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Regulación de velocidad. Potencia sin altibajos.

Lo que le pedimos a un grupo electrógeno es una entrega de potencia estable. Y una velocidad constante del motor es clave para conseguirla.

Decía el célebre arquitecto suizo Le Corbusier que las máquinas son “un útil extraordinario de perfección”. No obstante, la experiencia nos dice que ni siquiera las máquinas más sofisticadas son perfectas. Aunque los sistemas mecánicos estén diseñados para ser equilibrados y rendir en base a unos parámetros óptimos, hay que tener en cuenta que siempre existen factores que pueden alterar su efectividad.

La velocidad de un motor, por ejemplo, puede verse afectada por caídas de tensión o sobretensiones. Y en el caso de los grupos electrógenos, estas variaciones son críticas ya que la velocidad del motor condiciona directamente la frecuencia de funcionamiento del mismo.

Como es lógico esto puede suponer un problema, ya que lo que nos interesa de un generador es que éste sea capaz de mantener la potencia lo más estable posible entorno a un valor determinado.

¿La buena noticia? Todo está previsto, y la tecnología nos ofrece soluciones para que los motores no pierdan nunca el compás.

Regulando una respuesta sólida

Actualmente, los motores que montan los grupos electrógenos incorporan un regulador de velocidad. 

La función de este regulador es detectar cualquier desequilibrio en la velocidad del motor y hacer que ésta vuelva rápidamente a su régimen óptimo.

Gracias a este dispositivo, el motor de nuestro equipo mantendrá siempre una cadencia constante. De este modo, el grupo electrógeno será capaz de atender siempre a los requisitos de la carga y nos proporcionará la potencia que necesitamos obtener.

Aparte, el regulador de velocidad actúa como dispositivo de seguridad, ya que protege al motor de regímenes de revoluciones excesivos que pueden causar averías en el motor.

Genesal Energy: motores fiables

En GENESAL ENERGY proporcionamos grupos electrógenos diésel equipados con motores regulados de tres tipos:

  • Motores con regulación mecánica.
  • Motores con regulación mecánica y regulación electrónica incorporada.
  • Motores electrónicos.

Todos ellos están diseñados para recuperar la frecuencia de funcionamiento, tanto después de una aplicación de un impacto de carga, como de una caída repentina de la misma.

La respuesta a la caída de frecuencia dependerá:

  1. De la inercia del propio motor.
  2. De la inercia del alternador.
  3. De las características que le conceda el AVR (Automatic Voltage Regulator) instalado.

Así mismo, en los motores de regulación de velocidad mecánica aplicamos un parámetro llamado “caída de velocidad” o “droop”. Este parámetro representa el porcentaje de sobrevelocidad que el motor lleva cuando está operando sin carga con respecto a la velocidad nominal (a plena carga). Una vez lo hemos calculado, podemos configurar el motor para que éste se estabilice rápidamente cuando se le aplica una carga.

Todo regulador exige un periodo de tiempo definido para actuar. En Genesal Energy realizamos todos los ajustes y test necesarios para asegurar que los reguladores controlan correctamente el régimen del motor y la frecuencia del generador. De ese modo, damos una respuesta fiable a las solicitaciones de nuestros clientes.

Descubre cómo configurar tu grupo electrógeno

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.

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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.