Entradas

Riesgos y consecuencias de utilizar grupos electrógenos a baja carga

¿Cómo podemos detectar que algo va mal?

Los grupos electrógenos están diseñados para trabajar a su máxima potencia y por eso su correcto cuidado y mantenimiento es esencial para que lo hagan de forma óptima. Todos los equipos deben trabajar, al menos, al 50% de su carga de energía, y su uso continuado a porcentajes inferiores –a baja carga– es contraproducente y puede tener graves consecuencias.

“Hemos visto motores trabajando 24 horas de forma continuada a una décima parte de su carga y colectores de escape con huecos de seis centímetros reducidos a un centímetro por la carbonilla y el aceite acumulados”, explica Guillermo Docampo, director técnico de Genesal Energy.

¿Por qué el funcionamiento a baja carga de un modo repetido y continuo causará un aumento del consumo de aceite? En realidad, cuando un motor funciona con poca carga no llega a alcanzarse la temperatura ideal de operación del motor. De este modo, se favorece el paso de aceite a la parte alta del pistón al no realizarse un buen ajuste entre el conjunto pistón-aros-camisa debido a la falta de dilatación, con el consiguiente aumento de consumo de aceite, pasando más fácilmente entre las guías de válvulas y los vástagos debido a una mayor holgura al no calentarse lo suficiente.

Principales síntomas de que algo va mal

Hay que estar en alerta cuando:

  1. El motor desprende aceite mezclado con combustible por el colector de escape –incluso por la salida del escape– o por el silenciador.
  2. Hay derrame de aceite, goteo de aceite muy oscuro como quemado.
  3. Cuando el escape expulsa humo blanco, se aprecia más humo del habitual o sale hollín por la salida del escape al exterior directamente.
  4. Las válvulas y tuberías están atascadas por la suciedad (presencia de carbonilla).

Efectos negativos de la baja carga:

  1. Grandes acumulaciones de hollín (carbonilla) en los pistones, en los surcos de los aros de los pistones, las válvulas y el turbocargador. Si después el motor funciona a carga completa los pistones pueden bloquearse por un mal engrase.
  2. Las bajas temperaturas darán como resultado una insuficiente combustión del combustible que causará la dilución del aceite lubricante y pérdida de propiedades del mismo, al bajar parte del combustible al aceite.
  3. Pulido de las camisas de los cilindros. Desgaste excesivo.
  4. El combustible no consumido y el aceite lubricante penetrarán también en el múltiple de escape y eventualmente saldrán a través de las juntas de este, siendo muy evidente –casi escandaloso- por su aspecto quemado, por lo que mancha bastante.  (fotografía interior)

Cómo prevenir los fallos más habituales y reducir al máximo los riesgos.

SOLICITA EL ARTÍCULO COMPLETO

Solicita el artículo completo en el formulario de abajo si quieres más información sobre cómo prevenir fallos y reducir riesgos al utilizar grupos electrógenos a baja carga.

La importancia del perfil de carga y consumo de un grupo electrógeno

Conocer bien el perfil de carga que necesitamos alimentar es fundamental para dimensionar la potencia de un grupo electrógeno.

La energía que maneja un grupo electrógeno no es un valor absoluto y estático. Su nivel tiende a fluctuar acorde con determinados factores y procesos, y lo hace de un modo distinto en cada tipo de equipo.

De ahí que calcular la potencia que necesita un grupo para funcionar no sea una operación simple. Hay que contemplar variables que, si no se tienen en cuenta, pueden ocasionar problemas serios en nuestra instalación.

Por ejemplo, una sobrecarga en alguna de las fases podría provocar sobre calentamiento y desequilibrios de tensión. Y esto puede ocasionar daños en el generador y en los equipos conectados a éste.

Arranque: el primer escalón de carga

Hay que tener en cuenta que un grupo electrógeno se verá limitado durante su arranque por lo que denomina first step load o primer escalón de carga, o sea: la carga inicial total transitoria que es capaz de sobrellevar el grupo electrógeno hasta alcanzar su régimen estable con unas variaciones transitorias de voltaje y frecuencia.

Por eso es importante verificar la placa de características de los equipos conectados al grupo electrógeno, y conocer los posibles efectos transitorios que éstos puedan sufrir durante sus procesos de arranque.

Algunos equipos como bombas o motores con variadores, por ejemplo, pueden incrementar temporalmente su intensidad durante su puesta en marcha.

Así mismo, elementos como los SAI (sistemas de alimentación ininterrumpida), pueden generar distorsiones armónicas que deben estar contempladas en nuestros cálculos.

¿Qué parámetros influyen a la hora de dimensionar las cargas?

  1. El primer parámetro a contemplar es el perfil de carga.
 Como hemos señalado, algunos equipos experimentan subidas de intensidad transitorias durante el arranque. Con esto en mente, pondremos especial atención en las siguientes cargas:
  • Sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS/SAI). 
La potencia nominal de su alternador se sobredimensiona dependiendo de la instalación.
  • Grandes cargas de motores. Pueden incrementar la potencia de arranque hasta 6 veces, dependiendo del tipo de arranque.
  • Cargas de iluminación (con especial atención al alumbrado de vapor de sodio y halogenuros metálicos).
  • Sistemas con variadores de frecuencia (VFD). Éstos pueden provocar un sobredimensionamiento desde un 40 a un 100%.
  • Otras cargas especialmente sensibles a transitorios y variaciones de tensión y frecuencia.
  1. Otro factor que tendremos en cuenta es el tipo de arranque del motor en cuestión. Esto se debe a que cada tipo de arranque exige una corriente de arranque determinada, superior a la corriente nominal del equipo. Así encontramos que:
  • Motores eléctricos con arranque estrella triángulo: su “corriente de arranque” será igual a 3 veces la corriente nominal o de trabajo.
  • Motores de arranque directo: demandan 6 veces la corriente nominal.
  • Motores de arranque con variador de frecuencia: hay que prestar especial atención a su hoja de características ya que normalmente es configurable la rampa y el incremento de velocidad.

Otros aspectos importantes a valorar

Para acabar de realizar todo este cálculo de potencia con la máxima exactitud, se debe prestar también atención a otras variables como:

  • El factor de potencia en el arranque.
  • La potencia en el arranque.
  • El factor de potencia nominal.
  • La potencia nominal
  • La eficiencia
  • El número de arranques.

En definitiva, este es un cálculo en el que debemos ser muy rigurosos. Para no tener sorpresas, es vital conocer perfectamente el perfil de carga que manejamos y su comportamiento. Todo, con el objetivo de que el grupo electrógeno alimente siempre a una carga equilibrada, que no genere picos inesperados.  

Descubre cómo configurar tu grupo electrógeno

Grupo electrógeno especial con motor marino Genesal Energy para un barco en Noruega

Grupo electrógeno para generar energía de emergencia en un data center de Madrid

Energía de emergencia para garantizar la seguridad de un Data Center de Madrid

Más proyectos en México: energía de emergencia para Topolobampo II

Diseñamos un grupo móvil adaptado a las necesidades de nuestro cliente para arrancar a bajas temperaturas en Finlandia

Pasos para seleccionar un grupo electrógeno

Pasos para seleccionar un grupo electrógeno

Seleccionar correctamente un grupo electrógeno es clave para no perder eficiencia y durabilidad.

Cada proyecto energético supone un reto distinto y unos requisitos diferentes a cumplir, el dimensionamiento eléctrico cada día es más complejo.

Antaño el cálculo del dimensionamiento se basaba en la suma aritmética de potencias y con unos factores de corrección del factor de potencia según el número de motores que hubiese en la instalación, el tipo de consumo era más sencillo, se acercaba más al resistivo puro o había consumos que podían serlo en sí mismos. A día de hoy esto es impensable, los aparatos eléctricos que se conectan a una instalación tienen una carga de componentes electrónicos muy elevada, lo mismo que facilita el uso de estos aparatos, hace que la generación de la energía sea más compleja con la aparición de armónicos y de consumos inductivos y capacitivos.

Es por ello que los comerciales de GENESAL ENERGY reciben una formación técnica continua y el apoyo cercano del departamento de ingeniería para ofrecer al cliente una solución óptima.

Si se hace un análisis centrado en lo que a potencia se refiere, se puede centrar este análisis en dos casuísticas: seleccionar un grupo electrógeno sub-dimensionado o sobre-dimensionado.

  • Si lo sub-dimensionamos: el principal problema desde el punto de vista del usuario final será la falta de potencia, se le estaría reclamando al grupo electrógeno una potencia para la que no ha sido diseñado, lo que podría provocar una caída de tensión, una caída de velocidad del motor lo que llevaría al alternador a sufrir una caída de frecuencia, un sobrecalentamiento debido a que la intensidad de salida del alternador supera su dimensionamiento y podría afectar al revestimiento de los aislantes desde el punto de vista eléctrico.

Desde el punto de vista mecánico provocaría un aumento de temperatura de trabajo del motor, un aumento de desgaste de componentes internos y vibraciones, cabe recordar que el punto de trabajo óptimo del motor se encuentra entre un 70% y un 80%.

  • Si lo sobre-dimensionamos: para entender el problema del sobredimensionamiento debemos ponernos en un símil, el motor del grupo electrógeno está trabajando en las mismas condiciones que el de un coche subiendo una pendiente. Si sobre-dimensionamos el motor de un generador, también está trabajando fuera de la horquilla del 70% – 80% que se nombraba antes como su punto óptimo.

El principal problema en este caso es mecánico y todo ello deriva al resto de problemas, al estar trabajando fuera de rango y por debajo del umbral óptimo de carga, habrá una disminución de la temperatura de trabajo, esto llevará a que la combustión sea peor, afectando así a la admisión y sistemas anticontaminación tales como filtros y válvulas, provocará humaredas en el escape, expulsando partículas en suspensión e inquemados.

¿Cuáles son las claves para seleccionar un grupo electrógeno adecuado?

Encontrando la justa medida

El paso inicial y más básico es definir qué equipos se conectarán al grupo electrógeno y conocer la entrega de potencia necesaria para el proyecto. En otras palabras, saber cuál es la suma de la potencia de todos los dispositivos eléctricos que será necesario alimentar, aplicando en los casos en los que sea posible las tasas de simultaneidad y atendiendo siempre a los requisitos y necesidades del cliente.

Pero una simple operación matemática no nos dará información suficiente. Existen otros factores que debemos tener en cuenta, ya que afectan al resultado de ese cálculo. Éstos tienen que ver tanto con aspectos técnicos, como de uso y ambientales.

Es necesario tener un control muy minucioso de las grandes cargas existentes en la instalación, motores eléctricos, iluminación por lámparas de descarga o LED, son consumos eléctricos complejos de suministrar ya que cuentan con transitorios que pueden provocar consumos punta de fracciones de segundo que equipos mal diseñados no sean capaces de alimentar.

Dimensionando el equipo electrógeno

Para dimensionar el grupo electrógeno y decidir su configuración, el equipo de ingenieros tomará como base el proyecto eléctrico, mecánico o de obra civil. Éste define:

  • La potencia necesaria y tipos de consumo para cubrir las necesidades presentes y futuras.
  • Los elementos que debe incorporar el equipo (arranque manual o automático, operación en paralelo con otros equipos o con la red pública, insonorización, depósitos de combustible auxiliar, calefactores, etc.).
  • Las normativas legales a cumplir (eléctrica, ruido, emisión de gases y partículas, normativa de circulación en caso de grupos móviles).
  • El lugar donde serán instalados el o los equipos (bajo techo, intemperie, elevación sobre el nivel del mar, ambientes polvorientos, etc.).

Una vez que el grupo de ingenieros de GENESAL ENERGY, cuenta con esta información, comenzará en la elaboración de su proyecto para cumplir sus necesidades, adaptándolo así no solo a los requerimientos técnicos sino también al uso que el grupo electrógeno va a recibir.

Aplicación y frecuencia de uso

Algunos usos pueden requerir márgenes de seguridad en cuanto a potencia, no es lo mismo suministrar potencia continua para alimentar una carga eléctrica constante y sin interrupciones (Grupos COP), que hacer lo mismo pero con potencia eléctrica variable (Grupos PRP-STP) o dar respuesta a casos de emergencia o standby (Grupos ESP). Es por ello que para seleccionar un grupo electrógeno es necesario hacer una definición correcta de las necesidades energéticas que se le requerirán, para poder ofrecer una solución a la medida de sus necesidades.

Condiciones ambientales

El emplazamiento donde se instala el grupo electrógeno es determinante, en GENESAL ENERGY, contamos con soluciones para:

Altitud de la instalación

Este factor puede resultar sorprendente pero si no se tiene en cuenta es capaz de echar por tierra todo un trabajo de ingeniería. Los motores necesitan oxígeno para poder funcionar, la concentración de oxígeno disminuye según aumenta la altitud a la que se encuentra trabajando lo que provoca que las mezclas dentro de la cámara de combustión resulten más pobres en oxígeno, disminuyendo así la potencia del motor hasta un 10% en los primeros 1000 m si son motores con aspiración atmosférica. Si son motores turbo a esta altura no hay pérdida de potencia.

Tipo de carga que necesitamos alimentar

Otro de los pasos clave para dimensionar la potencia requerida en un grupo electrógeno es conocer qué tipo cargas va a alimentar. Hay que tener en cuenta que algunos equipos (bombas o motores con variadores) sufren incrementos de intensidad transitorios durante el arranque.

Merecen especial atención las siguientes cargas:

  • Sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS/SAI).
    La potencia nominal del alternador se sobredimensiona dependiendo de la instalación.
  • Grandes cargas de motores.
    Pueden incrementar la potencia de arranque hasta 6 veces, dependiendo del tipo de arranque.
  • Cargas de iluminación.
    Sobretodo el alumbrado de vapor de sodio y halogenuros metálicos y actualmente la iluminación LED por la cantidad de transitorios que genera la circuitería que los compone.
  • Sistemas con variadores de frecuencia (VFD).
    Pueden provocar un sobredimensionamiento desde un 40 a un 100 %.
  • Cargas especialmente sensibles a transitorios, que tengan electrónica de potencia o que como un ordenador puedan tener muchos componentes electrónicos.
  • Cargas que para su funcionamientos necesiten variaciones de tensión y frecuencia.

Corriente de arranque necesaria para hacer frente a un corte de energía

Ésta variará en función del tipo de arranque del motor. La regla general es:

  • Motores eléctricos con arranque estrella triángulo: la “corriente de arranque” es igual a 3 veces la corriente nominal o de trabajo.
  • Motores de arranque directo: necesitaremos 6 veces la corriente nominal.
  • Motores de arranque con variador de frecuencia: hay que prestar especial atención a su hoja de características ya que normalmente es configurable la rampa y el incremento de velocidad.

Potencia de emergencia necesaria

Este es otro factor crucial, en caso de emergencia, la potencia necesaria para el arranque simultáneo de varios equipos siempre será mayor que la necesaria para el arranque secuencial que se da en un escenario de correcto funcionamiento (por encima de un 30% más).

Para calcular esa potencia de standby o emergencia aplicaremos un factor de 0,8 a la potencia máxima calculada.

Zonas que deben continuar con iluminación básica

Para determinar este valor, multiplicaremos la cantidad total de fuentes lumínicas por el consumo de cada una de ellas.

Una vez valorados todos estos factores, tendremos una idea del tamaño del equipo que necesitamos instalar.

Como hemos visto, dimensionar un grupo electrógeno es un proceso complejo.

Por ello, lo idóneo es que éste recaiga manos expertas. En Genesal Energy contamos con más de 20 años de experiencia en el sector de la energía distribuida. Y seguimos innovando para ofrecer a nuestros clientes soluciones personalizadas de máxima eficiencia.

Ejemplo: ¿Cómo estimar la potencia del grupo electrógeno?

Finalizaremos con un ejemplo sobre como seleccionar un grupo electrógeno, centrándonos en cómo estimar la potencia de un grupo electrógeno para un edificio de apartamentos de 12 pisos con los siguientes equipos a respaldar:

  • 1 Ascensor de 15 kW: arranque con variador de frecuencia (VF), 380V.
  • 2 bombas de agua: 10 HP c/u, arranque estrella-triángulo (E-T), 380V.
  • 1 bomba caldera: 5 HP arranque directo (DOL), 380V.
  • 1 escala presurizada para incendios: 15 HP, arranque directo (E-T), 380V.
  • Iluminación pasillos comunes: 5,5 kW (55 fuentes de 100 W c/u), 220V.
  • Iluminación Hall de acceso: 1,5 kW (15 fuentes de 100 W c/u), 220V.
  • Portón acceso vehículos: 0,5 kW, arranque directa (DOL), 220V.

A continuación, haremos el cuadro de cargas y se definirán las potencias de arranque de cada equipo. Para este caso, veremos el escenario con más demanda para el cálculo del grupo electrógeno: uno con ascensor y otro con la escala presurizada, ya que ambos no funcionan en forma simultánea.

SOLICITA EL CUADRO DE CARGAS

Ahora te hemos puesto este ejemplo, pero cada proyecto es único.  Solicita nuestro cuadro de cargas en el formulario de abajo si quieres más información sobre escoger la potencia óptima para un grupo electrógeno.