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grupo electrógeno alta tensión

Cada vez más a menudo encontramos instalaciones de grupos electrógenos con salida de potencia en Alta Tensión. Esto ocurre por varias razones: técnicas, económicas y otras relacionadas con la instalación.

Veremos en este artículo los más importantes aspectos y las soluciones técnicas para grupos electrógenos en baja o en alta tensión.

¿Qué son los grupos electrógenos de alta tensión?

Ante todo, se definirá lo referido a baja y alta tensión. Respecto a sistemas eléctricos en corriente alterna, la baja tensión se refiere a valores hasta los 1.000Vac y la alta tensión a valores a partir de 1.001Vac y sin límite superior.

En algunos casos, encontramos también que el rango intermedio, entre 1.000 y 15.000Vac, se define como media tensión, pero esto depende mucho del país y de otras convenciones más que de razones técnicas.

La baja tensión es la que usamos tanto a nivel doméstico como a nivel comercial o industrial. Los valores más comunes son de 230V monofásicos y 400Vac trifásicos en 50 Hz o de 110 monofásicos y 480Vac trifásicos en 60Hz.

Para la producción y la distribución de la energía eléctrica se recurre a tensiones mayores y esto se debe a la necesidad de transportar potencias elevadas aprovechando corrientes y secciones de conductores reducidos.

Es importante recordar que la potencia es igual a √3 x Tensión x Corriente x Cosϕ, lo que significa que manteniendo la misma corriente (y sección de cable) si aumentamos la tensión también aumenta la potencia de forma proporcional.

Elevar la tensión durante el transporte permite manejar grandes cantidades de energía, la cual corre por los mismos cables aéreos que puedes observar a menudo al lado de la carretera o cruzando las praderas sujetados por torres de gran altura.

grupo electrógeno alta tensión

Fuente: Pexels.com

Por esos cables pasan cientos de miles de voltios para transportar varios megavatios desde el punto de producción hasta el punto de consumo.

¿Cuándo se necesita un grupo electrógeno en alta tensión?

No siempre es suficiente un generador en baja tensión.

A veces las instalaciones requieren conectar el grupo electrógeno directamente con las propias redes de distribución. Por ejemplo, cuando generamos como Peak Shaving y damos soporte a la red pública, es necesario que los generadores sean adecuados para la conexión directa a las subestaciones y su salida sea igual que la de las líneas que van a alimentar.

Además, otro factor importante es la potencia.

A partir de los 6300A sea, 400Vac o 690Vac, las conexiones son costosas y muy complejas disminuyendo la  posibilidad de maniobrar y proteger las líneas, pues este es el máximo tamaño disponible para interruptores y seccionadores.

Según la fórmula de antes, la máxima potencia a 400Vac será aproximadamente 3,5MW. Por lo tanto, para aprovechar la potencia de los motores más grandes o para poder sincronizar varios generadores en paralelo, y con ello  entregar más potencia, no queda más alternativa que elevar la tensión a por lo menos, 5,5kV, 11kV o 15kV; ya que estos son los valores más comunes de trabajo a 50Hz.

En resumen, entre los aspectos más importantes que influyen en la elección entre baja o alta tensión, se encuentra la necesidad de conectarse con redes y la potencia total que queramos generar con los grupos electrógenos.

Otros aspectos de generadores en alta tensión

Hasta aquí hemos visto algunas cuestiones muy generales relacionadas con la tensión de salida del generador.

Pero hay otros aspectos a tener en cuenta.

Incluso cuando ya se ha decidido que nos conviene generar en alta tensión, tenemos varias posibilidades y debemos  elegir si emplear un alternador con salida en alta tensión o acoplar el tradicional generador en baja tensión a un transformador elevador.

Ambas soluciones tienen ventajas e inconvenientes. Vamos a verlas con más detalle.

Grupo electrógenos con alternador en alta tensión

La ventaja más obvia de usar un grupo electrógeno que incorpore un alternador de alta tensión es la dimensión. Al usar el generador en alta tensión no es necesario ningún componente añadido para elevar el voltaje, simplemente remplazamos los interruptores o seccionadores de baja tensión por las celdas de protección y maniobra de alta tensión.

En otras palabras, la huella del generador queda muy similar a uno de la misma potencia, pero en baja tensión.

Esta solución presenta un mayor rendimiento que la que emplea el transformador; de hecho, este último introduce unas pérdidas en el sistema. Además, nos ahorramos costoso cableado entre estos dos componentes, pudiendo conectar directamente las borneras del generador a los interruptores en alta tensión.

Por último, una ventaja a nivel técnico es una mayor corriente de corto circuito (la cual dependerá exclusivamente del alternador), lo que permite conectar el generador a sistemas de distribución sin perjudicar la coordinación de las protecciones; y otra ventaja, es una mejor respuesta de tensión y frecuencia que resulta en una mayor estabilidad del sistema en su conjunto.

Grupos electrógenos en baja tensión acoplado a transformador elevador

Es importante señalar que también la versión con transformador tiene sus ventajas en determinadas situaciones.

Ante todo, permite tener doble salida de tensión en la misma máquina; la de baja tensión se podrá aprovechar para sistemas auxiliares, mientras que la de alta tensión, tras el transformador, servirá para entregar la potencia máxima.

El alternador de baja tensión es una maquina eléctrica más sencilla y más común que la de alta tensión, por lo tanto, no necesitará de técnicos especializados para el mantenimiento, sino que cualquier persona competente en grupos electrógenos podrá intervenir.

Igualmente, gracias al trasformador elevador podremos alcanzar niveles de tensión hasta 30kV, siendo estos limitados a 15kV en caso de alternador e incluso tensiones no comerciales o especiales fabricando transformadores a medida.

Por último, teniendo un transformador entre alternador y cargas, tendremos un aislamiento galvánico que protegerá al alternador en caso de perturbaciones o fallos en la línea y en caso de cargas con elevadas distorsiones.

Para saber más

Espero que ahora tengas las ideas más claras respecto al uso de un grupo electrógeno en alta tensión.

Hay muchos aspectos en juego: técnicos, económicos y relacionados con la instalación. Es necesario tenerlos en cuenta a la hora de escoger la mejor solución para tu caso.

Para profundizar las tensiones y frecuencias más comunes en baja tensión te recomiendo este artículo de Wikipedia.org mientras que la definición formal de Alta Tensión la puedes encontrar aquí.

Para finalizar, si no tienes del todo claro a qué me refiero con Peak Shaving, te sugiero leer el artículo de este blog sobre paralelo.

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transición energética

Seguramente has escuchado el término transición energética. Tanto si  te encuentras un poco perdido y te preguntas qué es, como si conoces de qué se trata, has llegado al sitio correcto.

En este artículo te contaré como la transición energética, concepto ‘de moda’ en la industria de la energía, afectará a nuestras vidas.

Responderé a preguntas como: ¿Qué esperar de la factura de la luz dentro de 10 años? ¿Cómo cambiarán nuestros hábitos de consumo? ¿De dónde vendrá la energía eléctrica en el futuro? Y sobre todo, ¿cómo encaja el grupo electrógeno en este nuevo escenario?

Hoy en día, estas y otras interrogantes son planteadas con mucha frecuencia. Sabemos que algo está cambiando, intuimos que dentro de 15 o 20 años el suministro eléctrico no será como lo es hoy. Sin embargo, resulta difícil concretar una imagen sobre cómo será el entorno para entonces.

Qué es la transición energética

La transición energética en tu día a día

Redes inteligentes, digitalización, Internet de las cosas (IoT), energía renovable, e-mobility; vamos a ver cómo evolucionarán y cómo se acoplarán a la infraestructura eléctrica actual.

Hasta ahora, el sistema eléctrico se ha caracterizado por dos rasgos fundamentales: la centralización de la generación y la unidireccionalidad de la distribución.

En otras palabras, las infraestructuras energéticas de países y regiones se han estructurado pensando en grandes centrales (térmicas o nucleares, por ejemplo) localizadas en puntos estratégicos y desde las cuales una red de distribución radial alcanza todos los usuarios, o la mayoría de ellos.

Baste pensar que en muchos casos la red eléctrica es tan capilar que supera la de telefonía, aunque a menudo no tomemos conciencia en observarlo.

¿Qué puedes esperar entonces?

Vivirás una evolución hacia nuevos modelos que afectarán tanto a los usuarios como a las compañías eléctricas.

Los usuarios seremos activos y partícipes, productores y consumidores a la vez. Los cálculos tarifarios deberán tener en cuenta la variabilidad de las renovables y la posibilidad de autoconsumo. Smartphones y Apps servirán de soporte para gestionar la demanda y optimizar la eficiencia. La generación será descentralizada, así como la gestión de la infraestructura aprovechando tecnologías blockchain para gestionar el intercambio de energía entre los actores del sistema.

El trasporte será eléctrico: coches, camiones (como el TESLA ), trenes e incluso aviones. Esto demandará un fuerte aumento de electricidad para las cargas, pero permitirá descarbonizar la generación aprovechando las fuentes renovables.

Esta transición energética nos ofrece la oportunidad de desarrollar tecnología exportable y nuevo empleo, pero para ser practicable necesita de una sostenibilidad económica y técnica. Por ejemplo, para que las renovables sean operables hacen falta autoconsumo, flexibilidad, distribución y gestión de la demanda.

Las 3 D

Las macrotendencias abarcan 3 ámbitos fundamentales, las llamadas 3D:

  • Digitalización.
  • Descentralización.
  • Descarbonización.

Digitalización: se trata de la introducción de tecnologías que permitan aumentar la eficiencia a través de IoT y Smart metering o mediciones inteligentes. De forma que se optimice la generación, se eliminen las pérdidas y la gestión de la demanda se haga más efectiva e interactiva.

Se podrán tener en cuenta en tiempo real factores contingentes como el tiempo atmosférico (que influye en generación renovable), hábitos de consumo, eventos naturales y más.

A nivel técnico, la implementación masiva de contadores inteligente se enfrenta al reto de gestionar una gran cantidad de información. Hoy, las redes de media y alta tensión (MT/AT) son más controladas que las de baja tensión (BT) porque son más sencillas, menos extensas y con menos interconexiones o nudos. Si pretendiéramos controlar una red BT tal y como hacemos con las MT/AT, generaríamos una gran cantidad de información: la BT tiene más nudos y más variables como la existencia del conductor de neutro y los acoplamientos de fases que en AT no existen.

Si se habla de evolución de hábitos y nuevas tecnologías, no se puede olvidar aprovechar apps y smartphones. Éstos nos ofrecerán un ecosistema ideal para movernos en un entorno nuevo y complejo, a través de herramientas sencillas y user friendly.

En el llamado “New Policies Scenario” diseñado por la Agencia Internacional de la Energía, entre hoy y 2040 las necesidades energéticas mundiales aumentarán en un 30%. La mejora de la eficiencia en la producción de la energía es fundamental, pues sin ella, el aumento proyectado sería más del doble.

Descentralización:  la introducción de nuevas necesidades relacionadas con la disponibilidad de combustibles fósiles, la contaminación y el avance tecnológico, están marcando un cambio hacia modelos de generación y distribución alternativos. Se trata de la deslocalización de la generación: cada usuario podrá invertir en equipos para generar, auto consumir y a la vez verter energía a la infraestructura con el fin de ponerla a disposición de otros usuarios.

Lo más probable es que en 15 o 20 años, se cambie hacia sistemas descentralizados, donde cada usuario pueda ser a la vez consumidor y productor y donde la red y la infraestructura asuman el papel de vector bidireccional y plataforma de intercambio.

Descarbonización: este reto es el motor de la transición energética que nos espera. Es necesario reducir la contaminación a través de la reducción de consumo de combustible fósiles. Esto no solo se refiere a la generación eléctrica, sino también a un cambio radical del modelo energético del transporte.

Aquí entra en juego el papel de la e-mobility. La electrificación del transporte, permitirá limitar el impacto del petróleo y aprovechar la energía renovable solar y eólica generada e introducida en la red eléctrica. Es evidente el papel de las renovables que deberán sustituir la actual producción procedente de combustibles fósiles.

Las energías renovables variables (solar y eólica) alcanzarán aproximadamente el 19% de la generación total de electricidad neta en el 2020, el 25% en el 2030 y el 36% en el 2050, lo que demuestra la creciente necesidad de flexibilidad en el sistema eléctrico.

Qué es la transición energética

Fuente: EU Reference Scenario 2016 Energy, transport and GHG emissions Trends to 2050 Main results

El papel de Europa

En este contexto, es necesario recordar el programa europeo de medidas sobre clima así como el marco para energía y clima del 2030 que ponen ambicioso objetivos a la industria energética europea.

Industria impulsada por el proyecto Horizon 2020 que constituye un ecosistema propicio a la innovación tecnológica.

En este ecosistema se están desarrollando multitud de proyectos de investigación. En el pasado Congreso Smart Grids 2017 se discutieron casos concretos que demuestran que esta transición es posible.

Qué es la transición energética

A continuación, algunos de los proyectos más interesantes

P2P SMARTEST

Gracias a este proyecto se ha construido una verdadera red con generación distribuida donde se realiza el intercambio de energía entre usuarios grandes y pequeños. Los retos principales del sistema son la estabilidad y la seguridad. Para poder comprobar el funcionamiento exhaustivamente, se ha realizado una combinación de redes reales y simuladas. Con este modelo de gestión se podrá realizar un trading de energía en tiempo real o con un plazo de 24h.

Un algoritmo de gestión y cálculo de tipo Peer 2 Peer tiene en cuenta el diagnóstico de la infraestructura, las solicitudes de los usuarios, la gestión de la demanda, las consignas de potencias. Todo de forma totalmente transparente y sin privilegiar a ningún consumidor.

ELECTRIFIC 

Este ambicioso proyecto plantea soluciones para una electro movilidad sostenible con una actitud futurista visualizada entre 10 y 15 años.

En 2035, según un estudio de ING, el 100% de los nuevos coches vendidos en Europa serán eléctricos.

Qué es la transición energética

Fuente TheGuardian.com

El cambio de la movilidad plantea retos importantes:

  • Primero, necesitaremos entre un 5 y un 15% más de energía para cargarlo (recuerda que estamos electrificando el transporte).
  • Segundo, los cargaremos de forma descoordinadas y según patrones desconocidos y (casi) impredecibles.
  • Tercero, la energía renovable será para entonces una parte importante del mix energético y por ello también aumentará la variabilidad de la disponibilidad.

ELECTRIFIC coloca todos estos factores en una coctelera y saca una app para móviles que nos sirve de guía optimizando recorridos y patrones de carga.

Imagina que en un día de semana tienes que dejar tu hijo a la guardería, acercarte al trabajo y de vuelta pasar por el supermercado o el gimnasio. Y por supuesto, ¡recoger a tu hijo! 🙂

Si tú le dices a la app tus destinos y tus horarios, ella te devuelve unos itinerarios optimizados por economía, ecología o tiempo de recorrido. Siguiéndolos podrás cargar tu coche aprovechando las electrolineras más económicas, los horarios donde hay renovable disponible o las estaciones de carga más rápidas.

Todo esto sin olvidar, la vida de la batería de tu coche.

El proyecto se dirige tanto a usuarios de coches como gestores de flotas o gestores de estaciones de carga. Para poder actuar a través de todo el ecosistema del coche eléctrico.

SHAR-Q

El coche eléctrico es protagonista igualmente en el proyecto SHAR-Q.

Para aprovechar la potencialidad de la generación distribuida, sostener las necesidades de nuestras viviendas o devolver energía a red en un momento en el que esta lo necesite, no hay que olvidar la capacidad de almacenamiento de los vehículos que tendremos.

En otras palabras, es necesario coordinar la generación distribuida con la capacidad de almacenamiento, baterías, tanto estacionaria como móvil.

El modelo de intercambio V2G Vehicle to Grid es un recurso que abre nuevas oportunidades y modelos de negocio para operadores y usuarios:

  • Se intensifican las relaciones entre actores que gestionan el intercambio de energía.
  • Se diversifica la propiedad de equipos e infraestructuras que pueden ser propias o no.
  • Se generan necesidades de gestión de servicios complementarios como seguros, mantenimiento, explotación de las herramientas.

En este escenario se podría recurrir a plataformas de intercambio basadas en tecnologías blockchain para descentralizar las infraestructuras y la información.

Para que estos modelos alternativos despeguen, será necesario que cambie el marco legislativo permitiendo favorecer el nuevo papel del usuario/productor y la entrada de nuevos actores y servicios.

Blockchain y ciberseguridad en la transición energética

El blockchain permite compartir información y valor sin necesidad de un sistema centralizado. Es un sistema cifrado que garantiza la inmutabilidad de la base de datos a la par de los más seguros métodos tradicionales.

¿Entonces cuál es la Diferencia?

Que no necesita centralizar la información.

El Blockchain admite gestionar cualquier transacción que se pueda virtualizar: energía, barriles de petróleo, harina, documentos, entre otros.

Gracias a su versatilidad, este sistema encaja en la transición energética para gestionar intercambio de energía en forma de alquiler, transacciones p2p entre productores y consumidores o entre prosumidores  al mismo nivel.

Sin embargo, el intercambio de tanta información y la ausencia de un ente central, plantea también algunos inconvenientes como la necesidad de gestionar las comunicaciones garantizando la privacidad.

En otras palabras, podrás comprar y vender energía en tu microgrid de referencia, pero no será del conocimiento de los demás la compra que tú realices en cualquier momento del día.

Otro gran reto de la digitalización e informatización es la ciberseguridad.

Hoy en día no existen normas o leyes claras al respecto, solo la NIS y su toolkit , sin embargo, éstos no proveen a los operadores de una herramienta completa y exhaustiva.

Para ser más efectiva la ciberseguridad ,se debe otorgar al operador más participación. El fabricante debe diseñar tomando en consideración todos los elementos. El integrador debe entender la aplicación, el usuario debe ser capaz de sensibilizarse sobre necesidades y beneficios.

¿Cómo encaja el grupo electrógeno en este nuevo escenario?

Si bien elementos como IoT, volatilidad, islas energéticas, revisión de tarifas y almacenamiento determinarán cambios importantes en el paradigma de la generación, también es cierto que la época del combustible fósil no ha terminado aún.

El gas natural crecerá hasta cubrir la cuarta parte de la demanda mundial de energía en 2040 (“New Policies Scenario” de Agencia Internacional de la Energía), convirtiéndose en el segundo combustible más importante después del petróleo.

El gas natural se podrá aprovechar en generadores, reduciendo la contaminación y generando energía de forma ecocompatible y continua. Podríamos usarlos en nuestras casas, aprovechándolos también para la calefacción y usar el agua calentada por el motor. Además, el uso de grupos electrógenos domésticos nos permitirá reducir el almacenamiento e incrementar nuestro aporte de energía a la red, generando así ingresos.

Estabilidad, reducción del almacenamiento, alimentación por gas, cogeneración, autoconsumo y exportación.

Todavía quedan muchas buenas razones para seguir contando con grupos electrógenos.

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alquiler grupo electrogeno

Una de las aplicaciones más comunes de los grupos electrógenos es el alquiler. En los últimos 10 años el sector se ha estado especializando y los requerimientos para los generadores han ido diferenciándose por sector y usuario final.

¿Cuáles son las características del alquiler de grupos electrógenos?

El mercado de Alquiler de grupos electrógenos

El aumento global en el consumo de electricidad, junto con los beneficios financieros del alquiler respecto a la compra, están impulsando el mercado de alquiler de energía y seguirán haciéndolo por lo menos durante los próximos cinco años.

Frost & Sullivan exponen unos cálculos que arrojan que en el año 2016, el mercado mundial de alquiler de energía ha sumado 3,88 mil millones de dólares. Además, todo apunta a que alcance 5,14 mil millones de dólares en el año 2021, con una tasa de crecimiento (CAGR) de 5.8% en el período 2016-2021.

Estos números confirman que se trata de un sector muy importante, no solo para los fabricantes de grupos electrógenos, sino también, para aquellos servicios que están a su alrededor. Y Sullivan no es el único, también la American Rental Association muestra valoraciones positivas a confirmar la tendencia.

La demanda energética crecerá del 30% para el 2040

En los nuevos escenarios energéticos las necesidades globales aumentan más lentamente que en el pasado, pero aún se prevé un crecimiento del 30% entre los actuales momentos y el año 2040. Las mejoras en la eficiencia desempeñan un papel muy importante para reducir el aumento de la producción: sin una mayor eficiencia, el aumento de energía necesario sería más que duplicado.

Las fuentes de energía renovables cubren el 40% del aumento en la demanda primaria y su explosivo crecimiento en el sector energético, marca el final de los años de auge del carbón.

Fuente: International Energy Agency, World Energy Outlook 2017

Usuarios de los grupos electrógenos de alquiler

En el sector del alquiler de grupos electrógenos podemos identificar una gran variedad de usuarios: gobiernos, industrias, eventos, construcción, Oil&Gas.

Los gobiernos y la industria privada recurren al alquiler de energía para compensar la diferencia entre demanda y oferta de la red pública. La mayor demanda (que intensifica la presión sobre la infraestructura de distribución, junto con la creciente incidencia de desastres naturales impredecibles que resultan en interrupciones prolongadas), impulsan el alquiler tanto para operaciones de largo plazo como para intervenciones de emergencia que hacen frente a necesidades puntuales pero repentinas.

Alquiler de grupos electrógenosEl sector de los eventos es ávido de generadores. Cualquier concierto, festival, feria o actividad deportiva, constituyen una demanda muy grande durante pocos días y en lugares muy concretos. Los aparatos electrónicos de música, radio y televisión, necesarios para los directos que podemos disfrutar cómodamente desde nuestro sofá, requieren cada vez mayor tecnología y energía eléctrica.

La construcción constituye otro buen ejemplo. A menudo las áreas que se van a urbanizar no disponen de suministro eléctrico y debido a ello, recurren a generadores. De igual manera,  las grandes obras públicas, tales como: carreteras, túneles, puentes, entre otros, necesitan de maquinaria con gran demanda de energía y en consecuencia, recurren al alquiler de grupos electrógenos para la operativa y para los sistemas de iluminación y seguridad.

Finalmente, la industria petrolera, Oil&Gas, con sus plataformas de extracción en áreas remotas u off-shore; en las que se emplean generadores para el suministro de los compound o urbanizaciones donde los operadores de las plataformas residen durante su explotación.

Aspectos técnicos del Alquiler de grupos electrógenos

A continuación se exponen los aspectos más relevantes relacionados con el alquiler de generadores, desde el punto de vista técnico y del funcionamiento.

Podemos reunirlos en las siguientes categorías:

  • Características físicas.
  • Prestaciones y funcionalidades.
  • Garantías y servicios.

Características físicas del generador de alquiler

Lo más importante para un generador que se usa en servicios de alquiler es que sea compacto. Esto beneficia tanto el transporte como la manipulación en el sitio de trabajo.

Para lograr equipos compactos sin penalizar la rumorosidad, hay que recurrir a motores con elevada potencia por dm3 de cilindrada, centralitas y cuadros eléctricos de tamaño reducido; asimismo, se debe recurrir a diseños que faciliten el almacenamiento y el transporte por carretera.

El tamaño es menos importante cuando se trata de alquileres para eventos donde el nivel de ruido es lo principal, para no interferir con el mismo evento, sea un concierto o una grabación de televisión.

Alquiler de grupos electrógenos

Prestaciones y funcionalidades para el alquiler

El consumo y el coste de los repuestos constituyen un importante parámetro a considerar para alquileres de largo plazo; pero menor en caso de operativas cortas. Siempre es importante la facilidad y rapidez con la que se pone en servicio un generador.

Disponer de acceso rápido a las conexiones eléctricas o de combustible, permite poner en operación muy rápidamente el grupo electrógenos y los equipos que éste suministra.

Consideraciones importantes en alquileres de generadores para acontecimientos de emergencia.

Para ello se recurre a enchufes rápidos que se conectan y desconectan con un clic. Tal y como las de casa, pero con una seguridad añadida que los hace adecuados para ser empleados en ambientes industriales y profesionales.

A menudo, quien opera el generador en el día a día durante el alquiler, no es personal calificado, por ello hay que tener en cuenta la sencillez del cuadro de mando. Aunque queramos que los grupos tengan funciones avanzadas, se debe dejar una sencilla capa de controles para que el operador entienda.

Es un poco como pasa con los smartphones, que, aunque se trate de dispositivos muy complejos y capaces de muchas cosas, cualquiera puede operarlos sin necesidad de saber cómo funcionan y todo lo que hacen.

La corriente de corto circuito es un parámetro importante desde el punto de vista electivo, ya que permite más versatilidad en instalaciones, haciendo el grupo capaz de disparar las protecciones previstas en los circuitos que se suministran.

Otra funcionalidad muy requerida en el sector del alquiler es el control remoto. Permite conectarse con el equipo desde cualquier lugar, normalmente la oficina de quien alquila, a través de conexiones móviles e internet.

Se usa para supervisar el grupo electrógeno o recibir notificaciones de fallos y alarmas, pero también controlar el robo y el abuso del generador. Especialmente cuando éste se alquila por un número limitado de horas de servicio.

Otro aspecto a recordar es la compatibilidad medioambiental que abarca varios aspectos: las emisiones gaseosas, la emisión de ruidos molestos y el derrame de substancias contaminantes.

Los grupos electrógenos para alquiler deben cumplir con las normativas y leyes requeridas en las regiones donde operan.

Garantías y servicios para el alquiler de grupos electrógenos

Uno de los mayores intereses de quien alquila grupos electrógenos es alargar lo máximo posible la vida del equipo, por ello el servicio y la garantía son muy importante.

Tanto para servicios de rutina como para roturas y accidentes, es necesario que el fabricante del generador responda rápidamente a quien alquila y éste a su vez, al usuario del generador.

Imagínate qué pasaría si un concierto de los mismísimos Rolling Stone parase por falta de electricidad debida un fallo de los grupos alquilados

¡Jamás podría pasar algo así!  Para evitarlo se recurre a redundancia de varios generadores, y sobre todo a un mantenimiento llevado con mucho esmero para que las máquinas funcionen en forma óptima.

Para saber más

Hasta aquí tienes una lista, que aunque no es completa, recoge los aspectos más importantes relacionados con el alquiler de grupos electrógenos.

Los datos mencionados de Frost & Sullivan se refieren al informe Fuente: Frost & Sullivan, K0C0-14, October 2017

Las demás fuentes citadas son la American Rental Association ARA, en este articulo de Diesel Progress y la International Energy Agency con su World Energy Outlook.

Además, te sugiero consultar los post sobre modos de funcionamiento, consumo de generadores y emisiones de gases de escape.

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¿Sabes cuál es el generador más grande que se pueda fabricar?

Vamos a ver hasta qué potencia llegan los motores y cuándo necesitamos recurrir al funcionamiento en paralelo de grupos electrógenos.

La potencia máxima alcanzable por un grupo electrógeno está vinculada principalmente a la disponibilidad de motores.

Los motores más potentes pueden llegar hasta los 20MW, se fabrican muy pocas unidades y se utilizan sobre todo para aplicaciones navales y estaciones de generación. Estos motores suelen rotar a bajas velocidades 700RPM o menos y funcionan con gas, gasóleo o fuel pesado.

Para la mayoría de usos nos quedamos en potencias máximas de entre 2000 y 2500 kW que sirven para grupos de hasta 3000kVA. Esto porque por encima de estas potencias la logística y el montaje son extremadamente complejos.

¿Qué pasa entonces si queremos más potencia?  ¿O si queremos conectar nuestro equipo directamente a la red?

El funcionamiento en paralelo de grupos electrógenos

paralelo de grupos electrógenos

Fuente: Flickr, Richard

Para alcanzar más potencia se recurre al funcionamiento en paralelo de generadores.

El sincronismo entre generadores se emplea principalmente en estas situaciones:

Paralelo de grupos electrógenos:

  • Alcanzar grandes potencias.
  • Redundar sistemas di suministro.
  • Reducir el tamaño individual del generador.

Paralelo de grupos electrógenos y red pública:

  • Evitar el black-out.
  • Reforzar la red en un punto concreto con demanda elevada.
  • Generación distribuida y Micro Grids.

A continuación se exponen estos casos de manera detallada:

Paralelo de grupos electrógenos para alcanzar grandes potencias

En ocasiones, cuando se necesita realizar un Power Plant de potencia elevada, no es posible recurrir a los “supermotores” mencionados anteriormente. En estos casos, se recomienda juntar varios motores de potencias entre 1500 y 3000kVA para alcanzar la potencia necesaria.

Se pueden juntar hasta decenas de motores. Estas plantas son muy comunes para reforzar la red eléctrica en países en desarrollo o en caso de desastres naturales.

¿Te imaginas plantas de hasta 100MW instaladas en pocas semanas? Es posible gracias a sistemas de despliegue y conexión rápido y una organización excelente.

Un video de APR Energy que nos enseña cómo montar 120MW en 20 días es posible.

Paralelo de grupos electrógenos para redundar sistemas di suministro

Otra gran ventaja del sincronismo entre generadores es el incremento de seguridad que le transmite al sistema.

Es pocas palabras, si tienes dos grupos suministrando, aunque uno se pare siempre tendrás el otro funcionando.

Este método es muy demandado en aplicaciones críticas como defensa, seguridad y centros de procesamiento de datos. De hecho, hay casos donde se emplean hasta 3 grupos en paralelo por si dos de ellos fallan.

Paralelo de grupos electrógenos para reducir el tamaño individual del generador

Hay nudos de potencia donde las diferencias entre los precios de los equipos son muy grandes, así como para los sucesivos gastos de operación.

Un ejemplo, es el caso entre los 700 y los 1000 kVA donde se pasa de usar motores vehiculares (camiones o autobuses) a motores de origen marina. Estos últimos son costosos por ser más robustos y producidos en menores cantidades.

A veces, dos generadores de 500kVA son más económicos que uno de 1000kVA.

Por lo tanto, hay casos donde dos equipos de 700kVA en paralelo, serán más rentables que uno de 1400kVA o dos de 500kVA, representan una mejor opción que uno de 1000kVA. También hay desventajas como la mayor complejidad de la logística o la necesidad de más espacio para la instalación.

Antes de tomar una decisión, hay que valorar caso por caso y analizar el coste de adquisición del equipo, el consumo y el coste de los repuestos, con relación al uso que se le dará al generador y a los requerimientos de la instalación.

Paralelo de grupos electrógenos y red pública para evitar el black-out

Cuando falla la red eléctrica sufrimos un corte de energía que provoca un pequeño black-out antes de que entre a funcionar el grupo electrógeno. A la vuelta del suministro eléctrico pasa lo mismo, el grupo desconecta y tras unos segundos de apagón vuelve la luz.

Sin embargo, hay una solución para que esto no ocurra. Si el grupo está constantemente sincronizado con la red, el black-out no ocurre. Evidentemente, mantener el generador conectado continuamente a la red sería un exagerado  dispendio de combustible.

Para solucionar este problema, hay redes que son capaces de avisar antes de cortar el suministro, de forma que el generador puede arrancar a tiempo, sincronizarse y tomar carga.

Esta funcionalidad, ya disponible en países como Francia o Italia desde hace más de una década, será cada vez es más posible gracias a la implementación armonizada en Europa de los Grid Codes.

Para eliminar el apagón a la vuelta de red es más fácil, ya que el mismo generador puede estar equipado de dispositivo de sincronismo para conectarse con la red antes de desconectar.

Paralelo de grupos electrógenos y red pública para reforzar la red en un punto concreto

Imagina que una fábrica decida ampliar procesos y requiera una cantidad de energía que la red en ese punto no tiene disponible. Esta fábrica deberá de usar un grupo electrógeno para suministrar su ampliación.

Se sincronizan generadores a la red pública para reforzar el suministro en un punto concreto.

Este refuerzo se puede realizar de distintas formas: potencia fija, repartición de carga o recorte de picos, tal como ya vimos en el post sobre modos de funcionamiento.

La potencia fija, se emplea cuando queremos que el generador suministre siempre la misma potencia generando ininterrumpidamente; la repartición de carga es útil si queremos que todas las fuentes de energía repartan y suministren la carga por igual, adaptándose a sus variaciones; el recorte de picos se produce si la red genera a potencia fija y el grupo electrógeno varía su potencia en función de la variación de la carga o viceversa.

Paralelo de grupos electrógenos y red pública para Generación distribuida y Micro Grids

El modelo energético conocido hasta ahora, representado por grandes centrales que luego distribuyen con líneas de alta tensión, no parece ser sostenible a largo plazo, debido al fuerte incremento de la demanda energética.

Esta demanda está alimentada también por la llegada de nuevas tecnologías que conducen la sociedad a necesitar cada vez más energía eléctrica.

Piensa en los vehículos eléctricos, que en lugar de consumir combustible disponible en las gasolineras, deberán  conectarse a la red eléctrica para conseguir la energía que necesitan para sus desplazamientos.

El modelo de generación está cambiando hacia la generación distribuida.

Actualmente, los nuevos modelos energéticos apuntan a ser los consumidores autónomos para que cada uno disponga de una ‘mini central’ que combine también fuentes renovables para su autoconsumo y en su caso, verter la energía excedente a la red.

Aunque desde el punto de vista tecnológico esto sea disponible y conveniente, la legislación no va a la misma velocidad y todavía es un proceso complicado en muchos países.

¿En qué consiste el sincronismo entre grupos electrógenos?

En pocas palabras, se trata de actuar sobre motores y alternadores de grupos electrógenos conectados entre sí, para que frecuencia y tensión se igualen y se sigan en cualquier condición de variación de carga.

En corriente alterna, no se puede suministrar energía a una red, sea pública o hecha por generadores, si antes no se ajusta la fuente para que trabaje a la misma frecuencia que la misma.

La propiedad de alinear frecuencia y voltaje se llama sincronismo o paralelo. Si una vez alcanzado el sincronismo y acoplado a la red, la fuente por alguna razón perdiera este sincronismo, se deberá desconectar.

Para visualizarlo gráficamente, piensa en la representación de las ondas de tensión de un sistema trifásico:

paralelo de grupos electrógenos

Fuente: Wikipedia.org

Si queremos sincronizar con otra fuente, las 6 ondas, 3 de una fuente y 3 de otra, se deben solapar exactamente dos a dos.

Tal vez un vídeo te ayude a visualizarlo

 

Antiguamente, se empleaban sincronoscopios y relés electromecánicos acoplados a dispositivos analógicos de repartición de carga. Hoy en día, todo esto lo hacen las centrales de control, comunicando directamente con los motores por protocolos bus y además monitorizando varios parámetros eléctricos con tiempos de reacción infinitesimales.

Box/ Sincronizar grupos de distinta potencia y de distintas marcas es posible, aunque sea recomendable utilizar centralitas compatibles y del mismo fabricante.

Para saber más

Otro tema relacionado con el paralelo de grupos electrógenos es el modo de funcionamiento y encuentrarás más información aquí.

Acerca de lo comentado sobre Micro Grids, te remito a un artículo de Obrasurbanas.es/grupo-electrogeno-escenario-microgrid que resume una de mis ponencias al respecto.

Si te preguntas qué son los Grid Codes, puedes consultar en Wikipedia.org/Grid Code. Se trata de reglamentos internacionales para armonizar el comportamiento y la infraestructura de la red eléctrica. En Europa están regulados por la Comisión Europea Europa.eu/Electricity Network Codes.

Sobre los aspectos técnicos del paralelo, te recomiendo  Wikipedia.org/Synchronization (alternating current). Aunque no esté muy actualizados con la tecnología es una buena base.

Photo Credit Flickr.com/RichardWikipedia.org/JJMesserly

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funcionamiento grupo electrogeno

Con Genset Fácil has aprendido que hay muchas formas de utilizar un grupo electrógeno: desde el camping, hasta los hospitales, desde el riego hasta los primeros auxilios en caso de desastres naturales.

Esta versatilidad se consigue gracias a los modos de funcionamiento: la posibilidad de emplear cada equipo de forma distinta, según el uso que le queramos dar. Un mismo equipo puede servir para distintas aplicaciones, solo con cambiar un parámetro de su controlador.

¿Cuáles son los modos de funcionamiento de un grupo electrógeno?

A continuación se exponen los modos de funcionamiento de un grupo electrógeno:

Manual: Cuando el equipo arranca y se detiene por mano de un operador.

Semiautomático, o semimanual: En este caso la centralita dispone de una entrada programable. No es inteligente por si solo, pero a través de un componente externo puede arrancar y parar sin el auxilio humano.

Automático por fallo de red: Los controladores más completos disponen de la capacidad de detectar en forma  autónoma cuando la red eléctrica falla y se requiere arrancar el generador. Este modo es completamente automático, no se necesitan componentes añadidos, ni la actuación de un operador.

Paralelo: Por encima de lo mencionado hasta aquí, cada grupo, sin importar que sea automático o manual, puede trabajar en paralelo, es decir, al mismo tiempo y junto con otro grupo o con la red. En este caso tenemos más posibilidades aún: trabajo a potencia fija, potencia repartida y recorte de picos.

Los modos de funcionamiento en detalle

El modo Manual

Este modo de funcionamiento es el que se utiliza siempre y cuando exista un operador que pueda o deba, controlar el grupo.

La necesidad de operar manualmente puede ser por razones de seguridad o de simplicidad. Por seguridad, cuando hay la necesidad de vigilar por la ausencia de personas o que las condiciones de la instalación sean las adecuadas. Por simplicidad, por la equipación del generador (para mencionar un ejemplo), bien para evitar fallos a componentes sofisticados, o bien, para hacerlo sencillo de usar para operadores no calificados.

En breve: un grupo electrógeno funciona en modo manual siempre y cuando necesite una persona, calificada o no, para arrancar, entrar en funcionamiento y parar.  El operador accionará botones dispuestos en el cuadro eléctrico y con ellos controlará las funciones disponibles del grupo electrógeno.

Algunos ejemplos típicos de este modo de funcionamiento son la construcción, donde las máquinas arrancan y paran controladas por los mismos albañiles o mecánicos de la obra; el riego, donde el usuario acciona manualmente el motor cuando lo necesita; la recuperación de desastres naturales, donde los mismos bomberos u operadores de la protección civil operan el generador.

También entran en esta categoría los generadores portátiles para el tiempo libre y el camping.

funcionamiento grupo electrogeno

El modo Semiautomático

El modo semiautomático, o semimanual, tienen características similares al modo manual. En este caso, el generador no puede discriminar de forma autónoma si comienza a trabajar o no, pero sí es posible añadir un componente externo para desarrollar esta función, esto sin necesidad que exista una persona siempre presente.

Un grupo electrógeno funciona en modo semiautomático cuando su controlador admite una entrada programable y esta entrada se conecta con un dispositivo externo que detecta la condición por la que queremos arrancar.

Imagina que se presenten desperfectos en una finca donde no hay disponibilidad de energía eléctrica, sería conveniente un grupo electrógeno que permita iluminar el área durante la noche, activar una alarma y prevenir que los vándalos accedan. Podrías conectar el generador a un sensor de luz para que detecte cuando baja la noche y a través de la entrada programable pueda arrancar. De la misma forma, parará el generador cuando vuelva la luz del día.

Otro ejemplo, tratándose de riego, sería cuando se emplea un sensor de nivel de agua colocado en una balsa. Este sensor se conecta al generador para que cuando la balsa se vacíe, arranque el generador y vuelva a llenar el depósito.

Ultimo caso y muy común, es el de conectar un reloj programador, de esta forma, podremos disponer del generador en días y horas concretas, sin necesidad de acceder al grupo, aunque este no sea automático.

El modo Automático

El modo automático es el que se utiliza cuando queremos que el generador sea completamente independiente. Por lo general, nos referimos al control de presencia del suministro eléctrico cuando tenemos el grupo electrógeno funcionando en emergencia.

El mismo cuadro de control y la misma centralita del generador son capaces de detectar que falta la red y tomar la decisión de arrancar, sin que sean necesarios los operadores y sin dispositivos externos.

Un grupo electrógeno funciona en modo automático por falta de red cuando su central de control es capaz de monitorizar y detectar la ausencia de la red electrice y por ello activar el grupo electrógeno y comandar el dispositivo de conmutación.

La conmutación, un doble interruptor que corta el grupo y activa la red o viceversa, puede encontrarse en el generador o externamente. Sin embargo, cuando el grupo es automático es éste que la controla y le indica cómo operar: trabajo grupo o trabajo red.

Ejemplos de esta aplicación son los generadores de emergencia empleados desde las grandes infraestructuras como hospitales, aeropuertos o estaciones de bombeo de agua, hasta edificaciones más comunes tales como colegios, las oficinas de una empresa o un chalet.

El funcionamiento en Paralelo

Por encima de los modos de funcionamiento principales hay otro tipo de funcionamiento que es el paralelo, o sincronismo.

Un grupo electrógeno trabaja en paralelo, o sincronismo, cuando no es la única fuente de alimentación de una carga sino que se suma a otro grupo o a la misma red.

Un generador puede trabajar conjuntamente a otra fuente de energía si previamente se ha sincronizado con ella. Es decir, replica la señal de corriente y tensión para tener los mismos valores eléctricos. Ejemplo de ello es un tren que debe alinear su velocidad a la del tren que le precede, para no alcanzarle y chocar.

Los principales modos de paralelo son:

Potencia fija: Cuando el generador está conectado a una red eléctrica y transfiere siempre la misma potencia, generando ininterrumpidamente 24/7.

Repartición de carga: Cuando todas las fuentes de energía reparten y suministran la carga por igual, adaptándose a sus variaciones.

Recorte de picos de consumo: Cuando la otra fuente genera a potencia fija y nuestro generador varía su potencia en función de la variación de la carga. Se puede trabajar al revés, cuando nuestro generador produce siempre la misma potencia mientras la otra fuente se adapta a las variaciones de la carga.

Para saber más

En este artículo se ha tratado sobre aplicaciones y cuadros eléctricos. Ambos temas han sido abordados con anterioridad y te invito a visitar los posts correspondientes para profundizar sobre esos conceptos. Encontrarás las  aplicaciones aquí y los cuadros eléctricos 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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¿QUÉ ES EL DERATING?
Las condiciones ambientales como la temperatura o la altitud, así como, algunas características eléctricas propias de las cargas que vamos a conectar al grupo electrógeno, pueden perjudicar la prestación del mismo. Por lo tanto, la potencia que el generador es capaz de suministrar se puede ver afectada. Esta influencia ha de tenerse en cuenta a la hora de dimensionar nuestra máquina, pero ¿cómo podemos saber de antemano los efectos del entorno donde instalaremos nuestro grupo electrógeno?
¿QUÉ ES EL DERATING?

Antes de que la electrónica se hiciese tan popular entre los motores de coche, cuando todavía circulaban los Simca 1000 y los Peugeot 205, todos recordamos con una sonrisa aquellas experiencias por el monte. Esos motores aspirados escalaban con fatiga los puertos de montaña y cuando íbamos toda la familia en el coche, siempre llegaba un momento en el que alguien se tenía que bajar.

¡El motor está caliente! ¡Que alguien baje y vuelvo a recogerlo luego!

Solía decir el conductor cuando el coche no podía más. El monte es un entorno que pone a prueba un motor y no solo por las cuestas, sino también por la falta de aire debida a la altitud. Esta falta de aire hace que el motor pierda potencia.

¿Qué es el derating?

En otro post hemos aprendido cómo la temperatura y la altitud afectan al grupo electrógeno. Además, hay otros fenómenos eléctricos característicos de algunos tipos de cargas que reducen la potencia del generador.

La buena noticia es que para cada condición negativa, tenemos la posibilidad de prever y apaciguar los efectos. Los fabricantes de motores y alternadores nos dan tablas y reglas para calcular la potencia que perdemos.

El fenómeno de pérdidas de potencia debido a factores característicos del entorno donde se instala el grupo electrógeno, se llama derateo o derating. Las instrucciones para calcular las pérdidas, se llaman tablas de derating.

Efectos en el motor

En general, la temperatura afecta el motor a partir de los 40 ºC. Siendo escaso el aire caliente que llega a la admisión, hay menos cantidad de oxígeno disponible para la combustión en la camera del cilindro. En un motor tipo inyector-bomba, la pérdida de potencia puede llegar a más de 10 % por cada 10 ºC de temperatura, mientras que en los modernos common rail gestionados electrónicamente, la pérdida se reduce de forma importante o se elimina.

Por otro lado, la temperatura afecta la eficiencia de los sistemas de refrigeración. Cuando el radiador no es capaz de sacar el calor del motor, bien habrá que bajar potencia, bien habrá que poner un radiador más grande. El radiador deberá estar adecuadamente sobredimensionado para la temperatura de trabajo. Se toman estas medidas para evitar que el controlador del grupo electrógeno pare el motor por sobretemperatura de agua. El disparo por sobretemperatura suele ocurrir gracias a un sensor de temperatura instalado en el radiador y ajustado entre los 100 y los 110 ºC dependiendo del motor.

La temperatura afecta también al combustible. Si éste llega al motor demasiado caliente -por encima de 40 ºC- la combustión no tendrá las condiciones óptimas y se deberá aplicar un derateo de hasta 3 % por cada 10 ºC.

La altitud afecta mayormente a los motores aspirados con respectos a los turboalimentados, ya que la turbina compensa, hasta cierto punto, la escasez de aire. La falta de oxígeno afecta a la calidad de la combustión y la prestación del motor como hace la temperatura. Siendo aplicable derateo a partir de los 1000 msnm para motores pesados y 500 msnl para motores ligeros, se puede tomar en cuenta un valor de 4 % por cada 500 m para un motor aspirado y de un 2 % por cada 500 m para un turbo.

Efectos en el alternador

El alternador también se ve afectado por la temperatura. Los bobinados están diseñados para trabajar a 25 ºC o 40 ºC ambiente según la clase de aislamiento. Si esta temperatura se alcanza, habrá que reducir la potencia para evitar que el aislamiento se dañe y ocurran accidentes. Para prevenir inconvenientes, la temperatura de los devanados se puede controlar con sensores específicos: cuando éstos detectan temperaturas peligrosas, envían una alarma para desconectar el grupo electrógeno. La pérdida de potencia por temperatura en un alternador es del orden del 3 % por cada 5 ºC por encima de los 40 ºC ambiente.

También en este caso hay que tener en cuenta los efectos de la altitud. La escasez de aire afecta el intercambio térmico y en el alternador se produce un sobrecalentamiento. Es correcto considerar una reducción de potencia del 3 % por cada 500 m de altitud por encima de los 1000 msnm.

No solo las condiciones ambientales afectan al rendimiento del alternador. También un factor de potencia -FdP- excesivamente bajo nos obliga a limitar la potencia. Esta pérdida aumenta si el FdP es capacitivo en lugar de inductivo. Por esta razón hay que tener extrema precaución cuando se alimenta un banco de condensadores con un grupo electrógeno pues éstos generan una pérdida importante.

Por ejemplo, se pierde el 5 % de potencia con FdP 0,7 y hasta un 15 % con FdP 0,3. Estos valores son válidos si se trata de desfase inductivo, si no fuese así, habría que considerar pérdidas mayores.

La información y los datos de arriba sirven como nociones generales acerca del derateo de grupos electrógenos. Los valores que se han dado son indicativos. Cada marca y modelo especifico de motor y alternador tiene características únicas en función del diseño y de las tecnologías empleadas. Sería imposible resumir en un post toda la información de todos los fabricantes. Para solicitar una información más especifica puedes usar los comentarios abajo. Estaré encantado de ayudarte.

Para saber más

Aquí te dejo un artículo muy práctico sobre las pérdidas por temperatura que afectan turismos Autofacil.es, no está demás tener algún conocimiento al respecto. También puedes estudiar la importancia del enfriamiento de alternadores, con esta noticia del blog de CGT, una autoridad al respecto Stamford-avk.com.

Photo Credit Nico Quatrevingtsix

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como influyen las condiciones ambientales el funcionamiento

Hasta los grupos electrógenos padecen el calor del verano, pero ¿qué grupo electrógeno necesito en alta montaña o donde hace calor? y ¿qué podemos hacer para prevenir los efectos ambientales?

Los efectos de la altitud y de la temperatura

Si piensas en aquella vez que fuiste al Pirineo, te acordarás de lo difícil que es andar en alta montaña: cuanto más subes, más cuesta caminar, hablar y cualquier tarea se hace complicada.

Los alpinistas expertos conocen este fenómeno como “mal de montaña” y se verifica a partir de los 2400 metros sobre el nivel del mar. A esta altitud hay menos oxígeno en el aire, y es por ello que nuestro cuerpo se ve afectado y se produce una baja en nuestra capacidad de hacer esfuerzos.

como influyen las condiciones ambientales el funcionamiento

En el aire que normalmente respiramos hay alrededor del 20 % de oxígeno, el resto es en su mayoría nitrógeno y una pequeña parte de otros gases. Esta proporción no varía con la altitud,  lo que sí varía, es la cantidad de aire presente.

Es decir, al nivel del mar hay más oxígeno porque hay más aire disponible, mientras que en alta montaña hay menos aire y por lo tanto menos oxígeno. Si el aire fuera visible como la niebla, ésta sería espesa al nivel del mar, como para no ver a más de un metro, y muy suave en montaña, como para ver lejos. La proporción en la composición del aire se mantiene, es la cantidad en su conjunto lo que varía. Esta variación de cantidad es lo que nos afecta.

También una elevada temperatura del aire afecta al rendimiento de los motores, pues modifica las condiciones de funcionamiento. El motor diésel, que necesita condiciones muy concretas tanto para la combustión como para la refrigeración, se ve afectado por la variación de temperatura, no puede optimizar el funcionamiento y genera menos potencia.

Las condiciones ideales

Hay casos en los que el grupo electrógeno tiene que trabajar en condiciones ambientales muy lejanas de las que consideramos óptimas para su funcionamiento. Los fabricantes de motores declaran un valor de potencia a los 25ºC de temperatura y 400 metros de altitud. La potencia, sin embargo, se suele mantener hasta los 40ºC de temperatura y los 1000 metros de altitud. Superados estos límites, el funcionamiento puede verse afectado.

Cuando sea indispensable que el genset trabaje en estas condiciones ambientales, deberás consultar al fabricante por si aplica alguna pérdida de potencia, en este caso, te aconsejarán un equipo de mayor potencia nominal.

El frío, el calor y la humedad afectan al generador también en otros aspectos. Debes conocerlos para poder tenerlos en cuenta antes de comprar tu próximo grupo electrógeno.

Si el generador pasa mucho tiempo parado y lo quieres para funcionar en emergencia, a la red deberás pedirlo con una resistencia de precaldeo. Ésta sirve para mantener el agua del motor caliente, alrededor de 40ºC de forma que el arranque sea más rápido y el motor no sufra excesivo estrés mecánico o térmico.

En ambientes con elevada humedad del aire, es bueno tener una precaución adicional. La humedad del aire suele condensarse en los bobinados del alternador y poco a poco los corroe hasta causar cortocircuitos. Si pides una resistencia anti condensación para mantener el bobinado caliente mientras el grupo electrógeno esté apagado, evitarás la formación de agua. También puedes solicitar un barnizado de mayor calidad para los bobinados de forma que la corrosión no tenga lugar. Los generadores para barcos -aplicación marina- suelen llevar esta protección adicional.

En invierno, cuando nieva y la temperatura llega por debajo de los cero grados, el motor tendrá dificultades para arrancar porque el aire de combustión estará muy frío, además el combustible podría congelar y obstaculizar la succión del mismo. Instala una simple estufa dentro del habitáculo del motor y aíslalo del exterior equipándolo con rejillas motorizadas.  Esto mantendrá la temperatura aceptable en el momento del arranque. Además, unos calentadores en el depósito harán que el gasóleo no cristalice.

Por último, debes saber que las baterías de arranque reducen su poder de carga y su vida útil a bajas temperaturas. Deberás pedir que estén sobredimensionadas para evitar que se descarguen demasiado rápido.

Curioso es el caso de los climas tropicales o desérticos. Los primeros, con una combinación de calor y humedad, y los segundos, con una extrema variación de temperatura entre noche y día, hacen que el grupo electrógeno se vea afectado por una combinación de los problemas arriba explicados.

Para saber más

Puedes profundizar los conceptos relacionados con la disponibilidad de oxígeno en el aire, con un artículo muy interesante de animalderuta.com, mientras que si tienes curiosidad sobre el mal de montaña, te sugiero wikipedia.org.

En este post puedes encontrar más información sobre las diferentes aplicaciones del grupo electrógeno.

 

Photo Credit: Luca Castellazzi

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CÓMO SE CALCULA LA POTENCIA DEL GRUPO ELECTRÓGENO

Lo primero que tienes que saber cuando necesitas un grupo electrógeno, es qué potencia te hace falta. Parece sencillo pero hay casos en los que la elección de la potencia es complicada. ¿Cómo podemos asegurarnos de acertar?

¿De qué depende la potencia del grupo electrógeno?

La potencia del grupo electrógeno que vayas a elegir para tu casa, obra o fiesta, dependerá de los equipos que debas conectar y hacer funcionar. Estos determinan la cantidad de potencia demandada y también otro aspecto menos visible: la calidad de la misma.

Hay cargas, como pueden ser hornos, secadores y bombillas que no afectan para nada al generador. En estos casos, simplemente te fijarás en la potencia nominal, la que marca la placa del equipo. Sin embargo, cuando hay aparatos como bombas, SAI o amplificadores, no solo se deberá tener en cuenta la potencia de placa, sino también factores como las corrientes de arranque o las distorsiones armónicas.

CÓMO SE CALCULA LA POTENCIA DEL GRUPO ELECTRÓGENO

Las corrientes de arranque causan las subidas repentinas de potencia que ocurren cuando arrancamos un motor eléctrico.  Dependen de un fenómeno propio del mismo equipo y no se pueden eliminar. Solo se puede reducir con sistemas de arranque controlado. En caso de no tomar ninguna medida, la corriente de arranque puede llegar a superar hasta siete veces la corriente nominal, mientras que con un arrancador, el más común es denominado Estrella/Triangulo, la reducimos a tres veces y medio.

Las distorsiones armónicas son comparables a ‘suciedad eléctrica’ que el equipo, por sus características internas, devuelve a la fuente que lo alimenta. Se pueden eliminar con filtros, pero a menudo es más fácil sobredimensionar el alternador para que este sea inmune a la ‘suciedad’.

Haz una lista de los equipos

Lo primero que deberás hacer es preparar una lista -puedes usar esta plantilla– de todos los equipos que debes conectar al grupo electrógeno, anotarás nombre, tipo, potencia y tensión.

El nombre será el identificador del equipo, tal como ‘horno’, ‘amplificador’, ‘bomba del jardín’, por ejemplo.

El tipo será ‘Simple’, para los equipos que no ‘contaminan’ el suministro eléctrico como un horno, un secador, la iluminación, los electrodomésticos.  Será ‘Complejo’, para aquellos que sí contaminan como una bomba, un ventilador, un amplificador de música, un SAI o un cargador de baterías muy potente. Las cargas ‘complejas’ se denominan con más propiedad como ‘no lineales’.

La potencia será el valor en kilovatios -kW- que encuentres en la placa del aparato.

La tensión será trifásica o monofásica siempre según lo que encuentres en la placa del aparato. En caso de duda fíjate en el enchufe: si es trifásica tendrá cuatro o cinco conductores (tres fases, neutro opcional, tierra), mientras que si es monofásica, tendrá tres (una fase, neutro, tierra).

¿Cómo calcular la potencia del grupo electrógeno?

Una vez tengas la lista completa sabrás cómo dimensionar tu generador.

Suma las cargas simples por un lado y complejas por el otro. Si estas últimas suman un valor menor que la tercera parte de las primeras, entonces no debes preocuparte. Simplemente calcula:

POTENCIA GENERADOR= TOTAL DE POTENCIAS x 1,2

y tendrás un valor conveniente para tu grupo electrógeno.

Si tienes muchas cargas especiales en proporción con las que no lo son, entonces multiplica la potencia total por dos para estar seguro:

POTENCIA GENERADOR= TOTAL DE POTENCIAS x 2

En todo caso recuerda que hay que repartir las cargas monofásicas entre la tres fases del grupo electrógeno.

Cargas no lineales y grupo electrógeno

Además, hay unas reglas empíricas para las cargas especiales.

  • En caso de bombas y ventiladores puedes sobre dimensionar el generador tres veces en caso de arranque directo, y dos veces si se trata de arranques estrella/triángulo.
  • En caso de SAI podremos fijarnos en el valor la THD nominal del equipo -está en la placa-: si estas llegan al 35 %, entonces deberás escoger un grupo electrógeno de potencia doble, si llegan al 10 % escoge lo 1,7 veces más grande y si el THD solo es un 5 %, te bastará 1,5 veces la potencia.
  • En caso de una carga monofásica muy grande y que no se pueda repartir, cuenta que un generador trifásico entrega al máximo un tercio de su potencia nominal por cada fase.

Para saber más

Si quieres profundizar este argumento te podría interesar una explicación más amplia del fenómeno.

Para una análisis más completo, hay que tener en cuenta aspectos que se ven afectados por la calidad de la carga y por lo tanto, son necesarios para establecer cómo dimensionar el grupo:

  • Máxima caída de tensión y frecuencia transitoria.
  • Estabilidad de frecuencia y tensión en régimen estabilizado.
  • Máxima distorsión armónica permitida.

Además, te recomiendo consultar la teoría de las distorsiones armónicas y del motor eléctrico.

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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

Photo Credit: Pexels.com

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