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AGRADECIMIENTOS
Doy Gracias: A Dios por permitirme concluir este ciclo de mi vida.
Doy Gracias a Mis Padres: Eleazar Sánchez García y e Irma Cruz Zamora, por sus consejos y esfuerzos. Doy Gracias a Mis Hermanos: Martin y Marco Antonio por su estímulo y apoyo. Doy Gracias a: Judith por su estímulo y visión para seguir avanzando. Nathalie por ser mi inspiración de seguir adelante y por ser mi Princesa. Doy Gracias al Ing. José León Gutiérrez, por su amistad incondicional y por compartir conmigo sus conocimientos. Doy Gracias a todas aquellas personas que desinteresadamente me apoyaron y que de alguna forma intervinieron para la realización de este trabajo para seguir avanzando en mi superación personal. Doy Gracias al Instituto Politécnico Nacional a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica y a su personal Docente pero muy en especial a los Ingenieros: José Luis Flores Vera, Daniel Antonio Mata Jiménez, Cesar David Ramírez Ortiz, Jorge León Sánchez Blanco, Ismael Cruz Mata y David Hernández Ledesma.
1
ÍNDICE
Capitulo 1 Introducción 3
1.1 Objetivo 7
1.2 Algunas definiciones 8
1.3 Abreviaturas 12
1.4 Desarrollo 14
1.4.1 Características de una planta de emergencia 14
1.4.2 Condiciones ambientales 15
1.4.3 Temperatura 15
1.4.4 Humedad relativa 15
1.4.5 Nivel de ruido máximo 15
1.4.6 Altitud 16
1.4.7 Capacidad 16
Capitulo 2 Componentes principales 18
2.1 Motor 19
2.2 Generador 19
2.3 Transferencia 20
2.4 Circuito de control de transferencia 21
2.5 Instrumentos del tablero 21
2.6 Ubicación típica de los componentes en las plantas de emergencia 22
2.7 Características principales 23
2.8 Sistemas de protección del motor 30
Capitulo 3 Instalación de Plantas de Emergencia 33
3.1 Sistema de escape 33
3.2 Sistema de alimentación de combustible 35
3.3 Tubería para el diesel 35
3.4 Cableado de potencia 36
3.5 Conexión del Neutro 36
3.6 Cálculo de línea 37
3.7 Cableado de control 38
3.8 Recomendaciones para la Instalación 39
Capitulo 4 Remolques, Manejo y Almacenamiento 49
4.1 Generalidades 49
4.2 Instalación en exterior 50
4.3 Colocación de Contenedores con puerta de acceso 52
4.4 Remolque (planta móvil) 61
4.5 Precauciones 62
4.6 Almacenamiento
63
2
Capitulo 5 Tablero de Transferencia (transfer)
65
5.1 Condiciones para el funcionamiento de un interruptor de transfencia automática. 66
5.2 Enclavamiento 68
5.3 Diagrama Unifilar de la transferencia 69
5.4 Indicación para iniciar la transferencia automática 71
5.5 Secuencia para transferir al sistema de emergencia 71
5.6 Calentamiento semanal de generadores 72
5.7 Rutina de Sincronización 73
5.8 Sincronización de generadores a la barra común 74
5.9 Secuencia para la transferencia del Sistema al suministro de energía eléctrica comercial 74
Capitulo 6 Plantas de Emergencia en Paralelo 76
6.1 Sincronización de generadores 83
6.2 Regulación de la potencia real en generadores síncronos 89
6.3 La estabilidad se relaciona con la oscilación 93
6.4 Operación en paralelo, causa de la oscilación 94
6.5 El Compartidor de Carga 95
6.6 Conclusiones 97
6.7 Recomendaciones 101
Capitulo 7 Mantenimiento 103
7.1 Definición 103
7.2 Mantenimiento Correctivo 104
7.3 Mantenimiento Preventivo 104
7.4 Mantenimiento Predictivo 106
7.5 Mantenimiento Eléctrico 107
7.6 Mantenimiento Mecánico 108
7.7 Manual de mantenimiento 110
7.8 Puntos importantes de mantenimiento para el operador 114
7.9 Recomendaciones generales para el operador 117
7.10 Puntos Clave en la instalación de una planta diesel 118
7.11 Normas de Seguridad 119
Capitulo 8 Conclusiones y Recomendaciones 120
8.1 Reglas de seguridad en plantas de emergencia 121
8.2 Definiciones de Simbología 125
Índice de tablas y figuras 127
Bibliografía 129
3
CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN
Los motores de combustión interna de explosión (gasolina), gas L.P. y motores diesel, son
motores térmicos en los que los gases resultantes de un proceso de combustión empujan
un émbolo o pistón desplazando en el interior de un cilindro y haciendo girar un cigüeñal,
obteniendo finalmente un movimiento de rotación.
El funcionamiento cíclico de estos motores implica la necesidad de sustituir los gases de la
combustión por nueva mezcla de aire y combustible en el interior del cilindro; este proceso
se denomina renovación de carga.
Estos motores se emplean en grupos generadores de energía eléctrica, normalmente de
emergencia entrando en funcionamiento cuando falla el suministro eléctrico y que
comúnmente se le llama “Planta de emergencia” o “grupo electrógeno”.
¿Qué es una planta de emergencia?
Es un grupo motor-generador que transforma la energía térmica de un combustible a
energía mecánica y esta a su vez mediante inducción electromagnética en un generador
se transforma en energía eléctrica.
Las plantas de emergencia con motores de combustión interna se clasifican en:
a) De acuerdo al combustible que utiliza:
Con motor a gas L.P. o natural.
Con motor a gasolina.
Con motor a diesel.
4
b) De acuerdo a su instalación:
Estacionarias.- son aquellas que se encuentran ubicadas en un lugar fijo,
ancladas al piso.
Móviles.- Son aquellas que se encuentran ubicadas sobre un remolque para
ser transportadas de un lugar a otro.
c) Por su aplicación:
Emergencia.
Continua.
Las plantas de emergencia para servicio continuo, se aplican en aquellos lugares
donde no hay energía eléctrica por parte de la compañía suministradora de este
tipo, o bien en donde es indispensable una continuidad estricta, tales como: en una
radiotransmisión, una estación de televisión, un centro de cómputo, etc.
Las plantas de emergencia para servicio de emergencia, se utilizan en los sistemas
de distribución modernos que usan frecuentemente dos o mas fuentes de
alimentación.
Su aplicación es por razones de seguridad y/o economía de las instalaciones en
donde es esencial la continuidad del servicio eléctrico por ejemplo:
En hospitales.
Laboratorios.
Elevadores públicos.
Bombeo de agua.
5
Estadios deportivos.
Aeropuertos.
Transporte colectivo (Metro).
Hoteles.
Cines.
Centros comerciales.
Salas de espectáculos,
Salas de cómputo.
Etc.
d) Por su operación:
Manual.
Automática.
Las plantas de emergencia manuales, son aquellas que requieren para su
funcionamiento que se operen manualmente con un interruptor para arrancar o
parar. Es decir que no cuentan con una unidad de transferencia de carga sino a
través de interruptor de operación manual.
Las plantas de emergencia automática, este tipo de planta cuenta con un tablero de
transferencia (Transfer), que cuenta con interruptores y un microprocesador el cual
ayuda a la planta para las funciones automáticas de operación y protección
programable y una alta eficiencia en su sistema de transferencia, el cual se verá
más adelante.
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Componentes de un sistema de doble acometida:
Alimentación Normal (Red comercial CFE).
Planta de emergencia (Grupo motor-generador).
Tablero de transferencia (Circuito de control).
Carga a respaldar.
Ciclo de operación de una planta de emergencia:
Arranque de motor.
Transferencia (Cambio de red normal a emergencia).
Re transferencia (Cambio de red emergencia a red normal).
Desfogue o enfriamiento de motor.
Paro de motor.
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1.1 OBJETIVO
Desarrollar un programa de mantenimiento y operación de las plantas de emergencia del
grupo, con el fin de primordial de prolongar la vida útil del equipo y asegurar la continuidad
de los servicios, por lo que es importante:
Conocer los distintos componentes y el funcionamiento de una planta de
emergencia.
Dar la debida importancia que tiene la continuidad del servicio eléctrico en un
evento en vivo en donde los tiempos perdidos no se recuperan y son
pérdidas económicas.
Hacer conciencia a los encargados del mantenimiento y operación de las
plantas, los riesgos y consecuencias que conlleva el no cumplir las Normas
de seguridad.
Mostrar las ventajas y desventajas que tienen los servicios subcontratados
para el mantenimiento de las plantas de emergencia.
Diseñar un plan de mantenimiento para las plantas de emergencia haciendo
un optimización de los recursos.
Establecer procedimientos de arranque, paro, pruebas y aplicación de carga
para las plantas de emergencia.
Dar a conocer herramientas que nos ayudaran a optimizar nuestro plan de
mantenimiento y operación.
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1.2 ALGUNAS DEFINICIONES.
Batería.- Dispositivo constituido por celdas electroquímicas que almacenan y
proporcionan energía eléctrica de corriente continúa.
Carga eléctrica.- Magnitud que caracteriza, mueve y da lugar al fenómeno
de la corriente eléctrica en partículas subatómicas y cuerpos microscópicos.
Carrera.- Distancia entre un punto superior, punto muerto superior, y uno
inferior, punto muerto inferior, en las máquinas que utilizan pistones.
Cárter.- Estructura en forma de caja que protege partes mecánicas y que
sirve, también, de contenedor del lubricante para el respectivo baño de las
partes en movimiento.
Combustión.- Combinación exotérmica con el oxígeno. Reacción química
con el oxígeno y que libera luz y calor.
Controlador.- Dispositivo o grupo de dispositivos para gobernar las
funciones del generador y del motor del grupo generador (Planta de
emergencia).
Descarga.- Fase de expulsión de gases quemados en motores de
combustión interna.
Desgaste.- Perdida de material por rozamiento.
Frecuencímetro.- Instrumento de medida de la frecuencia. Puede ser de
láminas, para bajas frecuencias o de puente, para las elevadas.
Fuente.- Punto desde el que se extrae la energía que permite el
funcionamiento de un circuito o equipo determinado.
9
Fusible.- Dispositivo de protección contra corrientes cuyo valor es
demasiado elevado para el circuito que protege.
Generador.- Maquina que transforma energía mecánica en energía eléctrica.
Generador sin escobillas.- Es un generador que tiene un excitador sin
escobillas con su armadura rotaria y dispositivos semiconductores en una
flecha común con el campo principal de la máquina. Este tipo de máquina no
tiene colector, conmutador o escobillas.
Grado Industrial.- Equipos que deben ser diseñados y construidos para
utilizarse en instalaciones donde las condiciones de temperatura, humedad y
corrosión son extremas, y deben funcionar normalmente sin detrimento de
ninguna de sus características eléctricas y mecánicas.
Horometro.- Registra las horas de funcionamiento de la planta de
emergencia. La indicación es acumulativa y no debe de reposicionarse. El
registro periódico se utiliza para determinar las necesidades de
mantenimiento.
Interruptor.- Dispositivo electromecánico, electromagnético o electrónico
que permite abrir o cerrar un circuito.
Interruptor de transferencia.- Equipo o dispositivo para conmutar entre dos
fuentes de energía eléctrica.
Ítem.- Término general para indicar un equipo, obra o instalación.
Lubricación.- Operación por la cual se reduce el rozamiento entre
superficies en contacto.
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Lubricante.- Sustancia utilizada para reducir los rozamientos entre
superficies en movimiento.
Manómetro.- Instrumento que mide presiones superiores a las atmosféricas.
La lectura se realiza sobre un cuadrante graduado y con aguja.
Motor de combustión interna de diesel.- Es un motor que aprovecha la
energía térmica contenida en el combustible diesel para producir un
movimiento que se aprovecha con algún fin determinado.
Par mecánico.- Sistema formado por dos fuerzas paralelas pero de sentido
contrario. Genera un movimiento producto de una fuerza vectorial con
respecto a la distancia de otra.
Potencia base (Prime o de uso continuo).- Es la potencia expresada en
kW y KVA que la planta de emergencia entrega en sus terminales en base a
un uso continuo, con factor de potencia 0.8 atrasado y adelantado.
Potencia de sobrecarga (Standby o uso en emergencia).- Es la potencia
expresada en kW y kVA que la Planta de emergencia entrega en sus
terminales con una sobrecarga de 10 por ciento respecto a su potencia base
(prime), durante dos horas cada 24 horas, de acuerdo con la sección 32.8 de
NEMA MG 1 o equivalente. Esta sobrecarga va acompañada en un aumento
de temperatura pero sin reducción del tiempo de vida del grupo generador.
Regulador.- Elemento pasivo que logra reducir oscilaciones y vibraciones en
partes mecánicas manteniendo constante el valor de una magnitud.
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Selector.- Conmutador mecánico de varias posiciones o eléctrico activado
por pulsaciones eléctricas o radioeléctricas, cuya aplicación más común es el
teléfono.
Stock.- Recurso sin utilizar y que tiene valor económico y que contribuye o
forma parte del producto final de la empresa.
Termostato.- Sensor de temperatura mecánico y eléctrico para fluidos,
especialmente, usado con agua y sensible al aumento de temperatura.
Vibración.- Movimiento oscilatorio por efecto de la elasticidad e inercia del
sistema. Usualmente, es una oscilación rápida y de escasa amplitud de las
moléculas de un cuerpo.
12
1.3 ABREVIATURAS.
AWG American wire gauge (Medida Americana de Alambre).
c.a. Corriente alterna.
c.c. Corriente continúa.
CO2 Bióxido de carbono.
dB(A) Decibeles en la escala de ponderación A.
f.p. Factor de potencia.
IEC International Electrotechnical Commission (Comisión Electrotécnica
Internacional).
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de Ingenieros
Eléctricos y Electrónicos).
ISO International Organization for Standardization (Organización
Internacional de Estandarización).
LCD Liquid crystal display (Pantalla de cristal líquido).
NEMA National Electrical Manufacturers Association (Asociación Nacional de
Fabricantes Eléctricos).
NMX Norma Mexicana.
NOM Norma Oficial Mexicana.
13
NRF Norma de Referencia.
PMS Pantone® Matching System (Sistema de Impresión Pantone®). r/min
Revoluciones por minuto.
SDMC Sistema Digital de Monitoreo y Control.
s.n.m. Sobre el nivel del mar.
TCP/IP Transport control protocol / Internet protocol (Protocolo de control de
transporte / Protocolo de internet).
THW/THHW Thermoplastic heat and moisture (water) resistant/Thermoplastic
high heat moisture (water) resistant (Alambre o cable con aislamiento de
PVC para 75 °C en ambientes secos o húmedos, 600 V/Cable aislado con
PVC para 90 °C en ambientes secos y 75 °C en húmedos, 600 V).
USG United States Standard Gauge (Medida estándar de Estados Unidos).
Para calibres de lámina de acero.
Para los efectos de esta norma de referencia con relación a unidades de
medida y sus símbolos, referirse a NOM-008-SCFI.
14
1.4 DESARROLLO
1.4.1 CARACTERÍSTICAS DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA.
El rango de capacidades de una Planta de emergencia que analizaremos, es de
30 kW (37.5 KVA) a 1,500 KW (1,875 KVA) en uso continuo, 60 Hz, 1,800 r/min,
f.p. 0,8, con una tensión de generación de 480/277, 440/254 ó 220/127 V. c.a.
La Planta de emergencia se debe suministrar con los medios necesarios para el
arranque automático para entrar en operación por ausencia de tensión de la
fuente de energía eléctrica normal, por medio de un tablero de transferencia y
que tome la energía a plena carga como máximo en 10 seg. de acuerdo a la
sección 700-12 de NOM-001-SEDE.
La capacidad de la Planta de emergencia en operación continua debe
determinarse en base al total de la carga que se requiere respaldar con este
equipo.
El generador eléctrico, el motor de combustión interna y el banco de baterías
para el arranque deben instalarse sobre una base o patín estructural común, con
sistema de aislantes de vibración y preparaciones para el anclaje del patín.
El área destinada para instalar la Planta de emergencia debe ser un local, cuyas
características se deben definir en el proyecto. Con suficiente ventilación,
puertas amplias. El local debe tener espacio suficiente para ingreso y retiro del
equipo y labores de mantenimiento.
15
1.4.2 CONDICIONES AMBIENTALES.
La Planta de emergencia y sus equipos complementarios deben tener acabado
anticorrosivo, envolvente tipo 2 a prueba de goteo, tipo interior de acuerdo con
NMX-J-235/1-ANCE.
1.4.3 TEMPERATURA.
La Planta de emergencia debe operar en forma continua en un rango de
temperatura ambiente de 0 °C (273,15 K) a 40 °C (313,1 K) sin detrimento de su
capacidad.
1.4.4 HUMEDAD RELATIVA.
La Planta de emergencia debe operar del 10 por ciento y el 95 por ciento de
humedad relativa sin condensación.
1.4.5 NIVEL DE RUIDO MÁXIMO.
El fabricante o proveedor debe de proporcionar desde la etapa de licitación los
datos del nivel de ruido máximo de la Planta de emergencia y la distancia donde
se tome esta lectura.
Según la Norma Oficial Mexicana NOM-011-STPS-2001 Condiciones de
seguridad e higiene en los centros de trabajo, donde se genere ruido.
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1.4.5.1 Limites máximos permisibles de exposición.
NER TMPE
90 Db (A) 8 HORAS
93 Db (A) 4 HORAS
96 Db (A) 2 HORAS
99 Db (A) 1 HORA
102 Db (A) 30 INUTOS
105 Db (A) 15 MINUTOS
1.4.6 ALTITUD.
La Planta de emergencia debe trabajar a valores nominales sin detrimento en
sus características a la altitud en m.s.n.m.
Para generadores a instalar en altitudes mayores a 1,000 m.s.n.m., se debe
aplicar un derrateo en 1 por ciento en exceso de cada 100 m, de acuerdo a la
sección 33.3.2.4 de NEMA MG 1 o equivalente. Para generadores instalados
hasta 1,000 m.s.n.m., no deben operar con degradación en su capacidad.
1.4.7 CAPACIDAD
De acuerdo a la tabla 32.1 de NEMA MG 1 o equivalente, la capacidad y tensión
de la Planta de emergencia se debe elegir entre los valores de la siguiente tabla.
17
1.4.7.1 CAPACIDAD DE GRUPO GENERADOR (PLANTA DE EMERGENCIA)
Potencia base
(prime o uso continuo)
kW
Potencia base
(prime o uso continuo)
kVA
Potencia de sobrecarga
(stanby o uso en
emergencia)
kW
Potencia de sobrecarga
(stanby o uso en
emergencia)
kVA
Tensión de operación
V
30 37.5 33 41.2 480, 480/277 ó 220/127 V
40 50 44 55 480, 480/277 ó 220/127 V
50 62.5 55 68.7 480, 480/277 ó 220/127 V
60 75 66 82.5 480, 480/277 ó 220/127 V
75 93.8 82.5 103.1 480, 480/277 ó 220/127 V
100 125 110 137.5 480, 480/277 ó 220/127 V
125 156 138 171.6 480, 480/277 ó 220/127 V
150 187 165 205.7 480, 480/277 ó 220/127 V
175 219 192.5 240.9 480, 480/277 ó 220/127 V
200 250 220 275 480, 480/277 ó 220/127 V
250 312 275 343.2 480, 480/277 V
300 375 330 412.5 480, 480/277 V
350 438 385 481.8 480, 480/277 V
400 500 440 550 480, 480/277 V
500 625 550 687.5 480, 480/277 V
600 750 660 825 480, 480/277 V
700 875 770 962.5 480, 480/277 V
800 1,000 880 1,100 480, 480/277 V
900 1,125 990 1,237.5 480, 480/277 V
1,000 1,250 1,100 1,375 480, 480/277 V
1,250 1,563 1,375 1,719.3 480, 480/277 V
1,500 1,875 1,650 2,062.5 480, 480/277 V
18
CAPITULO 2. COMPONENTES PRINCIPALES.
Las plantas de emergencia automáticas están compuestas principalmente por:
Un motor de combustión interna.
Un generador de corriente alterna.
Una unidad de transferencia.
Un circuito de control de arranque y paro.
Instrumentos de medición.
Control electrónico basado en un microprocesador.
Tanque de combustible.
Silenciador.
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2.1 MOTOR.
El motor de combustión interna puede ser de inyección mecánica o electrónica y está
compuesto de varios sistemas que son:
a) Sistema de combustible.
b) Sistema de admisión de aire.
c) Sistema de enfriamiento.
d) Sistema de lubricación.
e) Sistema eléctrico.
f) Sistema de arranque.
g) Sistema de protección.
h) Sistema de precalentamiento.
2.2 GENERADOR.
El generador síncrono de corriente alterna está compuesto de:
a) Inductor principal.
b) Inducido principal.
c) Inductor de la excitatriz.
d) Inducido de la excitatriz.
e) Puente rectificador trifásico rotativo.
f) Regulador de voltaje estático.
g) Caja de conexiones.
20
2.3 TRANSFERENCIA.
La unidad de transferencia puede ser cualquiera de las que se mencionan:
a) Contactores electromagnéticos.
b) Interruptores termomagnéticos.
c) Interruptores electromagnéticos.
21
2.4 CIRCUITO DE CONTROL DE TRANSFERENCIA.
Las plantas de emergencia automáticas incluyendo (Sincronía) el control tiene integrado
un circuito de control de transferencia control.
Por medio de programación se implementan las funciones de transferencia (tiempos,
configuración de operación) y ajustes como sean necesarios para cada caso, en particular.
El circuito consta de:
a) Sensor de voltaje trifásico del lado normal, y monofásico del lado de emergencia.
b) Ajuste para el tiempo de:
Transferencia.
Re-transferencia.
Enfriamiento de máquina.
En caso de ser sincronía (tiempo de sincronía y configuración de operación.)
c) Relevadores auxiliares.
d) Relevadores de sobrecarga.
e) Tres modos de operación (manual, fuera del sistema y automático).
2.5 INSTRUMENTOS DEL TABLERO.
Los instrumentos de medición que se instalan normalmente son:
a) Vóltmetro de C.A. con su conmutador.
b) Ampérmetro de C.A. con su conmutador.
c) Frecuencímetro digital integrado en el controlador.
d) Horómetro digital integrado en el controlador.
22
2.6 UBICACIÓN TIPICA DE LOS COMPONENTES EN LAS PLANTAS DE
EMERGENCIA.
1. Panel de control.
2. Placa de datos montada en generador (situado en la parte posterior de la figura).
3. Filtros de aire.
4. Soporte de baterías y baterías (situado en la parte posterior de la figura).
5. Motor/es de arranque (situado en la parte posterior de la figura).
6. Alternador (situado en la parte posterior de la figura).
7. Bomba de combustible (situada en la parte posterior de la figura).
8. Turbo.
9. Radiador.
23
10. Guarda del ventilador.
11. Motor de combustión interna.
12. Carter.
13. Bomba para drenar el aceite del carter.
14. Base estructural.
15. Amortiguador.
16. Generador.
17. Interruptor.
18. Regulador de voltaje automático (situado en la parte posterior de la figura).
2.7 CARACTERISTICAS PRINCIPALES.
a) Motor Diesel
El motor que accionara la planta de emergencia será un motor diesel de 4 tiempos,
de inyección mecánica ó inyección electrónica, el cual ha sido diseñado para operar
plantas de emergencia, y esta dotada de todos los elementos necesarios para una
optima operación para un suministro de potencia fiable.
b) Sistema de Combustible.
El sistema de combustible debe ser capaz de entregar un suministro de combustible
limpio y continuo, y debe estar respaldado por un depósito de combustible de
acuerdo a la potencia de la planta, además se sugiere tener un depósito de uso
diario y uno de mayor capacidad para evitar paros por falta de combustible.
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c) Líneas de Suministro.
Las líneas de suministro de diesel deben de ser las adecuadas para el manejo de
diesel, tales como tuberías de acero ó mangueras diseñadas para tolerar diesel.
Los acoplamientos de combustible del motor, y en caso de que las líneas de
combustible estén muy largas se debe incrementar el diámetro de las mismas para
un óptimo funcionamiento.
De 20Kw a 250 Kw, tubería de ½” (13 mm).
De 300Kw a 400 Kw, tubería de ¾” (19 mm).
De 500Kw a 1000 Kw, tubería de 1 ¼” (32 mm).
De 1250Kw a 3000 Kw, tubería de 2” (51 mm).
Es recomendable que tener entre el motor y las líneas de combustible tubería
flexible (manguera) para evitar que las vibraciones del motor sean transmitidas por
las líneas de combustible y evitar daños en las conexiones de combustible del
motor y fugas en el sistema. Así mismo se recomienda la instalación de filtros
primarios, filtros separadores de agua para prolongar la vida y optimo
funcionamiento del motor.
d) Sistema de Admisión de aire
El aire admitido por el motor debe ser aire limpio y frió, este es aspirado de la zona
que rodea el grupo a través del filtro de aire del motor. En casos especiales donde el
polvo o calor se encuentran cerca de la entrada de aire, se debe instalar una
conducción de aire externa la cual viene de afuera con aire limpio y fresco.
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En caso de que el filtro tenga un indicador de restricción de aire ver la lectura que
registra, y basándose en el dato proporcionado por el fabricante determinar cuándo se
debe cambiar el filtro de aire.
En caso de no tener indicador de restricción cambiar el filtro de cuerdo a las
recomendaciones que da el fabricante, lo cual es en horas de operación o un tiempo
determinado, lo que ocurra primero.
e) Sistema de enfriamiento.
El sistema de enfriamiento del motor consta de un radiador, termostato y un ventilador
de acuerdo a la capacidad de enfriamiento requerida, la función del radiador es,
intercambiar el calor producido por el motor al hacer pasar aire forzado a través de él.
El ventilador es el que forzá el aire a través del radiador el cual es movido, por el
cigüeñal o por un motor eléctrico en algunos casos, el termostato es el que se encarga
de que el motor trabaje en un rango de temperatura optima para un buen desempeño
abriendo y cerrando, según rangos de temperatura.
Es importante que el llenado del líquido para enfriamiento del motor sea de buena
calidad, y este de acuerdo al tipo y cantidad de cada motor. Ya que aparte de ser el
vehículo para el enfriamiento, este brinda protección contra la corrosión la erosión
evitando la picadura de las camisas además de ofrecer protección contra congelación.
f) Sistema de lubricación
Sistema es el que se encarga de mantener lubricadas todas las partes móviles del
motor, a sí mismo sirve como medio refrigerante.
26
La función es crear una película de aceite lubricante, en las partes móviles, evitando el
contacto metal con metal.
Consta básicamente de bomba de circulación, regulador de presión, filtro de aceite,
conductos externos e internos por donde circula el aceite. Algunos motores están
equipados con enfriadores de aceite a fin de mantener una regulación más precisa de
la temperatura del aceite.
g) Bomba de aceite.
Actualmente se recurre a la lubricación forzada, la cual se logra por medio de una
bomba de engranes, paletas o pistones, la cual recibe el movimiento generalmente del
árbol de levas.
La bomba de aceite debe garantizar un caudal y una presión de trabajo variable debido
a que esta trabaja en función de las revoluciones del motor (mas revoluciones más
caudal y presión; menos revoluciones, menos caudal y presión)
h) Válvula reguladora de presión.
La presión dentro del circuito de lubricación es regulada a través de esta válvula que se
encarga de mantener los regímenes de presión, mínimo y máximo respectivamente. La
cual esta tarada a una presión de operación máxima para evitar presiones elevadas en
el sistema.
27
i) Filtro de Aceite
En el sistema de lubricación cuenta con mallas y filtros para retirar las partículas
sólidas de la circulación del aceite y evitar daños a las superficies en movimiento por
desgaste abrasivo.
La mayoría de los motores usan sistemas de lubricación a presión los cuales tienen
filtros de aceite de flujo pleno y pueden tener además filtro de flujo en derivación.
j) Filtro de flujo pleno.
Estos filtros están diseñados con características específicas para cada modelo de
motor, y son filtros que tienen mínima resistencia al flujo.
k) Filtro en derivación.
Este filtro retiene un gran porcentaje de partículas contaminantes que no fueron
retenidas por los filtros de flujo pleno. Los cuales mantienen más limpio el aceite.
l) Lubricante
El aceite lubricante empleado debe ser el recomendado por el fabricante, para el
funcionamiento optimo del motor.
m) Sistema eléctrico.
El sistema eléctrico del motor es de 12 ó 24 volts CC. Con el negativo a masa y
dependiendo del tamaño o especificación de la planta de emergencia esta puede
contener uno o dos motores de arranque, cuenta con un alternador para cargar la
28
batería auto excitado, autorregulado y sin escobillas y en su mayoría las plantas de
emergencia van equipadas con acumuladores ácido/plomo, sin embargo se pueden
instalar otros tipos de baterías si así se especifica (baterías libres de mantenimiento,
NiCad, etc.).
El alternador es otro elemento del sistema eléctrico, este va montado en el mismo
cuerpo del motor de combustión interna y es accionado, por el cigüeñal a través de una
transmisión flexible (banda-polea), teniendo como finalidad recargar la/s batería/s
cuando la planta de emergencia se encuentra en operación, sus principales
componentes son:
1. Rotor (piezas polares).
2. Estator (inducido).
3. Carcaza.
4. Puente rectificador (puente de diodos)
n) Sistema de arranque.
Puesto que el motor combustión interna no es capaz de arrancar por si solo, debido a
que se requiere vencer el estado de reposo en que se encuentra el motor de
combustión interna, se requiere de un motor de arranque el cual puede ser cualquiera
de los siguientes dos tipos o ambos si el motor es de doble marcha.
1. Motor de arranque eléctrico.
2. Motor de arranque neumático.
29
ñ) Motor de arranque eléctrico.
Es un motor de corriente continua que se alimenta de los acumuladores del grupo
electrógeno, y puede ser de 12 o 24 Volts, el par del motor se origina cuando es
activado el solenoide de arranque.
o) Motor de arranque neumático.
Estos motores tienen un rotor montado excéntricamente en un cilindro, con paletas
longitudinales alojadas en ranuras a lo largo del rotor. El par se origina cuando el aire a
presión actúa sobre las paletas. Esta aplicación es utilizada cuando se requiere un
sistema de arranque redundante o en lugares donde se requieren evitar las chispas
debido a un ambiente inflamable.
Como no hay ninguna parte eléctrica en el motor, la posibilidad de que se produzca
una explosión en presencia de gases inflamables es reducida.
En ambos casos el motor de arranque necesita:
1. Vencer el estado de reposo en el que se encuentra el motor de combustión interna.
2. Que el motor de combustión interna alcance el 20 - 30% de su velocidad nominal,
según el tipo de motor.
El desacoplamiento del motor de arranque se efectúa cuando el motor llaga a su
velocidad de arranque (20-30% de su velocidad nominal) el control de la planta de
emergencia es la que se encarga de realizar esta función a través de la medición de la
velocidad (RPM) o la frecuencia (Hz), ya que al detectar que el motor de combustión
interna a alcanzado su velocidad de arranque este deja de alimentar el solenoide de
arranque, desacoplando dicho motor del motor de combustión interna.
30
2.8 SISTEMA DE PROTECCION DEL MOTOR
La planta de emergencia cuenta con las siguientes protecciones:
a) Protección por baja presión de aceite.
Las plantas de emergencia cuentan con sistema de protección de baja presión de
aceité el cual es un elemento que registra la caída de presión en caso de que esto
ocurra y opera de la siguiente manera existiendo dos maneras de realizar la
protecciones.
Manómetro con contactos.
Sensor de presión de aceite.
b) Manómetro con contactos.
Es un manómetro de presión de aceite conectado al motor el cual tiene un contacto
que es accionado mecánicamente y esta calibrado para cuando se presente una
caída de presión este cambie de estado su contacto las terminales internas del
instrumento son la aguja indicadora y un tope ajustable el cual esta tarado para que
cierre cuando la presión disminuya a valores no aptos para su operación. Se utiliza
en plantas de emergencia manuales y es opcional en automáticas.
c) Sensor de presión de aceite.
Es un sensor con un elemento piezoeléctrico que registra el cambio de presión,
modificando la resistencia en las terminales del sensor, este tipo de sensores
requiere que se programe su curva de presión/resistencia en el control del
motor/generador, y que se programe que presión se considera baja, para que el
31
control mande una alarma o paro. Se utiliza en plantas de emergencia con control
automático que cuentan con dicha entrada.
d) Protección por alta temperatura de refrigerante.
Medidor de temperatura análogo (con contactos).
Sensor de temperatura.
e) Medidor de temperatura.
Es un instrumento análogo el cual tiene un contacto que es accionado
mecánicamente y esta calibrado para que cuando se incrementa la temperatura del
refrigerante del motor el contacto cambie de estado, y mande paro por alta
temperatura, las terminales internas del instrumento son la aguja indicadora y un
tope ajustable el cual esta tarado para que cuando se incremente la temperatura a
valores no aptos para la operación del motor mande paro del motor.
f) Sensor de temperatura.
Es un sensor del tipo termistor que registra el cambio de temperatura, modificando
la resistencia en las terminales del sensor, este tipo de sensores requiere que se
programe su curva de temperatura/resistencia en el control del motor/generador, y
que se programe que temperatura se considera alta, para que el control mande una
alarma o paro.
32
g) Protección por sobre velocidad.
Para el caso de los genset manuales esta protección es a través de bomba de
combustible la cual se ajusta de fabrica (protección mecánica en la bomba de
combustible) para evitar que sobre pase las revoluciones permitidas. Para el caso
de los genset manuales con control basado en microprocesador, como es el caso
de las semiautomáticas y automáticas, el control integra un circuito de protección
por sobre velocidad y dependiendo del tipo de control este puede ser del siguiente
tipo. A través de una entrada análoga de medición de velocidad del control, el cual
recibe la señal a través de un sensor magnético instalado en el motor. Y compara la
velocidad actual del motor con la velocidad de referencia en este caso las1800 rpm
y en caso de sobre pasar el valor del porcentaje de sobre velocidad programado en
el control, el control manda a parar el motor.
Otra manera en que el control puede sensar la velocidad es a través de la
frecuencia, es decir, mide la frecuencia de una de las entradas de medición de
voltaje del control y compara la velocidad actual del motor con la velocidad de
referencia en este caso los 60Hz y en caso de sobre pasar el valor del porcentaje
de sobrevelocidad programado en el control, manda a parar el motor.
A través de este mismo circuito de protección este tipo de controles proveen la
medición de velocidad y adicionalmente se realizan las siguientes funciones.
Paro por sobrévelocidad.
Control de falla de arranque.
Control contra acción de motor de arranque cuando el motor esta operando.
Lectura de revoluciones del motor RPM.
33
CAPITULO 3. INSTALACIÓN DE PLANTAS DE EMERGENCIA.
Primeramente necesitamos un local que proteja a la planta de emergencia de los agentes
climáticos y que tenga el espacio suficiente para su operación y que el personal de
mantenimiento no se encuentre incomodo para realizar su trabajo.
Para determinar el tamaño del local es necesario conocer la medida de la planta y de
todos los equipos se colocaran en este local.
Lo planta debe de apoyarse sobre una superficie que aguante su peso y sea capaz de
aislar las vibraciones producidas en su funcionamiento, así como nivelarse y fijarse con
taquetes de expansión o anclas ahogadas en la base del concreto, se deberán colocar
amortiguadores de resorte entre el piso y el chasis. La cantidad de amortiguadores
depende del tamaño de la planta.
3.1 SISTEMA DE ESCAPE.
La salida de gases deberá hacerse por medio de tubería de acuerdo a la salida del tubo de
escape sin reducciones, conectándose al tubo flexible del motor, uniendo dicha tubería
con bridas, soportándose adecuadamente con solera de fierro ó cadenas flexibles todo el
tramo de tubería y en forma individual por su propio peso el silenciador, con el objeto de
que el tubo flexible pueda hacer perfectamente su función y no quede cargado el escape
en el múltiple de la salida o turbo cargador de la máquina, considerándose una distancia
no mayor de 15 metros y 3 cambios de trayectoria como máximo; si se requiere una
distancia mayor de 15 metros y más cambios de trayectoria, favor de consultar con la
fábrica las dimensiones de la tubería.
34
Cuando la terminación del escape, es en forma horizontal, bastará con realizar en la punta
del tubo un corte pluma o cuello de ganso. Si la terminación es en forma vertical deberá
ponérsele un papalote o un gorro chino.
Si la planta esta instalada dentro de un cuarto de maquinas, los gases de escape del
motor deben dirigirse hacia el exterior a través de una tubería libre de fugas.
Debemos asegurarnos que el silenciador y tubería del escape estén libres de productos
combustibles, además de que cumplan, con las normas de seguridad para la protección
del personal.
El punto primordial al diseñar el sistema de escape es no exceder la contrapresión
permitida por el fabricante del motor. Una contrapresión excesiva afectara gravemente el
rendimiento del motor. Para limitar la contrapresión el sistema de escape debe cumplir con
ciertos criterios.
Debe utilizarse una conexión flexible entre el colector y los tubos de escape, para
disminuir la vibración del motor a los tubos y para compensar la expansión térmica.
Verificar que el silenciador y la tubería del escape estén firmemente soportadas,
para eliminar el esfuerzo en el múltiple de escape el cual puede producir grietas.
Cualquier tubo horizontal o vertical deberá tener una inclinación con respecto al
motor y estar dotados de puntos de drenaje en las partes mas bajas, para evitar
que entre agua al interior del motor.
Se puede emplear Garlock en las bridas para sellar cualquier fuga.
35
3.2 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE.
Las máquinas diesel-eléctricas por lo general tienen alimentación y retorno, la
alimentación deberá conectarse de la parte frontal inferior del tanque de combustible a la
conexión de alimentación del motor, saliendo del tanque de combustible con una válvula
de cuadro e interconectándose a través de una válvula check a la conexión de
alimentación del motor.
De la conexión de retorno del motor a la parte frontal superior del tanque directamente.
La alimentación y el retorno deberán ser con tubería negra, visibles, para poder corregir
cualquier fuga fácilmente, la llegada a la máquina deberá ser con manguera flexible y de
ser posible de alta presión para evitar que el calentamiento del combustible provoque
fugas.
3.3 TUBERÍA PARA EL DIESEL.
Las líneas de combustible deben construirse de tubo de hierro negro, No se debe utilizar
tubería de aluminio o hierro colado, ya que estos son porosos y se pueden presentar
fugas.
No se debe utilizar tubería, conexiones o tanques galvanizados por que dicho
recubrimiento reacciona con el diesel.
No se debe utilizar tubería, de cobre ya que el diesel se polimeriza, a demás de que su
pared es muy delgada y es susceptible a daños.
Nunca utilizar en líneas de combustible, tanque o conexiones diesel, materiales de cobre o
galvanizados. Ya que estos reaccionan con el cobre contaminando el combustible y por
ende tapando los filtros.
36
3.4 CABLEADO DE POTENCIA.
El cableado de potencia entre la planta y cuadro de distribución es suministro instalación y
cálculo del cliente.
Si la distancia de la planta a cuadro de distribución es grande, se recomienda poner en
salida del generador un interruptor de protección.
La sección de los conductores de cada fase se debe dimensionar de acuerdo a las normas
UNE, IEC y Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, ITC-BT-06, ITC-BT-07.
Se recomienda que los cables se tiendan sobre bandeja portacables independientemente
de que el tendido sea por canaleta o aéreo.
Es muy conveniente que en caso de múltiples cables por fase, se agrupen de forma que
vayan unidos un cable de cada fase y no todos los cables de cada fase unidos.
La bandeja de cables de potencia estará separada de la de cableado de control al menos
30 centímetros. No se instalará ningún cable de control por la bandeja de cables de
potencia.
3.5 CONEXIÓN DEL NEUTRO.
Todos los generadores, deben llevar un cable de tierra desde la carcasa del generador a
tierra.
La tierra tendrá una resistencia máxima de 25 Ω.
La sección mínima del cable de tierra será de 50 mm2. Y cuando la sección
deba ser superior, la que corresponda.
Se recomienda que la instalación disponga de una única tierra cumpliendo con normativa
vigente.
37
Cuando el Neutro del generador se conecte a tierra, se recomienda la instalación de una
“Resistencia o impedancia de Neutro” desde el centro de la estrella del generador a tierra.
Si el centro de la estrella del generador está unido al centro de la estrella del
transformador, se recomienda que sólo se ponga a tierra en un punto y con resistencia de
tierra.
3.6 CÁLCULO DE LÍNEA.
Es responsabilidad de la “Ingeniería que hace el Proyecto” el hacer el estudio, de la línea
de media tensión en su acometida a la planta y dentro de esta de:
Cálculo de la sección de cable de línea y caída de tensión en la planta.
Cálculo de la sección de cable de línea de grupo a barras.
Calcular las intensidades de cortocircuitos, caídas de tensión y frecuencia en la
planta para definir un correcto ajuste de las protecciones del generador.
Calcular los grados de desfase para ajuste del relé de microcortes.
Definir que “Intensidad de Cortocircuito” han de tener los interruptores de salida de
potencia de la planta.
Dimensionado del transformador de salida del grupo, si lo lleva.
Calcular la resistencia de puesta a tierra de la instalación.
Definir la filosofía de funcionamiento del grupo en la planta.
38
3.7 CABLEADO DE CONTROL.
El cableado de señal y control debe ir en una bandeja independiente del resto del
cableado.
El cableado de corriente alterna, aunque sea de control, debe ir separado del cableado de
corriente continua.
La bandeja del cableado de control debe ir separada un mínimo de 30 centímetros de
cualquier otra bandeja con cableado de potencia o corriente alterna.
El cableado de señal y control tendrá una sección mínima de 1.5 mm2, a no ser que se
especifique otra sección.
Para los termopares ya sean del Tipo J o Tipo K, se instalará cable compensado.
El cable, si es posible, irá desde el regletero situado en la caja del generador al
convertidor o PLC directamente.
Si se instalan bornes intermedias, estas serán compensadas.
La sección mínima del cable será de 1 mm2.
Para las sondas Pt100, se instalará una manguera por sonda de 3x1.5 mm2
En las “Señales Analógicas” 0-5 V, 4-20 mA, o “PWM”( Pulsos Modulados en Anchura)
se instalará manguera apantallada con una sección mínima de 2x1.5 mm2. Una manguera
por señal.
Para la línea de datos se instalará manguera trenzada y apantallada con una sección
mínima de 2x1.5 mm2.
La pantalla “sólo se conectará en un solo extremo” que será en el módulo Caterpillar y el
resto de la malla irá aislado sin tocar en ningún punto ni en tierra ni en otro módulo. La
malla no debe estar cortada en ningún punto de su longitud.
39
Todos lo módulos tomarán su alimentación de 12 o 24V de corriente continua de la
alimentación común de la planta.
Los cuadros de otro proveedor no deben tomar alimentación de 24 V de batería del
cuadro. Cada cuadro debe tener su alimentación independiente. Para evitar problemas, se
recomienda no mezclar alimentaciones.
Las señales analógicas, suministradas por otros, de entrada a los Módulos de suministro
(4-20 mA, 0-5 V, etc.) tendrán “Aislamiento galvánico”.
3.8 RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN.
Se debe utilizar manguera flexible en todas las conexiones del motor, para absorber
las vibraciones producidas por la planta de emergencia.
La tubería del sistema debe estar firmemente soportada, para evitar que se rompa
debido a la transmisión de vibraciones.
La tubería no debe correr cerca de tubos de cableado eléctrico, o de superficies
calientes.
La tubería debe incluir válvulas ubicadas estratégicamente para permitir la
reparación o reemplazo de los componentes que llevan tuercas unión. Sin tener que
vaciar el tanque completamente.
El fabricante del motor indica las restricciones máximas de entrada y de retorno el
flujo del combustible, los tamaños de las mangueras y las conexiones.
Las líneas de combustible se deben inspeccionar regularmente en busca de fugas.
40
Una vez realizada la instalación y antes de conectar las líneas de alimentación y
retorno al motor, el sistema debe lavarse por dentro para eliminar las impurezas
que pueda tener.
a) TANQUE DE COMBUSTIBLE.
El tanque de suministro debe almacenar la cantidad suficiente de combustible para hacer
funcionar la planta de emergencia un número prescrito de horas sin rellenarse.
Basándonos en el consumo de la planta por hora, el tiempo de operación y la
disponibilidad del combustible.
La vida promedio del diesel de buena calidad y almacenándolo apropiadamente tiene un
tiempo de vida de 1.5 a 2 años como máximo.
Los tanques de suministro de combustible deben estar debidamente ventilados,
para evitar que se presurice, deben estar previstos para que se puedan drenar y
sacar el agua y sedimentos y contar con un volumen de expansión de diesel de al
menos del 5%.
Se requiere un tanque de día, cuando la elevación del tanque de suministro, por
debajo de la entrada o sobre pudiera causar una restricción excesiva en la entrada
de combustible.
b) TANQUE DE DÍA.
Los depósitos de uso diario proporcionan un suministro inmediato de combustible el cual
tiene la capacidad de almacenaje de mínimo dos horas de operación de la planta de
emergencia a plena carga, a demás este se requiere cuando el tanque principal está
41
retirado, el cual suministra el combustible adecuadamente. Debido a que el tanque
principal puede estar arriba o abajo del nivel del generador así como la distancia. Estas
instalaciones requieren diferentes diseños de tanque de día y sistemas de control de
combustible.
No se debe permitir que se produzcan Chispas llamas u otras fuentes de ignición cerca del
combustible. Los vapores del combustible y del aceite son explosivos.
c) PRECAUCIONES CONTRA INCENDIO.
Cuando se diseña la instalación del sistema de combustible de la planta de
emergencia, incluyendo tanques se debe tomar en cuenta los siguientes puntos.
El cuarto de maquinas o el lugar donde se encuentra la planta de emergencia debe
contar con una ruta fácil de escape, en caso de incendio.
Debe contar con un sistema de extinción de incendios o en con un extinguidores de
fácil acceso.
d) BATERÍA DE CONTROL.
La batería ó baterías de control, deberán ser colocadas en su base metálica y lo más
cerca posible al motor de arranque de la máquina e interconectándose con cable
multifilamento calibre No. 2 con conectores de ponchar de ojillo y terminales para batería.
En la conexión de los equipos para máquinas que utilizan batería de 12 volts de C. D. ver
figura 3.8.1 y para 24 volts de C.D. ver figura 3.8.2.
42
FIGURA 3.8.1.- Maquina de control 12 VCD.
FIGURA 3.8.2.- Maquina de control 24 VCD.
43
e) SISTEMA DE CONTROL.
La interconexión del control deberá ser con cable calibre No. 12 con aislamiento THW a
través de la tubería conduit y accesorios de 1” de diámetro, desde la tablilla de control del
tablero a la caja de conexiones del motor diesel, conectándose así; salvo en caso de
controles especiales.
En las terminaciones finales de la caja de conexiones, se deberá poner una alimentación
de 110V. ó 220V. a través de un interruptor de protección para la alimentación del
precalentador. La alimentación de 110V. ó 220V. De C.A. se determina por el voltaje de
operación del precalentador.
Para casos especiales de control, se envía junto con los planos, un plano de interconexión
de control.
f) SISTEMA DE FUERZA.
Las conexiones de fuerza deberán ser con cable apropiado para conducir la corriente
nominal del equipo de preferencia con aislamiento tipo THW, canalizado por charola de
aluminio, ducto metálico o trinchera bajo el piso. A la llegada del generador se deberá
utilizar accesorios y tuberías flexibles. Las terminales del generador serán con conectores
mecánicos ó de ponchar.
Alimentación de Red de normal. Desde el interruptor de protección en el tablero de
distribución (propiedad del cliente) al desconectador del sistema normal, de la
transferencia en el tablero de control.
Alimentación de emergencia de las puntas de fuerza del generador al interruptor de
protección de emergencia de la transferencia del tablero del control.
44
Alimentación a la carga del bus general de la transferencia hasta el interruptor o bus de
carga del tablero de distribución.
Dependiendo de la capacidad del genset se instalan como desconectadores de
transferencia; contactores interruptores termomagnéticos ó interruptores
electromagnéticos.
Cuando la transferencia lleva contactores, se coloca un interruptor de protección en el
generador, por lo que no se requiere alguna otra protección en el lado de emergencia.
En el sistema de C.F.E. se pone únicamente un desconectador, por lo cual deberá
conectarse a través de un interruptor de protección.
g) PINTURA
La pintura estándar utilizada es la siguiente:
SISTEMA DE ESCAPE: Pintura color aluminio para alta temperatura.
GRUPO MOTOR GENERADOR: Pintura epóxica, depende marca y cliente.
SOPORTERIA: Pintura negro mate.
Por requisito y especificación del cliente puede variar el color y tipo de pintura.
h) CÁLCULO.
Cuando se tienen equipos trabajando bajo condiciones de operación diferentes a las
especificadas en la placa del mismo (factor de potencia, altura de operación s.n.m.
temperatura ambiente, etc.) se tiene que realizar algunas correcciones en los cálculos de
la potencia ya que esta se ve afectada por los factores antes descritos, para no incurrir en
errores y por lo mismo no afectar la vida útil del equipo.
45
También se debe tener especial atención en la combinación de cargas con las que cuenta
la instalación ya que esto modifica el factor de potencia de operación del equipo y se
modifica automáticamente la corriente a suministrar por el mismo.
Una planta de emergencia con capacidad de 100 KW que opera a la altura del nivel del
mar y que alimenta una carga compuesta por equipos con motores eléctricos con un factor
de potencia (f.p.) de 0.9 atrasados, nos proporciona una corriente de:
Fórmula para calcular la corriente (I) en Amperes:
√
Donde
I = Corriente en Amperes
KW = Potencia en Kilowatts
√ = Se considera por ser un circuito trifásico
= Voltaje entre fases (220 Volts).
f.p. = Factor de potencia (0.8)
Datos:
I = ?
KW = 100
√ = 1.732
= 220 Volts
f.p. = 0.8
46
Sustitución de datos:
I = 328 Amperes.
La misma planta trabajando en condiciones totalmente diferentes tanto de carga como de
altitud, tendremos el siguiente resultado
La carga se compone principalmente por equipo resistivo con un factor de potencia (f.p.)
de 1.0 y una altura de operación de 2,240 msnm.
Datos:
I = ?
KW = 100
√ = 1.732
= 220 Volts
f.p. = 1.0
Sustitución de datos:
I = 263 Amperes.
Este equipo tiene una pérdida de potencia por concepto de altura en caso de ser un motor
turbocargado de 6-8%.
47
Tenemos que la potencia efectiva del motor diesel a la altura de 2,240 msnm será de:
I = 242 Amperes.
La diferencia se aprecia en un equipo de las mismas características trabajando en
condiciones diferentes.
La corriente máxima a proporcionar por una planta de emergencia, no debe exceder de la
máxima corriente especificada por el fabricante en una aplicación de emergencia, durante
el periodo que perdure la emergencia.
Los generadores se calculan para operar una carga con un factor de potencia 0.8 cuando
el usuario opera una carga con un factor de potencia diferente de 0.8 se deberá efectuar la
corrección en los cálculos de la corriente según la fórmula utilizada anteriormente.
En caso de exceder la corriente máxima o el valor de sobrecarga permisible se puede
incurrir en daños al equipo como son:
Una reducción considerable de la vida útil del motor diesel.
Reducción de la velocidad del motor provocando baja frecuencia del voltaje
generado y posible daño al generador, regulador de voltaje y la carga.
Sobrecalentamiento.
Mala operación del equipo.
En el caso de tener problemas con la frecuencia del equipo hay que cerciorarse primero
de que el valor de la frecuencia se encuentra dentro de los límites permitidos para una
correcta operación.
48
La frecuencia no deberá caer por debajo de:
o 5% en motores con gobernador mecánico.
o 2% en motores con gobernador hidráulico.
o 0.5% en motores con gobernador electrónico.
En operaciones de vacio a plena carga.
La frecuencia del generador está relacionada directamente con la velocidad angular del
motor diesel según la siguiente formula.
Velocidad angular en RPM.
49
CAPITULO 4. REMOLQUES, MANEJO Y ALMACENAMIENTO.
4.1 GENERALIDADES.
Esta sección indica qué factores son importantes en la instalación eficaz y segura de una
planta de emergencia. Escoger una ubicación para el generador puede resultar la parte
más importante del procedimiento de instalación. A la hora de hacerlo, se deben tener en
cuenta los siguientes factores:
Protección ante elementos como puedan ser la lluvia, precipitación por viento,
inundación de agua, luz solar directa, temperaturas bajo cero o calor excesivo.
Protección ante la exposición a contaminantes aerotransportados como puedan ser
el polvo abrasivo o conductor, las hilachas, el humo, la neblina de aceite, los
vapores, humos de escape del motor u otros contaminantes.
Protección ante el impacto de objetos que puedan caer como árboles o postes o
ante vehículos de motor o carretillas elevadoras.
Espacio alrededor de la planta de emergencia para refrigerar y como acceso para
servicio: al menos 1 metro alrededor del grupo y al menos 2 metros por encima del
generador.
Acceso para mover la planta completa dentro de la sala. Las ventilaciones de aire
de entrada y salida a menudo se pueden retirar para ofrecer un punto de acceso.
El acceso está limitado al personal autorizado.
50
Si es necesario ubicar la planta de emergencia fuera del edificio, el generador se debe
instalar con una caseta de protección contra la intemperie o una carcasa tipo contenedor
que está disponible para todas las plantas.
Figura 4.1.1.- Instalación típica que muestra el acceso a la planta de emergencia y la
estación de trabajo del operador.
4.2 INSTALACIÓN EN EXTERIOR.
La instalación y el manejo resultan mucho más fáciles cuando la planta de emergencia
está equipada con una caseta. Existen dos tipos: La primera es una cubierta de caseta, de
instalación cerrada, como características ofrece protección contra la intemperie y acústica.
El otro tipo de caseta es un contenedor con puerta de acceso, parecido a un contenedor
de tren. Estas casetas ofrecen un sistema del generador de fácil transporte y que requiere
51
una instalación mínima. Además, de manera automática protegen los elementos y evitan
el acceso no autorizado.
Puesto que las plantas de emergencia cerradas como cajas se transportan fácilmente y se
pueden instalar y poner en marcha en una ubicación provisional, muchos de los detalles
de la instalación fija que se muestran en este capítulo pueden no ser necesarios. Sin
embargo, los detalles que se muestran a continuación están indicados también en plantas
de emergencia para su instalación provisional.
Ubique la planta de emergencia protegida ante posibles daños y lejos de la
exposición de humos de escape de otros motores u otros contaminantes
aerotransportados como puedan ser el polvo, las hilachas, el humo, la neblina de
aceite o los vapores.
Asegúrese de que la planta de emergencia no está colocada de manera que
obstruya la entrada o salida del área donde está situada.
Coloque la planta de emergencia sobre suelo firme y nivelado el soporte evitando
el movimiento debido a la vibración cuando está en funcionamiento.
Asegúrese de que los humos de escape no representen un peligro especialmente
en condiciones de viento.
Asegúrese de que se dispone de suficiente espacio alrededor de la planta de
emergencia para su acceso y servicio.
Tomas de tierra eléctricas de la planta de emergencia en todo momento, según las
normativas locales
Posibilidad de acceso para llenar el depósito de combustible cuando sea necesario.
52
Protección de los conductores eléctricos instalados entre la planta de emergencia y
la carga. Si éstos están en el suelo asegúrese de que están en caja o cubiertos
para evitar daños o lesiones al personal.
4.3 COLOCACIÓN DE CONTENEDORES CON PUERTA DE ACCESO.
Es necesario instalar correctamente el contenedor para obtener una generación
adecuada de energía. Se debe tener en cuenta la información siguiente a la hora de
seleccionar el lugar de funcionamiento del contenedor. La planta de emergencia en
contenedor se debe colocar en una superficie plana para mantener una alineación
correcta. Los contenedores se pueden instalar correctamente en una base de concreto
o en una superficie natural nivelada. La base debe resistir el peso estático del módulo
más las fuerzas dinámicas derivadas del funcionamiento del motor.
a) Piso de concreto.
El montaje del contenedor en un piso de concreto es el método preferido para instalar
de forma permanente contenedores ISO y DTO (Design to Order, personalizados). El
piso de concreto se debe haber diseñado para soportar el peso del contenedor.
b) Transporte.
La base de la planta de emergencia está diseñada especialmente para que el
movimiento de la planta resulte fácil. Un manejo inadecuado puede dañar los
componentes de forma importante.
Con una carretilla elevadora, se puede elevar la planta de emergencia o empujarlo o
tirarlo desde la base con cuidado. No empuje la base directamente con la horquilla.
53
Figura 4.3.1.- Transporte de la planta de emergencia utilizando un vehículo elevador.
Figura 4.3.2.- Transporte de la planta de emergencia utilizando una carretilla de horquilla
manual.
54
Si está previsto que la planta de emergencia vaya a trasladarse regularmente, debe
equiparse con la opción de base tipo trineo que ofrece cavidades para las horquillas en la
base así como ganchos desde donde tirar. Las plantas más pequeñas cuentan de serie
con cavidades para horquillas en la base
.
Figura 4.3.3.- Planta de emergencia típica con opción de base con base tipo trineo.
Para un izado más fácil, las plantas de emergencia con cubierta tienen un punto único de
izado que se suministra de serie
55
Figura 4.3.4.- Punto único de izado.
Para un izado de una sola vez, como pueda ser el izado de la planta para su instalación,
se pueden utilizar los puntos de izado que se suministran en la base. Antes de izar, se
deben inspeccionar los puntos de enganche para comprobar que no haya soldaduras
agrietadas o tuercas sueltas. Se necesita una barra de separación para evitar causar
daños a la planta de emergencia Debe posicionarse sobre el centro de gravedad (más
cerca del motor), y no sobre el centro de la planta, para permitir un izado vertical. Se
deben utilizar cuerdas guía para evitar que la planta se gire o se balancee una vez izado y
lejos del suelo. No intente el izado en condiciones de viento fuerte. Baje y coloque la
planta de emergencia en una superficie nivelada que sea capaz de soportar su peso. Esta
forma de izado sólo se debe utilizar en caso de un izado único para instalación.
56
Figura 4.3.5.- Sistema de izado correcto para la instalación de la planta de emergencia.
c) Métodos de izado aprobados para contenedores.
Los contenedores se fabrican según dimensiones ISO. Para garantizar la seguridad
de todo el personal encargado del manejo de contenedores es importante que se
utilicen los procedimientos correctos de izado y manejo. Los procedimientos
indicados a continuación se deben seguir en todo momento:
57
Descripción
del izado
Con carga /
Sin carga Método Diagrama
Izado superior Únicamente
SIN carga
Un punto único de
izado con argollas
regulables.
Izado superior Con carga Izado vertical
mediante una barra
de separación y
garras regulables
tipo CAMLOK.CLB.
Izado inferior Con carga Izado inferior
mediante 4 piezas
de fundición de
esquina utilizando
garras tipo
CAMLOK.CLB y
barra de
separación
regulable.
Izado inferior Con carga y
sin carga
Izado inferior
mediante 4 piezas
de fundición de
esquina utilizando
garras tipo
CAMLOK-CLB y
correas de nailon.
58
e) Método de izado aprobados para contenedores con puerta de acceso
diferentes de ISO.
Los contenedores se pueden fabricar con dimensiones diferentes de ISO. Para
garantizar la seguridad de todo el personal encargado del manejo de contenedores,
es importante que se utilicen procedimientos correctos de izado y manejo. Los
procedimientos de manejo de contenedores diferentes de ISO se indican a
continuación y se deben seguir en todo momento.
Descripción
del izado
Con carga /
Sin carga Método Diagrama
Izado inferior Con carga y
sin carga
Izado inferior
mediante 4 garras
de izado utilizando
argollas
nominales.
f) Aislamiento de bases y vibraciones.
La planta de emergencia se suministra sobre una base rígida que alinea de manera
precisa el alternador y el motor y solo necesita atornillarse a una superficie que esté
bien preparada.
59
Figura 4.3.6.- Instalación típica que resalta las técnicas de reducción de las vibraciones.
g) Base.
Un piso de concreto reforzado es la mejor base para la planta de emergencia.
Ofrece un soporte rígido para evitar la desviación y las vibraciones. Por lo general,
la base debe ser de 150 mm a 200 mm de alto y al menos 150 mm más ancho y
más largo que la planta de emergencia. El suelo o piso bajo la base se debe
preparar bien y debe estar estructurado de manera que soporte el peso combinado
del piso de concreto de base y de la planta de emergencia. (Si se piensa instalar la
planta de emergencia directamente sobre el suelo, la estructura del edificio debe ser
capaz de soportar el peso de la planta de emergencia, del tanque de combustible y
de los accesorios). Se deben consultar y respetar los códigos de construcción
pertinentes. Si el suelo a veces está mojado, como por ejemplo en el caso de una
sala con caldera, el piso de soporte debe elevarse sobre el suelo. Así se garantiza
60
Que la base está seca tanto para la planta de emergencia como para los que lo
conectan, manejan y lo ponen en funcionamiento. Asimismo, se minimiza la
corrosión de la base.
h) Aislamiento de vibraciones.
Para minimizar la vibración del motor que se transmite al edificio, la planta de
emergencia viene provista de amortiguadores. En las plantas de emergencia de
tamaño pequeño o mediano, estos amortiguadores están ubicados entre el
motor/alternador y la base. Esto permite que los amortiguadores estén atornillados
rígidamente a la base. En plantas más grandes, el conjunto motor/alternador está
unido a la base rígidamente y los amortiguadores se suministran sueltos para
colocarlos entre el piso y la base. En todos los casos las plantas se deben atornillar
al piso de forma segura (ya sea a través de la base o a través de los
amortiguadores) para evitar el movimiento.
Los amortiguadores también deben estar entre la planta de emergencia y sus
conexiones externas. Esto se consigue con el uso de conexiones flexibles en las
líneas de combustible, el sistema de escape, el conducto de descarga de aire del
radiador, el conducto eléctrico para los cables de control y energía y otros sistemas
de soporte que estén conectados de manera externa (véase la Figura 5.4.1).
61
4.4 REMOLQUE (PLANTA DE EMERGENCIA MOVIL).
a) Preparación para remolque.
Inspeccione todos los componentes del equipo de enganche del vehículo de
remolque y de la planta de emergencia para comprobar que no haya defectos como
desgaste excesivo, corrosión, metal doblado o tuercas sueltas. Asegúrese de que el
vehículo de remolque está indicado para cargar al menos el peso de la planta de
emergencia móvil más un 10% de factor de seguridad.
Enganche el vehículo de remolque al tráiler y asegúrese de que el dispositivo de
acoplamiento está enganchado, cerrado y bloqueado. Conecte el cable eléctrico
para los indicadores luminosos, etc. Coloque las cadenas, cruzándolas bajo la barra
de remolque y fijándolas al vehículo de remolque. Fije los cables de seguridad de
arranque, si se dispone de ellos.
Repliegue el gato elevador frontal completamente y afiance con el dispositivo de
bloqueo o perno. Bloquee la polea tensora, si se dispone de ella, en posición lo más
alta posible. Asegúrese de que los gatos estabilizadores posteriores, si existen,
estén elevados y bloqueados.
Inspeccione los neumáticos para comprobar su estado y que estén correctamente
inflados.
Asegúrese de que los cables de carga y toma a tierra estén desconectados y de
que todas las ventanas, puertas de acceso y cubiertas de cajas de herramientas
están cerradas con pasador y bloqueadas. Asegúrese de que los conductos de
combustible externo estén desconectados.
62
Suelte los frenos de seguridad del tráiler, si dispone de ellos, y retire cualquier
posible obstáculo o calza de abajo de las ruedas.
Figura 4.4.1.- Disposición general de la planta de emergencia móvil.
b) Remolque.
Cuando remolque una planta de emergencia móvil, recuerde que su peso se puede
aproximar o puede exceder el peso del vehículo de remolque que efectúa la
distancia de maniobrabilidad y parada.
4.5 PRECAUCIONES:
Cuando remolque una planta de emergencia móvil, respete todos los
códigos, estándares y cualquier otra normativa y las leyes de tráfico. Éstas
incluyen las normativas que especifican el equipo necesario y las
velocidades máximas y mínimas.
Asegúrese de que los frenos, si están disponibles, estén en buen estado.
63
Antes de iniciar el remolque, debe retirarse todo el combustible para mejorar
la estabilidad.
No permita que el personal viaje dentro o sobre la planta de emergencia
móvil. No permita que el personal se suba o viaje en la barra de remolque o
que se suba o ande entre la planta y el vehículo de remolque.
c) Estacionamiento.
Estacione la planta de emergencia en una zona nivelada y seca que pueda soportar
su peso. Si se tiene que estacionar en una pendiente, estacione en dirección
contraria a la pendiente para evitar que caiga rodando. No estacione la planta de
emergencia en pendientes que superen los 15° (27%).
Utilice el freno y bloquee o calce ambos lados de las ruedas. Baje el gato elevador
frontal, afiance la rueda o los gatos estabilizadores posteriores, según proceda.
Desenganche las cadenas, si existen, del vehículo de remolque, desconecte la
conexión eléctrica, desenganche el dispositivo de enganche y desplace el vehículo
de remolque lejos de la planta de emergencia móvil.
4.6 ALMACENAMIENTO.
El almacenamiento a largo plazo puede tener un efecto perjudicial tanto en el motor
como en el alternador. Estos efectos se pueden minimizar preparando y
almacenando bien la planta de emergencia.
64
a.- Almacenamiento del motor.
El motor debe pasar un proceso de "conservación" que incluya la limpieza del motor y la
sustitución de todos los líquidos con nuevos líquidos o líquidos de conservación.
b.- Almacenamiento del alternador.
Cuando un alternador está almacenado, la humedad tiende a condensarse en los
devanados. Para minimizar la condensación, almacene la planta de emergencia en una
zona de almacenamiento seca. Si es posible, utilice calefactores para mantener los
devanados secos.
Después de retirar la planta de emergencia del almacenamiento, realice la comprobación
de aislamiento. Si las lecturas son inferiores a las de antes del almacenamiento, es posible
que sea necesario secar los devanados.
Si la lectura del mega-óhmetro es inferior a 1 MΩ después del secado, el aislamiento se
ha deteriorado y se debe volver acondicionar.
c.- Almacenamiento de baterías.
Cuando la batería está almacenada, debe recibir una recarga cada 12 semanas (8
semanas en climas tropicales) hasta que esté en una condición de carga completa.
65
CAPITULO 5. TABLERO DE TRANSFERENCIA.
Un interruptor automático de transferencia es en esencia un sistema de relevación
automatizado que asociado a una subestación y un generador provee un servicio eléctrico
constante y eficaz, sin la intervención de un operador humano. La transferencia se activa
cuando el servicio normal se suspende, conmutando a un servicio auxiliar, según sea la
necesidad de la instalación eléctrica, la transferencia puede llegar a ser un sistema
sumamente complicado; en la mayoría de los casos una transferencia básicamente se
compone de dos interruptores, un sistema de control, y una barra común.
Los interruptores automáticos de transferencia están compuestas de un circuito de fuerza
y uno de mando, circuito de fuerza los interruptores de potencia quienes son los
encargados de realizar la conmutación, para trabajar en media tensión o bien en baja
tensión (se considera baja tensión a niveles de voltaje inferiores a 1KV y media tensión al
rango que va desde 1KV hasta los 44 KV), estos interruptores por su naturaleza están
ubicados dentro de gabinetes, siendo el diseño de su conexión eléctrica adaptado a las
necesidades del cliente (barra simple, doble barra, barra partida, etc.), los interruptores
son controlados por el circuito de mando, que a su vez, se conforma por el controlador
lógico programable y su red de dispositivos de periferia compuesta de los actuadores, los
relés y los medidores de potencia.
Por su parte el controlador lógico programable actúa de acuerdo con el algoritmo de
decisión dependiendo de la información obtenida de su periferia que está compuesta por
relés de medición, la existencia de un controlador lógico programable supone la ventaja de
adaptar el sistema a las necesidades del usuario, lo anterior es significativo respecto de
66
los relés de transferencia dedicados o bien de los sistemas de transferencia
electromecánicos, debido a que el algoritmo del controlador lógico programable puede ser
modificado a voluntad y la capacidad de manejo de periferia aumentada al agregar
módulos, controlando más de un interruptor automático de transferencia con un solo
controlador lógico programable, llegando a ser tantos los interruptores automáticos de
transferencia como el controlador lógico programable lo permita.
5.1 CONDICIONES PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UN INTERRUPTOR DE
TRANSFERENCIA AUTOMATICO.
El funcionamiento de una transferencia automatizada está regido por el algoritmo dentro
del controlador lógico programable que realiza el control, existen algunas directrices que
se deberán seguir para garantizar que el funcionamiento de una transferencia sea el
adecuado. Las condiciones de funcionamiento son un conjunto de eventos que deben
ocurrir para que el controlador lógico programable realice, ya sea la secuencia de
transferencia, o por el contrario uno o varios procesos alternativos, dichas condiciones
están claramente relacionadas con las limitaciones del hardware.
Los eventos que activan o desactivan un interruptor automático de transferencia se
verifican en las entradas de señal del controlador lógico programable (periferia), tanto los
interruptores como los relés de voltaje están dotados de contactos secos o señales de
campo que sirven como señalización para los lazos cerrados de control en el controlador
lógico programable.
Se define cuál será la secuencia de funcionamiento básica para nuestra transferencia,
decimos entonces que si la transferencia se encuentra en espera, y que en un
67
determinado momento se produce una alteración en el voltaje de la acometida, esto
provocará la secuencia siguiente:
1. Se abre el interruptor de la acometida.
2. Los generadores se activan y sincronizan a la barra de generadores.
3. Se verifica el voltaje los generadores en paralelo.
4. Se cierra el interruptor de la barra común de generadores.
Con lo anterior, se cumple con la secuencia de transferencia desde el suministro de
energía eléctrica comercial al servicio de emergencia, el proceso de transferencia es
simplificado; sin embargo, ¿qué sucedería si el generador no se activa?, o bien si éste se
apaga después de realizada la transferencia; todas estas condiciones se expondrán
cuando se diseñe el algoritmo de la transferencia.
Cuando el voltaje en la acometida del servicio eléctrico comercial se normaliza se realiza
la transferencia desde el suministro de emergencia al servicio comercial, el proceso
simplificado será el siguiente:
1. Se abre el interruptor de la barra común de generadores, produciendo un pequeño
corte en el suministro de energía eléctrica a las cargas.
2. Se cierra el interruptor de la acometida del servicio comercial.
3. Los generadores sincronizados a la barra común abren sus interruptores
liberándose de la barra.
4. Luego de un tiempo estipulado por el fabricante los generadores se enfrían para
posteriormente apagarse.
68
Se deduce que existen condiciones externas que inician la secuencia de transferencia,
dentro de la secuencia de la transferencia se observan algunas condicionantes a las que
llamaremos enclavamientos. Cada una de ellas se analizará de forma detallada a
continuación.
5.2 ENCLAVAMIENTO.
Los enclavamientos son empleados para evitar que la transferencia efectúe operaciones
peligrosas, por ejemplo; si conecta el interruptor del generador y el interruptor de la
acometida en la barra común de manera simultánea, para el caso particular de un
interruptor de transferencia automático los enclavamientos son los siguientes:
1. Disparo de interruptor de acometida por corto circuito o sobre carga (se verifica por
medio del contacto auxiliar de disparo de interruptor, impide que cierre cualquiera
de los interruptores, esto debido a un corto circuito en la barra de la carga).
2. Disparo de interruptor de generadores por corto circuito o sobre carga (se verifica
por medio del contacto auxiliar de disparo de interruptor, impide que cierre
cualquiera de los interruptores, esto debido a un corto circuito en la barra de la
carga).
3. Disparo de interruptor de barra común (se verifica por medio del contacto auxiliar de
disparo de interruptor, impide que cierre cualquiera de los interruptores, esto debido
a un corto circuito en la barra de la carga).
4. Disparo de interruptor de generadores por corriente inversa (se verifica por medio
del contacto auxiliar de relé de potencia inversa, impide que se cierre el interruptor
del generador nuevamente, además detiene el generador inmediatamente).
69
5. Orden de apagado de generadores por falla (esta falla es programable en el control
de los generadores se verifica por medio de un contacto auxiliar,
6. Existen tres niveles de falla para cada generador, cada uno tiene su propio contacto
auxiliar, impide que los generadores se activen nuevamente).
7. Enclavamiento mutuo de interruptores (este puede ser eléctrico, mecánico o por
programa, el enclavamiento mutuo se verifica por medio de los contactos auxiliares
de abierto cerrado de los interruptores y sirve para evitar que dos interruptores
cierren simultáneamente produciendo un corto circuito).
5.3 DIAGRAMA UNIFILAR DE LA TRANSFERENCIA.
Un interruptor de transferencia automático con sincronización de generadores a una barra
común consta de generadores dotados de un interruptor motorizado, sistema de medición
de voltaje, protección contra corriente inversa. Cada uno de los generadores está
conectado a la barra común, y por seguridad los generadores se sincronizan a esta antes
de suministrar potencia a la carga, la barra común cuenta con medición de voltaje y de
frecuencia, el relé de frecuencia envía señales de campo al controlador lógico
programable para que este acelere o des-acelere el generador que hará las veces de
barra infinita, a la barra común está también conectado el interruptor principal, que a su
vez, está motorizado. Conectado a la barra de carga están los interruptores principal y de
barra común, ambos están motorizados y cuentan con enclavamiento mecánico, en la
barra de carga hay un sistema de medición de potencia que sirve para comunicarle al
controlador lógico programable si debe sincronizar otro generador más a la barra común
para abastecer la carga o si por el contrario deberá sacar uno de servicio. El interruptor
70
principal abre el suministro que viene de un transformador, al interruptor principal se
conecta un relé de voltaje que es quien determina si procede activar el interruptor de
transferencia automático.
Figura 5.3 Diagrama unifilar simplificado de un interruptor de transferencia con cuatro
generadores conectados a una barra común.
El algoritmo del interruptor de transferencia automático está compuesto por un conjunto de
instrucciones y procedimientos que el controlador lógico programable debe de ejecutar.
Este conjunto de instrucciones se organiza en forma de segmentos, para su mejor
administración:
71
5.4 INDICACIÓN PARA INICIAR LA TRANSFERENCIA AUTOMÁTICA.
El relé de verificación de tensión analiza tanto el voltaje como la frecuencia de la tensión
de la acometida como del generador, dichos dispositivos se activan cuando la tensión sale
de un umbral pre-establecido, cuando la frecuencia varía o hay pérdida de fase, siendo el
contacto auxiliar el indicador de la falla. El contacto auxiliar puede, ser abierto o cerrado,
según sea el diseño del relé (se recomienda el uso de un contacto normalmente abierto,
puesto que los relés se alimentan de la tensión que están midiendo, por ello en caso de
pérdida total de voltaje el relé no dará indicación al controlador lógico programable), en
muchos casos, el relé posee temporizadores internos que pueden ser utilizados para
retardar tanto la indicación de falla como la de normalización de servicio, esta opción es
importante para evitar la transferencia si se producen transitorios en la acometido o bien si
el servicio se restablece sólo temporalmente, en caso el relé no cuente con esta opción
esta deberá de ser agregada en el controlador lógico programable.
5.5 SECUENCIA PARA TRANSFERIR AL SISTEMA DE EMERGENCIA.
La secuencia de transferencia es un conjunto de temporizadores conectados en serie,
puesto que cada uno de los pasos de transferencia debe de hacerse a continuación del
otro sin que estos se transpongan, es necesario recalcar que cuando la condición que
activa cada uno de los temporizadores se hace cero dicho temporizador se torna a cero
también, por ende anula las salidas que están conectadas a él, si el inicio de transferencia
desaparece todos los temporizadores cambian a cero liberando las salidas conectadas a
ellos.
72
La secuencia de transferencia se inicia con la activación del inicio de transferencia, abre
un interruptor principal luego de un tiempo de espera t1, luego de transcurrido t2 y que se
ha abierto el interruptor principal se activa una marca interna del controlador lógico
programable que activa los generadores eléctricos, transcurrido t3 y si los generadores
eléctricos se activaron se coloca en uno la marca de sincronía que es un registro interno
que activa dicha función, uno vez habilitada la sincronía se llama a un programa llamado
subrutina de generadores quien administra tanto el arranque de los mismo como su
correcta sincronización a la barra común.
5.6 CALENTAMIENTO SEMANAL DE GENERADORES.
El calentamiento semanal es un procedimiento por medio del cual el generador eléctrico
se activa para trabajar en vacío durante un tiempo ajustado por el usuario y de esta forma
verificar su correcto funcionamiento mecánico y eléctrico, el día y la hora del calentamiento
se define por el usuario en el panel de operador del tablero eléctrico del interruptor de
transferencia automático, en él se ajusta un registro que corresponde al día y la hora del
calentamiento, dicho registro se compara con el registro interno del controlador lógico
programable que puede bien ser una sub-rutina o un registro interno del microprocesador,
tanto el ajuste como el registro interno se comparan de tal suerte que si son iguales se
pone a uno una marca interna que indica el calentamiento semanal del generador, dicha
marca se repone a cero después de un tiempo que en este caso se llama t10, siendo t10
la duración del calentamiento semanal.
73
El calentamiento semanal es de vital importancia para verificar el estado de
funcionamiento de los generadores, puesto que puede evidenciar fallas en su
funcionamiento.
5.7 RUTINA DE SINCRONIZACIÓN.
Cada uno de los generadores se sincroniza independientemente, uno a sucesión del otro,
por tal razón, el sistema de mando del interruptor automático de transferencia cuenta con
un solo sincronoscopio la decisión de que generador se va a sincronizar a la barra común
de generadores se hace por medio de un selector que es manejado por el controlador
lógico programable, es entonces el sincronoscopio quien introduce los generadores a la
barra directamente sin pasar por el controlador lógico programable.
Los sincronoscopios tienen contactos auxiliares que indican si éste está energizado, si
cumple con la sincronía, si hay voltaje en la barra común. El contacto de presencia de
voltaje en la barra común se puede emplear para indicar que un generador está en barra,
si por el contrario la barra común no tiene voltaje no hay generador en la barra, este
contacto auxiliar es importante puesto que sirve para introducir en la barra el primer
generador directamente por medio de un by-pass, siendo los generadores posteriores
sincronizados al primero. Cada generador permanece seleccionado un tiempo t después
del cual se abre el selector introduciendo el generador posterior.
74
5.8 SINCRONIZACIÓN DE GENERADORES A LA BARRA COMÚN.
La sincronización es secuencial, es decir que nunca se sincronizan dos generadores a la
vez, como se dijo con anterioridad, el primer generador entra directamente a la barra
puesto que el sincronoscopio lo habilita para tal efecto, los generadores posteriores se van
sincronizando sobre el primero que entro a la barra común, como no es posible saber sí el
primer generador (en este caso el número uno) está disponible el procedimiento para
todos los generadores es el mismo, cada uno de ellos entra con la expectativa de
sincronizar siendo el sincronoscopio quien los habilita para conectar a la barra común de
generadores. Cuando un generador está fuera de servicio el algoritmo debe de ser capaz
de saltar al siguiente generador y sincronizarlo o bien introducirlo directamente, es decir
que si el generador número uno falla el algoritmo puede colocar el generador número dos
como referencia y sincronizar el número tres y el cuatro sucesivamente.
Cuando la sincronización concluye, es decir que más de un generador se introdujo en la
barra se procede a activar la indicación de sincronización concluida, esta marca sirve para
terminar el proceso de transferencia.
5.9 SECUENCIA PARA LA TRANSFERENCIA DEL SISTEMA AL
SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA COMERCIAL.
La transferencia al servicio de energía eléctrica comercial se inicia cuando el relé de
supervisión de voltaje determina que el suministro eléctrico de la acometida es adecuado,
sin embargo es necesario dejar pasar un tiempo para que se considere seguro reconectar,
este lapso de tiempo puede ajustarse en el relé de supervisión de voltaje en el suministro
de la acometida o bien en el controlador lógico programable, pudiendo variar entre unos
75
minutos hasta algunas horas, concluido dicho tiempo se procede a transferir la carga a la
barra de suministro de la acometida, el procedimiento se describe a continuación: se
desconecta el interruptor de la barra común de los generadores, luego de un lapso de
tiempo que sirve para disolver la energía residual del sistema (la energía residual se debe
a que los motores conectados a la barra de carga permanecen girando por lo cual actúan
como generadores produciendo un efecto similar al rechazo de carga) se conecta el
interruptor del suministro de la acometida quedando energizadas las cargas. Es necesario
hacer una observación, si bien el proceso es totalmente automático no existe
sincronización del servicio de emergencia y el suministro de energía comercial, la
sincronización entre la barra de la acometida y la barra común de generadores supondría
una ventaja puesto que la transferencia del servicio de emergencia al servicio comercial
seria imperceptible para el usuario, sin embargo la transferencia que se propone aquí esta
constituida por cuatro generadores sincronizados que alternan su funcionamiento, según
las necesidades de carga, la operación en paralelo de los generadores requiere de la
implementación de varios sistemas para el control de la potencia entregada por cada uno
de los generadores (en este caso particular se emplea un compartidor de carga, estos
sistemas impiden la sincronización de la barra de generadores con la barra del suministro
eléctrico comercial.
76
CAPITULO 6. PLANTAS DE EMERGENCIA EN PARALELO.
La operación de dos o más generadores en paralelo tiene ventajas significativas respecto
a un generador trabajando en solitario conectado una carga, quizás la ventaja más
relevante sea la disponibilidad, es posible conectar en paralelo únicamente los
generadores necesarios para suplir la necesidades de potencia debidas a los incrementos
de la carga, esto con una disponibilidad de generación mayor que cuando se dispone de
un solo generador. Antes de conectar en paralelo un generador a una barra común es
necesario sincronizarlo, puesto que cada uno de los generadores cuenta con un
interruptor, este debe cerrar únicamente cuando la barra y el generador entrante coinciden
en frecuencia, voltaje y secuencia de fases; además la onda senoidal de la barra común y
los generadores coinciden en el pico; es hasta el momento del cierre del interruptor que el
generador está en paralelo.
Ahora bien, si dos o más generadores están conectados en paralelo esto no implica que la
distribución de carga sea proporcional para cada uno de los generadores, para los
generadores sincrónicos conectados en paralelo la distribución de potencia aparente
depende de los ajustes de voltaje y frecuencia para cada uno de los generadores, el
voltaje se regula con la corriente de excitación en el rotor determinando el monto de
potencia reactiva entregada por el generador síncrono, cuando el voltaje interno del
generador es igual al voltaje de la barra común, el generador no entrega potencia reactiva,
si el voltaje interno es mayor al voltaje de la barra, el generador entrega potencia reactiva,
y por último si el voltaje interno del generador es menor al voltaje de la barra común, el
generador síncrono absorbe energía reactiva. En el caso de la potencia real, esta depende
77
del desplazamiento angular del eje del generador respecto del ángulo instantáneo del
voltaje en la barra, si el ángulo entre el generador y la barra es positivo esto implica que el
generador esta levemente acelerado y entregando potencia real, si por el contrario, el
generador tiene un ángulo negativo respecto de la barra común se dice que el generador
recibe potencia real, por ultimo si el ángulo del generador es idéntico al de la barra común
el generador no entrega potencia a la barra y se dice que acta esta vacío.
En la siguiente figura, se muestra una red conformada por tres generadores, una barra
común y una carga, la representación de los generadores es la de un diagrama unifilar,
como Eg se denota el voltaje interno del generador, Xs corresponde a la impedancia de
estator de cada uno de los generadores; se puede verificar que los flujos de corriente
pueden circular el múltiples trayectorias según sean los ajustes de voltaje de cada
generador, esto por supuesto para el caso de la potencia reactiva. A continuación de la
ilustración se hace un pequeño análisis del flujo de potencias con la salvedad que dicho
análisis es puramente cualitativo.
Figura 6.1.1 Diagrama de tres generadores conectados en paralelo.
78
Para el análisis cualitativo partimos de los siguientes supuestos: la carga no depende sino
de ella misma por tanto es constante, el voltaje de la barra es constante aun cuando el
voltaje de los generadores cambie, el análisis es unifilar y la resistencia del estator es
despreciable.
Si la potencia de la carga es la suma de las contribuciones individuales de cada
generador.
Ecuación 1:
Ahora bien la potencia aparente es la suma de la potencia real con la potencia reactiva.
Ecuación 2:
Ecuación 3:
( ) ( )
( )
Puesto que los términos complejos y reales pueden ser tratados de forma individual,
podemos sepáralos sin ninguna consecuencia.
Ecuación 4:
( ) ( ) ( )
79
Ecuación 5:
( ) ( ) ( )
El conjunto de ecuaciones anteriores guarda relación con el factor de potencia, para
determinar un conjunto de ecuaciones que relacionen la potencia real con el ángulo de
desplazamiento , es necesario hacer una relación trigonométrica, entonces:
Luego llegamos a la siguiente relación:
Ecuación 6:
Haciendo la substitución de la ecuación 6 en la ecuación 4 llegamos a:
Ecuación 7:
( ) ( ) ( )
(
) (
) (
)
De las ecuaciones 5 y 7 podemos decir:
80
1. Es claramente apreciable en la ecuación 5 que la potencia reactiva esta relacionada
únicamente con el voltaje interno Ea del generador; puesto que la potencia reactiva
jQ permanece constante, un incremento de la corriente de excitación produce una
aumento en el factor de potencia y un incremento de la potencia reactiva entregada
por el generador al que se aumento el voltaje Ea, también los demás generadores
en la barra se ven afectados, para mantener la igualdad dejan de entregar reactiva
a la barra común y su factor de potencia se ve incrementado.
2. En el caso de la ecuación 7 la relación es un tanto más compleja, como es claro el
voltaje interno al ser incrementado reduce el ángulo para mantener la igualdad
con la potencia real de la carga (esto si el generador no cuenta con un sistema de
compensación en el gobernador), esto tiene la siguiente explicación, puesto que la
potencia aparente es la raíz de la suma del cuadrado de la potencia real y el
cuadrado de la potencia reactiva, al incrementar la reactiva debe reducir la potencia
real para mantener la relación de la potencia aparente; ahora bien, es también
posible aumentar la magnitud del ángulo con la intención de aumentar la potencia
real entregada por el generador, recordemos que depende del deslizamiento
espacial del campo del rotor y el campo giratorio del estator, por tanto al aumentar
la potencia del motor primario que mueve el generador se puede aumentar la
potencia entregada por el generador.
Basándose en las dos observaciones anteriores se concluye:
1. Cuando la potencia del generador en vacío es menor a la potencia requerida por el
sistema, el generador absorbe potencia eléctrica del sistema y funciona como un
81
motor eléctrico (esta es la razón de dotar a los generadores con relés de detección
de potencia inversa).
2. Los generadores entrantes deben girar a una frecuencia levemente mayor a la
frecuencia de la barra común para garantizar que no actúan como carga en el
momento de la sincronización.
3. La potencia excedente generada por un generador retorna a los demás
generadores conectados a la barra.
4. En caso de aumentar la potencia mecánica a un generador conectado a una barra
común (pero esta barra no es infinita), se aumenta la frecuencia del sistema y se
aumenta la potencia entregada por este generador mientras que la potencia de los
otros generadores se reduce.
5. Si la corriente de excitación aumenta, también aumenta el voltaje de la barra y
aumenta la potencia reactiva entregada por el generador y se reduce la potencia
reactiva de los demás generadores.
6. Si se desea aumentar la frecuencia del sistema sin alterar la distribución de
potencia real de los generadores conectados en paralelo debe aumentar la
frecuencia de todos los generadores a la vez, si se desea aumentar el voltaje de la
barra se debe de aumentar el ajuste de voltaje en la misma proporción para todos
los generadores paralelo, esto si pretende mantener la distribución de carga
reactiva para los generadores.
Si los generadores son iguales, la partición de potencia frente a los cambios de carga será
equitativa, sin embargo, si son distintos, deberá de reajustar tanto la frecuencia como el
Voltaje en cada uno de los generadores para las distintas condiciones de carga, esta es la
82
razón por la cual los generadores en paralelo deben contar con sistemas de regulación
automática; existen dos formas partición automática de carga en generadores trabajando
en paralelo:
1. Regulación por caída: en el método de caída, cada uno de los generadores trabaja
desconociendo el motor de la potencia aparente que suministran los demás
generadores conectados a la barra, cada generador en particular aumenta o reduce
la potencia mecánica según sean los ajustes del gobernador para este generador
en particular, su ventaja es que se pueden conectar varios generadores en paralelo
aun cuando sean de distintos modelos y distintos fabricantes, su punto débil es que
también es susceptible a los transitorios debidos al aumento o reducción de la
carga; es posible que al estar conectados generadores de distinta forma
constructiva en el momento del transitorio de carga, alguna de las máquinas
síncronas se acelere, des-acelere, reduzca o aumente su voltaje de forma brusca.
2. La regulación por medio de compartidores de carga, reducen o incrementan la
potencia mecánica de cada uno de los generadores, según sea la necesidad de
potencia en la carga, cada generador dispone de un controlador (gobernador),
estando los gobernadores y reguladores de cada generador interconectados ya sea
por medio de un voltaje o una corriente de referencia (en el caso analógico), o bien
pueden estar comunicados digitalmente por una conexión del tipo serial, cada uno
de los generadores puede ajustar sus parámetros de operación según sean los
requerimientos de la carga y la condición de las demás máquinas conectadas a la
red, como resultado, la operación de los generadores con compartidor de carga es
mas suave respecto de los cambios bruscos en la carga.
83
6.1 SINCRONIZACIÓN DE GENERADORES.
Antes de conectar en paralelo dos generadores o bien conectar un nuevo generador a una
barra infinita, el generador entrante debe cumplir con ciertos requisitos que se enumeran a
continuación:
1. La misma rotación de las fases.
2. La misma frecuencia de corriente alterna.
3. El mismo ajuste de voltaje.
Anteriormente se enumeran los requerimientos básicos para sincronizar un generador a
una barra común, sin embargo el fenómeno de la sincronización es un tanto más
complejo, involucra distintas variables, algunas de ellas son mecánicas como la inercia de
las máquinas y otras electromagnéticas como el campo eléctrico en el entre hierro del
estator, como se puede observar es muy complicado mezclar las variables mecánicas y
eléctricas para hacer un análisis, por tanto me permito hacer una equivalencia mecánica
que sea aceptable para representar el campo magnético del entre hierro, vamos a
representar el entrehierro como un resorte; este arreglo simplifica grandemente el análisis.
Cada generador está compuesto de una serie de partes móviles, independientemente de
su forma constructiva, puede ser representado por medio de un volante que gira a una
determinada velocidad, esta velocidad depende del número de polos del rotor, del
devanado embridado en el estator y de la frecuencia eléctrica con la cual el generador
opera, a esta velocidad sé le llamara simplemente ; la inercia del sistema es la suma de
las inercias individuales de cada una de las partes componentes del sistema, por lo tanto,
84
la representación matemática de la inercia del generador seria la ecuación 8, y el modelo
se refiere la figura que se muestra a continuación.
Ecuación 8:
(
)
Equivalente mecánico de la inercia de una máquina sincronía.
Ahora bien, determinar la inercia del generador resulta una tarea afanosa si se hace de
forma puramente matemática, por tanto lo mejor es obtener esta información del fabricante
de la maquina, de no ser posible, puede determinarse la inercia de forma experimental
desactivando el control proporcional de gobernador y cargando eléctricamente el
generador con una carga puramente resistiva, dependiendo del valor de la carga eléctrica
la frecuencia del generador, trabajando en solitario, deberá variar según la magnitud de la
carga, lo que se obtiene es una gráfica que por lo regular es lineal, la pendiente de esta
gráfica en KW/Hz, es la representación de la frecuencia del generador contra la carga
eléctrica a la que es sometido.
85
Cuando se conectan varios generadores en paralelo, las masas de los rotores no están
unidas mecánicamente sino mas bien por medio del campo magnético del entre hierro, es
un fenómeno conocido que, cuando un generador es sometido a un aumento de carga, el
desplazamiento temporal del rotor respecto al campo magnético giratorio del estator
aumenta en un ángulo , puede ser negativo o positivo; si el generador se sobrecarga, el
rotor adelanta al estator en proporción a la carga que el generador es sometido (acción
generador), por el contrario si es el campo rotativo quien adelanta al rotor, es negativo
(acción motor).
Hecha la analogía vamos a estudiar que ocurre cuando dos generadores (representados
por sus masas) se conectan en paralelo, el análisis se hará para el tiempo inicial que es
cuando giran independientes, y también para el tiempo final, cuando giran como una sola
masa, como se muestra en la siguiente figura.
Representación mecánica de dos generadores síncronos.
Para la figura anterior, un momento antes de la conexión en paralelo la energía cinética
individual para cada uno de los generadores es:
86
Ecuación 9:
Ecuación 10:
Poco después de la conexión de ambos generadores, las masas individuales de cada uno
de ellos se suman, también la velocidad angular se ve afectada, entonces, el intercambio
de energía cinética se puede determinar como:
Ecuación 11:
(
)
Es claro que la energía cinética se conserva (excluyendo las perdidas por fricción o calor),
por tanto la energía cinética antes de la conexión en paralelo es la misma después de la
conexión, por esto solamente puede ocurrir una transferencia de energía entre el
generador con mayor enemiga cinética y el generador con menor energía cinética, lo
anterior denota que el intercambio de energía es mayor con referencia a la velocidad
angular que con la masa, por tanto la mayor contribución al intercambio de energía
depende la velocidad del eje en la maquina puesto que esta elevada al cuadrado, la masa
es importante pero en menor medida (esto se aplica a generadores de características
similares). La transferencia KW entre generadores se da en virtud del cambio en el ángulo
, puesto que determina la magnitud de potencia real entregada por la maquina
síncrona, entonces, la transferencia de energía se debe al aumento de la corriente del
estator, esta corriente circulante en el momento de la conexión en paralelo se denomina
87
corriente de sincronización, la corriente de sincronización tiene un efecto estabilizador
frenando al generador que gira a mayor velocidad y acelerando al más lento, esto se debe
a que no puede crecer indefinidamente puesto que la transferencia de energía seria
enorme e implicaría la motorizaron del generador arrastrado, la corriente de sincronización
para dos generadores en paralelo se determina por la formula:
Ecuación 12:
( ) ( )
Donde:
Is = Corriente de Sincronización.
Eg = Voltaje interno del generador.
Ra = Resistencia de Armadura.
Xs = Reactancia de Armadura.
Zp = Impedancia de la Línea.
De todo lo anterior se concluye:
1. Una relación de reactancia síncrona alta con la resistencia de armadura producirá
una corriente de sincronización rápida y suficiente aun cuando de lugar a una
regulación en paralelo deficiente.
2. La energía cinética de un barra de generadores equivale a la suma de las energías
cinéticas individuales de cada uno de los generadores, por tanto los generadores en
paralelo son menos susceptibles a los cambios de frecuencias por sobre cargas.
88
3. Cuando se conectan en paralelo una barra común con varios generadores la
magnitud de la potencia transferida al generador entrante se relaciona casi
enteramente con la diferencia de frecuencias entre el generador y la barra común.
4. Por norma los generadores entrantes al momento de ser conectados a una barra
común de generadores deben girar a una frecuencia levemente mayor a la de la
barra, esto para asegurar que al momento de la conexión el generador entrante
asume parte de la carga a la que se somete la barra.
En cuanto al procedimiento necesario para sincronizar un generador a una barra común es
el siguiente:
1. Arranque la unidad que desea conectar en paralelo.
2. Active el sincronoscopio.
3. Después que los motores han calentado durante unos minutos, colóquelo a
velocidad de sincronía por medio del ajuste del gobernador, el sincronoscopio no
debe girar a más de una revolución cada 16 segundos como máximo (Af = 0.06425
Hz). La frecuencia de la unidad entrante debe ser una tanto mayor de tal forma que
el generador entre recibiendo carga (giro en sentido de las agujas del reloj).
4. Cuando el sincronoscopio pase por el punto muerto cierre el interruptor.
5. Una vez conectada la unidad a la barra común ajuste la potencia real, entregada,
de ser necesario este ajuste se hace en el gobernador.
6. Ajuste la potencia reactiva de los generadores por medio del ajuste de voltaje.
7. Realice todos los ajustes después de una hora cuando el generador este a su
temperatura de operación nominal (lo anterior se aplica a los sistemas que no
cuentan con control automático).
89
6.2 REGULACIÓN DE LA POTENCIA REAL EN GENERADORES
SINCRONOS.
Como se vio con anterioridad la potencia real entregada por el generador esta
directamente relacionada con el par en el eje del mismo, el par del generador a su vez es
exactamente igual al par entregado por el primotor, cuando la velocidad de un generador
es relativamente constante, el par es básicamente la relación entre la variación de la
frecuencia en el tiempo, derivada de la ecuación de movimiento de una máquina rotativa
esta relación es:
Ecuación 13:
Donde:
= Es la relación de cambio de frecuencia en el tiempo
Hz/sec.
Fo = Frecuencia base 60 Hz.
Ta = Aceleración debida al par requerido por la red (en por
unidad), este par es la diferencia entre, el par del
generador y el par requerido por la red (TG -TL).
H = Inercia del sistema (es la suma de todas las inercias
del sistema dado en valores en por unidad referidos al
sistema).
90
Cuando ocurre una repentina perdida de potencia en un sistema y este no cuenta con
compensación de potencia en el gobernador, el par de la red Ta se convierte en negativo,
el sistema desacelera provocando la reducción de la velocidad del primotor y la frecuencia
del generador disminuye, recuerde que la potencia entregada por el generador depende
de la frecuencia, por tanto la potencia de la carga decrece llegándose a un punto de
estabilización que dicho sea de paso se sitúa bajo la frecuencia nominal. Si se asume que
el par remanente de los generadores TG y el par de la carga TL son constantes durante el
disturbio, la variación de la frecuencia con el tiempo tiende a ser una línea recta.
Según lo dicho anteriormente, cuando un sistema que trabaja a 60Hz de frecuencia sufre
repentinamente un aumento de carga, la frecuencia del sistema decae, sin embargo la
carga sigue siendo suplida de potencia, ¿entonces de donde viene la energía adicional
entregada al sistema?, en realidad cuando un súbito incremento de energía ocurre, se
produce un incremento del ángulo entre el eje mecánico y el campo rotacional de estator,
cuanto más se incremente la carga, el ángulo más incrementará, puesto que la magnitud
del ángulo no puede continuar su aumento forma indefinida (nos referimos a la máquina
síncrona), la única forma en que el ángulo puede dejar de crecer es deteniendo el giro del
rotor, dependiendo de la inercia del rotor una cantidad equivalente de energía puede ser
entregada por el rotor (el rotor esta conectado al primotor por tanto la energía almacenada
en el mismo también se toma en cuenta), esta energía guardada en forma de energía
cinética puede provocar el balance del sistema, puesto que la energía cinética depende de
la velocidad de movimiento, y en este caso el movimiento es rotacional, la velocidad de
giro disminuye reduciéndose hasta cero mientras no exista una fuerza restauradora, por
tanto la frecuencia de giro declina reduciendo así la frecuencia en los terminales del
91
generador (la magnitud de la energía almacenada es directamente proporcional a la
inercia de la máquina, por tanto las máquinas con grandes masas son menos susceptibles
a los incrementos repentinos de carga, aunque tarde o temprano reducirán su frecuencia),
en este caso para restaurar la frecuencia de operación sería necesario más combustible
para el motor, o bien un mayor flujo de vapor o agua para la turbina.
Los gobernadores usualmente actúan después de un corto lapso de tiempo para
compensar la caída en la frecuencia del generador frente a un repentino cambio de la
carga, el gobernador actúa según sea el ajuste de caída que es la función que dicta la
relación entre la velocidad del generador y la potencia de salida (drop), según el criterio
del punto mínimo de operación se requiere de un ajuste de caída de frecuencia no mayor
al 5% que equivale a 3Hz. Lo anterior implica que el gobernador está ajustado para
responder al máximo cuando la unidad de potencia rebasa la caída del 5%. Por lo tanto si
el generador trabaja en vacío y se somete repentinamente a su máxima capacidad, el
gobernador responderá al máximo, para cargas menores la reacción será en menor
proporción siempre que no rebase la curva de respuesta para una caída de frecuencia del
5% (ajuste de caída). Puesto que el gobernador actúa sobre el mecanismo que controla la
potencia del primotor es posible que el primotor no tenga potencia suficiente para restaurar
el generador a los 60Hz que giraba antes de la sobrecarga, por tanto la frecuencia de las
terminales del generador depende de la potencia del primotor, es decir que, frente a un
aumento de la carga es posible la que frecuencia se estabilice a un valor menor de los
60Hz. Para pequeños cambios en la frecuencia (+10%), los pares de generador van ha
incrementarse en proporción directa con el decremento de la frecuencia, esto implica que
un incremento del 1% en la carga decremento 1% la frecuencia, de esta forma un 1% de
92
decrecimiento en la frecuencia produce un 1% de aumento en el par del generador, por
otra parte, el par causado por la carga va a variar directamente con cuadrado de la
frecuencia, no es posible ejemplificar como los kilowatts de carga variaran la frecuencia
del sistema, en todo caso, los estudios indican que en la mayoría de los casos los
kilowatts de carga harán variar en gran medida la frecuencia del sistema en el transcurso
del primer segundo, a manera de ejemplo: Supongamos que los kilowatts de carga
producen un cambio de frecuencia de 1.5%, puesto que el voltaje también se ve afectado
con los kilowatt de carga debido a la caída de potencial en el estator, se asume que 1% de
reducción de voltaje produce 1% de reducción de potencia en la carga, puesto que es
difícil evaluar el efecto de la variación de voltaje sobre la carga durante una sobre carga
del sistema, este factor no se considera en la discusión posterior.
Lo expuesto con anterioridad es la principal causa por la que los generadores se conectan
en red, puesto que la inercia de los mismos se suma haciéndolos más inmunes a las
variaciones de carga, en general un incremento de carga es más sensible para
generadores individuales que para generadores en red, sin embargo usualmente se
conecta en red generadores de distinta naturaleza como pueden ser: generadores a gas, a
vapor, turbinas hidráulicas, o bien generadores diesel que por su naturaleza giran a
velocidades distintas y también con masas diversas, estos al trabajar en red, en el
momento cuando ocurra un incremento de carga repentino no responderán de la misma
forma, es decir que, unos absorban más o menos energía, por tal razón es posible que
se den oscilaciones en la frecuencia de la red debida a las distintas magnitudes de las
fuerzas restauradoras y a su distinta velocidad de reacción.
93
6.3 LA ESTABILIDAD SE RELACIONA CON LA OSCILACIÓN.
Esta claramente establecido que una repentina caída de potencia generada en un sistema
esta acompañada de una caída proporcional de la frecuencia, el nivel de la frecuencia
decaerá dependiendo de la magnitud de la carga y de la inercia del sistema, en todo caso,
como la frecuencia del sistema decae, el par remanente del sistema tiende a
incrementarse, el par de la carga tiende a decrementarce y el efecto de la sobrecarga
afecta en el nivel de decaimiento de la frecuencia, asumiendo que el gobernador no se
acciona, el efecto de salto producido por el cambio de la carga en el generador y el par de
la carga eventualmente causarán que la frecuencia del sistema se situé en algún valor
menor del normal; en el otro caso si la acción del gobernador no está restringida, y si la
capacidad de sobre carga del generador lo permite, el régimen de decaimiento de la
frecuencia del sistema será menor, ubicándose la frecuencia en un valor más alto que en
el caso anterior, en ambos casos un aumento de la carga redunda en la reducción de la
frecuencia.
La variación de la frecuencia de un sistema de generadores en paralelo durante disturbios,
rara vez se limita a ser una simple caída de frecuencia para ser una oscilación debida a la
presencia de varios generadores interconectados. Usualmente tanto la decaída de
frecuencia como la oscilación pueden ser apreciadas de forma consecutiva en el momento
de un aumento en la carga del sistema.
94
6.4 OPERACIÓN EN PARALELO, CAUSA DE LA OSCILACIÓN.
Sin embargo, qué ocurre si se interconecta dos generadores (hay que ponerle nombre a
los generadores, por ejemplo: A y B), y estos responden a una sobrecarga repentina; si
asume que ambos generadores son de iguales características y además que uno esta
ajustado para una caída del 5% mientras el otro actúa con 3%, cuando ocurra una carga
repentina el generador ajustado al 3% tendrá una mayor respuesta frente al cambio, por
tanto la energía entregada será mayor, el generador al 3% arrastrará al generador
ajustado al 5%, cuando ambos generadores alcancen los 60Hz, debido a la inercia el
generador ajustado al 3% este continuará aumentando la frecuencia hasta repasar los
60Hz, puesto que se superan los 60Hz el gobernador del generador cesará de
proporcionar potencia al primotor por tanto la frecuencia del sistema decae a menos de
60Hz, este ciclo se repite cada vez con menor magnitud produciéndose una oscilación
amortiguada en la frecuencia del sistema, llegando a estabilizarse en el corto tiempo, lo
anterior ocurre con generadores iguales, sin embargo que sucede con generadores
disímiles respecto a la potencia eléctrica y a la inercia, es evidente que la oscilación será
mayor, es de hacer notar que las oscilaciones son solo aceptables cuando el sistema se
conecta a una carga única, en pero para sistemas interconectados en red la oscilación no
es aceptable (desastrosa), surge una pregunta, ¿qué ocurre si el generador B se ajusta a
0% y se repite la prueba?, evidentemente la oscilación será mayor, en el caso de
generadores conectados en red debido a que la construcción de los mismos puede variar
significativamente además que la inercia de los mismos puede ser dramáticamente
distinta, por tanto la operación será distinta para cada generador, siendo probable que un
generador de poca potencia se sobre cargue ante un incremento en la demanda mientras
95
que un generador de gran potencia no proporcione casi ninguna energía restauradora, por
tanto se debe ajustar la caída de frecuencia de forma individual para cada uno de los
generadores, de esta suerte los generadores grandes tendrán una caída pequeña por
tanto absorberán la mayor parte de la sobre carga, existe otro parámetro importante, este
es la banda muerta (offset), la banda muerta es un ajuste que sirve para evitar que un
generador compense una caída de frecuencia, cuando esta no excede un valor de banda
muerta de 0.036Hz, con este valor se considera que los generadores que operan en el
modo de caída (Drop) pueden reaccionar a una desviación de frecuencia de forma
adecuada.
6.5 EL COMPARTIDOR DE CARGA (LOAD SHARE).
El sistema de carga compartida también llamado Load Share, se encarga de distribuir la
potencia real de los generadores en paralelo según sean las características de los
generadores y las necesidades de la instalación, Idealmente, un sistema de carga
compartida debe reconocer de forma inmediata la deficiencia de generación en un
sistema, determinar con exactitud el grado de sobrecarga, y entonces aumentar la
potencia individual de cada generador de forma precisa para restaurar la frecuencia del
sistema a la normal.
El principio universal de que todos los sistemas deben de estar en balance se aplica
también a los sistemas de potencia, puesto que el balance se considera una posición
estática, los sistemas dinámicos se mueven entonces de una posición de balance a otra, si
el sistema es estable, las fuerzas restauradoras harán lo posible para colocarlo
nuevamente en balance. El compartidor de carga es superior a los reguladores de
96
frecuencia por caída puesto que la relación de repartición de carga se mantiene frente a
los transitorios de carga aun cuando los generadores sean de distinta construcción,
además la regulación de la frecuencia en todo caso es más suave reduciendo
considerablemente las oscilaciones.
Considerando la oscilación de la frecuencia natural de decaimiento, en apariencia es difícil
improvisar un sistema de carga compartida que sea capaz de compensar las caídas de
frecuencia del sistema para incrementos de carga en todos los elementos del sistema en
un mismo instante. Estas oscilaciones de frecuencia provocarán un cierto grado de in
certeza debido a la aleatoriedad en la operación del relé de frecuencia, y por tanto en el
monto de la carga compartida. Por tal razón, es inevitable que en algunos casos la
potencia generada exceda la potencia necesaria para algunas ubicaciones de la red. En
general no será posible predecir con antelación el grado de exactitud de las mediciones
del relé debido a la aleatoriedad y por tanto es imposible medir el monto de la sobre
generación del sistema en todo momento para todas las condiciones del sistema. Los
estudios por computadora pueden ofrecer una buena indicación de las oscilaciones de
frecuencia que ocurren en varios buses de frecuencia para varias condiciones de
emergencia, por tal razón son tan importantes los instrumentos medidores de potencia.
El circuito del compartidor de carga es un sistema de control retroalimentado del tipo PID
(proporcional, integral, diferencial), aunque el control por su naturaleza es mas
proporcional, actúa como compartidor de carga y regulador de frecuencia; al cerrar el
interruptor de cada uno de los generadores se cierra un contacto auxiliar que indica que el
compartidor de carga debe trabajar como tal, caso contrario actúa como un simple
regulador de frecuencia.
97
El principio de funcionamiento del compartidor de carga es relativamente sencillo, como
entradas el compartidor de carga tiene el requerimiento de potencia y la potencia
generada, el requerimiento de potencia es una señal analógica de corriente, una señal
analógica de voltaje, un campo numérico de una conexión en red de datos digital, que
proviene de los otros compartidores de carga conectados a los demás generadores, es el
monto de la potencia real que hace falta en el sistema para mantener constante la
frecuencia, la potencia generada se obtiene de la frecuencia del sistema (se obtiene de un
pickup magnético que mide los dientes en el volante del generador determinando así la
frecuencia) y el producto vectorial del voltaje (medido por los transformadores de
potencial) y la corriente de salida (medida con los transformadores de corriente), el
resultado será una señal de error que determina el monto de la corrección que el control
hace sobre el gobernador actuador.
En general todos los compartidores de carga trabajan de una forma similar sin importar la
marca del fabricante.
6.6 CONCLUSIONES
1. Desde el punto de vista económico, el empleo de un sistema de transferencia y
sincronizaron automática, comparada con un sistema totalmente manual, se
justifica mientras las pérdidas anuales causadas por la falta del sistema automático
exceden el costo de posesión más el costo del mantenimiento del sistema
automático.
98
2. Desde el punto de vista técnico la única limitación al empleo del sistema de
transferencia y sincronización automática es el grado de disponibilidad del sistema.
3. Desde el punto de vista de la utilidad del sistema de transferencia y sincronización
automática el costo del sistema no es importante, este criterio se aplica por
ejemplo: a hoteles donde el prestigio del establecimiento está en juego y las
repercusiones de un mal servicio son difíciles de cuantificar, otro caso particular son
los hospitales puesto que sustentan la vida humana, debiendo tener total
disponibilidad en caso de catástrofe (que puede durar varios días); las empresas
dedicadas a prestar servicios de comunicaciones que por su utilidad tampoco
pueden dejar de prestar servicios.
4. El sistema de transferencia y sincronizaron automática es técnicamente factible, sin
embargo, requiere de un mantenimiento más riguroso, comparado con un sistema
manual, también es importante contar con un equipo de técnicos especialista o bien
técnicos entrenados para el efecto.
5. El diseño del sistema de transferencia y sincronizaron automática debe prever el
aumento de la carga instalada, como también la posibilidad de ampliaciones y
modificaciones tanto del circuito eléctrico del sistema de transferencia y
sincronizaron automática como de los paneles de distribución.
6. El panel del sistema de transferencia y sincronizaron automática debe contar con
un sistema de tierras adecuado para la instalación, no solo para proteger al sistema
de potencia sino también para proteger el circuito de mando.
7. Es importante recordar que los interruptores principales de la transferencia actúan
también como los interruptores del tablero principal, por tal razón, su
99
dimensionamiento debe ser el adecuado tanto en corriente y en capacidad
interruptiva, como también debe ser capas de operar a plena carga.
8. El sistema de adquisición y almacenamiento de datos es de gran importancia para
verificar el comportamiento mecánico de los generadores, el funcionamiento de los
reguladores de voltaje y los compartidores de carga de los generadores, la
predicción de fallas de funcionamientos, el comportamiento de la carga, la calidad
del servicio comercial de energía eléctrica, lo anterior cobra gran importancia en
cuanto al análisis estadístico del servicio eléctrico y el funcionamiento del sistema
de transferencia y sincronizaron automática.
9. El controlador lógico programable tiene ventajas significativas, entre las más
relevantes tenemos: la facilidad de cambiar el funcionamiento del sistema por
completo solamente cambiando el programa interno del controlador lógico
programable sin necesidad de cambiar la arquitectura del mando, la reducción de
costos de fabricación al reducir la cantidad de componentes necesarios, la
reducción de tiempos muertos por reparación debido a la facilidad para localizar las
fallas (por lo general los controlador lógico programable de marcas reconocidas
tienen herramientas de diagnostico que son de gran utilidad para localizar fallas),
reducción del espacio físico de los tableros, reducción de las perdidas por
irradiación de calor, capacidad de trabajar en red con otros sistemas inteligentes,
recolección y proceso de datos entre tantos.
10. El circuito de mando del tablero de transferencia automática debe tener como
elemento obligatorio una fuente de energía de emergencia que supla de energía
100
eléctrica al mando, mientras se realiza la operación de sincronización y
transferencia.
11. Es necesario un programa estricto de mantenimiento y prueba de los equipos para
garantizar su correcto funcionamiento en caso de falla del servicio de energía
eléctrica comercial.
12. En el caso de incrementar la carga es posible que sea necesario agregar nuevos
generadores para suplir la demanda, en este cado debe verificar las características
del compartidor de carga y el regulador de voltaje tanto de los generadores que ya
están instalados como de los generadores que se pretende implementar, debe
tomar importancia en el criterio de selección si los generadores trabajaran en el
modo de operario de carga compartida o por caída.
13. En el caso de proyectos donde se desea sincronizar automáticamente varios
generadores que ya están instados y trabajan de forma independiente, es de crucial
importancia decidir el monto de la carga que absorberá cada uno de los
generadores y el modo de control para el reparto de la potencia real y reactiva.
14. Un factor importante en el desempeño del sistema de carga compartida es el monto
de las cargas que serán conectadas al sistema de transferencia automática, es
necesario realizar un estudio detallado de los consumos de corriente tanto
transitorios como estables de las cargas cruciales del sistema.
101
6.7 RECOMENDACIONES
En relación con el mantenimiento del sistema de transferencia con sincronización
automática y el mantenimiento de los generadores:
1. Es necesario un plan riguroso de mantenimiento, se sugiere elaborar un
cronograma para el mantenimiento del equipo donde estén previstos los tiempos
muertos debidos a la ausencia de operación de los generadores o bien de los
interruptores.
2. Se aconseja realizar una bitácora de mantenimiento donde se incluya todos los
desperfectos que el sistema haya presentado, esto para determinar el deterioro de
los componentes o bien la calendarización de los mantenimientos.
3. El programa de mantenimiento debe incluirse la reparación, ajuste de motores,
cambio de aceite, cambio de filtros y verificación de refrigerante para los
generadores eléctricos.
4. Para el sistema automático de transferencia debe incluir ajuste y calibración de
relés automáticos y de los interruptores de potencia.
5. Es necesario crear hojas de inspección donde se anote todo los datos recabados
durante las inspecciones programadas de los equipos, a su vez es necesario crear
un documento de autorización donde se especifique los trabajos a realizar en el
sistema.
6. Es necesario programar pruebas rutinarias del sistema trabajando a plena carga,
estas pruebas tienen la finalidad de detectar fallas en el sistema visto de una forma
integral. Las pruebas a plena carga deben ser programadas tomando en cuenta los
tiempos muertos que puedan causar.
102
7. Se sugiere la adquisición de un sistema de visualización y recolección de datos, los
sistemas SCADA pueden ser de utilidad para guardar historiales de funcionamiento
de los generadores, para organizar los cronogramas de mantenimiento, para
visualizar el comportamiento de las cargas, de la calidad del servicio de energía
eléctrica comercial, el estado de funcionamiento de los generadores, la cantidad de
combustible disponible, lo anterior es de utilidad para tomar decisiones en cuanto a
realizar ampliaciones en la potencia instalada de los generadores o bien en la
distribución de la carga en caso de emergencias.
8. Se aconseja verificar las normas nacionales para el almacenamiento de
combustibles puesto que es necesario almacenar cantidades significativas de
combustible para el funcionamiento de los generadores.
9. Se propone verificar las normas nacionales para la ubicación física de los
generadores, es importante tomar en cuenta el ruido producido por las máquinas, la
irradiación de calor y contaminantes producidos por estas.
10. Por último se sugiere el escalonamiento de las cargas para evitar problemas de
oscilación o sobre cargas en los generadores trabajando en paralelo.
103
CAPITULO 7. MANTENIMIENTO.
7.1 DEFINICION DE MANTENIMIENTO.
De una manera muy general se pude decir que mantenimiento es: “el conjunto de
acciones oportunas, continúas y permanentes dirigidas a prever y asegurar el
funcionamiento normal, la eficiencia y la buena apariencia de sistemas, edificios, equipos y
accesorios”.
Para poder garantizar la disponibilidad operacional de sistemas, edificios, instalaciones,
equipos y accesorios, el mantenimiento debe ser ejecutado de manera continua y
permanente a través de planes que contengan fines, metas y objetivos precisos y
claramente definidos.
La función del mantenimiento es proveer por todos los medios necesarios y posibles para
la conservación de todas las instalaciones, equipos, etc.
Como un objetivo primordial, el mantenimiento procura contribuir por todos los medios
disponibles a reducir, en lo posible, el costo final de la reparación de los equipos. De este
se desprende un objetivo técnico por el que se trata de conservar en condiciones de
funcionamiento seguro y eficiente todas las instalaciones, equipos, etc.
El personal de mantenimiento tiene dos puntos de vista para cumplir estos objetivos: el
aspecto humano y el técnico. El evitar los accidentes previene pérdidas humanas y de
grandes responsabilidades. Por el lado técnico, la maquinaria, las instalaciones y los
equipos bien mantenidos no provocarán pérdidas económicas y facilitarán la producción
continua y eficiente de todos los equipos.
104
7.2 MANTENIMIENTO CORRECTIVO.
Es el sistema que emplearon las industrias e instituciones, cuando desconocían los
beneficios de una programación de los trabajos de mantenimiento, y consiste en corregir
las fallas, cuando éstas se presentan, usualmente sobre una base no planificada, dando
cumplimiento a la solicitud del operario o usuario del equipo dañado.
La actitud de permitir que instalaciones y equipos continuarán funcionando sin prestarles
atención hasta que una avería originara la suspensión o disminución del servicio, tenía su
origen en las siguientes causas:
Indiferencia o rechazo de las técnicas de programación.
Falta de justificación económica para técnicas de programación.
Demanda excesiva temporal o permanente de la capacidad de los equipos.
Esta forma de mantenimiento impide el diagnóstico exacto de las causas que provocan la
falla, pues se ignora si falló por mal trato, por abandono, por desconocimiento del manejo,
por desgaste natural, etc. Ejemplo de este tipo de mantenimiento, es que se da en las
instituciones públicas y la proyección de las causas que justifiquen plenamente el
mantenimiento.
7.3 MANTENIMIENTO PREVENTIVO.
Podemos definirlo como la programación de una serie de inspecciones, de funcionamiento
y de seguridad, ajustes, reparaciones, análisis, limpieza, lubricación, calibración, que
deben llevarse a cabo en forma periódica en base un plan y no a una demanda del
operario o usuario, y su propósito es prever las fallas manteniendo los sistemas de
105
infraestructura, equipos e instalaciones en completa operación a los niveles y eficiencia
óptimos.
La característica principal de este tipo de mantenimiento es la de inspeccionar los equipos
y detectar las fallas en su fase inicial, y corregirlas en el momento oportuno. Con una
buena organización del mantenimiento preventivo, se obtiene experiencias en la
determinación de causas de las fallas repetitivas o del tiempo de operación seguro de un
equipo, además se llega a conocer puntos débiles de instalaciones, equipos, etc.
a) Ventajas del mantenimiento preventivo
Confiabilidad, los equipos operan en mejores condiciones de seguridad, ya
que se conoce su estado, y sus condiciones de funcionamiento..
Disminución del tiempo muerto, reduce el tiempo de fuera de uso de
equipos.
Mayor duración, los equipos y las instalaciones tendrán una vida útil mayor
que la que tendrían sin mantenimiento preventivo.
Menor costo de reparación, este se abarata substancialmente reduciendo
el sistema de mantenimiento correctivo e incrementado el mantenimiento
preventivo.
Disminución de existencias en bodega, puesto que se precisa los
repuestos de mayor y menor consumo.
Equilibrio en la carga de trabajo para el personal de mantenimiento
debido a una programación de actividades.
106
7.4 MANTENIMIENTO PREDICTIVO.
Es más una filosofía que un método de trabajo. Se basa fundamentalmente en detectar
una falla antes de que suceda, para dar tiempo a corregirla sin perjuicios al servicio. Se
usan para ello instrumentos de diagnóstico y pruebas no destructivas.
Consiste en inspeccionar los equipos a intervalos regulares y tomar acción para prevenir
las fallas o evitar las consecuencias de las mismas según condición. Incluye tanto las
inspecciones objetivas, con instrumentos y subjetivas, con los sentidos, como la
reparación del defecto.
a) Objetivos del mantenimiento predictivo.
Mantener permanentemente los equipos e instalaciones, en su mejor estado
para evitar los tiempos de parada que aumentan los costos.
Efectuar las reparaciones de emergencia lo más pronto, empleando métodos
más fáciles de reparación.
Prolongar la vida útil de los equipos e instalaciones al máximo.
Sugerir y proyectar mejoras en la maquinaria y equipos para disminuir las
posibilidades de daño y rotura.
Pero para lograr tales objetivos un programa de mantenimiento predictivo se apoya en
el diagnóstico por vibraciones, el análisis de lubricantes, el diagnóstico por temperatura
y el análisis de corriente y parámetros eléctricos; los cuales constituyen excelentes
herramientas para un programa de mantenimiento predictivo.
107
7.5 MANTENIMIENTO ELECTRICO.
Las malas intervenciones de mantenimiento en baterías, alternador quedan reducidas al
mínimo: mantener los bornes de las baterías bien engrasadas.
Eliminar el aceite usado o los residuos de combustible respetando el ambiente. Es
aconsejable acumularlos en barriles que se entregaran posteriormente a algún
establecimiento autorizado. NO descargar el aceite y los residuos de combustible por la
tierra o en lugares inadecuados.
Los defectos de funcionamiento de la planta de emergencia debido a anomalías del motor
(oscilación, bajo número de revoluciones, etc.) son de exclusiva competencia del servicio
de asistencia del fabricante del motor, tanto durante como después del periodo de
garantía. Daños o intervenciones efectuados por personal no autorizado por el fabricante
rompen las condiciones de garantía.
Los defectos de funcionamiento de la planta de emergencia que sean debidos a anomalías
de la parte eléctrica y del tablero de control son de exclusiva competencia del servicio de
asistencia del fabricante: intervenciones de reparación efectuados por personal no
autorizados, sustitución de componentes de repuesto no originales y daños del generador
anulan las condiciones de garantía.
El fabricante no se responsabiliza en lo que se refiere a averías o accidentes debidos a
negligencia, incapacidad de instalación por parte de técnicos no autorizados.
108
7.6 MANTENIMIENTO MECANICO.
Para vaciar el aceite del motor durante la sustitución periódica, servirse de un tubo con
conexión al cárter del aceite, ponerlo fuera de la base desenroscar el tapón que se
encuentran en la extremidad del tubo.
7.6.1 IDENTIFICACIÓN Y LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS.
Inconvenientes Búsqueda de averías
No a
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Posible Solución
× Unidad bloqueada por falla.
Detectar la falla y en caso necesario referir al centro de servicio
× × Batería descargada
Recargar la batería o reemplazarlas si es necesario.
× × Conexiones de baterías corroídas y sueltas
Compruebe los conductores y terminales. Reemplace bornes si están corroídos
× Falla por conexiones ineficientes en batería o cargador de baterías
Revise las conexiones en batería y cargador de baterías
× Falla de arrancador
Solicite intervención del centro de servicio
× No hay combustible
Revise el tanque si no tiene fugas
× Aire en el sistema Saque el aire del sistema de combustible
× × × Filtro de combustible obstruido
Cambie el filtro
× × × Falla en el sistema de combustible
Solicite intervención del centro de servicio
× Baja temperatura Revise la viscosidad del aceite y sus especificaciones
109
× × × × Falla en el regulador de velocidad
Solicite intervención del centro de servicio
× × × Mal funcionamiento del regulador de voltaje.
Solicite intervención del centro de servicio
× × Muy baja velocidad Revise el regulador de velocidad
× Falla de instrumentos
Revise y reemplace en caso de ser necesario
× Interconexión de instrumentos
Revise las conexiones de los instrumentos
× × Interruptor de sobrecarga
Reduzca la carga
× × Sobrecarga. Revise la unidad si no
está trabajando con sobrecarga, aun en caso de alta temperatura ambiental
× × Switch de corto circuito o falla a tierra
Revise los interruptores, cables mal conectados
× Falla de servicio auxiliar
Solicite intervención del centro de servicio
× No hay energía Revise el interruptor de energía
× Alto nivel de aceite Remueva el exceso de aceite
× No hay aceite Restablezca el nivel de aceite en el carter
× Falla bomba de aceite
Solicite intervención del centro de servicio
× No hay liquido refrigerante
Espere a que el motor enfrié y revise el nivel de liquido en el radiador, rellene y revise si no hay fugas
× Falla en bomba de agua
Solicite intervención del centro de servicio
× × × × ×
Falla de alarma en panel de control o interconexiones
Revise las conexiones entre el sensor y el tablero, asegurarse de que las conexiones del sensor no estén a tierra, revise el sensor y reemplace si es necesario
×
Radiador /intercambiador sucio o dañado
Revise la tubería del radiador y el intercambiador, revise si no hay objeto en el flujo de aire y la recirculación del aire en el ventilador (entrada y salida)
× × × × × × × × × × × × Otras causas varios
Solicite intervención del centro de servicio
110
7.7 MANUAL DE MANTENIMIENTO.
La finalidad de un manual de mantenimiento es presentar en forma resumida los distintos
aspectos de interés para los operadores de plantas eléctricas, proporcionando un
panorama general en cuanto a que partes del equipo requiere de una especial atención y
qué pasara si no se cumplen las reglas y recomendaciones de los fabricantes.
Los manuales son procedimientos de trabajo que se preparan para ayudar al personal de
mantenimiento. Se elaboran teniendo en cuenta los catálogos de los equipos
suministrados por el fabricante y la experiencia de los técnicos.
a) OBJETIVOS DEL MANUAL DE MANTNIMIENTO.
Son muchos los objetivos que se pueden trazar pero en resumen los objetivos
primordiales serán de comprender la importancia del buen uso del equipo para
asegurar su disponibilidad en el momento requerido, así como conocer el uso,
operación y funcionamiento general de la planta eléctrica de emergencia.
b) FUNCIONES DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO.
El manual de mantenimiento será el documento en el cual se tendrá toda la
información necesaria para realizar las rutinas de mantenimiento así como qué partes
inspeccionar en caso de alguna falla y sus posibles soluciones, es de gran importancia
contar siempre con un manual de mantenimiento para cada equipo.
111
c) GENERALIDADES DEL MANUAL DE MANTENIMIENTO.
En el manual de mantenimiento se indicaran la misión y visión de mantenimiento, las
políticas y objetivos de mantenimiento, los procedimientos de trabajo, de control y las
acciones correctivas. Es importante señalar que deben incluirse solo los
procedimientos que se aplican y las instrucciones en un lenguaje afirmativo.
d) POLITICAS DE MANTENIMIENTO.
Las políticas deberán incluirse en el manual en forma concisa y clara. Y estas deberán
de enlistarse sin importar el grado. Una política podría ser optimizar en lo posible todos
los recursos utilizados para el mantenimiento de las plantas eléctricas, materiales,
recurso humano e instalaciones. También podría ser reducir en la mayor cantidad
posible la utilización de personal externo para funciones de mantenimiento a las
plantas eléctricas.
e) LOS TERMINOS DE TRABAJO DE MANTENIMIENTO.
Los términos de trabajo de mantenimiento son los procedimientos que se deben seguir
para la realización de tareas de mantenimiento. Estos deberán de estar escritos de
una manera clara y sencilla y de ser posible deberán de colocarse gráficos que faciliten
la comprensión de la tarea a realizar.
112
f) SUSTITUCIÓN DEL ACEITE DE MOTOR.
Para poder hacer el cambio del aceite será necesario apagar el motor y por lo menos
esperar cinco minutos para que todo el aceite se acumule en el carter del motor, antes
de quitar el tapón (tuerca en la parte inferior del Carter).
Habrá que colocar un recipiente grande donde recibir el aceite y estar atento que este
no se derrame. El cambio de aceite nunca debe de hacerse con el motor frió.
Después de haber retirado el aceite se procederá a colocar el tapón del carter y
apretar lo necesario, hay que tener en cuenta que cuando se hace el cambio de aceite
siempre se hace el cambio de los filtros de aceite ya que si se dejan los mismos el
aceite nuevo se contaminara.
Luego colocaremos aceite (el indicado) al motor hasta la marca de llenado que nos
indique la varilla, después de esto arrancar el motor durante unos dos minutos y luego
apagarlo, esperar que baje al carter todo el aceite y nivelar de nuevo. Se podrá
controlar el nivel de aceite en la bomba de inyección y en el regulador de velocidad y
ajustarlo si es necesario.
g) CAMBIO DE FILTROS DE ACEITE.
Para el cambio del filtro será necesaria una llave de faja o de cadena para
desmontarlo, luego el filtro a colocar lo debemos llenar de aceite indicado y colocar
una capa de aceite sobre el empaque y colocarlo y apretar con la mano nunca apretar
con la faja o cadena ya que dañaríamos el filtro.
113
h) CAMBIO DE FILTROS DE COMBUSTIBLE.
Al igual que el cambio del filtro de aceite, también se utilizará una llave de faja o
cadena, luego llenar el filtro con diesel y aplicar una película de aceite en el empaque,
colocarlo con la mano y no con la llave.
i) REVISIÓN DE BATERIA.
A las baterías será necesario revisar sus niveles de agua destilada así como también
sus bornes, que estén debidamente limpios y bien apretados para evitar cualquier
falso contacto.
j) REVISION DE FUGAS.
La revisión de fugas en las plantas será en aquellos puntos de unión y acople de
mangueras así como en tapones y filtros.
k) REVISION DE MANGUERAS.
Será necesario revisar las mangueras y acoples ya que estas tienden a reventarse con
el tiempo.
l) REVISIÓN DE BANDAS.
Cuando se chequen las banda, se revisara su tensión así como el estado físico de la
misma.
114
7.8 PUNTOS IMPORTANTES DE MANTENIMIENTO PARA EL
OPERADOR.
Es de vital importancia capacitar al personal encargado de operar las plantas DE
emergencia ya que son ellos los que están en contacto directo con el equipo. Y por lo
tanto los operadores de las plantas deberán colaborar con el programa de mantenimiento
preventivo en las siguientes tareas:
1. Antes de encender la planta de emergencia revisar:
Nivel de agua en el radiador.
Nivel de aceite en el cárter.
Nivel de agua en celdas de baterías.
Nivel de combustible en tanque diario
Verificar limpieza en terminales de batería.
2. Colocar el interruptor principal del generador en off.
3. Colocar los selectores de operación en el modo manual para arrancar la planta de
emergencia.
4. Se pone a funcionar de esta manera por unos 10 minutos y se revisa lo siguiente:
Frecuencia del generador (60 a 61 Hz).
De ser necesario se ajusta el voltaje al valor correcto por medio del
potenciómetro de ajuste.
Durante todo el tiempo que tarda la planta trabajando se debe estar revisando
la temperatura del agua, presión de aceite y la corriente de carga del
acumulador.
115
Si todo está correcto se acciona el interruptor en la posición de apagado “off”
para que el motor se apague.
5. Luego de la revisión preliminar y si toda está correcto simular falla del fluido
eléctrico y revisar los siguiente:
Corriente, voltaje, y frecuencia de la planta según los parámetros de operación
(estos pueden variar de un sistema a otro).
Si alguno de estos valores está fuera de su rango de operación, notifique de
inmediato al departamento de mantenimiento.
Si la temperatura del agua es muy alta, con mucha precaución quitar el tapón al
radiador, revisar el nivel del agua y reponerla en caso de necesidad (sin parar el
motor) si el nivel de agua se encuentra bien, buscar la manera de ventilar el
motor por otros medios. También conviene verificar si el generador está muy
cargado, ya que esa puede ser la causa, y si ese es el caso, se deberá
disminuir la carga eléctrica hasta llegar a la corriente nominal de placa del
generador.
En caso de obstrucción de las celdas del radiador lavarlo a vapor para retirar la
suciedad.
Si la presión del aceite es muy baja para el motor, esperar que se enfríe, luego
revisar el nivel de aceite y reponerlo en caso de ser necesario (con el motor
apagado). Después volver a encender el motor. Si la presión no estabiliza,
llamar al personal de mantenimiento.
116
Si el amperímetro que señala la carga del alternador al acumulador proporciona
una señal negativa, significa que el alternador no está cargando. En este caso
se debe verificar el estado del alternador, regulador de voltaje y conexiones.
Si la frecuencia del generador baja a un punto peligroso, personal autorizado
debe calibrar al generador del motor a fin de compensar la caída de frecuencia,
es normal que el generador trabajando a plena carga baje un poco su
frecuencia.
Si el voltaje del generador baja su valor, es posible recuperarlo girando el
potenciómetro del regulador de voltaje.
6. Si en el trabajo de la planta llegaran a actuar las protecciones, debe verificar la
temperatura del agua y presión del aceite. Si actúa la protección por alta
temperatura de agua dejar que el motor enfríe y después reponer el faltante.
7. Para detener el motor, desconecte la carga manualmente y deje trabajar el motor
durante tres minutos al vació.
8. Conviene arrancar el motor por lo menos una vez a la semana por un lapso de 30
minutos, para mantener bien cargado el acumulador, cuando no existe cargador de
baterías conectado a la planta; y para mantener el magnetismo remanente del
generador en buen rango. También para corregir posibles fallas.
9. Cualquier duda o anomalía observada reportarla al personal de mantenimiento.
117
7.9 RECOMENDACIONES GENERALES PARA EL OPERADOR.
Reglas que deben conservarse:
1. Procurar que no entre tierra y polvo al motor, al generador interior de los tableros
de control y transferencia.
2. Comprobar de que este bien dosificado el combustible para el motor libre de
impurezas y cualquier obstrucción.
3. Revisar que al operar la planta se conservan dentro de los valores normales las
temperaturas del agua del radiador, de los embobinados del generador, de los
tableros, del motor, del interruptor de transferencia, etc.
4. Todos los motores nuevos traen un aditivo que los protege de la corrosión interna.
Al igual que en los motores usados, después de algún tiempo necesitan protegerse
con aditivos, los cuales duran períodos determinados. Después hay que
suministrarle otro que los proteja. Además hay que evitar fugas y goteras sobre
partes metálicas.
5. Se debe procurar que se tengan siempre los medios de suministro de aire, por
ejemplo:
Aire limpio para la operación del motor.
Aire fresco para el enfriamiento del motor y generador.
Medios para desalojar el aire caliente.
6. Comprobar siempre que la planta gira a la velocidad correcta por medio de su
frecuencímetro y tacómetro.
7. Estar siempre pendiente del buen estado de la planta en general.
118
8. Reportar al personal de mantenimiento las fallas en cuanto aparezcan, por muy
simples que se vean.
9. Cuando el motor del interruptor de transferencia derrame lubricante, éste deberá
sustituirse por grasa nueva.
10. Recurrir siempre con el personal de mantenimiento para implantar mejoras en el
programa de mantenimiento. Llevar una bitácora en la cual se anote todo lo sucedido
durante el turno en relación al funcionamiento de la planta.
7.10 PUNTOS CLAVE EN LA INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DIESEL.
Cuando se va adquirir una planta de emergencia y se procederá a su instalación serán
necesario que tengamos en cuenta ciertos puntos que optimicen la utilización de la misma,
entre estos puntos tenemos:
El espacio físico donde se colocará, deberá de llenar las especificaciones del
proveedor.
Será necesario que en el área de instalación se haga una correcta cimentación.
Deberá de dejarse por lo menos un metro de distancia entre las paredes a la planta
para poder hacer trabajos de mantenimiento.
Se deberá considerar el nivel de ruido que produzca la planta para no tener
problemas posteriores.
Se deberá dejar libre el acceso de aire al radiador así como libre la salida de los
gases de escape.
En lo posible se utilizaran elementos flexibles en tuberías de alimentación de
combustible debido a situaciones de emergencia.
El área de instalación de la planta deberá de estar debidamente señalizada.
119
Considerar el espacio donde se colocara el tanque de combustible que abastecerá
la planta por cuestiones de constante llenado.
7.11 NORMAS DE SEGURIDAD.
Como parte fundamental del programa de mantenimiento, se debe contar con un
documento de normas de seguridad en el que se indiquen todos los procedimientos que
se deben seguir por parte de los técnicos al realizar servicios de mantenimiento para que
estos no sean víctimas de un accidente,
Para el diseño de dicho documento de normas de seguridad, se deben tener en cuenta los
siguientes factores:
a. Las clases de equipos, estructuras y unidades de la planta.
b. Recomendaciones sobre mantenimiento de las casas fabricantes.
c. Experiencia adquirida por el personal de mayor antigüedad.
En base a lo anterior se proponen las siguientes normas de seguridad:
No operar equipos sin autorización.
No hacer trabajos de mantenimiento en las plantas operando a altas velocidades.
Utilizar dispositivos de seguridad, como lo son cascos, lentes protectores y guantes.
Emplear herramientas o equipo adecuado.
No utilizar equipo que se encuentre en malas condiciones.
Evitar exponerse sin necesidad al peligro.
No distraer la atención de otro trabajador durante la operación y mantenimiento de
las plantas eléctricas.
Evitar hacer trabajos de mantenimiento en las plantas, cuando el piso se encuentre
mojado.
120
CAPITULO 8.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
La energía eléctrica es imprescindible para el servicio de las áreas críticas de un evento,
estudio de televisión, hospital, etc.
Se ha comprobado que por la falla del suministro de energía eléctrica se puede llegar a
una gran pérdida de vidas humanas, es por esto que se considera el más vital de todos los
sistemas. La distribución del fluido eléctrico hace posible la iluminación y el funcionamiento
de los equipos eléctricos, industriales, médicos, etc. siendo de mayor importancia los
equipos médicos de soporte para la vida ubicados en las áreas críticas del hospital, un
proceso industrial o un evento televisivo en donde los minutos perdidos no se recuperan
nunca.
Por lo mencionado, anteriormente, es de vital importancia contar con plantas generadoras
de energía eléctrica.
Con un plan de mantenimiento óptimo, con el cual se logre una reducción de costos de
operación de las plantas eléctricas, así como disponer de la energía eléctrica necesaria
cuando exista una falla en el suministro de la red comercial.
Así, también, es necesario contar con todo tipo de información relacionada con la
operación de una planta eléctrica, ya que, en muchos casos se pueden evitar errores que
causen serios daños en la operación de las mismas y dicha información es de suma
importancia a la hora de hacer los mantenimientos. No debemos dejar por un lado toda la
documentación empleada en un programa de mantenimiento debido a que es necesaria,
pues con esta se podrán hacer comparaciones en períodos determinados y, así, tomar
decisiones mas acertadas en relación a costos, sustitución de equipo, repuestos, etc.
121
El presente trabajo tiene como finalidad presentar los distintos aspectos de interés para los
encargados del mantenimiento y operación de las plantas eléctricas, proporcionando un
panorama general, en cuanto a que partes del equipo requieren de especial atención, las
consecuencias al incumplimiento de las reglas y recomendaciones que dan los distintos
fabricantes.
Además de prolongar la vida útil de los equipos y de asegurar la continuidad en el servicio
de energía eléctrica, existe la satisfacción de contribuir que el encargado del
mantenimiento se instruya adecuadamente.
8.1 REGLAS DE SEGURIDAD EN PLANTAS DE EMERGENCIA.
a) LAS DESCARGAS ELECTRICAS PUEDEN CAUSAR LA MUERTE:
Tocar partes eléctricas vivas puede causar un shock total ó serios daños
corporales. Las terminales de salida de la planta están eléctricamente vivas
cuando la máquina esta encendida. Una instalación incorrecta ó un equipo
mal aterrizado pueden ser muy peligrosos. Siga las siguientes
recomendaciones:
1. No toque las partes eléctricamente vivas (energizadas)
2. Use siempre ropa seca, guantes aislantes en buenas condiciones y
equipo de seguridad adecuada.
3. Detenga la marcha del motor antes de hacer cualquier instalación,
reparación ó mantenimiento al equipo.
122
4. Instale y aterrice el equipo adecuadamente de acuerdo a los códigos
eléctricos nacionales, estatales ó locales.
5. Apague el equipo cuando no está en uso.
6. Nunca utilice cables rotos, dañados, mal empalmados ó de un tamaño no
recomendado.
7. No enrolle los cables.
8. Use únicamente equipos que estén en buenas condiciones de operación,
Cambie ó repare las piezas dañadas inmediatamente.
9. Mantenga las cubiertas de los equipos en su lugar y atornille
adecuadamente.
b) LOS GASES DE SALIDA DE UN MOTOR PUEDEN CAUSAR LA MUERTE.
1. Use estas máquinas en los exteriores o en áreas bien ventiladas.
2. Si estas máquinas son usadas en interiores dirija los gases hacia el
exterior y lejos de las entradas de aire, acondicionado, etc.
El combustible usado en los motores puede causar fuego o explosión.
El combustible es altamente flamable. Siga las siguientes recomendaciones:
1. Detenga la marcha del motor antes de verificar o agregar combustible.
2. No agregue combustible mientras esté fumando o si la máquina se
encuentra cerca de chispas o flamas.
3. Permita que el motor se enfríe antes de agregar combustible. De ser
posible verifique que el motor esté frío antes de iniciar el trabajo.
123
4. No sobrellene el tanque de combustible, deje espacio para la expansión
del combustible.
5. No derrame el combustible. Si el combustible es derramado limpié el
área antes de arrancar el motor.
LAS PARTES EN MOVIMIENTO PUEDEN CAUSAR ACCIDENTES.
Las partes en movimiento como ventiladores, rotores y bandas pueden llegar a
cortar dedos o incluso una mano o pueden atrapar ropa suelta.
Observe estas recomendaciones:
1. Mantenga todas las puertas, paneles, cubiertas y guardas cerradas y
aseguradas en su lugar.
2. Detenga la marcha del motor antes de hacer cualquier instalación o
conexión.
c) CUANDO TENGA NECESIDAD DE QUITAR GUARDAS, CUBIERTAS,
DAR MANTENIMIENTO O REPARAR UN EQUIPO ASEGÚRESE DE
QUE SEA HECHO ÚNICAMENTE POR PERSONAL CALIFICADO.
d) PARA PREVENIR ARRANQUES ACCIDENTALES DEL MOTOR
CUANDO SE LE ESTE DANDO MANTENIMIENTO, DESCONECTE EL
CABLE DE LA TERMINAL NEGATIVA DE LA BATERÍA.
e) MANTENGA LAS MANOS, CABELLO, ROPA FLOJA Y
HERRAMIENTAS ALEJADAS DE LAS PARTES EN MOVIMIENTO.
124
f) REINSTALE LOS PANELES O GUARDAS Y CIERRE LAS PUERTAS
CUANDO EL SERVICIO HA SIDO CONCLUIDO Y ANTES DE
ARRANCAR EL MOTOR.
g) LAS CHISPAS pueden causar que los gases producidos por las baterías
EXPLOTEN; los ácidos de las baterías pueden causar quemaduras en los
ojos y piel. Las baterías contienen ácidos y generan gases explosivos.
Siga las siguientes recomendaciones
1. Siempre utilice un protector facial cuando trabaje en una batería.
2. Detenga la marcha del motor antes de conectar o desconectar los cables
de la batería.
3. No permita que las herramientas causes chispas cuando trabaje en una
batería.
4. No utilice una soldadora para cargar baterías o como puente para
arrancar vehículos.
5. Conecte las baterías a su polaridad adecuada.
h) EL VAPOR Y EL LÍQUIDO REFRIGERANTE CALIENTE Y PRESURIZADO
PUEDEN QUEMAR CARA, OJOS Y PIEL.
El refrigerante en el radiador esta a altas temperaturas y bajo presión.
Siga las siguientes recomendaciones:
1. No quite el tapón del radiador cuando el motor esté caliente. Permita que
el motor se enfríe.
125
2. Cuando quite un tapón use guantes y ponga un trapo mojado sobre el
gollete del radiador cuando remueva el tapón.
3. Permita que la presión baje antes de quitar completamente el tapón.
8.2 DEFINICIONES DE LA SIMBOLOGÍA
Arrancar motor
Positivo
Parar motor
Negativo
Circuito reset
Leer manual de
operador
Batería.
Checar válvulas.
Aceite.
Horas
Combustible Corriente Alterna.
Amperes.
Tierra.
Volts.
127
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS.
Tabla 1.4.5.1 Limites máximos permisibles de exposición. 16 Tabla 1.4.7.1 Capacidad de grupo generador (Planta de Emergencia). 17 Figura 3.8.1 Maquina de control 12 VCD. 42 Figura 3.8.2 Maquina de control 24 VCD. 42 Figura 4.1.1 Instalación típica que muestra el acceso a la planta de
emergencia y la estación de trabajo del operador. 50
Figura 4.3.1 Transporte de la planta de emergencia utilizando un vehículo elevador.
53
Figura 4.3.2 Transporte de la planta de emergencia utilizando una carretilla de horquilla manual.
53
Figura 4.3.3 Planta de emergencia típica con opción de base tipo trineo.
54
Figura 4.3.4 Punto único de izado. 55 Figura 4.3.5 Sistema de izado correcto para la instalación de la
planta de emergencia. 56
Figura 4.3.6 Instalación típica que resalta las técnicas de reducción de las vibraciones.
59
Figura 4.4.1 Disposición general de la planta de emergencia. 62 Diagrama 5.3 Diagrama unifilar simplificado de un interruptor de
transferencia con cuatro generadores conectados a una barra común.
70
Diagrama 6.1.1 Diagrama de tres generadores conectados en paralelo. 77 Tabla 7.6.1 Identificación y localización de averías. 108
129
BIBLIOGRAFÍA.
Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2005.
Manual de instalación de grupos electrógenos, Caterpillar 2005.
Manual técnico sistema de control:
DALE 3220, DALE 7300, Ottomotores, 2010.
Manual de operación y mantenimiento de las plantas eléctricas, Igsa 2009.
Manual de operación, mantenimiento de los grupos electrógenos, Taiguer 2008.
Transferencia y sincronización automática de generadores de emergencia, Christian
A. Luna T. 2006.
Grupos electrógenos, Powerfull, 2007.
Manual de operación para plantas de emergencia, Deutsche G. 1998.
Norma NRF-091-Pemex-2010, (grupo generado).
Norma NOM-001- STPS-2008.
Norma NOM-011-STPS-2001.
Norma NOM-017-STPS-2008.
Norma NOM-026-STPS-2008.