Business Unit Drives and Controls Overview

DMDR , Jornadas Técnicas -Lima, Trina Salazar Abril 2015
Discrete Automation and Motion
Uso eficiente de la energía a través de la
plataforma integrada de accionamientos
de velocidad variable ABB
© ABB
May 20, 2015
Slide 1
Agenda
1
Grupo ABB y DMDR
2
Eficiencia energética
3
© ABB
May 20, 2015
Slide 2
Funciones de Eficiencia energética en
accionamientos de velocidad variable ABB
4
Evaluaciones energéticas
5
Herramientas de Eficiencia energética
BU Drives and Controls
Grupo ABB y DMDR
© ABB
May 20, 2015
Slide 3
Un lider global en energía y tecnologías de
automatización
Posición de liderazgo en las principales industrias
~150,000
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May 20, 2015
Slide 4
$ 42
billones
En ingresos
(2013)
empleados
Presente
en
Formado
en
+100
1988
países
Fusión de las compañias: Suiza (BBC, 1891)
y Sueca (ASEA, 1883)
¿Cómo esta organizado?
5 divisiones globales
© ABB
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División Discrete Automation and Motion
Unidades de Negocios
PLC
Drives and Controls
Drives
Low voltage AC drives from
0.18 to 5600 kW
 Servo drives and motion control
offering
 Medium voltage drives from
250 kW to 100 MW
 DC drives from 9 kW to 36 MW
 Scalable PLCs, HMI control
panels
 Software tools
 Product packages based on
drives and PLC offerings
 Global services for the
complete life cycle
 Wind turbine converters

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Advanced power electronics
Converter products
 Excitation and synchronizing
systems
 High power rectifiers
 Power quality and power
protection products, incl. UPS
 Traction converters
 Solar inverters
 Charging infrastructure for
electric vehicles
 Service


Robotics
Motors
and Generators
Power Conversion
Robots
Low voltage motors from 0.25
to 1000 kW
 High voltage motors and
generators up to 70 MW
 High speed motors
 Traction motors
 Wind power generators
 Diesel generators
 Gas and steam turbine
generators
 Hydro generators, tidal waves,
etc
 Service

Industrial robots
Robot controllers and software
 Industrial software products
 Application equipment and
accessories
 Robot applications and
automation systems for
automotive, foundry,
packaging, metal, solar, wood,
plastics, etc. industries
 Service


Drives and Controls
Grupos de productos
LV Low Power Drives



Industrial drives
 Wall-mounted and modules
up to 710 kW
General purpose drives up to
500 kW
HVAC and water drives up to
400 kW
Machinery Controls
and Automation




© ABB
May 20, 2015

Slide 8
Automation solutions
Machinery and micro drives
Servo drives and motion
control offering
Scalable PLCs
HMI control panels
LV High Power Drives


Industrial drives
 Cabinet drives 100 - 5600 kW
 Multidrives 1.5 - 5600 kW
 Modules 1.1 - 4000 kW
DC drives
 Modules 9 – 6 MW
 Cabinet drives 9 - 36 MW
Wind

Utility scale wind turbines
Low voltage full power
0.6 – 8 MW
 Medium voltage full power
2 – 12 MW
Small wind inverters
2 – 27.6 kW
Medium Voltage Drives
General purpose drives
250 kW – 7 MW
Special purpose drives
2 – 100 MW


Drives and
Controls Service







Global services for the
complete life cycle
Spare parts
Technical support
Service contracts
Training
Drives and Controls
Presencia mundial
UK, Bristol
Servo & Motion
Noruega,
Ulsteinvik
Estonia,
Jüri
Finlandia,
Helsinki
Polonia
Lodz
USA, Wisconsin
New Berlin
China,
Beijing
Korea,
Seoul
Alemania,
Ladenburg y
Heidelberg
Malasia,
Kuala Lumpur
Sorocaba,
Brazil
Singapore,
Central stock Asia
Suiza Turgi
MV Drives
India,
Bangalore
Producción e Investigación y Desarrollo
Centros Mundiales de Investigación y desarrollo y producción
Centrales de stocks
Ventas
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Alemania, Menden
Central stock Europa
Tecnología
Hitos de éxitos
> 45 Años
experiencia
2009
2011
2013
Plataforma de
compatibilidad total
PLC y E/S de seguridad
Transistor bipolar de compuerta
aislada(IGBT), neutro activo con 5
puntos de enclavamiento (ANPC-5L)
Accionamientos de MT
1999
1997
2006
Servo de BT de alto
desempeño
Accionamientos de BT
basados en IGTB de alta
potencia con DTC,
refrigerados por aire y
agua
Accionamientos de MT
basados en IGBT con DTC
2005
AC500 PLC
Escalables y compactos
2004
Accionamientos CA de BT
con interfaz de usuario
intuitiva
1995
Control directo de Par
(DTC)
1969
1975
Inicio del desarrollo
de Accionamientos
de CA
Accionamientos de alta
potencia PWM
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1985


Megastar 3-níveles de modulación de ancho
de pulso (PWM) Accionamientos de MT con
control vectorial
Control digital de flujo vectorial
BU Drives and Controls
Eficiencia Energética
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Slide 12
El desafio energético de hoy
Incremento en la demanda
Europa y
Norte America
5.4%
26%
China
94%
IEA forecast 2007-30
Crecimiento en la
demanda de
energía primaria
Crecimiento en
la demanda de
electricidad
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Slide 13
M. Oriente y
Africa
89%
140%
177%
India
116%
261%
Desafío energético de hoy
Incremento en el consumo eléctrico
El consumo mundial de electricidad por sector
Fuente: International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2011
Incremento de la demanda de electricidad
para 2035 ( Bajos las políticas actuales)
Fuente: IEA, World Energy Outlook 2011
Industria 40.2%
+99.7 %
30,000
34,350
Residencial,
comercial,
servicios públicos,
y la agricultura
58.2%
Terawatthoras(TWh)
12,500
10,000
17,200
20,000
Transporte1.6%
2009
2035
La demanda de electricidad se calcula como la electricidad bruta generada
usada menos las pérdidas de distribución y transmisión de electricidad
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Slide 15
El desafío energético
Cortar el vínculo entre crecimiento, consumo energético y
emisiones
Para alcanzar este desafío debemos:

© ABB
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Slide 16
Reducir la correlación entre
crecimiento económico y
consumo energético

Reducir la correlación entre
consumo energético y
emisiones
Eficiencia
Fuentes de energía
energética
renovable
Importancia de la eficiencia energética
Ayudando a nuestros clientes a hacer más con menos
Aproximadamente
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un 40% de la energía eléctrica generada es
consumida por las industrias y 2/3 de esta energía es usada en
motores eléctricos.
Los accionamientos de velocidad variable (VSD) pueden regular la
velocidad de un motor produciendo una disminución del consumo
energético desde un 30% hasta un 50% en muchas aplicaciones.
Aún así, menos del 10% de los motores están alimentados usando
un VSD.
Comúnmente se deja el motor operando a máxima velocidad y se
“estrangula” la salida. Lo que es como frenar y acelerar al mismo
tiempo en un automóvil
Eficiencia energética en la cadena
Desde la central de energía al vaso de agua
Sistema de control por estrangulamiento:
Grandes pérdidas de energía
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Sistema de control con accionamiento de BT
ABB: Minímiza las pérdidas de energía
Eficiencia energética con accionamientos
Costos del ciclo de vida
Elementos principales del costo de ciclo de vida de un motor y un accionamiento*
Compra del equipamiento:5%
Consumo energético: 92%
Mantenimiento:3%
* Costo típico de reemplazar un motor e incluir un convertidor en un sistema existente
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ABB Group
©
May
2015
20 de20,
mayo
de 2015 |Slide
Slide20
20

El período de recuperación de la inversión utilizando accionamientos de
velocidad variable es muy corto considerando sólo el ahorro energético. A
pesar de eso, muchas compañías sólo evalúan el precio de compra para
decidir una inversión.

Las empresas se beneficiarían más de mediante el examen de los costos
del ciclo de vida de los equipos. Por ejemplo, el precio de compra de un
motor eléctrico es sólo un % del coste total del ciclo de vida de ese motor.
Eficiencia energética con accionamientos
Tiempo de recuperación ecológica – en un día!
La huella de carbon para la fabricación

ACS350 (7.5 kW)
54 kg CO2

ACS800 (250 kW)
910 kg CO2
Retorno de inversión ecológico

ACS350 (7.5 kW)
1,1 (day)

ACS800 (250 kW)
0,5 (day)
Definición
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
Fabricación y venta de un producto consumen recursos naturales y se
cargan el ambiente.

El tiempo de recuperación ecológica se calcula como el tiempo
necesario para utilizar un producto hasta que la carga medioambiental
de una sola vez causada por la fabricación de productos ha sido
compensada, reduciendo así la carga ambiental. El tiempo mostrado es
una estimación basada en un uso medio de accionamientos
Eficiencia energética con accionamientos
Aplicaciones potenciales para ahorro de energía
Ejemplos de aplicaciones industriales para promover el ahorro
energético:

Plantas de energía


Tratamiento de aguas


Bombas de leche y otros líquidos, refrigeración y calefacción ventiladores,
compresores, centrífugas, etc
Fundiciones

© ABB
May
20,Group
2015 May 20,Slide
© ABB
201522| Slide 22
Bombas de circulación, compresores, sopladores, bombas de desagüe, etc.
Industrias lácteas, molinos de azúcar y otras fábricas de fabricación
de alimentos


Bombas alimentadoras, bombas de enfriamiento, bombas de circulación,
bombas de combustible, ventiladores, etc.
Ventiladores para torres de enfriamiento, ventilación para hornos, etc.
Aplicaciones accionadas por motores
Importancia de la eficiencia energética y el ahorro
potencial




Oportunidades para accionamientos de BT/MT
 Potencial de ahorro energético en níveles de 30-70%
En aplicaciones donde los equipamientos (ejemplo:
ventiladores ó bombas) son actualizados con mejoras en la
eficiencia
 Potencial de ahorro energético en níveles de 5-12%
Donde el motor debe de ser redimensionado por desajuste de
la carga
 Potencial de ahorro energético en níveles de 5-8%
En los casos en que la eficiencia del motor existente es al
menos 2% menor que la de uno nuevo de ABB


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Potencial de ahorro energético en níveles de +2%
En los casos en que los motores han estado operando
durante 15 a 20 años, así, con el uso de un nuevo motor más
eficiente
 Potencial de ahorro energéticos
BU Drives and Controls
Plataforma integrada de
accionamientos de frecuencia
variable ABB
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Slide 25
Sectores objetivo y aplicaciones
Accionamiento de velocidad variable


Las aplicaciones con par variable son objetivos perfectos:

Bombas

Compresores
Los convertidores regenerativos (4Q) generan ahorros incluso
mayores, gracias a que devuelven energía a la red

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Slide 26
Ventiladores
P. ej., centrifugadoras industriales, bancos de pruebas para
motores y multiplicadoras de vehículos, prensas de chapa
metálica, grúas y equipo de izado, cintas transportadoras,
escaleras mecánicas, telesillas y teleféricos
Aplicaciones con convertidores
Bombas
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Slide 27

Leyes de afinidad

Ahorro de energía del 0-80%

Consejos – Vigile la altura de
elevación

Método de control – PI de la
presión, nivel o caudal
Comparación de los diferentes métodos
Recirculación
Estrangulamiento
Marcha/parada
Convertidor
Bomba
Ahorro posible
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Accionamientos de velocidad
Funciones de eficiencia energética

Los accionamientos pueden calcular varios valores para la
eficiencia energética
Slide 36
Energía electrica ahorra

Reducción de CO2

Dinero ahorrado

Funciones de análisis de carga

Optimizador de energía reduce el consumo de energía
cuando la unidad funciona por debajo de la carga nominal

Eficiencia energética en el mismo accionamiento

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
El ventilador de refrigeración se detendrá cuando la
refrigeración no es necesaria
Accionamientos de velocidad
Funciones de eficiencia energética

Ahorros:

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Slide 37
Accionamiento calcula la energía eléctrica ahorrada(kWh).
Compara la cantidad kWh ahorrados v un nivel de referencia

El nível de referencia es establecido por el usuario

Nivel de referencia por defecto es la situación en la que el
motor está funcionando sin ningún control(DOL), por lo
tanto el motor esta a velocidad nominal (100%)

Cantidad de CO2 se calcula en función de ahorro de energía
eléctrica

Dinero ahorrado puede ser calculado de acuerdo con el
ahorro de energía eléctrica
Accionamientos de velocidad
Funciones de eficiencia energética
Percentage
operating
de time
deoftiempo
Porcentaje
funcionamiento
“…el 20% del tiempo el convertidor había estado
funcionando entre un 60…70% de la carga...”

Es una herramienta para analizar un proceso y el
dimensionado del sistema de accionamiento.

Hay dos (2) tipos de registradores disponibles:
20
10
90
>
..9
0
..8
0
80
…
..7
0
70
…
60
60
…
50
50
..…
..4
0
40
..…
..3
0
30
…
..2
0
20
…
10
…
0…
..1
0
1.
Registradores de amplitud (AL)

Registrador de amplitud fijo (AL 1)

Registrador de amplitud restaurable (AL 2)
Rango
del registrador
Amplitude
logger range
de amplitud
2.
Señal
monitorizada
“…cada día por la tarde un comportamiento
anómalo de la presión de la tubería...”
El registrador de valores pico (PVL) registra
valores pico de

una señal seleccionada con indicación
de la hora

intensidad del motor

tensión de CC

velocidad del motor
Nuevo valor pico
Valor pico anterior
Vel actual Tensión de CC
Intensidad
del motor
Tiem
p
o
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Accionamientos de velocidad
Funciones de eficiencia energética
Funciones de Eficiencia energética en
Accionamientos de velocidad variable
© ABB
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ACS310 ACS355 ACS550 ACQ810 ACS580
ACH550 ACS850 ACS880
ACS800
Energía eléctrica ahorrada (kWh, moneda)
X
-
X
X
X
Reducciones de CO2
X
-
X
X
X
Optimizador de energía (u optimizador de
flujo)
X
X
X
X
X
Perfiles de carga (ó analizador de carga)
X
-
X
X
X
Slide 39
BU Drives and Controls
Evaluaciones energéticas
© ABB
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Slide 40
Evaluaciones energética centrada en los beneficios del
cliente
Buscando los objetivos
Una Evaluaciones energética ayuda al cliente a encontrar la solución óptima para
aumentar la productividad y el ahorro



© ABB
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Aplicaciones potenciales para el control de velocidad (convertidores
BT/MT):

Bombas

Ventiladores

Compresores
Aplicaciones potenciales para motores

Todas las aplicaciones que funcionen continuamente

Los motores viejos y de baja eficiencia son los más fáciles de actualizar
A partir de la Evaluaciones energética se genera un plan de
inversión que se entrega al cliente
El proceso de Evaluaciones energética
Opciones


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Hay dos tipos de valorizaciones energéticas:

Evaluaciones energética simple

Evaluaciones energética diseñada
Proceso:
1.
Visita al cliente
2.
Recopilación de datos y visita a las instalaciones
3.
Mediciones (sólo en el caso de la Evaluaciones
energética diseñada)
4.
Informe de Evaluaciones energética
5.
Entrega del informe
6.
Venta de productos y seguimiento
Evaluaciones energética centrada en los beneficios del cliente
Beneficios primarios

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Ahorro de energía

Convertidores: 20-50%

Motores de alta eficiencia: 3%, con un tiempo de retorno de la
inversión de 1-2 años

Motores: 1-5% de aumento de la eficiencia; mayor fiabilidad
Evaluaciones energética centrada en los beneficios del cliente
Beneficios secundarios

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El ahorro de energía conlleva beneficios adicionales como:

Temperaturas más bajas

Menos ruido

Menos pérdidas de materias primas

Menos vibraciones

Intervalos de mantenimiento más largos

Mayor fiabilidad
Referencias
Distribución de agua

Una planta distribuidora de agua en China necesitaba
mejorar la eficiencia de una estación de bombeo la cual
abastecia a 200.000 personas.

Drives de ABB reemplazaron los mecanismos de
regulación.

Ahorro de un 30% de energía
Ahorro energético
Alrededor 1000 MWh/año
Reducción emisión de CO2 500 tons/año
Segmento y aplicación
© ABB
May
20,Group
2015 May 20,Slide
© ABB
201545| Slide 45
Agua, Bombas
Referencias
Fábrica de cemento

Una planta de cemento mexicana reemplazó el control de
apagado de 2 ventiladores de 735 kW usando
accionamientos de ABB

Esto provocó un aumento en las utilidades cercano a los
900,000 USD.

Las mantenciones fueron reducidas en un 97%.
© ABB
May
20,Group
2015 May 20,Slide
© ABB
201546| Slide 46
Ahorro energético
Alrededor 5,300 MWh/year
Reducción de CO2
2,650 ton/año
Segmento y aplicación
Cemento, ventiladores
Referencias
Sector lácteo

Un productor de productos lácteos de EE. UU. mejoró sus
procesos de calefacción y refrigeración utilizando la
tecnología pinch.

Dos convertidores ABB de CA sustituyeron las válvulas de
descarga de dos compresores de refrigeración de 200 y
250 kW, respectivamente.
Ahorro de energía
Reducción de CO2
Sector y aplicación
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Slide 47
≈ 202 MWh/año
≈ 101 t/año
Alimentación y bebidas; compresores
Referencias
Molino de azúcar

Los convertidores de CA y los motores de inducción ABB
sustituyeron a cinco turbinas de vapor que accionaban un molino
de azúcar de una planta azucarera en Honduras.

El vapor producido en la instalación ahora puede utilizarse
exclusivamente para producir energía eléctrica para toda la planta.

© ABB
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Slide 48
El exceso de electricidad puede comercializarse en la red eléctrica
Ahorro de energía
≈ 24.366 MWh/año
Reducción de CO2
≈ 12.183 t/año
Sector y aplicación
Alimentación y bebidas; molino de azúcar
BU Drives and Controls
Herramientas para nuestros usuarios
© ABB
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Herramientas
Optimizer
©
©ABB
ABB Group
May
May20,
20,2015
2015 | Slide Slide
50 50

Ayuda al usuario seleccionar
motores y encontrar los
documentos que cumplan los
MEPS vigentes en un país o
región específica.

Con las opciones claras
proporcionadas, el Optimizer
encontrará la combinación ideal
entre miles de motores.

También da información útil para
la optimización de su coste de
propiedad

Plataforma desarrollado para
funcionar en PC y iPad App
visualmente igual

Disponible en
www.abb.com/motors&generators
Herramientas
PumpSave y FanSave



Link
© ABB
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PumpSave Energy Saving Calculator (xls)

Para comparar el control de accionamiento de velocidad contra
estrangulación, encendido / apagado y control de acoplamiento
hidráulico con bombas

Calcule la cantidad de energía y dinero que podría ahorrar con
accionamientos ABB

En adición, proporciona otros beneficios tales como arranque y parada
suaves, un factor de potencia mejorado, y la conexión en la
automatización de procesos.
FanSave Energy Saving Calculator (xls)

Para comparar el control de accionamientos con los métodos
tradicionales de control de flujo

Calcule el ahorro que puede alcanzar mediante la sustitución de
regulador de salida, de paletas o métodos de control de paso de
entrada con control electrónico de velocidad de un accionamiento ABB.

FanSave También proporciona cifras financieras y ambientales sobre
el proyecto de adaptación método de control y recomienda un modelo
de accionamiento ABB adecuado.
Herramientas
Calculadora de Ahorro Energético

Acceso en
www.abb.com/energysave

Disponible en línea, no requiere
descargarse or usar Microsoft Excel
y VBA macros

Adaptable a todos los dispositvos y
tipos de pantallas (HMTL5)

Disponible en Apple Store y Google
play (Windows Store  permite uso
fuera de línea

Dos modos: Básico y avanzada para
las personas más técnicas

Hashtags: #energysave
#energysavetool #ABBenergysave
Menu
© ABB Group
© ABB
May 20,
20, 2015
2015 | Slide 55
May
Slide 55
Automation Builder
Asegurando la productividad y optimizando el uso de la
energía
Save up to
30%
Advanced services
Packages and solutions
Common engineering environment
PLC
20
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© ABB
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Slide 56
Drives
Motors
Panel
Safety
Motion
Robots
engineering
effort!
3rd party
Automation Builder
Drive Manager Integrado
Caracteristicas
Drives
integrated

Configuración remota

Diagnostico y Backup

PROFINET, PROFIBUS DP

Offline mode

Parameter im-/export

Drive monitor
Propuesta de valor
20
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Slide 57

Diagnostico rápido y configuración
optima para asegurar el uso eficiente de
la energía.

Rápida puesta a punto y sintonización
del sistema.
Automation Builder
Uso de librerías para aplicaciones en sistemas de
bombeo y periféricos
Características
Drives
integrated

PS553-DRIVES drive
library included

Bloques de funciones para
optimización del proceso
Propuesta de valor
20
May 2015
© ABB
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Slide 58

Rápida integración

Sintonización
de
las
estaciones de bombeo y
propuesta
de
automatización discreta.
AC500 Industria de Agua
Libreria para el Mercado de aguas

ABB PS563-WATER Library

Control de bombas y funcionalidades orientadas a aplicaciones en
plantas de agua y tratamiento de

© ABB
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Slide 59

Data logging, Acceso remoto

Funciones avanzadas de bombeo.
Beneficios

Fácil integración

Reduce horas de ingenieria

Bajo costo de operacion (intelligent pump control)

Manejo de eventos (data logging)
Capacidades Locales
Confiabilidad y ahorro energético
© ABB Group
© ABB
May
2015 | Slide
60 60
May
20, 20,
2015
Slide