteProductocompletoAlmacénintermedioEmpaquetadoDireccionamientoCargaPostimpresiónDistribución80 Revista ABB 3/2006

Los hacedores de noticiasIngenio en la analítica(Master Printing System),para gestionar la impresiónCuadro 2 . Sin embargo, cuandolos fabricantes de rotativasempezaron a suministraraccionamientos y, más tarde,los propios sistemas de controlde bajo nivel, ABB Printingcomenzó a diversificarsey evolucionó hasta convertirseen un verdadero proveedorde tecnología de información(TI), que ofrecesoluciones de software paragestionar el proceso completode producción de periódicos.Paso a paso se fue ampliandola serie de sistemasMPS con muchas nuevasaplicaciones Cuadro 3 .Cuadro 3 Módulos de aplicaciones para el proceso de impresiónMPS PageManager: Para definir la estructura de los productos yel ensamblaje de páginas.MPS PlateWorkflow: Para generar los datos RIP para las páginas ycontrolar la integración completa de las filmadoras de planchas enla planificación de páginas y en el sistema de gestión de producciónde la rotativa.MPS Roll Handling: Para automatizar completamente el suministrode bobinas de papel, desde su recepción hasta su llegada a la rotativa.MPS InsertManager: Para gestionar la venta, planificación, producción,almacenaje y distribución precisa de encartes de prensa, esdecir, para garantizar que a cada zona se asignen los encartesrelevantes.MPS Cockpit: Para gestionar todo el proceso de producción,inclusive todos los subprocesos.MPS Insight: Una herramienta de seguimiento basada en un navegadorque crea una panorámica completa del estado actual deproducción, disponible en Intranet o Internet.Integración es la palabra clave en estecontexto. Algunos proveedores sólopueden ofrecer sistemas que soportanalguno de los subprocesos, pero ABBestá en condiciones de proporcionar asus clientes módulos de sistemas fuertementeintegrados para el procesocompleto. Un ejemplo servirá paraexplicar las ventajas. Consideremos laintegración de las tres aplicaciones desistema MPS Production, MPS PageManager y MPS PlateWorkflow. MPSProduction conoce las posibilidades deproducción de la rotativa y comunicaesta información a MPS PageManager,el sistema que garantiza que el usuariosólo pueda definir productos que efectivamentepueden imprimirse. La integraciónde MPS Production y MPS PlateWorkflowimplica que MPS PlateWorkflowconoce automáticamente la imposiciónque se ha de utilizar y puedemarcar las con la ubicación que hande tener en la rotativa. MPS PlateWorkflowtambién recibe los datos de losplanes de producción y puede, porconsiguiente, optimizar la producciónde impresión basándose en las prioridadesde las distintas tareas.Análogamente, la integración de MPSProduction y MPS Roll Handling tambiénpermite planificar la producción.MPS Roll Handling conoce con antelaciónqué bobinas serán necesariaspara cada producción ypuede garantizar que dichasbobinas estarán preparadas ydisponibles sin necesidad deintervención manual. Losstocks de bobinas en el almacénprincipal también puedengestionarse de acuerdo conlos planes de producción alargo plazo. Una vez completadaslas tiradas se transfiereinformación de MPS Productiona MPS Roll Handling. Acontinuación, este sistema generaestadísticas relativas a lasbobinas utilizadas para cadaproducto y elabora datos deevaluación de la calidadcomo, por ejemplo, el númerode roturas de bobinas depapel continuo por cada 1.000 km depapel de cada fabricante.MPS Cockpit 3 permite optimizar lagestión y planificación global del procesocompleto de producción y nosólo de cada subproceso. Identifica yelimina los cuellos de botella entresubprocesos. El proceso de impresiónse puede gobernar desde un sistemaintroduciendo una sola vez todos losdatos fundamentales desde diversospuntos de la cadena de producción.Victoria del pragmatismoUn juego completo de módulos fuertementeintegrados producirá los mejores2 Preimpresiones depositadas en un disco rotatorio 3 Imagen en pantalla de MPS Cockpit con diferentes ediciones de unperiódico (izquierda), contenido de páginas y color (derecha) yprogramación de la producción (abajo).Revista ABB 3/200681

Los hacedores de noticiasIngenio en la analíticaresultados pero es necesario que prevalezcael pragmatismo. Pocos clientesdesean sustituir de una vez todas lasaplicaciones de sistemas de que disponen,aunque sólo sea por razones financieras.Es necesario adaptar los módulosexistentes al concepto de integración.El equipo técnico de ABB identificómuy pronto este requisito e incorporóal diseño original la capacidad paraintegrar sistemas de terceros en la gamade productos ABB. De este modo,la integración completa de sistemas sehizo asequible a muchos más clientes.Un ejemplo del flujo de tareas integradasde ABB puede verse en la compañíaimpresora Rossel (Bélgica), que hainaugurado recientemente un centrode impresión completamente nuevo enNivelles, muy cerca de Bruselas. Rosselquería conseguir el máximo nivelposible de integración y, por tanto,maximizar la eficiencia. ABB contribuyóa hacer realidad esta visión. El flujode tareas se ilustra en 4 .Integración total en la compañía belgaRosselRossel imprime diversos periódicos ensus instalaciones, entre ellos ‘Le Soir,’ deedición propia, ‘Vlan’, periódico gratuitoindependiente, y ‘La Capitale’, de SudPresse. Rossel trabaja también para otrosclientes a los que sirve otros productos.Por lo tanto, sus sistemas de softwarehan de aceptar entradas de más de cuatrocentros editoriales distintos.Con el sistema MPS Cockpit se define4 Flujo general de tareas en la compañía impresora Rossel de Bélgicael plan inicial a largo plazo, tanto paralas áreas de impresión como parala sala de expedición. Generalmente,el tamaño del periódico lo determinala editorial el mismo día en que se hade imprimir el producto. El sistemaeditorial Hermes, utilizado por Le Soir,está totalmente integrado con MPSCockpit y MPS PageManager, los cualestambién están plenamente integradosentre sí. Para garantizar a losusuarios del sistema Hermes la posibilidadde definir productos imprimiblesen las nuevas rotativas, el sistemaHermes se entrega con la bibliotecaProduct Structure Library de ABB, enla que se especifican todas las estructurasde productos permisibles. Losproductos de otras editoriales se definendirectamente en la aplicaciónMPS PageManager.Las tiradas se definen con un sistemadistinto, el sistema de gestión de tiradasde Rossel, que transfiere automáticamentelos datos a MPS Cockpit. Estesistema contiene todos los datos deplanificación requeridos por los subsistemasque manejan los distintosaspectos de la producción.Los requisitos de impresión para lasproducciones posteriores se transfierenal sistema MPS Roll Handling, quecontrola los movimientos de los vehículosAGV y las bobinas desde la entradade los productos hasta la eliminación.Los datos de planificación de la producciónse transfieren automáticamentea MPS Production, que calcula laimposición de las y transfiere los datosal sistema MPS PlateWorkflow deABB. Los datos se utilizan para controlary optimizar el proceso completode producción de planchas, inclusivelas cuatro filmadoras. El contenido delas páginas se importa directamentedesde las diversas oficinas editoriales;MPS PlateWorkflow calcula los valoresrequeridos para las zonas de tintado ylos entrega a MPS Production parapreconfigurar la rotativa.MPS Production también transfiere losdatos del plan de producción, losvalores prefijados y las curvas de tintay agua a la consola de Control MPS,donde quedan a disposición de losimpresores que han de preparar larotativa para la producción.El sistema FERAG de gestión de salade expedición recibe desde MPS Cockpitlos datos necesarios para planificarla producción. La venta de capacidadde encarte y el depósito de productosa encartar están soportadospor el sistema MPS InsertManager, quetambién opera con MPS Cockpit.Cuando la producción está en marcha,los datos circulan por el sistema ensentido ascendente para que MPS Cockpity MPS Insight reciban permanentementelos datos de seguimiento. MPSInsight visualiza el esquema generalde la instalación con contadores decopias situados en varios puntos de larotativa y de la sala de expedición.DepartamentosLe SoirHermesVlanSudPresseotrosGestión de lacirculaciónMPS InsertManagerGestión de ladistribuciónRossel es tan sólo una de las muchascompañías que se benefician del sistemaintegrado de flujos de tareas deABB. La integración se ha convertidoen una receta de éxito, no sólo paranuestros clientes, sino también para lapropia compañía ABB.MPS Page ManagerMPS CockpitMPS InsightMPS PlateWorkflow MPS Production FERAGMPS Roll HandlingMPS Control ConsoleSteve KirkABB Schweiz AG - Printing SystemsBaden, Suizastephen.kirk@ch.abb.comKBA CommanderNota1)Las imposiciones son las configuraciones de papely planchas necesarias para producir la secuenciacorrecta de páginas.82 Revista ABB 3/2006

Editorial BoardPeter TerwieschCTO, Group R&D and TechnologyAdam RoscoeCorporate CommunicationsRon PopperGroup Editorial ServicesCorporate CommunicationsFriedrich PinnekampGroup R&D and TechnologyNils LefflerChief Editornils.leffler@ch.abb.comPreview 4/2006EditorialABB Schweiz AGCorporate ResearchABB Review/REVCH-5405 Baden-DättwilSuizaLa Revista ABB se publica cuatro veces alaño en inglés, francés, alemán, español,chino y ruso.La reproducción o reimpresión parcial estápermitida a condición de citar la fuente. Lareimpresión completa precisa del acuerdopor escrito del editor.Revista ABB es una publicación gratuitapara todos los interesados en la tecnologíay objetivos de ABB y para aquellas personasque ocupan puestos directivos y necesitanestar informados sobre los últimosavances de la tecnología. Si usted deseauna suscripción gratuita puede ponerse encontacto con la representación ABB máspróxima o directamente con la editorial.Editor © 2006ABB Ltd, Zurich/SuizaImpresiónVorarlberger Verlagsanstalt AGAT-6850 Dornbirn/AustriaDesignDAVILLA Werbeagentur GmbHAT-6900 Bregenz/AustriaTraducciónBrugos ÜbersetzungenBern, Switzerlandjesus@brugos.chExención de responsabilidad:Las informaciones contenidas en esta revistareflejan el punto de vista de sus autores ytienen una finalidad puramente informativa.El lector no deberá actuar con base en lasafirmaciones contenidas en esta revista sincontar con asesoramiento profesional.Nuestras publicaciones están a disposiciónde los lectores sobre la base de que no implicanasesoramiento técnico o profesionalde ningún tipo por parte de los autores, niopiniones sobre materias o hechos específicos,y no asumimos responsabilidad algunaen relación con el uso de las mismas. Lasempresas del Grupo ABB no garantizanni aseguran, explícita o implícitamente, elcontenido o la exactitud de los puntos devista expresados en esta revista.ISSN: 1013-3119www.abb.com/abbreviewAño tras año, las innovaciones tecnológicasse integran en nuevos o no tannuevos productos, mejorando suscaracterísticas. No es fácil estimar elvalor potencial de estos productospara nuestros clientes y para la competitividadde ABB, pero el equipoencargado de gestionar la tecnología ylas innovaciones de nuestra compañíaafronta este reto cada año con granenergía. El resultado es una lista de lasmejores innovaciones, a las que dedicaremosel número 4/2006 de RevistaABB. Varios artículos breves estarándedicados a las mejores innovacionesde 2006; algunas innovaciones seleccionadasserán tratadas detalladamenteen artículos de mayor longitud.Presentaremos varias aplicaciones deun innovador y flexible concepto quepermite fabricar muchos productosdistintos en una sola línea. También sediscuten nuevas soluciones para unacooperación segura y armoniosa entrelos robots y los humanos.Una sección especial, dedicada a lamedición y control avanzados delcolor en la industria papelera, exponelas complejidades de la mediciónon-line del color, en tiempo real y endifíciles condiciones ambientales. Unalgoritmo creativo de control optimizael uso de pigmentos aplicando elcontrol multivariable en el sistema deformación de los mismos. En el artículodescribimos en detalle este algoritmo.Las redes autorreparadoras son muyimportantes en numerosas aplicaciones.Revista ABB estudia el uso deesta tecnología en el control de redeseléctricas.Revista ABB 3/200683

Cut 68 milliontons of CO2and it’s amazingwhat you save.© 2005 ABBAdvanced power and automation technologies that reduce emissionsand help protect the environment. Visit us at www.abb.comPower and productivityfor a better world TMa