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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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Cómo se instala un grupo electrógeno

La instalación de un grupo electrógeno es un ejercicio complejo porque abarca varias disciplinas de la ingeniería.

A continuación verás algunas pautas básicas que te permitirán instalar con seguridad un generador. Recuerda que, si no respetas las indicaciones proporcionadas por el fabricante, te arriesgas a causar daños, así como a situaciones peligrosas.

Cómo se instala un grupo electrógeno

¿Cómo se instala un grupo electrógeno?

Para instalar un generador eléctrico hay que tener en cuenta algunos aspectos claves:

  • El montaje mecánico, incluyendo la obra civil.
  • La instalación eléctrica.
  • La instalación de combustible.
  • La ventilación.

Cualquiera de estos aspectos es fundamental para que el resultado final sea fiable y sobre todo, seguro.

Este artículo sirve a modo indicativo. 

Para cualquier operación de instalación que debas realizar, dirígete a un profesional adecuadamente formado y certificado y/o al fabricante del grupo electrógeno.

El montaje mecánico

Cimentación y posicionamiento

La cimentación es la base de hormigón armado sobre la cual se apoya y ancla el grupo electrógeno, debe  soportar como mínimo una vez y media el peso del generador, incluyendo líquidos como el aceite, combustible y refrigerante, así como sus accesorios y el cuadro eléctrico.

Las dimensiones de la cimentación deben exceder las del generador, al menos 200 mm., en los dos sentidos de longitud y anchura.

Para limitar la cimentación es conveniente poner una capa de aislante entre la cimentación y el suelo alrededor de la misma.

La altura de la cimentación se podrá calcular con una fórmula y depende del peso que deba sostener y de la calidad del hormigón que se vaya a emplear.

Dejo una fórmula a modo de ejemplo:

como se instala un grupo electrogeno

El espacio donde se instale el grupo electrógeno, debe estar preparado para éste y preferiblemente para su uso exclusivo.

Será conveniente instalar en la misma sala, tanto los accesorios como las transferencias automáticas o las bombas de trasiego para facilitar la labor de mantenimiento y operación.

La sala debe de estar suficientemente despejada y con accesos adecuados para introducir el grupo y poder instalarlo con seguridad.

Es recomendable dejar al menos un metro y medio alrededor del generador. Teniendo en cuenta que si el grupo ya lleva una carrocería, se  debe dejar suficiente espacio para poder abrir totalmente las puertas de la misma.

En el caso de realizar la instalación del grupo electrógeno en interiores, salas de máquina o sótanos, se prestará especial atención al sistema de ventilación y a la evacuación de los gases de escape.

Si se posicionará más de un generador en la misma sala, además de las pautas anteriores, recuerda dejar suficiente espacio entre uno y otro para acceder, abrir puertas y realizar el mantenimiento.

Si no tienes salas y vas a posicionar el generador en exteriores, intenta dejarlo lo más aislado posible. Ten cuidado con garantizar espacio para la circulación de aire de refrigeración, así como la expulsión de gases de escape.

Consulta si hay reglamentos en tu ayuntamiento para evitar denuncias de vecinos sensibles al ruido.

Presta atención a que el suelo esté estable y firme, si no fuese así, podrás realizar una cimentación como se ha indicado en el apartado anterior.

Insonorización

En caso de instalar un generador abierto, podrás aplicar sistemas de insonorización y reducción de ruido en la misma sala. Esto afecta tanto al aislamiento de las paredes como al acondicionamiento de las entradas y salidas de aire de refrigeración.

A través de estos sistemas fijos, puedes obtener niveles de reducción muy altos, incluso más que las tradicionales carrocerías.

Sistema de escape

A la hora de realizar la tubería de escape para un generador, lo mejor es hacerla lo más recta posible y lo más vertical posible. Evita codos y en los tramos horizontales, aplica una inclinación del 5% hacia arriba, previendo una toma en el punto más bajo para descargar la condensación que se pueda crear.

Si atraviesas paredes, aísla la tubería con lana de roca o algo similar para que no trasmita calor. Emplea siempre tubos de acero lisos y sin soldadura.

En la conexión con el motor, emplea un tramo flexible para no transmitir las vibraciones del mismo a la tubería, y soporta el peso de esta última con enganches adecuadamente distribuidos a lo largo de su recorrido.

Los gases de escape son perjudiciales para la salud y además  pueden causar quemaduras, ten cuidado con alejar la tubería de salida de puertas o ventanas y de dejar bien despejado el recorrido de las tuberías. Coloca la salida a favor de viento para evitar que éste empuje los gases hacia las ventanas o zona concurridas.

Es importante respetar medidas y distancias concretas para el posicionamiento de las tuberías. Es recomendable consultar reglamentos locales, aunque suele ser lo correcto, no bajar de los 2,5 m., de altura en caso de dejar la salida en una pared o en vertical.

Se deben utilizar tuberías de diámetro generoso (siempre mayor que el de salida del motor) y calcular la contrapresión del sistema de escape para asegurarse de cumplir con los requisitos del motor. Cuando utilices codos, emplea radios de curvatura amplia, de tres o más veces el diámetro del tubo.

No es un cálculo complicado, pero necesitarás datos proporcionados por parte del fabricante. A continuación, se suministra una fórmula para tu conocimiento:

La contrapresión que debe tener el tubo, te la debe de dar el fabricante del mismo, y es un dato conocido por éstos.

La tubería se puede calcular de la siguiente manera:

C:Usersesbromascomo se instala un grupo electrogeno

El caudal de gases en m3/s y la temperatura de los gases en ºC los cuales puedes encontrar en la ficha técnica del generador.

La longitud equivalente de cada tramo de tubería y el diámetro interior de la misma dependen de las características de las tuberías que se vayan a diseñar o realizar.

La instalación eléctrica

Antes de comenzar con las conexiones eléctricas de tu grupo electrógeno, se deben consultar los esquemas y asegurarse de la función de cada cableado. Respeta las instrucciones y observa escrupulosamente las conexiones de borneras y cables de maniobra.

El fabricante debe indicar la distancia máxima entre los cuadros y el generador, si no, las mismas se pueden relacionar; se deben seguir las instrucciones sobre cómo actuar y probablemente se necesiten fuentes de alimentación o relés para duplicar las señales.

Los cables de potencia deben ser dimensionados por un profesional para evitar caídas de tensión, así como sobrecalentamiento o incendios.

Se debe tener especial cuidado con el orden de fase y respetar los bornes de fase y el neutro.

Emplea los registros de entrada y salida de cable predispuestos por el fabricante y sujeta las mangueras con bridas y soportes para evitar que su peso caiga sobre el interruptor y pueda hacerle daño. Al utilizar canaletas o rejillas para llevar las mangueras a destino, se deben dejar ordenadas y respetar una separación entre potencia y señal.

Puesta a tierra

La seguridad de la instalación depende también de una correcta puesta a tierra de las partes metálicas del equipo.

Se encontrará una toma de tierra en el cuadro que corresponde al punto central de la estrella del alternador (en un generador trifásico) y uno o varios bornes en el chasis o carrocería.

Según el tipo de instalación y de distribución (TT, TN, IT) se deben conectar los bornes en modo diferente, si no estás seguro, consúltalo con un profesional.

La puesta a tierra se realiza con unas picas de cobre específicas, sus dimensiones y la profundidad de enterramiento dependen del suelo y de la distribución.

Los requisitos para las instalaciones de tierra pueden variar de manera considerable entre un país y otro, siempre será mejor consultar la legislación local y los reglamentos apósitos.

La instalación de combustible

Los generadores incorporan un tanque de combustible que puede estar instalado en la bancada o suministrado suelto. Éste, alimenta directamente al motor y sólo requiere de una monitorización de nivel para que no se quede vacío en ningún momento.

En caso de necesitar largas autonomías se podrá añadir un depósito nodriza externo al grupo electrógeno. Se conectará al depósito estándar por una bomba de trasiego automático que de forma autónoma, llenará el depósito principal.

También, en este caso, existen normativas estrictas que será necesario consultar para evitar problemas administrativos, peligros o incendios.

La ventilación

Siempre que se quiera instalar y exista una ventilación adecuada, se requiere cumplir con algunos requisitos:

  • Asegurar el flujo de aire para la combustión y para el sistema de refrigeración principal, radiador o intercambiador.
  • Tener en cuenta los elementos altitud y temperaturas para corregir la densidad del aire en los cálculos.
  • Tener en cuenta la orientación de los vientos para evitar recirculación de aire.
  • Evacuar el calor generado por irradiación, por motor y alternador u otras fuentes de calor en la sala.

Las dimensiones de las ventanas de ventilación deberán ser por lo menos 1,3 veces más grandes que las de entrada y salida del grupo. Si se trata de un grupo abierto, se considerarán las dimensiones de la masa radiante.

Como regla general, calcula una velocidad del aire entre 2 y 3 metros por segundo:

como se instala un grupo electrogeno

Los datos del caudal, estarán en la ficha técnica mientras la superficie será la de las ventanas que definas.

En caso de situar el grupo en zonas extremadamente frías, la sala deberá ser acondicionada y calentada para que la temperatura no baje de 5 grados. Esto evitará la cristalización del combustible y facilitará el arranque.

Puedes consultar el artículo sobre climas fríos para más instrucciones.

¿Y ahora qué?

Con la instalación mecánica no se acaba la labor de puesta en servicio de un generador, también hay que gestionar ciertas tareas administrativas.

En España, este tipo de instalaciones generadoras de baja tensión, deben cumplir con la instrucción técnica ITC-BT 40 del Reglamento Eléctrico de Baja Tensión (REBT).

Igualmente, la empresa que instala el grupo electrógeno debe cumplir con los requisitos establecidos en el Real Decreto 842/2002 REBT, concretamente en su ITC-BT 03. Esto significa que también quien alquile o realice mantenimientos, debe registrarse como empresa especializada y su personal cumplirá con los requisitos y certificados correspondientes.

Además, una vez instalado, el generador necesita de un proceso de legalización, que suele ser distinto en función de la potencia.

Para saber más

Para profundizar los procedimientos administrativos te aconsejo el artículo de FEMPA y si no estás en España, infórmate en tu ayuntamiento o con un profesional del sector.

Además, para más detalles técnicos sobre el cálculo de la tubería de escape puedes ver este enlace, donde se explica el método de las pérdidas de carga equivalentes.

Por último, los sistemas de distribución son un concepto muy importante de la instalación eléctrica que debes conocer a la hora de instalar un equipo. Si no conoces sobre el tema puedes tener una idea del mismo aquí o consultarlo con un profesional.

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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.

Photo Credit Pexels.com

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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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