La creciente electrificación de las instalaciones industriales está cambiando la forma en que se diseñan, operan y amplían las plantas. La infraestructura eléctrica ya no puede tratarse como una capa de servicios independiente de la automatización de la producción. Al reconocer este cambio, Hitachi Energy y Rockwell Automation anunciaron una colaboración centrada en una arquitectura integrada de la red al proceso, que conecta la infraestructura de energía eléctrica con los sistemas de automatización y digitales responsables de la producción.
De sistemas independientes a una arquitectura de la red al proceso
Tradicionalmente, la distribución eléctrica, la calidad de la energía, la protección, la gestión energética, el control de procesos y la automatización de la producción se han diseñado a menudo como disciplinas de ingeniería independientes. Ese enfoque puede crear límites entre los sistemas que suministran energía y los que la consumen.
El enfoque propuesto por Hitachi Energy y Rockwell Automation avanza hacia una arquitectura más coordinada. Combina conocimientos especializados en conexión a la red, calidad de la energía, protección y control, gestión energética, automatización de procesos y operaciones digitales.
Desde el punto de vista de la ingeniería, el valor de este concepto no consiste simplemente en conectar más sistemas a una misma red. El cambio más significativo es la posibilidad de integrar las condiciones eléctricas y los requisitos de producción en un mismo modelo de planificación y operación.
Por qué la electrificación se está convirtiendo en un asunto de producción
La electrificación industrial está cada vez más vinculada a la capacidad de producción, en lugar de considerarse únicamente un proyecto energético o de sostenibilidad.
Una mayor demanda eléctrica puede afectar la capacidad de las subestaciones, la arquitectura de distribución, la calidad de la energía, la coordinación de las protecciones, los sistemas de motores y accionamientos, y la disponibilidad de los equipos de producción. A su vez, los cambios en los procesos de producción pueden modificar directamente la carga eléctrica y los requisitos operativos.
Esto genera una relación bidireccional: el sistema eléctrico afecta la producción, mientras que la producción determina cómo debe diseñarse y operarse el sistema eléctrico.
Por lo tanto, una arquitectura de la red al proceso puede ofrecer un marco común para tener en cuenta estas dependencias durante la ingeniería, la puesta en marcha y la operación de la planta.
Minería y metales como aplicación inicial
La minería y los metales serán el foco inicial de la colaboración. Este sector es un claro ejemplo de por qué es necesario considerar conjuntamente la infraestructura eléctrica y la automatización.
Procesos como la trituración, la molienda, el transporte y el procesamiento de minerales consumen cantidades sustanciales de energía eléctrica. Por consiguiente, una interrupción o degradación de la calidad de la energía puede afectar la utilización de los equipos, la continuidad de la producción y los costos operativos.
Las empresas mineras también se ven presionadas a aumentar la capacidad y, al mismo tiempo, modernizar las instalaciones existentes. La electrificación añade otra variable de ingeniería a proyectos que ya enfrentan limitaciones de capital, infraestructura y requisitos de puesta en marcha.
Las empresas citan un análisis que estima que el gasto de capital para el crecimiento de nueva capacidad minera podría alcanzar aproximadamente 1 billón de dólares durante la próxima década.
La calidad de la energía forma parte del rendimiento de la automatización
La calidad de la energía es un aspecto importante de ingeniería.
Los ingenieros de automatización suelen centrarse en la disponibilidad de los controladores, la redundancia de la red, el rendimiento de las entradas y salidas, la instrumentación y la lógica de control. Sin embargo, estos sistemas dependen en última instancia de una infraestructura eléctrica que debe proporcionar una calidad de tensión, protección y continuidad adecuadas.
Los motores de gran tamaño, los variadores de velocidad, los convertidores y otros equipos electrónicos de potencia pueden introducir perturbaciones eléctricas o generar perfiles de carga exigentes. A la inversa, las condiciones eléctricas inestables pueden propagarse a los equipos de automatización y a los procesos de producción.
Por lo tanto, integrar la información sobre la calidad de la energía con los datos de automatización y operación puede ofrecer una visión más completa del rendimiento de la planta.
La protección y el control necesitan un mejor contexto operativo
Los sistemas de protección suelen funcionar según parámetros eléctricos y esquemas de protección predefinidos. Por su parte, la automatización de procesos responde a las condiciones de producción y al estado de los equipos.
Una mayor integración entre estos ámbitos podría ayudar a los equipos de operaciones a comprender los eventos eléctricos en el contexto de los activos de producción. Por ejemplo, una perturbación eléctrica podría evaluarse no solo como un evento de protección, sino también en función de los sistemas de producción afectados, los cambios en la utilización de los equipos y la necesidad de reanudar la producción.
Esto no elimina la necesidad de contar con funciones de protección independientes. Más bien, crea la oportunidad de mejorar el intercambio de información entre la protección, el control eléctrico, la automatización de procesos y los sistemas de supervisión.
Las operaciones digitales crean la capa de conexión
Una vez que una instalación industrial está en funcionamiento, la combinación de electrificación, automatización y tecnologías digitales puede revelar información sobre el consumo de energía, el rendimiento de la producción y la utilización de los activos.
Esta información puede respaldar el análisis operativo y sentar las bases para identificar relaciones entre la carga eléctrica y el comportamiento de la producción.
En mi opinión, este es uno de los aspectos más prácticos de la colaboración. La integración digital resulta más útil cuando transforma datos de ingeniería que antes estaban aislados en información que los operadores y los equipos de mantenimiento pueden utilizar. Recopilar más datos por sí solo no mejora una planta, a menos que esos datos se relacionen con el estado de los equipos, los requisitos de producción y las decisiones operativas.
Planificación para la capacidad futura
Los sistemas eléctricos industriales rara vez son estáticos. La capacidad de producción puede aumentar, se pueden instalar variadores adicionales, incorporar nuevos equipos de proceso e integrar, con el tiempo, fuentes de energía alternativas en la instalación.
Diseñar por separado los sistemas eléctricos y de automatización puede dificultar las ampliaciones posteriores, ya que cada modificación puede exigir cambios en varios ámbitos de ingeniería.
En cambio, una arquitectura coordinada puede establecer una base escalable para aumentar la capacidad de producción, ampliar la electrificación e integrar nuevas fuentes de energía.
Esto es especialmente pertinente para los proyectos mineros, donde la infraestructura puede tener que adaptarse a cambios importantes a lo largo de la vida útil de la instalación.
La ventaja de ingeniería: menos barreras
El argumento técnico más sólido a favor de la colaboración es la reducción de las barreras entre la ingeniería eléctrica y la ingeniería de automatización.
Una instalación industrial moderna puede incluir distribución de media y baja tensión, equipos de protección y control, motores y accionamientos, sistemas PLC o DCS, redes industriales, instrumentación, plataformas de gestión energética y aplicaciones de supervisión de activos. Estos sistemas ya interactúan físicamente, aunque se diseñen y gestionen por separado.
El concepto de la red al proceso reconoce esta interacción física e intenta ofrecer un marco de ingeniería y operación más coordinado.
Para los equipos de proyecto, esto podría mejorar la coordinación durante el diseño de sistemas, la puesta en marcha, la resolución de problemas y las ampliaciones futuras.
Más allá de la minería y los metales
Aunque la minería y los metales sean el objetivo inicial, los mismos principios de ingeniería pueden aplicarse a otras industrias de alto consumo energético.
Las plantas de fabricación, los centros de datos, las instalaciones químicas, la infraestructura de transporte y otros grandes emplazamientos industriales dependen cada vez más de una alta disponibilidad eléctrica y de procesos de producción controlados con precisión.
A medida que avance la electrificación, la distinción entre «sistema eléctrico» y «sistema de producción» tendrá cada vez menos sentido desde el punto de vista operativo.
Qué significa esto para la automatización industrial
La colaboración entre Hitachi Energy y Rockwell Automation refleja una tendencia más amplia en la ingeniería industrial: la infraestructura eléctrica se está convirtiendo en un componente cada vez más visible del rendimiento de la producción.
La oportunidad a largo plazo no consiste simplemente en conectar equipos eléctricos a redes de automatización. Consiste en crear una arquitectura que permita considerar conjuntamente las condiciones eléctricas, los requisitos de producción, la utilización de los activos y el consumo de energía.
Para los ingenieros de automatización industrial, esto significa que las futuras arquitecturas de planta probablemente exigirán una coordinación más estrecha entre la distribución eléctrica, la protección, los accionamientos, las plataformas PLC/DCS, las redes industriales, la gestión energética y las operaciones digitales.
El resultado práctico dependerá de cómo las empresas traduzcan el concepto en arquitecturas y aplicaciones industriales específicas. Sin embargo, la dirección técnica está clara: a medida que los procesos industriales se electrifican, la ingeniería eléctrica y la ingeniería de automatización deben diseñarse cada vez más como partes de un mismo sistema.
