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Alternador para grupo electrógeno

Aunque no sepas muy bien de qué se está hablando cuando se trata de alternadores, estoy seguro que con este artículo lo vas a entender de forma rápida y fácil.

El alternador para grupo electrógeno es un dispositivo similar al aparato que mueve el ventilador del techo de tu salón, solo que, en lugar de consumir corriente para generar un movimiento mecánico, aprovecha un movimiento mecánico para generar electricidad.

¡Así de simple!

Si has leído el artículo anterior sobre el motor para grupo electrógeno, ya has entendido que en este caso aprovechamos la fuerza mecánica del motor para poner en marcha la máquina eléctrica y generar corriente.

Hago de tu conocimiento que desde el punto de vista eléctrico no es una máquina sencilla de entender, por ello, aquí no hablaremos de ‘porqué’ funciona, sino más bien, de cómo se presenta y de su integración en el grupo electrógeno.

¿Qué sabes de un alternador para generador?

Un alternador, que también se llama generador, es una máquina eléctrica cuyo funcionamiento está basado en las propiedades de la inducción electromagnética. Este fenómeno hace que cuando un conductor se mueve dentro un campo magnético, se genera un cierto voltaje a sus extremos. Este voltaje provoca una corriente y así conseguimos electricidad.

El movimiento relativo del conductor y del campo magnético es provocado por el motor diésel, por lo tanto:

Energía mecánica ⇒ electricidad

 

Alternador para grupo electrógeno

Fuente Wikipedia

Un generador para grupo electrógeno está compuesto por una parte exterior fija y hueca, en cuyo interior se aloja una especie de cilindro móvil. La parte fija se llama ESTATOR o INDUCIDO y es lo que se ve, la parte interna es el ROTOR o INDUCTOR, que está conectado al motor y da vueltas porque este le trasmite su rotación.

El campo magnético se provoca en la parte llamada ROTOR e induce el voltaje que comentábamos antes en los conductores que forman el ESTATOR. De forma que en los terminales de estos conductores podrás conseguir una tensión, 230 V, 400 V o la que quieras, para conectar los aparatos eléctricos que desees.

Es importante distinguir entre alternadores síncronos y asíncronos. Sin entrar en detalles técnicos, será suficiente con saber que los grupos electrógenos emplean los síncronos. Los alternadores asíncronos se usan para otras aplicaciones, sobre todo en generación fija de potencia elevada conectada a la red eléctrica como generadores eólicos o hidroeléctricos.

Los alternadores síncronos para grupos electrógenos son máquinas muy eficientes. Su rendimiento varía desde un mínimo del 80 % en los más pequeños hasta alcanzar un 97 % en los de mayor potencia.

A continuación, te voy a hablar en detalle de las características más importantes de un alternador para grupo electrógeno.

Características de un alternador para grupo electrógeno

El rotor

El rotor es el conjunto de las partes que conectadas al motor diésel, rotan en el interior del alternador generando un campo magnético.

Está compuesto por un eje mecánico sobre el que están fijados diversos bobinados de cobre. El tipo y el número de bobinados determinan el número de polos del alternador, que es una característica muy importante, porque establece la frecuencia del suministro eléctrico a un dado régimen de revoluciones de motor. Cada bobinado tiene dos polos.

Por ejemplo:

Girando el motor a 1500 Revoluciones por minuto y teniendo 4 polos (2 bobinados) obtendremos una frecuencia eléctrica de 50Hz. Girando el motor a 1800RPM la frecuencia será de 60Hz.

Las RPM y la frecuencia están relacionadas según la fórmula -tranquilo, es la única fórmula del post 🙂

RPM= 60 * frecuencia / pares de polos

alternador para grupo electrógeno

¿Y el campo magnético, de dónde viene?

Para generar el campo magnético en el rotor se le debe de suministrar una corriente eléctrica denominada EXCITACIÓN, alternativamente se pueden usar imanes permanentes. Los alternadores de imanes permanentes son más costosos y de construcción más compleja.

Existen muchas formas de excitar una máquina síncrona, sin embargo, solo te voy a contar las que realmente se usan hoy en día en grupos electrógenos.

A continuación expongo dos tipos de excitación:

Sin escobillas (Brushless) con puente de diodos: la alimentación se toma directamente desde el mismo rotor, bien a través de un bobinado auxiliar, bien a través de un mini-alternador montado en el mismo. Esto permite que no haya necesidad de conexión eléctrica entre el mismo rotor y el estator, antiguamente sí existía esta necesidad  y por ello se empleaban escobillas.

Compound: la alimentación se consigue a través de un transformador conectado a la tensión de salida del mismo alternador. Se trata de un transformador especial pues controla tanto voltaje como corriente con dos devanados distintos.

El estator

El estator es el conjunto de partes que constituyen el exterior del alternador y están fijas mientras el rotor da vueltas.

También está formado por una estructura metálica y una serie de bobinados de cobre. A las extremidades de estos bobinados tendremos el voltaje inducido por el campo magnético del rotor.

El bobinado se realiza enrollando un hilo de cobre aislado entorno a una estructura metálica, cada giro es una espira. Una vez terminado el bobinado, se impregna en resinas especiales.

La cantidad de bobinados, el número de espiras y su disposición física, determinan la tensión de salida, mientras que la frecuencia solo depende del número de revoluciones del motor principal y del rotor. Por ellos todos los fabricantes disponen de distintos tipos de bobinado que identifican con códigos específicos. El que proporciona 400 Vac y 50 Hz trifásico con neutro es el más común pero también hay más configuraciones como monofásicos, con neutro, sin neutro, bifásicos, y más tensiones como 380 V, 600 V o 690 V entre otras. Sin hablar de los de media tensión… ¡Ya Paro!

Los bobinados se identifican por su disposición y el número de terminales.

Hay bobinados ESTRELLA, DOBLE ESTRELLA, TRIÁNGULO, DOBLE TRIANGULO, ZIG-ZAG y más.  Dependiendo de la configuración deseada tienen 6 bornes o 12 bornes. Es decir, 6 puntas para 3 bobinas, o 12 puntas para 6 bobinas.

Muchos son los datos característicos de los alternadores desde el punto de vista eléctricos, aquí solo mencionaré algunos.

La corriente de corto circuito y el conjunto de las reactancias intrínsecas de la máquina eléctrica (Z transitoria directa e indirecta, Z subtransitoria directa e indirecta, por ejemplo). Estos valores dependen de las características mecánicas constructivas y del diseño y son parámetros fundamentales para la instalación del equipo. Son necesario para realizar los cálculos de ingeniería a la hora de conectar el grupo electrógeno a una red eléctrica.

De hecho, están definidos por los Grid Codes porque si no se respetan ciertos baremos, la máquina no sería compatible con la red eléctrica y esto podría generar serios daños y cortes de suministro.

La clase de aislamiento es otro aspecto a tener en cuenta. Para grupos electrógenos solemos hablar de clase H aunque se utilicen también F y B en algunos casos.

Este parámetro indica la calidad de la impregnación de los bobinados -la capacidad del aislamiento entre un conductor y otro-. Por ejemplo, ‘Aislamiento clase H’ quiere decir que los devanados están preparados para calentarse hasta 165 ºC cuando la temperatura ambiente es de 40 ºC.

Sin embargo, puede ser necesario el aislamiento clase H y funcionamiento ser de clase F. Esto significa que, aunque el bobinado esté preparado para trabajar hasta 165 ºC cuando la temperatura ambiente es de 40 ºC, nosotros lo limitaremos a 145 ºC.

En resumen:

ALTERNADOR PARA GRUPO ELECTRÓGENO

Valores de temperatura por clase de aislamiento.

El Automatic Voltage Regulator -AVR- es el dispositivo que regula la salida de tensión y que se encarga de mantenerla controlada en todas las condiciones de carga.

Puede funcionar de dos formas: isócrona -tensión siempre constante- o droop -hay una diferencia controlada entre plena carga y vacío-, según esté configurado el sistema. Ampliaremos este aspecto cuando tratemos el paralelo.

El AVR puede ser digital o analógico y dialogar o no con otros dispositivos del sistema. Importante destacar que según el tipo de carga y el grado de precisión que necesites, podrás optar por uno que monitoriza al mismo tiempo todas las fases del circuito o solo una. La precisión de la regulación suele estar entre un 0,5 % y 1 %, dependiendo de la calidad del regulador.

¿Todavía más?

El sistema de refrigeración es normalmente de aire, pero también puede ser agua con circuitos cerrado. La refrigeración por agua se prefiere en ambientes con contaminación en el aire, riesgos químicos o de explosión.

La distorsión armónica -THD- en la línea del suministro que dependerá de la carga pero también del alternador y de sus reactancias intrínsecas vistas arriba.

Las conexiones del alternador se realizan por la caja puesta encima del mismo. Suele ser una caja sencilla con una serie de bornes y barras en su interior donde se pueden atornillar los cables.

Accesorios de un alternador para grupo electrógeno

Entre los accesorios más importantes, se debe recordar a los sensores de temperatura de los devanados los cuales cumplen la función de monitorear que no haya un excesivo calor que pueda dañar el aislamiento y provocar un cortocircuito.

Otros sensores son los de temperatura de cojinetes, especialmente importantes en aplicación de suministro continuo, distintas cajas de conexión especial y adaptadores mecánicos para el acoplamiento al motor.

El PMG, o generador de imanes permanentes, sirve para separar la alimentación de la excitación y suministro eléctrico principal. Es especialmente útil cuando se suministran equipos electrónicos que inducen elevadas distorsiones armónicas en la línea de alimentación.

Para saber más

Mucho más se podría decir sobre los alternadores para grupo electrógeno pero no se pretende aquí entrar en detalles técnicos y aspectos de ingeniería.

No obstante, si te gusta la física puedes consultar la Ley de Faraday de inducción electromagnética; si tienes deseos de aprender más te recomiendo comenzar por esteeste otro artículos de Wikipedia; y si no se te ha quedado claro qué son las escobillas puedes averiguarlo aquí.

Los Grid Codes en Europa están regulados  por la Comisión Europea y definidos por un comité de expertos. Puedes consultarlos aquí Europa.eu/Electricity Network Codes.

Por último, te recomiendo visitar los sitios web de fabricantes como Stamford-avk.comMarelli motori.comMeccalte.com. Por nombrar algunos europeos.

Photo Credit Wikipedia y fotos proprias.

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como calcular el precio de un producto

Al igual que otras máquinas, por ejemplo, tu propio coche, un grupo electrógeno necesita de combustible y de mantenimiento para funcionar.

Generalmente, no se suele dar mucha importancia a este aspecto, sobre todo cuando el generador trabaja pocas horas al año.  Sin embargo, si hablamos de grupos electrógenos que suministran energía durante un número importante de horas por semana, mes o año, el gasto de operación -mantenimiento y combustible- es importante.

Pero ¿cómo se calcula el consumo de un grupo electrógeno?

Imagina un generador de 100 kVA, apto para una urbanización, una industria mediana, o un bombeo para riego; esta máquina consume un promedio de 16 litros de gasóleo por hora al 80% de su carga, según los datos del fabricante. Si trabaja 10 horas por día, 5 días por semana, 50 semanas por año, estamos hablando de un total de 10 x 5 x 50 = 2.500 horas.

Multiplícalas por el consumo de 16 lt/h: 2.500 x 16 = 40.000 litros.

Aunque contemos con gasóleo a precio subvencionado, en España podríamos estar en torno a un gasto de entre 25 y 30.000 € por año.

¡40.000 LITROS y 30.000 EUROS, una barbaridad!

¿Qué es el OPEX o gasto de operación?

consumo de un grupo electrógenoPara identificar el gasto de operación de un grupo electrógeno, también se utiliza el término OPEX del inglés OPerational EXpenses, y el mismo, es un parámetro muy importante cuando hablamos de generadores que acumulan muchas horas de trabajo.

Si bien es cierto que el mayor gasto operativo es el combustible, hay otros aspectos que debemos tener en cuenta al tratar el gasto de operación.

El OPEX abarca tanto los desembolsos directos para combustible y aceite como los gastos de mantenimiento ordinario y extraordinario.

El mantenimiento ordinario es el que nos recomienda el fabricante de cualquier equipo: sustitución periódica de filtros, correas, aceite y otros componentes sujetos a usura como bridas y juntas.

El mantenimiento extraordinario es el que nos vemos obligados a hacer y no es previsible: roturas, fallos, accidentes o calamidades naturales que dañan el equipo.

El gasto de mantenimiento total será la suma de las piezas y de la mano de obra necesaria para realizar las tareas ordinarias y extraordinarias.

¿Cómo reducir el consumo de un grupo electrógeno?

Comenzando por la tarea más compleja: analizar lo que podemos hacer para reducir el gasto y optimizar la operación. El consumo de combustible está relacionado con algunos aspectos que hay que tener en cuenta:

  • La temperatura y las condiciones ambientales.
  • La tecnología de inyección del motor.
  • El porcentaje de carga.
  • Los niveles de emisiones de gases contaminantes que el motor cumple.
  • La calidad del combustible.

Temperatura y condiciones ambientales

Los valores de consumo de combustible declarados por los fabricantes se prueban y certifican en condiciones muy concretas indicadas por las normas aplicables;  en este caso, la ISO 3046 marca una temperatura ambiente de 25°C y una presión atmosférica de 100 kPa.

Cuando operamos el generador en condiciones ambientales distintas a las indicadas, especialmente cuando las temperaturas son muy bajas, el consumo se ve afectado y puede aumentar de forma considerable.

Por ello, es aconsejable instalar el grupo electrógeno en un sitio resguardado (caseta o techado) y mantener el espacio limpio y en buenas condiciones.

La tecnología de inyección del motor

Este aspecto ha evolucionado mucho en las últimas dos décadas y ha permitido reducir el consumo de los motores. Resulta evidente que un motor de última generación es más costoso que uno de tecnología más antigua, pero si pensamos usarlo para aplicaciones que requieren muchas horas de trabajo la inversión será justificada.

El ahorro en el gasto de combustible puede alcanzar el 5% y en algunos casos hasta el 10%,  con excepciones donde esta condición no se verifica.

¿Qué regla sería aplicable si no hubiese excepciones?

Si sabes que tu generador trabajará muchas horas, es aconsejable elegir un motor optimizado para un consumo reducido. De esta forma, aunque requiera una inversión inicial mayor, resultará conveniente a largo plazo ofreciendo un mayor beneficio en la reducción de los gastos de operación.

El porcentaje de carga

Este aspecto es importante para poder aprovechar de forma óptima el generador.

El consumo de un motor no se mide solo en litros de combustible quemados por hora, sino también en gramos de combustibles quemados por kWh generado. Sin entrar en detalles técnicos, baste saber que gracias al segundo podemos medir la diferencia de consumo proporcional entre baja carga y máxima carga.

Es decir, cuando un motor trabaja con baja carga consume más que cuando trabaja a plena carga con relación a la potencia que genera.

Este concepto debe servir para: primero, elegir un motor sin que le sobre demasiada potencia respecto al uso que le quieras dar; segundo, utilizarlo siempre a la máxima carga posible teniendo en cuenta el promedio admitido por el fabricante.

¡De esta forma ahorrarás combustible!

Los niveles de emisiones de gases contaminantes

En algunos países y para ciertas aplicaciones, los grupos electrógenos también deben cumplir con ciertas normativas sobre los gases de escape contaminantes.

Debes saber que el mismo motor en su versión que no cumple las emisiones puede tener un consumo inferior a cuando sí las cumple.

Esto se debe a las distintas temperaturas de funcionamiento y a los tiempos de inyección que en el primer caso, se ajustan para una mejor eficiencia y en el segundo, para limitar la formación de gases y materias contaminantes.

La calidad del combustible

Un combustible de mala calidad influye sobre el consumo por dos razones principales: porque el poder calorífico podría ser inferior al marcado por las normativas de referencia y porque podría haber otros componentes como agua, algas, suciedad, que afectarían a la combustión y sobre todo la vida del motor.

No te la juegues y usa siempre gasóleo de calidad, o te arriesgas a tener problemas muy serios en el grupo electrógeno.

consumo de un grupo electrógeno

Otras claves para presupuestos ajustados

Todo lo antes expuesto, tiene un efecto directo en el consumo de combustible, pero también otro en el mantenimiento del motor.

Gasóleo sucio o trabajo a cargas bajas deterioran el motor y hacen que los mantenimientos se multipliquen. Y el desembolso también.

La buena noticia es que si cuidamos los aspectos comentados y aplicamos algunas ideas más, podremos controlar el gasto de mantenimiento y en algunos casos hasta reducirlo.

Mantenimiento predictivo y adaptativo

Es recomendable seguir al pie de la letra las recomendaciones del fabricante sobre mantenimiento y acordar con él, cuando posible, alguna estrategia para adaptarlo a las condiciones reales de trabajo.

Si el generador está instalado correctamente y en un ambiente limpio, probablemente los filtros de aire puedan durar más que las horas teóricamente  recomendadas.

Antes de cambiarlos, haz una prueba de contrapresión o instala indicadores que te avisen cuando es realmente el tiempo de reemplazarlos. Es posible  hacer lo mismo con los filtros de gasóleo y aceite; si se usan fluidos de buena calidad, te podrás plantear el montar sensores de contrapresión y esperar a que los filtros estén realmente obstruidos.

Incluso para el aceite, sobre todo en motores que utilizan mucho, es recomendable realizar un muestreo en lugar de cambiarlo periódicamente. Los aceites de buena calidad pueden tener durabilidad sorprendente.

Mezcla con combustibles gaseosos

Es una solución algo compleja pero efectiva para quien dispone de gas natural, GPL o biogás. Se trata de mezclar el aire de combustión con una cantidad controlada de gas para que contribuya en la combustión y permita ahorrar gasóleo .

Hay soluciones en el mercado que permiten realizar esta instalación y con rendimientos muy bueno. Estos sistemas se llaman comúnmente Bi-Fuel.

Hibridación y almacenamiento de energía

Lo más reciente es la integración o hibridación, de grupos electrógenos con fuentes renovables (solar o eólico) y/o baterías para almacenar la energía cuando ésta sea más económica de producir.

Con estos sistemas se consiguen, entre otras, tres principales ventajas: mantener el grupo electrógeno a su carga óptima ya que las baterías se encargan de suministrar potencia cuando el consumo eléctrico es bajo; aprovechar fuentes a coste cero y mantener la producción con gasóleo para cuando la renovable no está disponible; así como, bajar las horas de trabajo del generador reduciendo el consumo y el gasto de mantenimiento debido a usura.

Si bien es cierto, que este sistema es costoso de realizar, tiene plazos de retorno de inversión interesantes que, en muchos casos, quedan por debajo de los 5 años.

Para saber más

Para completar la información de este post, te recomiendo pasar por otros artículos relacionados con el tema tratado: Motor para grupo electrógeno¿Cómo se hace el mantenimiento de un grupo electrógeno?, Directiva EU 2016/1628 para maquinas móviles no de carretera,

Por otro lado, solo como información (ni tengo beneficios por señalarte estas empresas, ni las considero mejores o peores que otras en el mercado) te dejo un par de enlaces a empresas que realizan sistemas Bi-FuelAltronic Inc es norteamericana, Comap es europea.

 

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motor grupo electrogeno

Motor para grupo electrógeno

Seguro que sabes muy bien lo que es un motor diésel y que los hay para coches, camiones y muchas otras  aplicaciones más.

Sin embargo, un motor para grupo electrógeno es algo distinto, lo más importante es que trabaja a velocidad fija, pero no es lo único.

Vamos a aprender a continuación cómo funciona un motor y cuáles son las peculiaridades de un motor para generador.

¿Qué sabes de un motor para generador?

El motor diésel es una máquina que quema combustible y convierte energía térmica en energía mecánica, ésta a su vez se convierte en eléctrica por el alternador.

Combustible ⇒ energía térmica ⇒ energía mecánica ⇒ electricidad

Los motores diésel de 4 tiempos se conocen sobre todo por su popularidad en el sector de la automoción, sin embargo, tienen muchas aplicaciones más como la náutica deportiva o comercial, ferrocarril y por supuesto, la generación eléctrica.

motor grupo electrogeno

A nivel constructivo para grupo electrógeno, la configuración más común en pequeña y mediana potencia es la configuración en línea. La configuración en V es frecuente en motores de mayor potencia, aunque haya excepciones.

Destacar que en todas las potencias se recurre abundantemente a la sobrealimentación, es decir, montan un turbo para poder entregar mayor potencia con la misma cilindrada.

A continuación, expongo en detalle las características más importantes de un motor para grupo electrógeno:

  1. El tipo de combustible empleado puede ser:
    1. Gasolina o Diésel.
    2. Gas Natural o gas licuado del petróleo (GLP).
    3. Combustibles especiales con Jet (JP8), Aceite Pesado (HFO).
    4. Bio-combustibles como Biodiesel o Biogas.
  2. El régimen de rotación o velocidad:
    1. 1500 o 3000 RPM para generación a 50Hz.
    2. 1800 o 3600 RPM para generación a 60Hz.
    3. Otros regímenes menos comunes como 720, 1000 RPM empleados en motores de potencia elevada.
  3. El tipo de aplicación, Ref. ISO 8528:
    1. Potencia Principal (PRIME).
    2. Potencia Continua (CONTINUOUS).
    3. Potencia de Emergencia (STAND-BY).
  4. Sistema de refrigeración:
    1. Agua o Aire.
    2. Radiador mecánico o eléctrico.
    3. Radiador acoplado o remoto.
    4. Torres de refrigeración.
  5. Tipo de inyección:
    1. Directa o Indirecta.
    2. Inyector bomba.
    3. Bomba inyectora.
    4. Common-rail.
  6. Tipo de Aspiración:
    1. Natural, Turbo o Turbo Posrefrigerado.

Un poco de historia…

Rudolf Diésel deposita en Berlín en 1892 la patente # 67207, pero solo 44 años después, en 1936 se inicia la producción de motores para coches. Será Mercedes Benz quien utiliza este motor para automóviles en grandes series.

Características de un motor para grupo electrógeno

El Combustible

En generación eléctrica el diésel es sin duda el combustible más común, pero también se emplean otros tipos de combustibles.

Veámoslos.

La gasolina sirve sobre todo para generadores de potencia pequeña hasta los 5 kw. Tiene la ventaja que los motores son más económicos y el mantenimiento es más sencillo. Puede ser una buena opción para bricolaje o camping.

El gas natural y LPG se emplean sobre todo en plantas de generación estacionarias y de cogeneración.

El JP8/JET (¡Sí! El de los aviones), lo suelen usar los militares para poder aprovechar las reservas almacenadas en los aeropuertos. En caso de conflicto, es un requisito importante.

Aceites de origen vegetal como el biodiésel se abren camino para casos de generación continuada, pero siguen siendo necesarias algunas adaptaciones al motor para poder garantizar una cierta durabilidad. Estos combustibles suelen ser más agresivos y también requieren un mayor mantenimiento.

El aceite pesado HFO se usa exclusivamente en plantas de generación de potencia elevada, requiere de un sistema de pretratamiento complejo y costoso, aunque el precio del combustible en si sea menor que el diésel u otras opciones.

motor grupo electrogeno

El ciclo diésel

El funcionamiento del motor diésel se basa en el concepto de que un gas comprimido se calienta. El motor aprovecha esta propiedad y comprime aire a valores tan altos, que ocasiona que el combustible inyectado se encienda espontáneamente.

Esto pasa porque el aire presente durante la compresión alcanza una temperatura superior a la temperatura de encendido del diésel. Por lo tanto, se define ‘encendido espontáneo’, mientras que la gasolina o el gas necesitan un encendido controlado por bujías.

El régimen de rotación o velocidad

El régimen de 1500 Revoluciones por minuto RPM es el más común para generar corriente a 50Hz, 1800RPM corresponden a 60Hz.

También encontramos 3000/3600RPM para motores pequeños de diésel y gasolina. Esto tiene la ventaja de reducir coste y tamaño de motor, pero también reduce la vida útil del mismo.

Para plantas de generación se usan motores de media o baja rotación como 720 o 1000 RPM que reducen los consumos y extienden hasta el doble la vida útil.

La regulación de velocidad se delega a un sistema de control independiente. Puede ser un control mecánico que actúa por masas e inercias, o un sistema electrónico. Dentro de los sistemas electrónicos tenemos varias opciones.

Controladores que actúan sobre levas que simplemente ‘meten’ más o menos gasoil por medio de un actuador y una bomba en línea, o sistemas totalmente electrónicos como el Common-rail.

En los modernos motores Common-rail, la velocidad se regula con un módulo electrónico. Se llaman ECM -Engine Control Module- o ECU – Engine Control Unit- y son pequeños ordenadores que miden todos los paramentos de funcionamiento del motor, a la vez que establecen cuándo y cuánto combustible vaporizar en los cilindros.

La cantidad de combustible se define por mapas.

Los mapas, simplificando, son tablas en las que tras oportunas pruebas, están establecidas las cantidades exactas de combustible en función del esfuerzo y las revoluciones. En un mismo motor podemos tener mapas para calibrar más o menos potencia y más o menos contaminación.

El tipo de aplicación. ISO 8528

Todo grupo electrógeno se puede dimensionar para trabajar en regímenes distintos: Potencia Principal (PRIME); Potencia Continua (COP); Potencia de Emergencia (LTP y ESP).

Cuando empleamos un motor diésel disponemos de cierta cantidad de potencia. Dependiendo de las variaciones de intensidad y la duración del esfuerzo, determinaremos su vida útil.

Por ello, aunque se trate del mismo equipo tenemos distintas formas de medir la potencia. Para profundizar este tema te remito a otra entrada del blog Gensets para dummies/La potencia de un grupo electroógeno donde se explica detenidamente la diferencia entre las distintas definiciones de potencia.

Sistema de refrigeración

La refrigeración de un motor para grupo electrógeno se puede hacer de varias formas: a través de un radiador, una torre de refrigeración o un intercambiador de placas.

El radiador es el más común.

Se trata de un sistema a circuito cerrado en el que un fluido (agua o agua más glicol) pasa a través de una masa radiante que puede ser de cobre o de aluminio. El radiador puede ser vertical u horizontal, acoplado al motor o separado.

La ventilación es forzada y se hace con un ventilador directamente acoplado al motor, montado sobre poleas y conectado al cigüeñal con correas, o separado y conectado a un motor eléctrico alimentado por el alternador.

El material y tamaño de la masa radiante, la dimensión, el perfil de aspas del ventilador, la potencia y el número de revoluciones, determinan el poder de refrigeración.

Para verificar la refrigeración máxima se suele realizar una prueba ATB.  La prueba ATB (Air To Boil) permite averiguar a qué temperatura el motor se calienta y nos confirma si el sistema de refrigeración está correctamente dimensionado.

Para saber más sobre las pruebas ATB puedes consultar este post Gensets para dummies/Pruebas de un grupo electrógeno

Las torres de refrigeración, son sistemas de refrigeración a circuito abierto donde una pequeña parte del agua evapora y en ese proceso se lleva el calor del motor. Tienen el inconveniente de necesitar mantenimiento y un continuo tratamiento del agua para evitar la aparición de hongos y bacterias. También hay que tener en cuenta que hay un desgaste de agua continuo.

En los casos donde no es posible instalar un radiador a una distancia razonable del motor, un generador instalado en un sótano por ejemplo, se recurre a intercambiadores de placas.

Estos nos permiten crear circuitos secundarios fáciles de llevar hasta la azotea o el techo. Este sistema necesita de una ingeniería más detallada y hay que tener mucho cuidado en el caso de motores con intercooler de tipo aire/aire.

Tipo de inyección

Cuando tenemos inyección indirecta, el gasóleo se inyecta en una precámara de combustión que se encuentra en la cabeza del cilindro. En el inyector solo hay un nebulizador y trabaja a una presión de unos 150 bares. En la pre-cámara hay una bujía eléctrica que calienta las paredes metálicas, así como el gasóleo. La bujía sirve para facilitar el arranque y desminuir el retraso en la combustión reduciendo ruido y estrés mecánico.

La inyección indirecta ha sido la única disponible hasta que se han introducido las bombas de alta presión.

Así nació la inyección directa.

Gracias a las bombas de alta presión se han podido eliminar las precámaras. Se han comenzado a emplear juntos con inyectores o multiinyectores. Estos sistemas tenían inconvenientes debidos a la variabilidad de la presión en función del régimen de rotación.

Se pasó entonces a almacenar combustible presurizado: nace el Common-rail.

También se ha utilizado un sistema, el inyector bomba, donde cada inyector tiene su propia bomba de alta presión.

Hay varios sistemas de inyección directa utilizados en los motores diésel.

Inyección directa significa que el combustible entra directamente en la cámara de combustión (sin precámara). En este caso, el sistema de alimentación debe funcionar a presiones mucho más altas del sistema de inyección indirecta (además, los inyectores suelen tener tres o más orificios, de diámetro más pequeño).

La inyección directa se hace con diferentes tecnologías, la más popular es la llamada Common rail, pero también hay otras como los inyectores-bomba donde en el mismo inyector hay una bomba que presuriza el combustible.

Una cosa importante es que la inyección se reparte en distintas fases: Pre-inyección, comienza la combustión; Inyección, es la combustión principal; Pos-inyección, para ayudar los sistemas de reducción de contaminantes.

Tipo de Aspiración

La aspiración es la introducción de aire en las cámaras de combustión del motor. Cuanta más potencia necesitamos, más aire se debe introducir.

Los motores de aspiración natural o atmosféricos, están limitados por la presión ambiental pues no hay un sistema que fuerce la entrada de aire. Para motores de aspiración natural solo se puede aumentar potencia aumentando la cilindrada.

Para subir potencia pero sin aumentar cilindrada, se puede recurrir a la aspiración forzada. Esta se realiza con turbocompresores que aprovechan el flujo de gases de escape para mover una turbina que comprime el aire en el circuito de aspiración. De esta forma, tendremos más aire en el mismo volumen a una presión mayor.

A niveles extremos, la compresión introduce un problema de sobrecalentamiento del aire que puede causar varios efectos negativos (detonación, autoencendido, eficiencia, entre otros). La solución a este problema es el inter-cooler que refrigera del aire comprimido optimizando la temperatura y densidad del mismo.

En los motores de grupo electrógeno encontramos el inter-cooler Aire/aire que intercambia calor entre el aire comprimido y el aire externo; y el Aire/agua que intercambian calor entre el aire comprimido y un fluido, normalmente agua, que a su vez se refrigera con un radiador.

Otros Aspectos de un motor para grupo electrógeno

Mantenimiento

Para cualquier motor lo más importante son el cambio de aceite y de filtros, aunque son necesarios más ajustes periódicos. Te remito a la entrada sobre mantenimiento que puedes encontrar aquí Gensets para dummies/Mantenimiento de un grupo electrógeno

Impactos de carga

Un impacto de carga es una subida repentina de carga que le aplicamos al motor.

La respuesta del motor depende en gran mayoría de la cilindrada y de la capacidad de reacción del turbo. En el caso de tener dos motores de igual volumen, responderá mejor el que tenga mayor relación de compresión y Presión Media Efectiva.

Sistema de Escape

Los gases de escape se canalizan en una tubería hasta un silencioso. Esto sirve para reducir el ruido que sale por este medio y, dependiendo del nivel de emisiones, hacen también la función de catalizador. Además, podríamos encontrar filtros de partículas o apaga chispas. Todos estos son accesorios que no dependen directamente del motor sino más bien de la aplicación.

Emisiones

El nivel de emisión de gases y otros contaminantes depende del tipo de inyección y de la regulación. Especialmente, el nivel de NOx y de partículas depende en gran medida de los tiempos de la combustión. Cada motor se ha de ajustar para poder reducir al mínimo estas emisiones.

Además, los motores para grupo electrógeno deben de respetar normativas específicas del sector. En concreto, en los EEUU se debe cumplir con los requerimientos de la Environment Protection Agency EPA, mientras que en Europa es la Comisión Europea quien regula este aspecto.

Te remito a un artículo específico sobre emisiones para una información más exhaustiva sobre la normativa europea: Gensets para dummies/Directiva EU 2016/1628.

Motores Switchables

En algunas situaciones muy concretas se hace uso de motores capaces de trabajar tanto a 1500RPM – 50Hz como 1800RPM – 60Hz.

El cambio de régimen de trabajo se hace normalmente a través de un switch conectado al ECU del motor. A nivel mecánico no hay mayor problema, solo a nivel de homologaciones de niveles de emisiones hay que tener cuidado. Un motor podría estar homologado a 50Hz, pero no a 60Hz.

Esta funcionalidad se usa especialmente en puertos, donde los generadores pueden dar servicio tanto a barco europeos como norteamericanos por ejemplos. Dependiendo de las cargas necesitaremos una u otra configuración de suministro.

Condiciones climáticas

El rendimiento del motor siempre se ve influenciado por las condiciones meteorológicas, de hecho, los valores de potencia se refieren a unas condiciones estandarizadas.

Para proporcionar un arranque óptimo, incluso en condiciones adversas, se utilizan dispositivos que preparan el motor. Por ejemplo, el precalentamiento del refrigerante sirve para minimizar los efectos adversos del frío.

Te aconsejo revisar este artículo para obtener más información sobre las condiciones ambientales: Gensets para dummies/Qué grupo electrógeno necesito en alta montana o cuando hace calor

Para saber más

Hemos mencionado la Agencia de protección medioambiental de los EE. UU., puede resultar interesante visitar su sitio web.

Si quieres entender mejor la mecánica del motor, te recomiendo estas páginas muy didácticas y bien organizadas acerca del Motor diésel y del Turbocompresor.

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Qué directivas debe de cumplir un grupo electrógeno
Todos los objetos y herramientas que tenemos alrededor tienen que cumplir con unas normas concretas para su diseño y fabricación. Estas normas recogen criterios que satisfacen a directivas y estas a su vez, se aplican en cada país a través de leyes tales como el Real Decreto.
Normas, directiva, real decreto… ¿Qué quiere decir todo eso? ¿Qué es el marco CE? y ¿Qué directiva debe cumplir un grupo electrógeno?

¿Qué directiva debe cumplir un grupo electrógeno?

Qué directivas debe de cumplir un grupo electrógeno
Muy a menudo se confunden los conceptos relacionados con el marcado CE, las directivas EU y las normas. En realidad todas estas herramientas, tienen rasgos y funciones muy concretas y diferentes entre sí. Todas sirven para que lo que se diseñe, fabrique o construya se haga bajo unos criterios comunes que garanticen la seguridad de los usuarios, el correcto funcionamiento y la ausencia de perturbaciones a otros sistemas.
Existen distintos organismos que se encargan de que esto ocurra, cada unos de ellos dispone de equipos de expertos, cuya función es la de marcar pautas para que diseñadores, ingenieros y/o fabricantes tengan referencias e instrucciones concretas a la hora de fabricar algo.
La reglamentación abarca absolutamente todos los objetos que usamos diariamente, desde las viviendas, hasta los juguetes; desde los ordenadores, hasta los alimentos.

Haz una prueba: busca la Marca CE en los objetos que usas a diario, quedarás sorprendido de verla tan a menudo.

Cuando diseñas un grupo electrógeno deberás indagar sobre las directivas que se deben cumplir considerando todos los posibles aspectos que éste abarca:
  • El grupo electrógeno es una maquinaria, un conjunto de elementos que sirve para desarrollar una función y que puede -o no- ser operado por un usuario; por lo tanto, deberá cumplir la Directiva 2006/42/EC, Seguridad de las Maquinarias.
  • El grupo electrógeno entrega corriente eléctrica en baja tensión (menor de 1000 Vac), por lo tanto, deberá  cumplir la Directiva 2014/35/EU (sustituye 2006/95/EC), Equipos de Baja Tensión.
  • Además, emite campos electromagnéticos. Recuerda que el alternador es una máquina eléctrica que aprovecha un campo magnético para generar corriente, por lo tanto, debe cumplir con Directiva 2004/108/EC, Compatibilidad Electromagnética.
  • El grupo electrógeno tiene un motor diésel que, como todos los motores, emite gases de escape; por ello debemos contar con la Directiva 97/68/EC, modificada por la Directiva 2012/46 / UE y sucesivamente derogada por la 2016/1628 EU, de emisión de gases y partículas contaminantes de motores empleados fuera de carretera.
  • Siempre el mismo motor genera ruido, que puede ser escuchado por las personas que estén alrededor, por ello es regulado también por la Directiva 2000/14/EC, modificada por la Directiva 2005/88 / CE, sobre emisión de ruido de los equipos al aire libre.
Para cumplir con todo lo que estas directivas nos indican, es importante apoyarse en las normas armonizadas, especialmente la EN ISO 8528 que se refiere al grupo electrógeno y abarca todo lo relacionado con el Genset, desde el diseño hasta las pruebas.
Solo tras haberse diseñado y fabricado cumpliendo con las directivas y normas aplicables, los grupos electrógenos se entregan con una declaración de conformidad CE.

¿Qué es el Marcado CE?

El Marcado CE -también se puede llamar Marca CE- es una marca que se aplica a algunos productos industriales. Está regularizado por la Directiva 93/68/EEC.
Lo primero que hay que destacar es que el Marcado CE no garantiza ni calidad, ni prestaciones por sí mismo. Es una declaración, una promesa, por parte del fabricante que el producto satisface los requisitos mínimos legales de seguridad según las directivas y normas aplicables descritas antes. En ningún momento interviene una tercera parte a comprobar el cumplimento de las mismas. Es necesario aplicarlo físicamente a cada producto que esté dentro del marco de las Directivas denominadas ‘New Approach‘ y se vaya a comercializar en cualquiera de los países miembros de la Unión Europea. Aún fabricándose fuera de la misma, un producto no se puede rechazar en Europa si el Marcado CE se ha aplicado.
Sin embargo, aunque demos por sentado que el Marcado CE ha de ser aplicado a un grupo electrógeno comercializado en nuestro país, debemos averiguar si hay otros reglamentos o leyes locales que pueden ser aplicables. Autoridades regionales o locales pueden sumarse a los requisitos de la UE en temas como el ruido o las emisiones contaminantes.
Por ejemplo, en España es fundamental respetar y aplicar el Reglamento Eléctrico de Baja Tensión. Un documento aprobado por Real Decreto, que establece los requerimientos y los criterios de proyecto y ejecución de cualquier sistema eléctrico de baja tensión realizado en el país.

Las directivas y normas, ¿qué diferencia hay?

Es muy importante aclarar la diferencia existente entre los términos que hasta aquí hemos empleado.
Las Directivas Europeas, son herramientas jurídicas que permiten trasladar a las naciones, las decisiones tomadas en las instituciones europeas. Grupos de expertos procedentes de los países miembros, realizan propuestas de Directivas a través de la Comisión Europea y éstas deben ser aprobadas por el Parlamento Europeo. Una vez aprobadas, cada estado miembro deberá asumirlas y aplicarlas con una ley nacional, (por ejemplo un Real Decreto). Solo entonces estas directivas toman significado y valor para los ciudadanos.
Las Normas, son especificaciones técnicas aprobadas por un organismo reconocido (ISO, UNE, ANSI, BS, etc…) cuya observancia no es obligatoria. Sin embargo, nos sirven de referencia y garantía, para actuar en cumplimiento con las directivas para las que sirven. Son documentos redactados conjuntamente por miles de expertos de todo el mundo, que definen las características (tamaño, rendimiento, seguridad, organización, etc.) de un producto, como también proceso o servicio de acuerdo con el estado del arte. Las Normas, para poder definirse así, deben cumplir con cuatro requisitos: ser consensual, ser democrática, ser transparente y ser voluntaria.
Una norma es armonizada y es válida en toda la Unión Europea cuando recibe el código de EN (Norma Europea) por las autoridades correspondientes: CEN, CENELEC o ETSI.
Voy a poner un ejemplo: imagina que debes diseñar y fabricar un secador de pelo; ante todo debes consultar las directivas aplicables, que son como mínimo las 2004/108/EC Electromagnetic compatability (EMC) y la 2006/95/EC Low Voltage (LVD). Éstas te darán indicaciones genéricas sobre como garantizar la seguridad de las personas. Simplificando, encontrarás recomendaciones para evitar la electrocución o que el peso excesivo provoque daños a músculos o articulaciones.
Pero ¿cómo conseguir que la gente no se electrocute? De manera específica, puedes buscar normas puntuales para tu equipo, por ejemplo, la IEC 60335-1:2010+AMD1:2013+AMD2:2016 CSV Version consolidada de aparatos eléctricos, domésticos y similares.
En la norma encontrarás instrucciones técnicas exactas para solventar el problema de la electrocución, doble aislamiento, protecciones diferenciales y otras tecnologías aplicables para garantizar la seguridad. Siguiendo la norma armonizada aplicable,  garantizas el cumplimiento con la Directiva por la que está armonizada. En tu certificado CE deberás indicar la Directiva que cumples, así como las Normas que has seguido, esto sustentará tu certificado con elementos y criterios objetivos.

Este ejemplo es una simplificación extrema del proceso descrito, en ningún caso debe de servir como caso de estudio o referencia.

Marcado CE de grupos electrógenos antiguos

El marcado CE ha entrado en vigor en Europa en el año 1996, antes no era un requisito necesario. Sin embargo, hay muchas maquinarias y grupos electrógenos fabricados antes de esa fecha que aún siguen en uso. En estos casos ¿es necesario que lleven marco CE?
Por lo general, si el grupo electrógeno, o la maquinaria, es de nuestra propiedad y no vamos a vender o ceder la máquina a terceros, no tenemos obligación de cumplimiento, siendo la ‘Directiva Máquinas’ posterior al año de fabricación del equipo y no teniendo efectos retroactivos.
Por otro lado, si queremos vender el grupo electrógeno o cederlo a terceros, debemos asegurarnos que cumpla con y en todo caso mejore, los requisitos de seguridad vigentes en el año de fabricación. Es aconsejable solicitar un examen profesional por parte de un experto, éste deberá recomendarnos las medidas necesarias para que el equipo se ponga en seguridad empleando materiales y técnicas propias del estado del arte. Será bueno conservar todos los informes, facturas y justificantes de los trabajos realizados.
No olvides que en caso de accidentes y consecuentes perjuicios a cosas o personas, la responsabilidad será del propietario del grupo electrógeno.

Para saber más

Para los lectores españoles será fundamental profundizar el conocimiento del REBT. También dejo un enlace a un sitio web muy completo sobre la Directiva Maquinas.
Respecto a la organización de la Unión Europea sugiero utilizar este enlace, mientras que para consultar sobre cuáles son los ámbitos de aplicación de las directivas New Approach consulta aquí.
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¿A qué pruebas se somete un grupo electrógeno?

Cada equipo eléctrico que adquirimos tiene que pasar por unas pruebas de funcionamiento antes de poder comercializarse. ¿Pero a qué pruebas se somete un grupo electrógeno?

Un grupo electrógeno no se fabrica, se ensambla. Los componentes principales como el motor, el alternador y el cuadro eléctrico se someten a pruebas específicas realizadas por los respectivos fabricantes. Fabricantes que a veces ensamblan el grupo electrógeno completo y otras veces no.

Por lo tanto, el empaquetador, o packager, del grupo electrógeno deberá, tras haber ensamblado los distintos componentes, probar el conjunto y los sistemas auxiliares que añada, los cableados de control y potencia, las líneas de combustible o el capotado de protección e insonorización.

¿A qué pruebas se somete un grupo electrógeno?

La validación e introducción en el mercado de un grupo electrógeno, es un proceso que requiere profundos estudios y estrictas pruebas para poder garantizar tanto las prestaciones como los requisitos de calidad.

Podemos distinguir dos familias de pruebas que los packager realizan en sus equipos: las pruebas que se realizan una sola vez en el equipo prototipo y, las pruebas a las que se someten todos los equipos fabricados en serie. Las pruebas del prototipo sirven para realizar comprobaciones y recaudar información sobre el generador en su conjunto y su comportamiento en distintas situaciones de trabajo; mientras que las pruebas para la producción de serie, son más sencillas y sirven para comprobar la calidad del montaje a través de un examen visual y una prueba funcional en carga que suele durar unas decenas de minutos. Lo suficiente para comprobar que todos los sistemas están integrados correctamente y no hay fugas de gasóleo, fallos de cableado, problemas mecánicos de montaje o partes mecánicas ensambladas de forma incorrecta.

Cada fabricante tiene sus propios criterios aunque las principales pruebas para nuevos productos y prototipos se pueden resumir en: prueba de ATB (Air To Boil), prueba de infiltración de agua, prueba de contrapresión del conducto del aire de refrigeración y de gases de escape, prueba de nivel de potencia acústica (ruido) y por último, el análisis de la respuesta ante una subida repentina de la carga.
Sin embargo, una vez que el grupo electrógeno llega a la fase de producción masiva, solo se realizará una prueba funcional en carga y una inspección visual del equipo en su conjunto.

¿A qué pruebas se someten los grupos electrógenos?

La prueba ATB (Air To Boil) sirve para averiguar la máxima temperatura ambiente en la que el equipo puede trabajar antes de que el motor se pare por sobretemperatura. Se realiza manteniendo el grupo electrógeno trabajando a plena carga durante un tiempo suficiente para llevar el motor a un régimen constante de intercambio térmico. Entonces se miden la temperatura ambiente y la de motor. Interpolando esos valores con un cálculo y aplicando oportunas ponderaciones, se obtiene el máximo valor de temperatura ambiente en la que nuestro grupo electrógeno puede funcionar. Es importante destacar que este valor no depende exclusivamente del motor y del sistema de refrigeración, sino también de la carrocería o contenedor donde el genset está instalado. Éstos también condicionan los flujos de aire y el intercambio térmico.

Con la prueba para averiguar la presencia de infiltraciones de agua, se somete el equipo a una lluvia simulada y se averigua si entra agua, de ser así, se verifica si esto afecta a zonas sensibles como el alternador y/o el cuadro eléctrico.

La contrapresión en el conducto de entrada y salida de aire de un grupo electrógeno insonorizado, es la medida de resistencia que el mismo conducto ofrece al pasaje del aire. Si ésta es elevada, compromete la refrigeración, perjudica la estanqueidad y cuando se suma a una elevada velocidad del aire, favorece la entrada de suciedad. Por ello, es necesario controlarla y en caso de que el valor no sea satisfactorio, se deben tomar medidas para reducirlo.

Por otro lado,  la contrapresión en conducto de escape es la resistencia que las tuberías oponen a la salida de los gases de escape del motor. Este valor debe mantenerse lo más bajo posible para dejar margen a la instalación de las chimeneas de escape y así, permitir la evacuación de los gases de combustión de forma adecuada. En algunos motores se requiere una contrapresión mínima para poder garantizar los valores de emisión de contaminante.

la DIRECTIVA 2006/42/CE nos obliga a mantener cualquier maquinaria apta al uso en exterior por debajo de ciertos niveles acústicos considerados peligrosos. Para asegurar el cumplimiento de este requisito, se realizan mediciones reales del nivel acústico del grupo según un protocolo preestablecido.

Para examinar la calidad del diseño, se comprueba el acceso a las partes sujetas a mantenimiento, la visibilidad de los mandos, la accesibilidad de la parada de emergencia, la resistencia de las bisagras, de las cerraduras, de los manguitos, de los tapones, entre otros.

Por último, se realizan pruebas mecánicas como el izado o la caída controlada, que sirven para contrastar los datos de diseño con el comportamiento real en caso de accidentes o durante el transporte o la manipulación.

Una vez superadas las pruebas de prototipo, el nuevo diseño de grupo electrógeno entra en fase de producción masiva. Se arranca y se pone en carga para comprobar el montaje y el suministro de potencia, tensión, corriente, frecuencia y se examina el estado visual de los componentes principales, de la calidad de la pintura y del acabado.

¿Y si quiero asistir a las pruebas?

Cuando compras un grupo electrógeno puedes asistir a las pruebas y retirar tu equipo solo después de que se haya demostrado el cumplimiento de los requisitos preestablecidos. Además, puedes confeccionar un protocolo de pruebas a medida que refleje la situación real de funcionamiento y cualquier otra exigencia de la instalación. Este protocolo personalizado se llama Factory Acceptance Test -FAT- y debe de ser aceptado y sellado tanto por el cliente, como por el fabricante, después de las pruebas y antes de la entrega del equipo.

Si también quieres hacer pruebas una vez que el grupo electrógeno esté instalado, pedirás un Site Acceptance Test -SAT-.

Para saber más

Las normas ISO 8528-6 e ISO 8528-8 indican unos requisitos mínimos de pruebas aunque en realidad los protocolos que emplean los fabricantes sean más estrictos y exigentes.

En Safe work method of statement.com puedes ver un ejemplo de protocolo de prueba y en YouTube hay algunas grabaciones.

Sobre la directiva máquina, te recomiendo esta web Directivamaquinas.com que ofrece información muy bien organizada mientras que el texto original de la DIRECTIVA 2006/42/CE es consultable en este enlace Eur-lex.europa.eu.

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Como sabemos si nuestro grupo electrógeno es bueno

Las diferencias más evidentes entre grupos electrógenos, son las dimensiones y la potencia.

Sin embargo, cuando tenemos dos generadores de igual forma constructiva, de igual potencia y de igual frecuencia y tensión,  ¿cómo sabemos cuál es mejor?

¿Cómo se comporta un grupo electrógeno?

Imagina que estás conduciendo tu coche por un camino a 50 kilómetros por hora. No puedes subir ni bajar la velocidad. Tienes que mantenerte constante todo el tiempo. Mientras estés por un camino recto y en buenas condiciones no será tan difícil, pero ¿qué pasará cuando alcances una curva o una cuesta? ¿Y si alguien se subiera de repente al coche, conseguirías mantener la velocidad constante?

Seguramente sí, aunque existan unas pequeñas variaciones entre el momento en el que te encuentres el obstáculo, y en el que consigas corregir y estabilizar la velocidad de nuevo. Los obstáculos, son asimilables a fenómenos eléctricos que obligan a los sistemas de regulación del grupo electrógeno a actuar tanto sobre la frecuencia como sobre la tensión. Estos fenómenos serán, por ejemplo, impacto de carga, transitorios de arranque o paradas.

Dejando a un lado (de momento), las consideraciones sobre construcción mecánica, nos centramos en lo que se refiere a las características eléctricas. A igualdad de potencia, tensión y frecuencia, la capacidad de reacción ante variaciones de carga no siempre es igual. Así que dos generadores con las mismas características eléctricas podrían responder de formas muy distintas a los mismos estímulos.

Estas diferencias en el comportamiento, afectan de forma palpable  la estabilidad de frecuencia y tensión y hasta al funcionamiento del mismo motor.  Podemos observar subidas o bajadas repentinas de frecuencia y tensión hasta causar daños a las cargas conectadas a nuestro genset.

La calidad de la respuesta del grupo electrógeno

La magnitud de las variaciones de frecuencia y tensión y la rapidez de reacción del motor y alternador para volver a estabilizar el sistema, son los parámetros que nos indican la calidad de la respuesta del grupo electrógeno.

La norma ISO 8528, parte 5, nos ayuda. Define cuatro distintas clases de regulación, cada una de ellas recoge 22 parámetros de funcionamiento e indica un umbral de variación admisible. Estos parámetros comprenden desde la variación de frecuencia y tensión en régimen estabilizado, hasta los porcentajes de intercambio de potencia activa y reactiva en caso de funcionamiento en paralelo.

Las clases de regulación en más detalle:

  • G1, la más tolerante: aplicada a grupos electrógenos equipados con motores de regulación mecánica y reguladores de tensión analógicos. Sirve para cargas genéricas no electrónicas y sin componentes sensibles a las oscilaciones. Ej. bombas, hornos, molinos.
  • G2, la más común:  aplicada a grupos electrógenos equipados con motores de regulación electrónica (no common rail) y reguladores de tensión analógicos o digitales. Sirve para casos genéricos donde haya variedad de cargas incluyendo sistemas electrónicos poco sensibles. Ej. residencias, procesos industriales, hospitales, aeropuertos.
  • G3, la más exigente: aplicada a grupos electrógenos equipados con motores de regulación common rail y reguladores de tensión  digitales. Sirve para casos específicos donde haya elevada presencia de cargas electrónicas muy sensibles. Ej. centros de procesamiento de datos, procesos químicos, equipos militares de comunicación.
  • G4, el traje a medida: aplicada cuando hay un acuerdo específico entre el fabricantes de grupos electrógenos y el cliente. Puede precisar sobredimensionado de componentes o reguladores especiales. Sirve para casos muy puntuales donde los equipos alimentados no sean compatibles con la clase G3. Ej. equipos de vigilancia, robot industriales, superordenadores.

Parámetros que afectan la calidad de la respuesta del grupo electrógeno

Algunos parámetros tienen efectos más evidentes que otros en el funcionamiento del genset. A continuación explicaré los principales y más significativos. La lista completa está disponible seguidamente  en inglés.

  • Caída de frecuencia -droop-: se trata de la máxima caída porcentual admitida entre vacío y carga.

  • Estabilidad de frecuencia y tensión en régimen estabilizado: se trata de la máxima variación porcentual admitida a régimen nominal y sin variaciones de carga.

  • Variación de frecuencia y tensión y tiempos de recuperación en régimen transitorio: se trata de las variaciones ante una variación de carga. El tiempo de recuperación es el tiempo que transcurre entre la variación y la vuelta de tensión y frecuencia dentro de los parámetros de régimen estable.

En esta tabla puedes ver los valores límites dados para cada parámetro explicado en lo gráficos:

Parámetro

Unidad

Clase de regulación

G1

G2

G3

G4

Caída de frecuencia -droop-

%

≤8

≤5

≤3

según acuerdos específicos

Estabilidad de frecuencia en régimen estabilizado

%

≤2,5

≤1,5

≤0,5

según acuerdos específicos

Estabilidad de tensión en régimen estabilizado

%

≤5

≤2,5

≤1

según acuerdos específicos

Variación de frecuencia en régimen transitorio

%

≤15

≤10

≤7

según acuerdos específicos

Variación de tensión en régimen transitorio

%

≤25

≤20

≤15

según acuerdos específicos

Tiempos de recuperación de frecuencia en régimen transitorio

s

≤10

≤5

≤3

según acuerdos específicos

Tiempos de recuperación de tensión en regimen transitorio

s

≤10

≤6

≤4

según acuerdos específicos

La tabla es un extracto de ISO 8528-5:2005, la información está resumida y simplificada para facilitar su comprensión a título informativo. Si necesitas estos datos para fines de diseño e ingeniería te recomiendo consultar la versión original y completa de ISO 8528-5:2005 o sus más recientes ediciones.

Para saber más

En otro artículo ya se trataba la norma ISO 8528. Es una norma muy importante para fabricantes y usuarios de grupos electrógenos porque recoge valiosa información sobre como diseñar, fabricar, probar y operar cualquier generador. Puedes visitar la web del International Organization for Standardization ISO a la dirección Iso.org.

Para saber más sobre el common rail y por qué es más eficiente, te sugiero ver este artículo en Bolido.com, muy didáctico y detallado, a parte de la infalible Wikipedia.org

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¿Te acuerdas de aquella vez en la que acabaste sin aliento después del partido, mientras tu amigo decía que no era para tanto? En ese caso, el esfuerzo de cada uno no fue el mismo, aunque tal vez el resultado sí lo fuera. La potencia que cada uno empleó fue diferente, tendría distintos altibajos y el esfuerzo máximo tendría intensidades distintas. Los dos sabéis que ha sido un gran partido, pero ¿cómo podríamos medir el esfuerzo -o la potencia- de cada uno?

potencia de un grupo electrógeno

Un grupo electrógeno es una máquina capaz de generar una energía, dependiendo de cómo usemos esa energía, las variaciones de intensidad y los tiempos, determinaremos la  vida útil del generador. Exactamente como cuando tenemos que dosificar nuestras fuerzas de formas muy distintas antes de una larga carrera o un sprint de cien metros. En el caso del deporte, se establecen criterios objetivos de medición: las reglas, las líneas, los cronometrajes por ejemplo. En el caso de las máquinas, tenemos la misma necesidad de unificar criterios para poder medir de la misma forma todos los equipos que queremos comparar.

Las clasificaciones de potencia del grupo electrógeno

Clasifican las declaraciones de potencia y unifican los criterios de medición, son los especialistas del organismo internacional conocido como International Organization for Standardization (ISO), que en la norma ISO 8528 recoge los criterios que los fabricantes de grupos electrógenos de todos el mundo deben emplear para medir la potencia de los genset que fabrican.

Esta norma describe 4 distintas clases de potencia, según el uso -o aplicación- que queramos darle al generador:

  • Continuous Power (COP) es la potencia de la que dispondremos continuamente para un tiempo ilimitado de horas al año.
  • Prime Power (PRP) es la potencia máxima disponible para un número ilimitado de horas al año, siempre que la carga sea variable.
  • Limited Time Power (LTP) es la potencia disponible de forma continua para un número limitado de horas, quinientas al año.
  • Emergency Stand-By (ESP) es la potencia disponible de forma continua para un número limitado de horas, doscientas al año, siempre que la carga sea variable.

Imagina si tuvieras que utilizar tu coche para competir en una carrera de velocidad -¡solo una vez!-, seguramente pisarías a fondo para sacar la máxima potencia y después de la carrera tu coche acabaría chatarra. Sin embargo, si lo usas todos los días para ir al trabajo, de compras y de viaje con la familia, harás muchísimos más kilómetros pero de una forma más moderada y controlada, mezclando carreteras principales y callejeo. El símil nos ayuda para entender la diferencia entre las potencias descritas antes: el ESP sería el modo carrera, lo damos todo durante poco tiempo;  mientras el COP sería el uso día a día: sacamos menos potencia pero de forma continua, sin parar. Entre el uno y el otro extremo tenemos la LTP, otra carrera pero más larga donde habrá que dosificar mejor la potencia; y la PRP, una rutina más variada que la anterior con viajes en autovía donde iremos al límite de vez en cuando, siempre que lo compensemos con otro tramo más moderado.

¿Qué es la potencia COP?

La Potencia Continua -COP-, se define como la máxima potencia que el generador es capaz de entregar suministrando una carga constante durante un número ilimitado de horas al año, bajo las condiciones estipuladas y ejecutando las operaciones de mantenimiento descritas por el fabricante.

Esta potencia se emplea para definir grupos electrógenos que trabajan 24/7 a potencia constante, inyectando a red -o compañía- una potencia siempre igual. En ocasiones, las productoras de energía eléctricas, refuerzan ciertas líneas de suministro con grupos electrógenos allí donde ha crecido muy rápidamente la demanda y la red de transporte se ha quedado insuficiente. Siempre se trata de genset conectados a red porque sería imposible tener una carga constante todo el tiempo, solo la red es capaz de absorber una potencia constante y redistribuirla donde haga falta. También puede ocurrir que el grupo electrógeno para un hospital, una industria o un hotel, necesite integrar el suministro de compañía.  En este caso, el generador entrega siempre una potencia constante, potencia base, y la red se utiliza para suministrar los picos, es decir, la diferencia entre la demanda real y la suministrada por el grupo electrógeno.

¿Qué es la potencia PRP?

La Potencia Prime -PRP-, se define como la máxima potencia que el generador es capaz de entregar suministrando una carga variable durante un número ilimitado de horas por año, bajo las condiciones estipuladas y ejecutando las operaciones de mantenimiento descritas por el fabricante. El promedio de carga admisible en un período de veinticuatro horas, no debe superar el setenta por cien de la potencia PRP, salvo que el fabricante del motor especifique otra cosa. Para el cálculo de este valor promedio, los intervalos a potencias menores del 30 % se considerarán como si fuesen 30 % igualmente, y los intervalos de tiempo con motor apagado no se cuentan en el cálculo.

La potencia PRP es la que se considera en la mayoría de los casos, siendo la carga variable, la mas común. Puede ser un generador en isla o en paralelo con la red pero siempre suministrando cargas variables en el tiempo con picos puntuales hasta la potencia máxima PRP declarada.

¿Qué es la potencia LTP?

La potencia -LTP- se define como la máxima potencia que el generador es capaz de entregar durante un número limitado de 500 horas por año, bajo las condiciones estipuladas y ejecutando las operaciones de mantenimiento descritas por el fabricante.

¿Qué es la potencia ESP?

La potencia -ESP-, se define como la máxima potencia que el generador es capaz de entregar suministrando una carga variable durante un corte de compañía o una sesión de pruebas para un número limitado de 200 horas por año, bajo las condiciones estipuladas y ejecutando las operaciones de mantenimiento descritas por el fabricante. El promedio de carga admisible en un periodo de 24 horas, no debe superar el 70 % de la potencia ESP, salvo que el fabricante del motor especifique otra cosa. Para el cálculo de este valor promedio, los intervalos de potencias menores del 30 % se considerarán como si fuesen 30 % igualmente, y los intervalos de tiempo con motor apagado no se cuentan en el cálculo.

Tanto la potencia LTP como la ESP son adecuadas para la mayoría de instalaciones de emergencia en países desarrollados. Cada año en Europa, según Eurelectric.org, sufrimos cortes de red entre quince minutos y siete horas* dependiendo del país, en todo caso son tiempos muy por debajo de las 500 o 200 horas admitidas por las clasificaciones LTP y ESP. La razón principal por la que todavía se emplean grupos clasificados con potencia PRP en aplicaciones de emergencia destinadas a trabajar no más de un puñado de horas al año, es el desconocimiento de las reales diferencias entre las clasificaciones disponibles. Además, un exceso de prudencia y la costumbre, han cimentado la práctica de sobredimensionar los grupos electrógenos en la mayoría de las instalaciones. Solo en estos últimos años de recortes de  presupuestos, se ha prestado más atención a este aspecto.

Sin embargo, hay una situación muy distinta en los países en desarrollo. Aquí los cortes de compañía son tan frecuentes que las horas de funcionamiento superan sobradamente las quinientas al año. En África, el suministro eléctrico se corta todos los días durante varias horas, en Burundi han habido cortes hasta acumular 144 días al año**, mientras que el promedio de fallos de la región sub-sahariana, es de unas 1350 horas al año**. Esto genera una situación donde el generador acumula muchas horas de trabajo. En estos casos es mejor optar por un genset PRP.

Para saber más.

Hablamos de países desarrollados y en desarrollo, pero, ¿ cuál es la diferencia? Básicamente el producto interno bruto (PIB), los ingresos per cápita, el nivel de industrialización, de instrucción y de seguridad. Hay varios organismos como Las Naciones Unidas, el International Monetary Fund (IMF) o la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE)  que establecen sus propios criterios detallados y sus informes. Además para saber más sobre el nivel de desarrollo de un país concreto, puedes consultar el World Factbook de la CIA.

Para saber más acerca del International Organization for Standardization ISO, puedes visitar Iso.org,mientras te sugiero leer este artículo sobre las aplicaciones del grupo electrógeno.

Notas:

  1. *Fuente Eurelectric.org
  2. **Fuente Worldbank.orgWikipedia.org

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