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Conjuntos Generadores enfriados con Líquido
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ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
GARANTÍA
1 – INTRODUCCIÓN
Generalidades
Acerca de Este Manual
Manuales Relacionados a la Aplicación
Seguridad
2 – DISEÑO PRELIMINAR
Generalidades
Requerimientos de Potencia
Requerimientos Generales
Requerimientos Específicos
Tipos y Capacidades del Sistema
El Diagrama Unifilar
Lineamientos para los Rangos de Potencia del Conjunto Generador
Potencia En Espera
Potencia Primaria
Potencia de Carga Base (Potencia Continua)
Dimensionamiento
Consideraciones de la Ubicación
Consideraciones para la Ubicación en el Exterior
Consideraciones para la Ubicación en el Interior
Consideraciones para la Selección del Combustible
Combustible Diesel
Combustible Biodiesel
Gas natural
LPG (Gas Licuado de Petróleo)
Gasolina
Combustibles Sustitutos
Consideraciones Ambientales
Ruido y Tratamiento del Ruido
Niveles y Regulaciones del Ruido
Regulaciones para las Emisiones del Escape del Motor
Regulaciones para el Almacenamiento del Combustible
Protección contra Incendios
Cuestionario del Diseño Preliminar
3 – IMPACTO DE LA CARGA ELÉCTRICA EN LA DIMENSIÓN DEL GENERADOR
Generalidades
Aplicaciones y Rangos de Servicio
Rangos de Servicio del Conjunto Generador
Aplicaciones Obligatorias y Opcionales
Entendiendo las Cargas
Requerimientos de Arranque y funcionamiento de las Cargas
Secuenciado la carga por pasos
Tipos de Cargas
Características de la Carga
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3-4
3-12
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
4 – SELECCIÓN DEL EQUIPO
Generalidades
Alternadores
Voltaje
Aislamiento y Capacidades
Devanados y Conexiones
Fundamentos y Excitación
Motores
Gobernadores
Sistemas de Arranque del Motor
Controles
Basados en Relevadores
Con Base Electrónica (Microprocesador)
Electrónicos de “Autoridad Total”
Opciones de Control
Accesorios y Opciones
Seguridades de los controles y Anunciadores
Interruptores de Circuito de la Línea Principal
Baterías y Cargadores de Batería
Sistemas de Escape y Silenciadores
Casetas (Cabinas)
Configuraciones de Enfriamiento y Ventilación Alternas
Sistemas de Mantenimiento del Nivel de Aceite Lubricante
Dispositivos de Calentamiento para Conjuntos Generadores En Espera
Tanques de Combustible (Diesel)
Montaje de Aisladores de Vibración
Equipo de Conmutación de Energía
Necesidades Adicionales del Equipo
5 – DISEÑO ELÉCTRICO
Generalidades
Diseños Típicos del Sistema Eléctrico
Lineamientos Generales
Requerimientos
Recomendaciones
Sistemas Típicos de Bajo Voltaje
Sistemas Típicos de Medio y Alto Voltaje
Elegir un Transformador para el Generador
Generadores Sencillos versus Paralelos
Sistemas Combinados de Generador y Servicios
Distribución de Energía
Conexiones Eléctricas
Generalidades
Conexiones de Energía CA al Generador
Conductores de Energía CA
Carga con Factor de Potencia Adelantado
Rev. mayo 2010
4-3
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5-3
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5-21
ii
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Aterrizado del Sistema y el Equipo
Coordinación Selectiva
Falla y Protección de Sobre-Corriente con Conjuntos Generadores
Dimensionar un Interruptor de Circuito del Generador de Línea Principal
Fuentes del Conjunto Generador
Protección de Sobrecargas de los Generadores
Voltaje Medio, Todas las Aplicaciones
6 – DISEÑO MECÁNICO
Cimentación y Montaje
Montaje del Generador y Aislamiento de Vibraciones
Medidas de la Cimentación
Cimentación para el Aislamiento de la Vibración
Aisladores de Vibración
Resistencia a Terremotos
Protección Contra Tirones del Cableado de Energía y Control
Sistema de Escape
Lineamientos Generales del Sistema de Escape
Cálculo del Sistema de Escape
Enfriamiento del Motor
Requisitos
Recomendaciones
Generalidades
Tipos de Sistemas de Enfriamiento
Sistemas de Enfriamiento Suministrados de Planta
Sistemas de Enfriamiento Suministrados No-de-Planta
Refrigerante
Altitud y Temperatura Ambiente
Enfriamiento del Alternador
Obstrucción del Sistema de Enfriamiento
Calidad del Servicio
Aplicaciones Móviles
Enfriamiento del Motor
Radiador Montado en Patín
Radiador Remoto
Sistema de Radiador Remoto con Tipo de Deaereación
Radiador Remoto con Bomba de Enfriamiento Auxiliar
Radiador Remoto con Pozo Caliente
Enfriamiento del Motor de Circuito Múltiple – Radiadores Remotos
Radiadores para Aplicaciones de Radiador Remoto
Enfriamiento de Combustible con Radiadores Remotos
Cálculos de Dimensionamiento para Tubería de Enfriamiento
Ventilación
Generalidades
Requisitos
Recomendaciones
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6-43
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Determinando los Requisitos de Flujo de Aire
Requisitos del Diseño de Entrada y Salida de la Ventilación del Cuarto
Calculando el Área de Flujo Efectivo de Entrada/Salida
Lineamientos para el Diseño de la Entrada y la Salida
Presión Negativa en el Cuarto del Conjunto Generador
Ventilación del Cárter del Motor
Restricción del Flujo de Aire
Ventilando Conjuntos Generadores Múltiples
Operación de las Persianas
Muros de Bloqueo
Filtrado del Aire de Ventilación
Altitud y Temperatura Ambiente
Verificación del Sistema
Lineamientos Generales
Cálculos del Flujo de Aire
Prueba en Campo de los Sistemas de Ventilación
Ventilación del Radiador Montado en el Patín
Ventilación con Aplicaciones de Intercambiador de Calor o Radiador Remoto
Ejemplo del Cálculo del Flujo de Aire de Ventilación
Suministro de Combustible
Suministro de Combustible Diesel
Tubería de Combustible Diesel
Tanque de Combustible Sub-Base
Tanques de Día
Suministro de Combustible Gaseoso
Calidad del Combustible Gaseoso
Diseño del Sistema de Combustible del Conjunto Generador
Diseño del Sistema de Combustible del Sitio
Cálculos de Presión del Combustible Sistema de Combustible Gaseoso
Reducir el Ruido en Aplicaciones del Conjunto Generador
La Ciencia del Ruido
Ruido del Conjunto Generador
Estructura de Reducción – Ruido Transmitido
Reducir el Ruido en el Aire
Casetas con Atenuación del Sonido (Cabinas)
Desempeño del Silenciador del Escape
Protección Contra Incendios
Diseño del Cuarto del Equipo
Consideraciones Generales
Instalaciones Arriba del Techo
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6-47
6-47
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6-49
6-50
6-50
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6-52
6-52
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6-53
6-53
6-54
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6-56
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6-58
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6-66
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6-73
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6-76
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6-77
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6-78
6-79
iv
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
7 – Cuestionario de Salud, Seguridad y Medio Ambiente
7-2
Cuestionario para el Proyecto e Instalación
7-2
Cuestionarios de Instalación – Abierto
7-6
Cuestionarios de Instalación – Cerrado
7-8
Cuestionario de Pre - Arranque
7-11
Cuestionario de Arranque
7-13
v
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE A
Dimensionamiento de Conjuntos Generadores con GenSizet
Generalidades
Parámetros del Proyecto
Metiendo las Cargas
Definición de Términos
Cálculos Detallados de la Carga
Cálculos Misceláneos de la Carga
Metiendo las Cargas en Pasos
Consideraciones de los Pasos de la Carga
Lineamientos de la Secuencia en Pasos
Recomendaciones y Reportes
Reportes
APÉNDICE B
Arranque del Motor con Voltaje Reducido
Una Comparación de los Métodos para el Arranque del Motor
Arranque del Motor con Voltaje Pleno
Arranque del Motor con Autotransformador, Transición Abierta
Arranque del Motor con Autotransformador, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Reactor, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Resistencia, Transición Cerrada
Arranque del Motor Delta-Estrella, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Devanado Partido, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Rotor Devanado
Arranque del Motor Síncrono
Nota de Aplicación General
APÉNDICE C
Voltajes y Suministros Mundiales
APÉNDICE D
Fórmulas Útiles
APÉNDICE E
Mantenimiento y Servicio
Diario
Semanal
Mensual
Semestral
Anual
APÉNDICE F
Códigos y Estándares
Estándares de Productos Relacionados
Modificación de Productos
APÉNDICE G
Glosario
APÉNDICE H
Lista de Figuras
APÉNDICE I
Lista de Tablas
Rev. mayo 2010
A-3
A-3
A-3
A-4
A-6
A-7
A-8
A-11
A-12
A-12
A-12
A-13
A-17
B-2
B-2
B-2
B-2
B-3
B-3
B-4
B-4
B-5
B-5
B-6
B-6
B-7
C-2
C-2
D-2
D-2
E-2
E-2
E-2
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F-2
F-2
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I-1
I-2
vi
Garantía
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Garantía: Este manual se publica únicamente para propósitos
de información y no debe considerarse que incluya todo. Si
se requiere de más información, consulte a Cummins Power
Generation. La venta del producto mostrado o descrito en esta
literatura está sujeta a los términos y condiciones descritos en
las políticas apropiadas de venta de Cummins Power Generation
u otros convenios contractuales entre las partes. Esta literatura
no está pensada para ningún contrato ni lo amplía o se agrega
a él. La única fuente que gobierna los derechos y reparaciones
de cualquier comprador de este equipo es el contrato entre el
comprador y Cummins Power Generation.
En ningún caso Cummins Power Generation será responsable
con el cliente o el usuario en el contrato, de agravio (incluyendo
negligencia), estricta responsabilidad legal o por otro lado de
ningún daño especial, indirecto, incidental o resultante o pérdida
sea la que fuere, incluyendo pero no limitado al daño o pérdida
del uso del equipo, planta o sistema de potencia, costo o
capital, pérdida de potencia, gastos adicionales en el uso de
instalaciones de energía existentes, o reclamaciones contra el
comprador o usuario por sus clientes resultantes del uso
de la información, recomendaciones y descripciones contenidas
en la presente.
NO SE HACE NINGUNA GARANTÍA, EXPRESA O IMPLÍCITA,
INCLUYENDO LAS GARANTÍAS DE COMPATIBILIDAD PARA
UN PROPÓSITO O COMERCIALIZACIÓN EN PARTICULAR,
O LAS GARANTÍAS QUE SURJAN DEL CURSO DEL TRATO
O USO, CON RELACIÓN A LA INFORMACIÓN,
RECOMENDACIONES Y DESCRIPCIONES CONTENIDAS EN
EL PRESENTE. Cada cliente es responsable del diseño y
funcionamiento de los sistemas de su edificio. No podemos
garantizar que las especificaciones de los productos de
Cummins Power Generation son los apropiados y suficientes
para sus propósitos. Usted debe estar satisfecho en cuanto
a ese punto.
vii
Rev. mayo 2010
CAPÍTULO 1 ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
1 – INTRODUCCIÓN
Generalidades
Acerca de Este Manual
Manuales de Aplicación Relacionados
Seguridad
1-2
1-2
1-2
1-3
1-3
Rev. mayo 2010
1-1
1 - INTRODUCCIÓN
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Generalidades
El mundo está haciendo más y más dependiente de la
electricidad. Los suministros de energía eléctrica son críticos
casi para cualquier instalación y un suministro eléctrico confiable
es vital a un número de instalaciones en aumento. Las
instalaciones como los grandes edificios de oficinas y plantas,
así como las instalaciones de telecomunicaciones, centros de
datos y proveedores de servicio de Internet, dependen que la
energía eléctrica esté disponible las 24 horas del día, siete días
a la semana esencialmente sin interrupciones. Esta necesidad
también está estimulada por la continua proliferación de
computadoras electrónicas para el procesamiento de datos,
control de procesos, sistemas de apoyo a la vida y las
comunicaciones mundiales – de las cuales todas exigen un
flujo continuo e ininterrumpido de energía eléctrica. Más allá
de las preocupaciones por la confiabilidad, existen incentivos
económicos en crecimiento que favorecen la instalación de
conjuntos moto-generadores en el lugar. Como resultado, los
conjuntos moto-generadores rutinariamente están siendo
especificados para la construcción de edificios nuevos así
como para actualizaciones. Proporcionan energía de
emergencia en el caso de la falla del servicio de energía y se
pueden usar para reducir el costo de la electricidad donde la
estructura y política de la tarifa del servicio local, los hacen
una opción viable. Debido a su importante papel, los conjuntos
generadores deben especificarse y aplicarse de tal manera
que proporcionen energía eléctrica confiable de la calidad y
capacidad requeridas.
Acerca de este Manual
Este manual describe la especificación y la aplicación de
conjuntos generadores estacionarios, enfriados con líquido, a
diesel y encendidos por chispa – conocidos en este manual
como “conjuntos generadores”. Este manual consiste de siete
secciones principales: Diseño Preliminar, Impacto de la Carga
Eléctrica en el Dimensionamiento del Generador, Selección del
Equipo, Diseño Eléctrico, Diseño Mecánico y el Apéndice.
El suministro eléctrico de energía primaria, tanto para
comunidades remotas que no tienen el servicio de la red de
energía eléctrica comercial, como para aquellos sitios donde
la red de energía comercial por alguna razón no está disponible
por periodos prolongados, también se está convirtiendo en
un requisito, en lugar de un lujo, para muchos usuarios.
El Diseño Eléctrico cubre el diseño de la instalación del generador
y los sistemas eléctricos relacionados, su interfaz con las
instalaciones junto con los tópicos de la protección a la carga
y al generador. El diseño eléctrico y la planeación del sistema
de generación en el sitio es crítico para la operación apropiada
del sistema y su confiabilidad.
El Diseño Preliminar describe las consideraciones preliminares
para un proyecto de conjunto generador. Los requisitos para
el equipo y la instalación varían dependiendo de las razones
para tener el conjunto generador y la intención de su uso.
Cuando se diseña una instalación de conjunto generador,
revisar y entender estas razones es útil como el punto de inicio
para el diseño del sistema y las opciones del equipo.
El Impacto de la Carga Eléctrica en el Dimensionamiento del
Generador explica los varios tipos de carga, sus características
y su impacto en el tamaño del generador, operación y opciones
de equipo del conjunto generador. También se cubre el tópico
de la secuencia de la conexión de la carga.
La Selección del Equipo explica las partes fundamentales de
un conjunto generador y el equipo relacionado, sus funciones
y las interrelaciones y los criterios para las opciones. Se tratan
las características funcionales, los criterios para las opciones
y el equipo opcional necesario.
Sin importar para qué se piensa usar la energía en el sitio, la
confiabilidad del servicio del equipo en el sitio, el desempeño
y la efectividad en costos son preocupaciones primarias de
los usuarios. El propósito de este manual es el de proporcionar
una guía para los diseñadores del sistema y las instalaciones
para la selección del equipo apropiado para una instalación
específica y, el diseño de las instalaciones, para que se
satisfagan las necesidades de estos sistemas comunes.
1-2
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
El Diseño Mecánico cubre el diseño de la instalación del
conjunto generador y los sistemas mecánicos relacionados
junto con su interfaz con las instalaciones. El diseño mecánico
y la planeación del sistema de generación en el sitio es crítico
para la operación del sistema y su confiabilidad. Los tópicos
incluyen la cimentación y el montaje, sistemas de escape,
sistemas de enfriamiento, ventilación, sistemas de combustible,
reducción del ruido, protección contra incendios y el cuarto
del equipo.
El Apéndice contiene numerosos tópicos útiles que incluyen
un resumen del programa para el dimensionamiento GenSize™
y el contenido del Power Suite. También se incluye una
exposición del arranque del motor a voltaje reducido y útiles
referencias de los voltajes en el mundo, referencias de
mantenimiento, fórmulas, referencias de Códigos y Estándares
y un glosario de términos.
Este manual describe la aplicación de generadores estacionarios.
Este manual no cubre la aplicación de generadores comerciales
diseñados como estacionarios en aplicaciones móviles, los
cuales generalmente se consideran ser una aplicación no
anunciada. Cummins Power Generation (CPG) no aprueba
ninguna aplicación móvil de sus generadores comerciales
excepto en aquellas aplicaciones específicamente diseñadas
y probadas por CPG. Si los distribuidores o clientes de CPG
desean aplicar los generadores comerciales diseñados como
estacionarios en otras aplicaciones móviles, entonces deben
hacerlo sólo después de un extenso análisis, prueba y clara
comunicación con el cliente usuario final con relación a las
posibles limitaciones en la vida de uso o de diseño del generador.
CPG no puede asegurar que los atributos del producto son
los propios y suficientes para las aplicaciones móviles del
cliente, por lo tanto, cada cliente debe quedar satisfecho por
sí mismo en ese punto. Cada cliente es responsable del diseño
y funcionamiento de su propia aplicación e instalación.
Manuales Relacionados a la Aplicación
Toda instalación de conjunto generador requiere del equipo de
transferencia de energía, bien sea interruptores de transferencia
o conmutadores de paralelismo. El sistema apropiado para
el trabajo y su aplicación apropiada son cruciales para obtener
una operación confiable y segura. Los siguientes manuales
de aplicación de Cummins Power Generation tratan los aspectos
relacionados a los sistemas de energía en emergencia. Puesto
que estos manuales cubren aspectos que exigen de decisiones
que deben tomarse a principios del proceso del diseño, deberán
revisarse junto con este manual.
Manual de Aplicación T–011–Sistemas de Transferencia de
Potencia Automáticos. Muchas aplicaciones utilizan múltiples
fuentes de energía para mejorar la confiabilidad del sistema de
energía eléctrica. Éstos a menudo incluyen tanto el servicio
de la red pública como el conjunto generador para las cargas
críticas. El T–011 cubre lo diferentes tipos de sistemas de
transferencia de energía disponibles y las consideraciones para
su uso y aplicación. Una cuidadosa consideración del sistema
de conmutación de energía al inicio del proyecto le permitirá
al diseñador ofrecer el servicio viable más económico y más
confiable al usuario de las instalaciones.
Manual de Aplicación T–016–Paralelismo y Conmutador de
Paralelismo. El equipo de paralelismo hace que dos o más
conjuntos generadores se comporten como un conjunto grande.
Esto puede ser ventajoso económicamente, en especial cuando
la carga total es mayor a 1000 kW. La decisión de usar
conjuntos en paralelo debe hacerse en las etapas oportunas
del diseño, especialmente si el espacio y la necesidad de
expansiones futuras son factores críticos.
Una barra negra colocada a la izquierda del párrafo es una
señal que el texto en ese párrafo ha cambiado o que el párrafo
es nuevo desde la última versión.
Rev. mayo 2010
1-3
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Seguridad
La seguridad debe ser la preocupación primaria del ingeniero
diseñador de las instalaciones.
La seguridad involucra dos aspectos: la operación segura del
propio conjunto generador (y sus accesorios) y la operación
confiable del sistema. La operación confiable del sistema se
refiere a la seguridad porque el equipo que afecta la vida y la
salud a menudo depende del conjunto generador — como los
sistemas de apoyo a la vida de los hospitales, iluminación de
egreso de emergencia, ventiladores del edificio, elevadores,
bombas contra incendio, vigilancia y comunicaciones.
Consulte la sección de Referencias Técnicas para obtener
información sobre los códigos eléctricos y de incendio para
Norte América, Centroamérica y Europa. Los estándares y,
los códigos en que se hace referencia a ellos, se actualizan
periódicamente, exigiendo una revisión continua. El acatamiento
de todos los códigos pertinentes es la responsabilidad del
ingeniero de diseño de las instalaciones. Por ejemplo, algunas
áreas pueden exigir un certificado de necesidad, permiso de
uso del suelo, permiso de construcción u otros certificados
específicos del sitio. Asegúrese de revisar con las autoridades
gubernamentales locales al principio del proceso de planeación.
1-4
NOTA: Si bien la información en este manual y los relacionados
están pensados que sean exactos y útiles, no existe sustituto
para el juicio de un profesional de diseño de instalaciones apto
y con experiencia. Todo usuario final debe determinar si el
conjunto generador seleccionado y el sistema de emergencia/enespera es apropiado o no para la aplicación.
Rev. mayo 2010
CAPÍTULO 2 ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
2 – DISEÑO PRELIMINAR
Generalidades
Requerimientos de Energía
Requerimientos Generales
Requerimiento Específicos
Tipos de Sistemas y Rangos
Sistemas de Emergencia
Standby Requeridos Legalmente
Standby Opcional
Potencia Primaria
Rasurado de Picos
Recorte de Tarifa
Carga Base Continua
Co- Generación
El Diagrama Unifilar
Lineamientos para los Rangos de Potencia del Conjunto Generador
Potencia Standby
Potencia Primaria
Potencia Primaria con tiempo Ilimitado de horas
Potencia Primaria con tiempo Limitado de horas
Potencia de Carga Base (Potencia Continua)
Dimensionamiento
Consideraciones para la Ubicación
Consideraciones para la Ubicación en el Exterior
Consideraciones para la Ubicación en el Interior
Consideraciones para la Selección del Combustible
Combustible Diesel
Combustible Biodiesel
Gas natural
LPG (Gas Licuado de Petróleo)
Gasolina
Combustibles Sustitutos
Consideraciones Ambientales
Ruido y Tratamiento del Ruido
Niveles y Regulaciones del Ruido
Regulaciones para las Emisiones del Escape del Motor
Regulaciones para el Almacenamiento del Combustible
Protección contra Incendios
Cuestionario del Diseño Preliminar
Rev. mayo 2010
2-2
2-2
2-2
2-2
2-2
2-3
2-3
2-3
2-3
2-3
2-3
2-3
2-3
2-3
2-5
2-6
2-6
2-6
2-6
2-6
2-6
2-8
2-9
2-9
2-10
2-11
2-11
2-12
2-12
2-12
2-13
2-13
2-13
2-13
2-14
2-14
2-14
2-15
2-16
2-1
2 - DISEÑO PRELIMINAR
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Generalidades
Diseñar una instalación para un conjunto generador exige
considerar los requerimientos del equipo y la instalación. Éstos
varían dependiendo de las razones para tener el conjunto
generador y la intención de su uso. Revisar y entender estas
razones es un punto de inicio apropiado para las opciones de
diseño y equipo del sistema.
Iluminación: Iluminación de salida para la evacuación, señales
de salida iluminadas, iluminación de seguridad, luces de
advertencia, iluminación en salas de operación, iluminación en
elevadores, iluminación del cuarto del generador, etc.
Requerimientos de Potencia
Transporte: Elevadores para el uso del departamento de
bomberos.
Requerimientos Generales
La necesidad de generación de electricidad en el sitio de
emergencia y Standby normalmente es inducida por
instalaciones obligatorias para satisfacer los requerimientos
del código de construcción y/o el riesgo de pérdida económica
debida a la pérdida de la energía eléctrica.
Las instalaciones obligatorias para energía de emergencia y
Standby, acatan desde los requerimientos del código de
construcción a los que hacen referencia los reglamentos de
las autoridades federales, estatales, locales hasta de cualquier
otro gobierno. Estas instalaciones se justifican en base a la
seguridad de la vida humana, donde la pérdida del suministro
de energía normal representaría peligros para la seguridad de
la vida o la salud. Las instalaciones voluntarias de energía
Standby por razones económicas típicamente se justifican con
la atenuación del riesgo de la pérdida de servicios, datos y
otros activos valiosos. Las instalaciones obligatorias y voluntarias
de la generación en el sitio se pueden justificar en base a la
reducción favorable de tarifas ofrecidas por los servicios
eléctricos. El mismo sistema de generación en el sitio pueden
usarse para ambas de estas necesidades generales, con tal
que las necesidades de la seguridad de la vida tengan prioridad,
p.ej. la capacidad del generador y las disposiciones de
transferencia de carga.
Requerimientos Específicos
Una amplia gama de requerimientos específicos resultan en
la necesidad de sistemas de generación de electricidad en el
sitio. Algunas necesidades comunes se describen enseguida.
Energía de Control: Energía para el control de calderas,
compresores de aire y otros equipos con funciones críticas.
Sistemas Mecánicos: Control de humo y ventiladores de
presurización, tratamiento de agua residual, etc.
Calentamiento: Calor critico para procesos.
Refrigeración: Bancos de sangre, almacenamiento de alimentos,
etc.
Producción: Energía crítica para procesos en laboratorios,
procesos de producción farmacéutica, etc.
Acondicionamiento del Espacio: Enfriamiento para cuartos de
equipo de computación, enfriamiento y calentamiento para
gente vulnerable, ventilación de atmósferas peligrosas, ventilación
de contaminantes o contaminación biológica, etc.
Protección Contra Incendios: Bombas contra incendio, bombas
de baja presión, alarmas y anuncios.
Procesamiento de Datos: Sistemas UPS y de enfriamiento para
evitar la pérdida de datos, pérdida de memoria, corrupción del
programa.
Apoyo a la Vida: Hospitales, casas de cuidado y otras
instalaciones al cuidado de la salud.
Sistemas de Comunicaciones: Servicio de emergencia (911),
policía y estaciones de bomberos, sistemas de llamado público
en edificios altos, etc.
Sistemas de Señales: Control de Tránsito de ferrocarriles,
barcos y aéreo.
2-2
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tipos y Capacidades del Sistema
Los sistemas de generación de energía en el sitio se pueden
clasificar por el tipo y la capacidad del equipo de generación.
El equipo de generación se clasifica usando las capacidades
en-emergencia, primaria y continúa. Las definiciones de las
capacidades son importantes para entender cuando aplicar
el equipo. Por favor consulte los lineamientos de capacidad
que siguen. El tipo del sistema de generación en el sitio y la
capacidad apropiada a usar se basa en la aplicación. Vea la
Tabla 2-1 y las descripciones de lo siguiente.
Sistemas de Emergencia
Los sistemas de emergencia generalmente se instalan según
se exijan para la seguridad pública y sean obligatorios por ley.
Típicamente están pensados para proporcionar energía e
iluminación por periodos cortos para tres propósitos: permitir
una evacuación segura de edificios, para equipo de apoyo a
la vida y crítico para gente vulnerable o para sistemas de
comunicaciones críticos e instalaciones usadas para seguridad
pública. Los requisitos del código típicamente especifican la
carga mínima del equipo al que se le va a dar servicio.
Standby Exigido Legalmente
Los sistemas Standby legalmente exigidos, generalmente se
instalan como lo ordenan los requisitos legales para la seguridad
pública. Estos sistemas típicamente están pensados para
proporcionar energía e iluminación por periodos cortos donde
son necesarios para evitar peligros o para facilitar las operaciones
de combate de incendios. Los requisitos del código
normalmente especifican la carga mínima del equipo al que
se le va a dar servicio.
Standby Opcional
Los sistemas Standby opcionales generalmente se instalan
donde la seguridad no está en riesgo, pero la pérdida de
energía podría causar una pérdida económica comercial o de
ingresos, interrumpir un proceso crítico o causar una
inconveniencia o incomodidad. Estos sistemas típicamente
se instalan en centros de datos, granjas, edificios comerciales
e industriales y residencias. Al propietario del sistema se le
permite seleccionar las cargas que se conectaran al sistema.
Además de proporcionar una fuente de energía Standby en
caso de la pérdida de un suministro de energía normal, los
sistemas de generación en-sitio también se usan para los
siguientes propósitos.
Potencia Primaria
Las instalaciones de potencia primaria usan la generación ensitio en lugar de un suministro de red pública, típicamente
donde no se dispone de la energía de servicio. Un sencillo
sistema de energía primaria utiliza cuando menos dos conjuntos
generadores y un interruptor de transferencia para transferir
el suministro a las cargas entre ellos. Uno u otro de los
conjuntos generadores opera continuamente con una carga
variable y el segundo conjunto generador sirve como respaldo
en caso de una falla y para permitir el tiempo muerto para el
mantenimiento requerido. Un reloj de conmutación entre el
interruptor de transferencia alterna el conjunto generador líder
a un intervalo predeterminado.
Rasurado de Picos
Las instalaciones para el rasurado de picos utilizan la generación
en-sitio para reducir o allanar los picos de electricidad con el
propósito de ahorrar dinero en los cargos por demanda de
energía. Los sistemas de rasurado de picos requieren de un
controlador que arranque y opere el generador en-sitio en los
momentos apropiados para allanar las demandas pico del
usuario. La generación instalada para propósitos Standby
también puede usarse para el rasurado de picos.
Reducción de Tarifa
Las instalaciones para reducción de la tarifa usan generación
en-sitio de acuerdo con los convenios de la tarifa de energía
eléctrica con los servicios de electricidad públicos. A cambio
de tarifas de energía favorables el usuario conviene operar los
generadores y asume una cantidad de carga (kW) especificada
por año. La generación instalada para propósitos de Standby
también puede usarse para la reducción de tarifa.
Carga de Base Continua
Las instalaciones para carga de base continua usan generación
en-sitio para suministrar energía (kW) constante típicamente
por medio de equipo de interconexión con una red de servicio.
Estas instalaciones normalmente son de los servicios de
electricidad o están bajo su control.
Co-Generación
A menudo, la generación para carga de base continua se usa
en la aplicación de Co-Generación. Puesto simplemente, la
Co-Generación utiliza tanto la generación de electricidad directa
como el calor de los desechos del escape para sustituir la
Rev. mayo 2010
2-3
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
energía suministrada por el servicio público. El calor de desecho
se captura y cualquiera de los dos se usa directamente o se
convierte en electricidad.
y/o al darle servicio al sistema. Estos diagramas describen los
componentes principales como generador(es), equipo de
transferencia de energía, relevadores de protección, protección
a sobre-corriente y el esquema de conexiones en general.
Debe desarrollarse un diagrama unifilar tan pronto como sea
posible durante la planeación del proyecto para ayudar en el
diseño del sistema. La Figura 2-1 es un diagrama unifilar típico
de un sistema de generación básico.
Lineamientos para los Rangos de Potencia
del Conjunto Generador
Los rangos de potencia de los conjuntos generadores las
publican los fabricantes11. Estos rangos describen las
condiciones máximas permisibles de carga de un conjunto
generador. El conjunto generador ofrece un desempeño y vida
aceptables (tiempo entre reparaciones) cuando se aplica de
acuerdo con las capacidades publicadas. También es importante
operar los conjuntos generadores a una carga mínima suficiente
para lograr las temperaturas normales y quemar apropiadamente
el combustible. Cummins Power Generation recomienda que
un conjunto generador se opere a un mínimo del 30% de su
capacidad mostrada en la placa de datos.
Las siguientes explicaciones describen los tipos de capacidad
usados por Cummins Power Generation. Las Figuras 2-2 a 25, asociadas, describen los niveles de carga (P1, P2, P3, etc.)
y el tiempo a ese nivel de carga (T1, T2, T3, etc.) permitido
bajo las diferentes capacidades.
Figura 2-1. Diagrama Unifilar Típico de un Sistema de
Distribución Eléctrico.
El Diagrama Unifilar
Un diagrama unifilar del sistema eléctrico es un elemento
importante para entender el sistema y el arreglo de las
conexiones. Puede ser especialmente crítico para comunicar
esa información durante la planeación, instalación, arranque
2-4
Rango de Potencia en Standby
La capacidad de potencia en Standby se aplica para energía
de emergencia donde la energía se suministra por la duración
de la interrupción de energía normal. Éste no dispone de la
capacidad de sobrecarga sostenida (equivalente a Potencia
de Paro de Combustible de acuerdo con ISO3046, AS2789,
DIN6271 y BS5514). Esta capacidad se aplica en instalaciones
a las que les da servicio una fuente de servicio público normal
confiable. Esta clasificación sólo es aplicable a cargas variables
con un factor de carga promedio de 70 por ciento durante 24
horas de la capacidad Standby por un máximo de 200 horas
de operación por año. En instalaciones donde la operación es
probable que exceda las 200 horas por año a carga variable
o 25 horas por año al 100% de la capacidad, la capacidad de
potencia primaria deberá ser aplicada. La capacidad Standby
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
sólo es aplicable en emergencia y Standby donde el conjunto
generador sirve como respaldo a la fuente de servicio público
normal. Con esta capacidad no se permite la operación
sostenida en paralelo con el servicio. Para las aplicaciones que
requieran una operación sostenida en paralelo con el servicio,
debe utilizarse la capacidad de potencia primaria o de carga
base.
Rango de Potencia Primaria
La capacidad de potencia primaria se aplica cuando se
suministra energía eléctrica en lugar de la energía comprada
comercialmente. El número de horas de operación permisibles
por año es ilimitado para aplicaciones de carga variable pero
está limitada para aplicaciones de carga constante como se
describe enseguida. (Equivalente a la Potencia Primaria de
acuerdo con ISO8528 y Potencia de Sobre-Carga de acuerdo
con ISO3046, AS2789, DIN6271 y BS5514).
Potencia Primaria Tiempo de Operación Ilimitado
La potencia primaria está disponible para un número ilimitado
de horas de operación al año en aplicaciones de carga variable.
Las aplicaciones que requieren de la operación en paralelo
con algún servicio público con carga constante están sujetas
a limitaciones de tiempo de operación. En aplicaciones de
carga variable, el factor de carga promedio no debe exceder
del 70 por ciento durante 24 horas de la Capacidad de Potencia
Primaria. Se dispone de una capacidad de sobrecarga del 10
por ciento por un periodo de 1 hora en un periodo de operación
de 12 horas, pero no debe exceder de 25 horas al año.
Figura 2-2. Capacidad de Potencia Standby.
Figura 2-3. Potencia Primaria con Tiempo de Operación
Ilimitado.
Potencia Primaria Tiempo de Operación Limitado
La potencia primaria está disponible para un número limitado
de horas de operación al año en aplicaciones de carga constante
como la intermitente, reducción de carga, rasurado de picos
y otras aplicaciones que normalmente involucran la operación
en paralelo con los servicio públicos. Los conjuntos
generadores pueden operar en paralelo con la fuente
de servicio público a niveles de potencia que no
excedan la Capacidad de Potencia Primaria. Debe
hacerse notar que la vida del motor se reduce en
la operación de carga alta constante. El tiempo de
funcionamiento total de una capacidad de Potencia
Primaria no debe superar las 500 horas por año.
Figura 2-4. Potencia Primaria con Tiempo de Operación
Limitado.
1 Las capacidades para los conjunto generadores de Cummins Power Generation se publican en el paquete del
programa Power Suite.
Rev. mayo 2010
2-5
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
con relación al cálculo del dimensionamiento y las clases de
información necesaria para los diferentes tipos de equipo de
carga.
Para propósitos de la estimación preliminar se pueden aplicar
algunas reglas de oro conservadoras:
Figura 2-5. Potencia de Carga Base.
Rango de Potencia de Carga Base
(Rango de Potencia Contínua)
La capacidad de potencia de carga base se aplica para
suministrar potencia continuamente a una carga hasta el 100
por ciento de la capacidad base por horas ilimitadas. En esta
capacidad no se dispone de capacidad de sobrecarga sostenida
(equivalente a Potencia Contínua de acuerdo a ISO8528,
ISO3046, AS2789, DIN6271 y BS5514). Esta capacidad se
aplica en la operación de carga base del servicio público. En
estas aplicaciones, los conjuntos generadores se operan en
paralelo con una fuente de servicio público y se operan bajo
cargas constantes por periodos prolongados.
Dimensionamiento
Es importante armar un programa de carga razonablemente
exacto tan pronto como sea posible para presupuestar los
costos del proyecto. Si no se dispone de toda la información
del equipo de carga al principio del proyecto, se harán
estimaciones y suposiciones para los primeros cálculos del
dimensionamiento. Estos cálculos deben repetirse al disponer
de información más exacta. Grandes cargas de motor,
suministros de carga ininterrumpible (UPS, iniciales en inglés),
impulsores de frecuencia variable, (VFD, sic ant.), bombas
contra incendio y equipo de imágenes de diagnóstico médico
tienen un efecto considerable en el dimensionamiento del
conjunto generador y deben de observarse con detenimiento.
Especificaciones estrictas en el desempeño de los transitorios,
caídas de voltaje y frecuencia y tiempos de recuperación,
durante el arranque del motor y la aceptación de la carga en
bloque, también tienen un efecto considerable en el
dimensionamiento. Vea la sección 3, Impacto de la Carga
Eléctrica en el Dimensionamiento del Generador en este manual
2-6
Motores – 1/2 HP por kW.
UPS – 40% sobredimensionado para 1ø y 6 pulsos, o 15%
sobredimensionado para 6 pulsos con filtros de entrada y
12 pulsos UPS.
VFD – 100% sobredimensionado a menos que sea de ancho
de pulso modulado, entonces 40% sobredimensionado.
Cuando se aplica carga al conjunto generador, la división de
las cargas en pasos o bloques discretos de carga pueden
tener un efecto favorable en el tamaño del conjunto generador
requerido. El uso de interruptores de transferencia múltiples o
algún otro medio (relevadores de retraso de tiempo, PLC, etc.)
serían necesarios para permitir que el voltaje y frecuencia del
conjunto generador se estabilicen entre los pasos.
Dependiendo de la carga total (generalmente arriba de los 500
kW), puede ser ventajoso poner conjuntos generadores en
paralelo. Aunque es técnicamente posible, normalmente no
es económicamente posible poner en paralelo conjuntos
generadores cuando la carga total es de 300 kW o menos.
Consideraciones para Ubicación
Una de las primeras decisiones del diseño será determinar si
la ubicación del conjunto generador será dentro de un edificio
o fuera en un cuarto propio. El costo total y la facilidad de
instalación del sistema de potencia depende de la distribución
y el lugar físico de todos los elementos del sistema – conjunto
generador, tanques de combustible, ductos de ventilación y
persianas, accesorios, etc. Tanto para lugares interiores como
exteriores, considere estos puntos:
Montaje del conjunto generador.
Localización del tablero de distribución y los interruptores
de transferencia.
Circuitos ramales para calentadores de refrigerante, cargador
de batería, etc.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Seguridad contra inundación, incendio, congelamiento y
vandalismo.
Contención de combustible y refrigerante accidentalmente
derramado o fugas.
Posible daño simultáneo de los servicios normales y de
emergencia.
Acceso de servicio para el mantenimiento e inspecciones
generales.
Acceso y espacio de trabajo para trabajo mayor como
reparaciones o desmontaje/cambio de componentes.
Acceso para prueba con banco de carga cuando se requiera
por mantenimiento, el propio ejercicio o certificación.
Consideraciones de la Localización Externa
Ruido aéreo y tratamiento. Barreras de sonido pueden ser
requeridas. Además, aumentar la distancia entre el conjunto
generador y el área sensible al ruido disminuye el ruido
percibido. A menudo se dispone de cubiertas acústicas y
se pueden requerir para satisfacer las expectativas del cliente
o las ordenanzas de ruido locales.
Se puede requerir de una cubierta de protección de
intemperie, como su nombre lo sugiere, para la protección
contra el medio ambiente pero que también puede
proporcionar un cierto nivel de seguridad así como un límite
estético del conjunto generador.
Arrancar y aceptar la carga y, hacerlo dentro de restricciones
específicas de tiempo, en temperaturas de ambiente frío
puede ser un problema. Los sistemas de emergencia como
los definen los códigos requieren que se mantenga una
temperatura ambiente alrededor del conjunto generador a
niveles mínimos. Los ejemplos son el NFPA 110 que exige
que la temperatura ambiente mínima alrededor del conjunto
generador sea de 40 °F (4 °C) y, el CSA 282 el cual exige
que esta temperatura mínima sea de 10 °C (50 °F). Mantener
estos requisitos de temperaturas mínimas en una cubierta
“muy ajustada” o algo similar puede ser difícil o imposible.
Se puede requerir una caseta aislada o tal vez con calefacción.
Una caseta que esté diseñada estrictamente para el
tratamiento acústico contiene material de aislamiento pero
puede no proporcionar suficiente aislamiento térmico. Las
cubiertas unitarias de una sola pieza o las casetas con
entrada normalmente están disponibles con aislamiento,
persianas motorizadas o por gravedad y, calefactores si es
necesario.
Se podrían requerir varios dispositivos de calefacción
auxiliares para el arranque o para mejorar la aceptación de
la carga, aún si la aplicación no es un sistema de emergencia.
Se pueden necesitar calefactores para el refrigerante, baterías
y hasta el aceite. Consulte la sección en este manual titulada
Dispositivos de Calefacción Estándar para Conjuntos
Generadores en la sección 4, Selección de Equipo para
obtener información más detallada.
Acondicionamiento y calentamiento del combustible. A
temperaturas ambientales frías el combustible diesel se hace
nebuloso, tapa los filtros y bombas o no fluye lo suficiente.
Los combustibles mezclados se usan a menudo para tomar
en cuenta este problema, sin embargo, el calentamiento del
combustible puede exigir de una operación confiable.
El aire salado en las regiones costeras puede causar
problemas de corrosión en casetas de acero para
generadores, bases patín y tanques de combustible instalados
al aire libre. El uso de una caseta y patín de aluminio pueden
ser una opción para el conjunto generador, siempre que los
ofrezca CPG, se considera ser una práctica de instalación
apropiada debido a la resistencia a la corrosión adicional, y
por lo tanto, se requiere en aplicaciones en el exterior en
regiones costeras, definidas como lugares a 60 millas o más
cercanas a los cuerpos de agua salada.
El acceso para servicio en reparaciones mayores, cambio
de componentes (como el radiador y el alternador) o
reparación general, debe considerarse en el diseño de las
cubiertas y la localización de los conjuntos generadores
cerca de otro equipo o estructuras. Si se requiere de trabajo
mayor debido a las muchas horas de operación o el daño/falla
de componentes mayores, el permitir el acceso es crítico.
Estos accesos incluyen las cubiertas de acceso, paredes
desmontables de la cubierta, espacios adecuados a
estructuras cercanas y el acceso del equipo de apoyo
requerido.
Cercas de seguridad y barreras de visibilidad.
Distancias a los límites de la propiedad.
El escape del motor debe dirigirse lejos de las ventilas y
aberturas del edificio.
Aterrizado – Se pueden requerir de electrodos o anillos de
aterrizado para un sistema por separado–derivado y/o el
aterrizado del equipo.
Protección contra rayos.
Rev. mayo 2010
2-7
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Consideraciones de la Localización Interna
Cuarto dedicado al generador – Para sistemas de potencia
de emergencia, ciertos códigos pueden exigir que el cuarto
del generador sea dedicado sólo para ese propósito. También
considere el efecto que tendría el gran flujo del aire de
ventilación en otro equipo en el mismo cuarto, como el
equipo de calefacción del edificio.
Capacidad a incendio de la construcción del cuarto – Los
códigos especifican de una capacidad de resistencia al fuego
mínimo de 1 a 2 horas. Consulte a las autoridades locales
para ver los requisitos aplicables.
Espacio de trabajo – El espacio de trabajo alrededor del
equipo eléctrico normalmente se especifica por código. En
la práctica, debe haber cuando menos tres pies (1 m) de
espacio alrededor de cada conjunto generador. El alternador
debe poder cambiarse sin desmontar todo el conjunto o
algún accesorio. También, el acceso para el trabajo mayor
(como la reparación general o el cambio de componentes
como el radiador) debe permitirse desde el diseño de la
instalación.
Tipo de sistema de enfriamiento – Se recomienda un radiador
montado en planta, sin embargo, el ventilador del radiador
puede crear una significativa presión negativa en el cuarto.
Las puertas de acceso, por lo tanto, deben abrirse hacia
adentro del cuarto – o ser de persiana – para que se puedan
abrir cuando el conjunto esté operando. Ver Enfriamiento
del Generador en la sección Diseño Mecánico para ver las
opciones adicionales de enfriamiento.
La ventilación involucra grandes volúmenes de aire. Un
diseño óptimo del cuarto toma aire de admisión directamente
del exterior y lo descarga directamente al exterior a través
de la pared opuesta. Se requerirán ventiladores para
ventilación del cuarto en configuraciones de enfriamiento del
conjunto generador opcionales que involucran
intercambiadores de calor o radiadores remotos.
Escape del motor – La salida de escape del motor debe
estar tan alta como sea prácticamente posible en el lado de
los vientos dominantes del edificio y dirigido lejos de las
ventilas y aberturas de entrada del edificio.
Almacenamiento y tubería de combustible – Los códigos
locales pueden especificar métodos de almacenamiento de
combustible dentro de los edificios y restringir las cantidades
2-8
de almacenamiento de combustible. Se recomienda
consultarlo al principio con el concesionario de Cummins
Power Generation o el jefe de bomberos local. Se requiere
del acceso para llenar los tanques de almacenamiento. Ver
Selección de Combustible enseguida.
Se recomienda incluir las medidas en el sistema de
distribución eléctrica para la conexión de un banco de carga
temporal para el generador.
La localización dentro de un edificio debe permitir el acceso
tanto para la entrega inicial del producto como para la
instalación y, para darle servicio y mantenimiento
posteriormente. El lugar lógico preferido de un conjunto
generador en un edificio basándose en esto, es el piso, cerca
de un lote de estacionamiento o el carril de acceso o en una
rampa de estacionamiento abierta. Entendiéndose que éste
es el mejor espacio del edificio, si está forzado a un lugar
alterno, recuerde que se puede necesitar de equipo pesado
para la colocación o el servicio mayor de la unidad. También,
se necesitan las entregas de combustible, refrigerante, aceite,
etc. a diversos intervalos. Un sistema de combustible es
muy posible que se diseñe con tanques de suministro,
bombas, líneas, tanques diarios, etc. pero los cambios de
aceite lubricante y refrigerante pueden ser difíciles si los
materiales tienen que llevarse a mano en barriles o cubetas.
Las instalaciones en el techo, si bien son comunes, requieren
de más consideración en la planeación y el diseño estructural.
La vibración y el almacenamiento/entrega del combustible
pueden ser problemáticos con instalaciones en el techo.
Los lugares en el interior generalmente requieren de un
cuarto dedicado con una construcción resistente al fuego.
Proporcionar el flujo de aire requerido a un cuarto interior
puede ser difícil. Los amortiguadores de fuego en la ductería
a los cuartos interiores generalmente no se permiten.
Idealmente el cuarto deberá tener dos muros opuestos para
que el aire de admisión fluya sobre el conjunto generador y
se descargue por el muro opuesto, en el lado extremo del
radiador de la unidad.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Las instalaciones de generador tienden a tener una amplia
gama de condiciones climáticas. Si bien el producto puede
diseñarse para funcionar efectivamente en la mayoría de estas
condiciones, se requerirían algunas consideraciones adicionales
para condiciones climáticas adversas. Como un ejemplo:
Ambiente costero:
La salinidad en el aire y la condensación debida a la mayor
humedad pueden exigir de una atención adicional.
Los calentadores para el alternador son indispensables en
ambientes húmedos para mantener la humedad a raya.
Debe hacerse notar que el propósito de un calentador de
alternador es mantener fuera la humedad y no un artículo
‘sólo para clima frío’.
Es importante evitar que se acumule al agua alrededor del
generador. Se puede usar un diseño especial de persianas
o deflectores para garantizar la vida y desempeño generador.
Por favor consulte ‘acondicionamiento del ambiente’ después
de la sección 4-3 de este manual.
Climas Áridos/Polvorientos:
El cuarto del generador debe mantenerse sin suciedad ni
desechos. Las partículas de polvo y arena también plantean
amenazas para el mantenimiento y operación de un
generador. Se recomiendan características de protección
como los filtros de tamizado para el aire de ventilación en
el sitio de la instalación. Esto podría evitar el efecto de ‘chorro
de arena’ causado por la alta velocidad de las partículas de
arena al fluir sobre el generador y a través del radiador.
Debe hacerse notar que tales filtros agregarían restricción
al flujo de aire y requeriría de aberturas más grandes para
que el aire entre y salga del sitio de la instalación. La
restricción total, incluyendo los filtros, deben permanecer
abajo de la restricción total permitida mencionada en la
información técnica del generador. (Ver Restricción del Flujo
de Aire, página 6-76).
Si se instalan filtros en el sistema de ventilación, es apropiado
un sistema para detectar filtros tapados. Si se usan filtros,
debe haber medidas adecuadas para monitorear su condición
y detectar filtros tapados. Se pueden instalar indicadores
de caída de presión en el sistema de ventilación del cuarto.
También pueden ser aceptables otras medidas.
El espaciamiento de aletas en el núcleo del radiador y el
número de hojas también se convierten en un criterio en
climas polvorientos. Un alto número de aletas por pulgada
Altitud:
Las grandes altitudes dan como resultado densidades de
aire más bajas. Estas densidades más bajas disminuyen el
rendimiento de los motores, alternadores, sistemas de
enfriamiento por nombrar los más importantes. Por favor
consulte la literatura específica del modelo para obtener
información exacta de la disminución de la potencia.
Los alternadores de medio y alto voltaje pueden estar
restringidos a ciertas altitudes para evitar la descarga de la
corona.
Por favor póngase en contacto con su distribuidor Cummins
para obtener una lista completa de opciones que se pueden
recomendar para su sitio de trabajo.
Consideraciones para la Selección de Combustible
La selección de combustible de gas natural, diesel o LPG
afectará la disponibilidad y dimensionamiento del conjunto
generador. Considere lo siguiente:
Combustible Diesel
El combustible diesel se recomienda para aplicaciones de
emergencia y Standby. Se recomienda el combustible diesel
ASTM D975 Grado No. 2-D para obtener un buen
comportamiento en el arranque y una vida máxima del motor.
Consulte al distribuidor del fabricante del motor con relación
al uso de grados alternos de combustible diesel para varios
motores.
Debe proporcionarse el almacenamiento de combustible en
el sitio, sin embargo, el tanque no debe ser muy grande. El
combustible diesel dura hasta dos años en almacenaje, por
lo que el tanque de suministro debe dimensionarse para
permitir la rotación del combustible basándose en el ejercicio
y prueba programados en ese periodo. Puede necesitarse
agregar un microbicida si la rotación del combustible es baja
o si las condiciones de alta humedad estimulan el crecimiento
de microbios en el combustible. Los microbios en el
combustible pueden tapar los filtros y desactivar o dañar al
motor.
Climas fríos — Se debe usar combustible Premium Grado
No. 1-D cuando las temperaturas ambiente están abajo del
congelamiento. El calentamiento del combustible puede
requerirse para evitar que los filtros se tapen cuando la
temperatura cae a menos del punto de nebulización del
Rev. mayo 2010
2-9
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
combustible — aproximadamente 20 °F (– 6 °C) para No.
2-D y - 15 °F (– 26 °C) para No. 1-D.
Se pueden aplicar requisitos a las emisiones. Vea las
Consideraciones Ambientales.
Combustible Biodiesel
Los combustibles biodiesel se derivan de una amplia variedad
de fuentes renovables como los aceites vegetales, grasas
animales y aceites para cocinar. Colectivamente, estos
combustibles se conocen como Ésteres de Metilo Ácido
Graso (FAME, iniciales en inglés). Cuando se usa en motores
diesel, típicamente se reducen el humo, la potencia y la
economía de combustible. Si bien el humo se reduce, el
efecto u otras emisiones varían, con la reducción de algunos
contaminantes mientras otros aumentan. El combustible
biodiesel es un combustible sustituto, queriendo decir que
el desempeño y las emisiones del motor no se pueden
garantizar cuando se opera con este combustible2.
Una mezcla de combustible biodiesel de hasta el 5% de
concentración por volumen con combustible diesel de calidad
no debe causar problemas graves. Con una concentración
arriba del 5% se serios problemas de operación podrían ser
esperados. Cummins ni aprueba ni desaprueba el uso de
mezclas de biodiesel. Consulte a Cummins para obtener
información adicional.
Gas Natural
Para la mayoría de los sitios no se requiere de ningún
almacenaje de combustible en sitio.
El gas natural puede ser una opción de combustible
económica donde sea pertinente, al flujo y presión requeridos.
Un suministro de combustible LPG de respaldo en el sitio
puede requerirse para sistemas de suministro de energía de
emergencia.
El gas natural de campo se puede usar con ciertos conjuntos
generadores. Sin embargo, el análisis del combustible y la
consulta con el fabricante del motor se requieren para
determinar la eventual disminución de la potencia y si la
composición del combustible llevaría a dañar el motor debido
a una mala combustión, detonaciones o la corrosión.
La detonación y el daño del motor pueden resultar cuando
algunos servicios ocasionalmente agregan butano para
mantener la presión de la línea. Los motores de gas natural
exigen que esté limpio, seco y de tubería de calidad para
generar la potencia nominal y garantizar una vida del motor
óptima.
La estabilidad de la frecuencia de los conjuntos generadores
con motor de chispa puede no ser tan buena como los
conjuntos generadores con motor diesel. La buena estabilidad
de la frecuencia es importante cuando se suministra a cargas
de UPS.
Climas fríos – En temperaturas ambiente abajo de 20 °F
(–7°C) los motores con encendido de chispa generalmente
arrancan más fácil y aceptan la carga más pronto que los
motores diesel.
NOTA: Cummins Power Generation no recomienda entubar
gas natural de alta presión (5 psig [34 kPa]o más a los edificios.
LPG (Gas Licuado de Petróleo)
La disponibilidad local de LPG debe investigarse y confirmarse
antes de seleccionar un conjunto generador de LPG.
Se debe contar con almacenamiento de combustible en el
sitio. El LPG se puede almacenar indefinidamente.
La estabilidad de la frecuencia de conjunto generadores con
motor de chispa puede no ser tan buena como los conjuntos
generadores con motor diesel. Esta es una consideración
importante cuando se suministra a cargas UPS.
Climas fríos – Bien sea que el tanque de almacenamiento
de LPG se tenga que dimensionar para proporcionar el índice
de vaporización requerido a la temperatura ambiente más
baja esperada, o que se tenga que proporcionar una toma
de líquido con un calentador de vaporización.
NOTA: Cummins Power Generation no recomienda entubar
LPG de alta presión (20 psig [138 kPa o más], líquido o vapor,
adentro de los edificios.
Gasolina
La gasolina no es un combustible adecuado para conjuntos
generadores Standby estacionarios debido a la volatilidad
y la vida en almacenaje.
Combustibles Sustitutos
En general, los motores diesel pueden operar con combustibles
sustitutos con lubricidad aceptable durante periodos cuando
el suministro de combustible diesel No. 2-D está limitado
temporalmente. El uso de combustibles sustitutos puede
2 Cummins Power Generation no asume ninguna responsabilidad de la garantía por reparaciones o el aumento de costos con la operación con combustible biodiesel.
2-10
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
afectar la cobertura de la garantía, desempeño del motor y las
emisiones. Los siguientes combustibles sustitutos generalmente
están dentro de los límites prescritos:
Combustible diesel 1-D y 3-D.
Combustóleo Grado No. 2 (combustible para calefacción)
Combustible para turbina de aviación grado Jet A y Jet A1 (combustible para jet comercial)
Combustible para turbina de gas no de aviación grado No.
1 GT y No. 2 GT
Queroseno grado No. 1-K y No. 2-K.
Consideraciones Ambientales
Lo siguiente es un enfoque breve para evaluar problemas
ambientales relacionados con el ruido, emisiones del escape
y almacenamiento de combustible. Consulte el capítulo Diseño
Mecánico para obtener información más completa.
Ruido y Su Tratamiento
El tratamiento del ruido, si se requiere, necesita considerarse
al principio del diseño preliminar. Generalmente, los métodos
de tratamiento del ruido agregan un costo considerable y
aumentan el área física requerida para la instalación. Un conjunto
generador es una fuente de ruido compleja que incluye el ruido
del ventilador de enfriamiento, el ruido del motor y el ruido del
escape. Un tratamiento del ruido efectivo tiene que tocar todas
estas fuentes de ruido. Para la mayor parte, los métodos de
tratamiento del ruido recomendados modifican o redirigen la
ruta del ruido de la fuente del conjunto generador a la gente
que lo escucha. Usar simplemente un silenciador de grado
crítico puede o no hacer nada para reducir el nivel de ruido en
un lugar específico. Como el ruido es direccional, se necesita
considerar con cuidado el lugar, orientación y la distancia del
conjunto generador con respecto a las líneas o lugares de la
propiedad donde el ruido pueda ser objetable.
Tabla 2-2. Niveles de Ruido Exterior Representativos
Niveles de Ruido y Reglamentos
En Norte América, los códigos estatales y locales establecen
niveles de ruido máximos para áreas específicas. La mayoría
de los reglamentos comunitarios especifican el nivel de ruido
máximo permisible en la línea de propiedad. La Tabla 2-2
muestra algunos reglamentos de nivel de ruido externo
representativos. El cumplir con los reglamentos de ruido exige
entender el nivel de ruido ambiental y el nivel de ruido resultante
con el conjunto generador operando a plena carga en ese
ambiente.
Los reglamentos de ruido también existen para proteger la
audición del trabajador. Las personas que trabajan en cuartos
de generador siempre deben usar protección auditiva mientras
un conjunto generador esté operando.
Reglamentos de Emisiones de Escape del Motor
Los conjuntos generadores, sin importar la aplicación, pueden
estar sujetos a los reglamentos de emisiones de escape del
motor en un nivel local o nacional o en ambos. El cumplimiento
de los reglamentos de emisiones normalmente requiere de
permisos especiales. Ciertas localidades pueden tener
designaciones especiales que requieren de motores con
combustible gaseoso y/o estrategias de postratamiento de
escape para diesel. Revise con la agencia de calidad del aire
local a principios de la fase de diseño de cualquier proyecto
para obtener los requisitos del permiso.
La Tabla 2-3 muestra las regulaciones de emisión de los
gases de escape de EPA para aplicaciones fuera de carretera.
Observe por favor que estos valores de emisiones son los
límites máximos basados en una prueba cargada de 5 ciclos
y no son representativos de emisiones de ningún nivel de carga.
Para valores de emisiones al 100%, 75%, 50% y 25% de
carga, contacte por favor a su distribuidor local. También
observe que los valores de las emisiones varían grandemente
dependiendo de las condiciones del lugar tales como
temperatura, humedad relativa, calidad del combustible, etc.
Los factores de corrección convenientes pueden ser necesarios
para predecir las emisiones en el lugar de la instalación, de los
datos obtenidos en pruebas de experimentación.
Reglamentos para el Almacenamiento de Combustible
El diseño e instalación del tanque de suministro de combustible
en muchas áreas están controlados por reglamentos que
Rev. mayo 2010
2-11
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
generalmente se redactan para dos propósitos por separado:
protección ambiental y protección contra incendios. Debido
a los reglamentos, su aplicación y excepciones del reglamento
varían con el lugar, es necesario investigar y entender los
requisitos locales.
En Norte América, los reglamentos de protección ambiental
generalmente existen a niveles tanto federal como estatal.
Diferentes reglamentos se aplican a los tanques de
almacenamiento de combustible subterráneo v.s. sobre el
suelo. Estos reglamentos cubren los estándares de diseño y
construcción, registro, prueba del tanque y detección de fugas.
También cubren requisitos de cierre, preparación de los planes
de prevención de derrames, medidas de responsabilidad
financiera y cobertura del fondo fiduciario. Como regla general
sujeto a la verificación local, las excepciones al reglamento se
conceden para tanques de almacenamiento subterráneos y
sobre el suelo que sirven a conjuntos generadores en-sitio
donde 1) la capacidad de los tanques de almacenamiento de
las instalaciones sea de 1,320 galones (500 Lts) o menos, 2)
ningún tanque tiene una capacidad de más de 660 galones
(250 Lts), y 3) el combustible se consume en las instalaciones
(no se despacha).
Aún cuando una instalación esté exenta del reglamento debe
reconocerse que los gastos de limpieza pueden ser muy altos
aún para pequeñas cantidades de derrame de combustible
que resulten de fugas, llenado de más, etc. La tendencia en
el almacenamiento de combustible diesel para conjuntos
generadores en el sitio tanto interiores como exteriores, ha
sido hacia tanques certificados por terceros, de doble pared
sobre el piso, en sub-base con detección de fuga y protección
de sobre-llenado. Vea la Sección 6, Diseño Mecánico, para
obtener más información sobre el diseño del sistema de
combustible.
Protección Contra Incendio
En Norteamérica, los reglamentos de protección contra incendio
típicamente adoptan o hacen referencia a uno o más de los
estándares de la National Fire Protection Association (NFPA).
Estos estándares cubren los requisitos para la capacidad de
almacenamiento de combustible en interiores, lugares para el
tanque de combustible, diques y las medidas de drenado
seguro. Consulte el Estándar No. 37 NFPA, Instalación de
Motores Estacionarios. Las autoridades de bomberos locales
podrían tener más requisitos restrictivos o interpretaciones de
los requisitos en los estándares nacionales.
De la tabla siguiente los requisitos en negro son iguales que
para fuera de carretera; los requisitos en rojo son únicos para
estacionarios.
2-12
Rev. mayo 2010
CUESTIONARIO DE DISEÑO PRELIMINAR
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
CUESTIONARIO DE DISEÑO PRELIMINAR
Gas Natural
LPG
Tipo de Sistema
Suministro de Combustible – Diesel
Emergencia
Tanque Diario
Standby Legalmente Exigido
Tanque Sub-Base
Opcional Standby
Tanque Exterior
Opcional Standby
Suministro de Combustible – LP
Potencia Primaria
Extracción de Vapor
Rasurado de Picos
Extracción de Líquido
Reducción de Carga
Carga Base
Rango del Conjunto Generador
Caseta
Protección contra Medio Ambiente
Standby
Acústica
Primaria
Gabinete con Entrada
Continua
Sobrepuesta
Tamaño del Conjunto Generador
Unidad Sencilla ___ kW ___ kVA ___ FP
Unidades en Paralelo ___# ___kW ___ kVA ___ FP
Región Costera
Accesorios
Conmutador de Paralelismo
Voltaje y Frecuencia del Conjunto Generador
Interruptor Automático de Transferencia
___ Voltaje ___ Hz
Cargadores de Batería
Monofásico
Interfase con la Red
Trifásico
Alarmas/Monitoreo Remoto
Ubicación
Interruptor(es) de Circuito
Interior
Módulos de Control de Paralelismo
Nivel de Piso
Silenciador
Nivel Superior
Aisladores de Vibración
Subterráneo
Requerimientos Especiales del Alternador
Exterior
Capacidad de Temperatura Reducida, 105 C 80 C
Nivel de Piso
RTD o Termistores
Techo
Sistema de Enfriamiento
Acceso Directo para Instalación/Servicio
Radiador Montado en la Unidad
Sí ___ No ___
Radiador Remoto
Combustible
Diesel
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CAPÍTULO 3 ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
3 – IMPACTO DE LA CARGA ELÉCTRICA EN EL DIMENSIONAMIENTO DEL GENERADOR
Generalidades
Aplicaciones y Capacidades de Servicio
Capacidades de Servicio del Conjunto Generador
Aplicaciones Obligatorias y Opcionales
Mandatario por Código
En-Espera (Standby) Opcional
Primaria y Continua
Entendiendo las Cargas
Requerimientos para el Arranque y Operación de las Cargas
Secuenciando por Pasos la Carga
Tipos de Cargas
Cargas de Iluminación
Cargas de Aire Acondicionado
Cargas de Motores
Alta y Baja Inercia
Más de 50 HP
Métodos de Arranque Trifásicos
Mandos de Frecuencia Variable (VFD)
Letras del Código NEMA para Motor
Diseño de Motor Trifásico
Diseño de Motor Monofásico
Suministro de Potencia Ininterrumpible a las cargas
Cargas del Cargador de Batería
Equipo Médico de Imágenes (Rayos X, escáner CAT, MRI)
Aplicaciones de Bomba contra Incendio
Características de la Carga
Tolerancias del Voltaje y Frecuencia de la Carga
Potencia Regenerativa
Factor de Potencia (FP) de la Carga
Cargas Monofásicas y Balanceo de Cargas
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3-2
3-2
3-2
3-2
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3-3
3-3
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3-4
3-4
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3-5
3-5
3-5
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3-7
3-7
3-8
3-8
3-8
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3-12
3-12
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3-14
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3 – IMPACTO DE LA CARGA ELÉCTRICA
EN EL DIMENSIONAMIENTO DEL GENERADOR
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Generalidades
Esta sección se enfoca en el impacto de las cargas en el
dimensionamiento del conjunto generador. Es importante
ensamblar un programa de la carga razonablemente exacto
al principio de la fase del diseño de los proyectos de generación
de potencia, porque la carga es el factor más importante en
el dimensionamiento del generador. Si al principio del diseño
del proyecto no se tiene disponible toda la información del
equipo de carga necesaria para el dimensionamiento, los
primeros cálculos del dimensionamiento se tendrán que basar
en estimaciones y suposiciones. Esto debe continuarse con
el re-cálculo cuando se disponga de información más real y
precisa. Los diferentes tipos de cargas – motores, suministro
de energía ininterrumpible (UPS), mandos de frecuencia variable
(VFD), equipo de imágenes para diagnóstico médico y bombas
contra-incendio, tienen influencias considerables y diferentes
en el dimensionamiento del conjunto generador.
Aplicaciones y Capacidades de Servicio
Capacidades de Servicio del Conjunto
Determinar las cargas que se requieren respaldar con un
conjunto generador es una función del tipo de aplicación y el
servicio requerido. Generalmente, existen tres clasificaciones
de servicio para las aplicaciones de un conjunto generador,
En-Espera (Standby), Primaria o Continua. Estas clasificaciones
se definen en la Sección 2-6 de este manual véase Diseño
Preliminar. Las capacidades disponibles para los conjuntos
generadores varían de acuerdo con estas clasificaciones. Un
conjunto generador usado en aplicaciones En-Espera (Standby)
se usa como un respaldo para la fuente de energía primaria
(servicio público) y se espera que no se use frecuentemente,
por lo que la capacidad En-Espera (Standby) es la capacidad
mas alta disponible para el conjunto generador. Los conjuntos
de capacidad primaria se espera que operen durante horas
ilimitadas y el conjunto generador se considera la fuente primaria
de energía para cargas variables, por lo que la capacidad
Primaria típicamente es cerca del 90% de la capacidad EnEspera (Standby). En las aplicaciones de servicio Continuo, se
espera que el conjunto produzca la capacidad de salida por
horas ilimitadas a carga constante (aplicaciones en las que el
conjunto puede operarse en paralelo con una fuente de servicio
público y con carga base), por lo que la capacidad Continua
típicamente es cerca del 70% de la capacidad En-Espera
(Standby). La capacidad de poder con la carga del conjunto
generador es una función de la vida esperada o del intervalo
entre reparaciones mayores.
Aplicaciones Obligadas y Opcionales
Fundamentalmente, las aplicaciones del conjunto generador
se pueden englobar en dos categorías básicas, las que son
obligatorias por ley (exigidas legalmente) y aquellas que se
desean por razones económicas (generalmente asociadas con
la disponibilidad y confiabilidad de la energía). Estas categorías
inducen un juego de opciones completamente diferentes
cuando se tienen que tomar las decisiones con relación a qué
cargas aplicar al conjunto generador.
Mandatorias por Código.
Estas aplicaciones típicamente son aquellas consideradas por
las autoridades como de emergencia o en-espera (Standby)
legalmente exigidas, donde la seguridad de la vida y el respaldo
para la vida son lo más importante. Estos tipos de aplicaciones
pueden estipularse en los códigos de edificios o códigos
específicos para la seguridad de la vida y típicamente involucran
las instalaciones tales como el cuidado de la salud (hospitales,
sanatorios, clínicas), construcciones de alto riesgo y lugares
de reunión (teatros, pasillos, instalaciones deportivas, hoteles).
Típicamente, el conjunto generador proporciona energía de
respaldo a las cargas como la iluminación de las salidas,
ventilación, detección de incendios y sistemas de alarma,
elevadores, bombas contra incendio, sistemas de comunicación
de seguridad pública y aún procesos industriales donde la
pérdida de energía crea un peligro a la seguridad de la vida o
a la salud. Otros sistemas legalmente exigidos son obligatorios
cuando se determina que la pérdida de la energía del servicio
público normal constituye un peligro o impide las operaciones
de rescate o del combate a incendios. Para determinar las
cargas mínimas que el conjunto generador debe soportar,
consulte con la autoridad local, los códigos y los estándares
relacionados. En la mayoría de las aplicaciones se pueden
aplicar cargas opcionales adicionales al generador, si las
aprueba la autoridad local.
En-Espera (Standby) Opcional
Este tipo de instalación del sistema se ha convertido en el más
frecuente al hacerse más crítica la disponibilidad de la energía.
Estos sistemas energizan instalaciones como edificios
Rev. mayo 2010
3-2
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
industriales y comerciales y le dan servicio a cargas como
calefacción, refrigeración, comunicación, procesamiento de
datos y procesos industriales críticos. Los generadores a
menudo se justifican donde la pérdida de la energía del servicio
público podría causar incomodidad o la interrupción de procesos
críticos amenazando los productos o el equipo de proceso.
Primaria y Continua
Las aplicaciones para los conjuntos generadores que suministran
energía de servicio primario o continuo están prevaleciendo
cada vez más en los países en desarrollo y en muchas
aplicaciones de generación de energía distribuida. Existen
muchas oportunidades con el servicio público por el lado de
la generación y con los clientes del servicio por el lado del
consumo. La desregulación y los reglamentos ambientales
más estrictos tienen a las redes de servicio eléctrico buscando
alternativas de producción de energía y las alternativas de
distribución a la construcción de nuevas plantas centrales de
generación como el rasurado de picos y estructuras de de
tarifas interrumpibles para satisfacer el aumento en la demanda.
Los clientes del servicio público están utilizando la generación
en-sitio para reducir la demanda pico y continúan buscando
las oportunidades de co-generación donde existe la demanda
simultánea tanto de energía eléctrica como de térmica.
En cualquier caso, uno debe estar consciente que los conjuntos
generadores son una pequeña fuente de energía comparados
con la fuente de servicio público normal y que las características
de operación de la carga pueden tener un profundo efecto en
la calidad de la energía si el generador no se dimensiona
apropiadamente. Dado que un generador es una fuente de
energía limitada, siempre que las cargas se conecten o
desconecten de un generador, se deben esperar alteraciones
del voltaje y la frecuencia. Estas alteraciones deben de
mantenerse dentro de los límites aceptables para todas las
cargas conectadas. Además, habrá distorsión de voltaje en la
salida del generador cuando se conectan cargas no-lineales
que producen corrientes armónicas. Esta distorsión puede ser
considerablemente más grande cuando se opera con el
generador que cuando la carga se alimenta del servicio/red y
causará calentamiento adicional tanto en el generador como
en el equipo de la carga si no se revisa. Por consiguiente, se
necesitan generadores más grandes de lo requerido para
suministrar energía adecuada a la carga operando para limitar
las alteraciones de voltaje y frecuencia durante las transiciones
3-3
por carga, para limitar la distorsión armónica donde se da
servicio a cargas no-lineales como las computadoras, UPS y
VFD.
Los programas de computadora para dimensionar generadores
ahora permiten la selección precisa de conjunto generadores
y proporcionan un mayor nivel de confianza para comprar un
sistema lo suficientemente grande para sus necesidades – y
no más grande. Si bien la mayoría de los ejercicios de
dimensionamiento de conjunto generadores se llevan a cabo
mejor con programas de dimensionamiento como el GenSize
de Cummins Power Generation (Ver Apéndice A) – o con la
ayuda del representante del fabricante – sigue siendo
aleccionador saber de qué se trata el seleccionar el conjunto
generador correcto para su aplicación.
Además de la carga conectada, muchos otros factores afectan
el dimensionamiento del conjunto generador, los requisitos de
arranque de las cargas tales como motores y sus cargas
mecánicas, desbalance de cargas monofásicas, cargas nolineales como equipo UPS, restricciones en la caída de voltaje,
cargas cíclicas, etc.
Entendiendo las Cargas
Requisitos de Arranque y funcionamiento de las cargas
La potencia requerida por muchos tipos de cargas pueden ser
considerablemente mayores cuando se arranca la carga que
la requerida para la operación de estado estable continuo (la
mayoría de las cargas manejadas con motor que no emplean
algún tipo de equipo de arranque suave). Algunas cargas
también requieren de potencia pico mayor durante la operación
que mientras funcionan (equipo de soldadura y de imágenes
médicas, por ejemplo). Otras cargas (cargas no-lineales como
UPS, computadoras, VFD y otras cargas electrónicas) causan
excesiva distorsión al generador a menos que el generador
esté dimensionado más grande de lo que se requiere para
energizar la carga. La fuente de energía debe ser capaz de
suministrar todos los requerimientos de energía para operación
de la carga.
Durante las condiciones de operación de arranque o de carga
pico, las transiciones repentinas de la carga pueden causar
perturbaciones en el voltaje y la frecuencia, dañinos para la
carga conectada o ser lo suficientemente grandes para evitar
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
un arranque con éxito o la operación apropiada de la carga si
el generador está sub-dimensionado. Si bien algunas cargas
son muy tolerantes con las perturbaciones de voltaje y frecuencia
transitorias en un corto tiempo, otras cargas son muy sensibles.
En algunos casos, el equipo de carga puede tener controles
de protección que hacen que la carga se apague bajo estas
condiciones. Aunque no es crítico, otros efectos como la
atenuación de luces o la subida momentánea de los elevadores,
puede ser, cuando menos, inquietante.
Un conjunto generador es una fuente de energía limitada tanto
en términos de la potencia del motor (kW) como de los
voltamperios (kVA) del generador, sin importar el tipo de sistema
de excitación. Debido a esto, los cambios en la carga causan
excursiones de transitorios tanto en el voltaje como en la
frecuencia. La magnitud y duración de estas excursiones se
ven afectadas por las características de la carga y el tamaño
del generador con relación a la carga. Un conjunto generador
es una fuente de impedancia relativamente alta cuando se
compara con el típico transformador del servicio publico. Vea
más información en la Sección 4, Selección del Equipo.
Secuenciado por Pasos de la Carga
En muchas aplicaciones, puede ser recomendable limitar la
cantidad de carga que se conecta al conjunto generador o se
arranca con él, en un momento determinado. Las cargas se
escalonan comúnmente en secuencia de pasos para reducir
los requerimientos de arranque y, así, el tamaño del generador
requerido. Esto exige el control de la carga y del equipo para
conmutar la carga al generador1. Para este propósito,
comúnmente se usan interruptores de transferencia múltiples.
Los interruptores de transferencia individuales se pueden ajustar
para conectar las cargas en momentos diferentes usando los
ajustes de transferencia de retraso de tiempo estándar para
escalonar las cargas. Se recomienda un retardo de tiempo de
unos cuantos segundos entre los pasos de la carga, para
permitir que el generador estabilice el voltaje y la frecuencia.
Esto, por supuesto, querrá decir que cualquier emergencia o
cargas legalmente requeridas necesitarán conectarse primero
para satisfacer los requerimientos legales. Las cargas que
requieran de una potencia de arranque mayor, como las cargas
de motores grandes, deben arrancarse mientras se conecta
una carga mínima. Las cargas de UPS se pueden dejar al final
ya que la carga de UPS se está soportada por baterías.
Con esos antecedentes básicos, se tratan enseguida las
características de operación de las cargas individuales.
Tipos de Carga
Cargas de Iluminación
Los cálculos de iluminación son muy directos, una suma del
wattaje de la lámpara o dispositivo o el wattaje requerido para
los circuitos de iluminación, más el wattaje requerido para los
balastos. Los tipos comunes de iluminación común
Incandescente – ensamble de lámpara tipo foco estándar que
típicamente usan filamento de tungsteno, Fluorescente – una
lámpara de gas ionizado inducida con balastra – también aplica
para iluminación con descarga de gas, y de descarga de sodio
de baja presión, sodio de alta presión, etc. Las Tablas 3-1 y
3-2 tienen algunos datos útiles y representativos.
Tabla 3-1. Factores de Potencia de Iluminación (Arranque y
Operación)
Tabla 3-2. Energía con Balasto
Cargas de Aire Acondicionado
Las cargas de aire acondicionado generalmente se especifican
en toneladas. Para estimar los requisitos de carga en kilovatios,
se utiliza una conversión de 2 HP/ton como una estimación
muy conservadora de la carga total para una unidad de baja
eficiencia. Si quiere un tamaño más exacto y conoce las cargas
del motor del componente individual en el equipo de A/A,
súmelas individualmente y obtenga un factor de demanda para
las cargas que es posible que arranquen simultáneamente.
1 Cummins Power Generation ofrece sistemas de control de carga
en cascada con base en la red.
Rev. mayo 2010
3-4
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Cargas de Motores
Existe una amplia variedad de tipos de motor y tipos de cargas
conectadas a esos motores, cada una de las cuales afecta las
características de arranque y operación del motor. Enseguida
se tratan las cuantiosas diferencias y características y sus
efectos en la definición del dimensionamiento del conjunto
generador.
Baja y Alta Inercia
El momento de inercia de una masa rotatoria, como la de un
motor y su carga, es una medida de su resistencia a la
aceleración con el par motor de arranque. El par motor (torque)
de arranque exige más potencia (SkW) del conjunto generador
que la carga en la operación. Sin embargo, en lugar de tener
que hacer cálculos, normalmente es suficiente el caracterizar
las cargas de manera amplia como cargas de alta inercia o
cargas de baja inercia con el propósito de determinar la potencia
necesaria para arrancar y acelerar las cargas de motor. Por lo
tanto, las cargas con baja inercia son aquellas que se pueden
acelerar cuando se puede asumir un factor de servicio de 1.5
o menos, mientras que las cargas con alta inercia son aquellas
en donde se debe asumir un factor de servicio mayor de 1.5.
También debe asumirse un factor de servicio mayor para cargas
mecánicamente desbalanceadas o pulsantes. La Tabla 3-3
muestra las categorías de las cargas comunes.
Tabla 3-3. Resumen de Inercia rotatoria
* Ventiladores o bombas excepcionalmente grandes que
trabajan contra altos cabezales, pueden no calificar como
cargas de baja inercia. Si no está seguro, asuma que son de
alta inercia.
** Las cargas con alta inercia incluyen cargas mecánicamente
pulsantes y desbalanceadas.
2 Las curvas de caída de voltaje para el equipo de Cummins Power Generation
están disponibles en el CD de la Biblioteca Power Suite.
3-5
Más de 50 HP
Un motor grande que se arranca a través de la línea con un
conjunto generador representa una carga de baja impedancia
mientras está en la condición de rotor bloqueado o en la
condición inicial de parado. El resultado es una corriente alta
repentina, típicamente seis veces la corriente nominal (en
operación). La alta corriente repentina hace que el voltaje del
generador caiga. Esta caída de voltaje está compuesta de la
caída de voltaje transitoria instantánea y la caída de voltaje de
recuperación.
La caída de voltaje transitoria instantánea ocurre en el instante
en que el motor se conecta a la salida del generador y es
estrictamente una función de las impedancias relativas del
generador y del motor. La caída de voltaje instantánea es la
caída de voltaje predicho por las curvas de caída de voltaje
publicadas en las hojas de datos del alternador2. Estas curvas
de caída dan una idea de lo que se puede esperar para la
caída instantánea, suponiendo que la frecuencia sea constante.
Si el motor del generador se hace lento debido al alto
requerimiento de kW de arranque, la caída del voltaje transitorio
puede exagerarse mientras la característica de igualación de
par del regulador de voltaje atenúa la excitación del alternador
para ayudar al motor del generador a recuperar la velocidad.
Enseguida de la detección de la caída de voltaje transitorio
instantáneo, el sistema de excitación del generador responde
aumentando la excitación para recuperar el voltaje nominal –
al mismo tiempo que el motor está acelerando a la velocidad
de operación (asumiendo que el motor desarrolla suficiente
par). El par del motor, para motores de inducción, es
directamente proporcional al cuadrado del voltaje aplicado.
La aceleración del motor es una función de la diferencia entre
el par del motor y los requisitos de par de la carga. Para evitar
tiempo de aceleración excesivos, o que el motor se pare, el
generador debe recuperar el voltaje nominal tan rápido como
sea posible.
La manera en la cual el voltaje del generador se recupera es
una función de los tamaños relativos del generador y del motor,
la potencia del motor de combustión (capacidad en kW) y la
capacidad de forzar la excitación del generador. Varios
milisegundos después de la caída de voltaje transitorio inicial,
el regulador de voltaje aplica el voltaje de fuerza total al excitador
del generador resultando en una acumulación de la corriente
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
del campo principal de acuerdo con el excitador y las constantes
de tiempo del campo principal. Los componentes del conjunto
generador están diseñados y empatados para lograr el tiempo
de respuesta más corto posible mientras se mantiene la
estabilidad del voltaje y evitar la sobrecarga del motor de
combustión. Los sistemas de excitación que responden muy
rápido o que son muy “rígidos” en realidad pueden sobrecargar
al motor de combustión cuando se arrancan motores eléctricos
grandes. Dependiendo de la severidad de la carga, el generador
debe recuperar el voltaje nominal en varios ciclos, o cuando
mucho, en pocos segundos.
Para aplicaciones de arranque de motores, tanto la caída de
voltaje transitorio inicial como el voltaje de recuperación necesitan
considerarse. Un generador debe dimensionarse para que no
exceda la caída de voltaje transitorio inicial especificado para
el proyecto, y para que se recupere a un mínimo del 90 por
ciento del voltaje de salida nominal aplicando los kVA plenos
del rotor bloqueado del motor. Así, el motor puede entregar
aproximadamente el 81 por ciento (0.9 x 0.9 = 0.81) de su par
nominal durante la aceleración, lo que se ha comprobado ser
lo adecuado para la mayoría de las aplicaciones de arranque.
En lugar de las especificaciones singulares del proyecto, una
caída de voltaje de arranque del 35% se considera aceptable
en una situación de arranque de motor de un conjunto
generador.
Varios tipos de arrancadores de motor de voltaje reducido
están disponibles para reducir los kVA de arranque de un motor
en aplicaciones donde es aceptable el par de motor reducido.
Reducir los kVA de arranque del motor puede reducir la caída
de voltaje, el tamaño del conjunto generador y proporcionar
un arranque mecánico suave. No obstante como se explica
enseguida, se debe tener cuidado cuando se aplican estos
arrancadores a los conjuntos generadores.
Métodos de Arranque Trifásicos
Existen varios métodos disponibles para arrancar motores
trifásicos, como se sumarizan en la Tabla 3-4 y elaborados
como en el Apéndice C – Arranque de Motores con Voltaje
Reducido. El método de arranque más común es el directo,
arranque a través de la línea (voltaje pleno). Los requerimientos
de arranque del motor se pueden reducir aplicando algún tipo
de arrancador de voltaje reducido o de estado sólido, dando
como resultado un conjunto generador recomendado más
pequeño. Sin embargo, se debe tener cuidado cuando se
aplican estos métodos de arranque de voltaje reducido. Como
el par del motor es una función del voltaje aplicado, cualquier
método que reduzca el voltaje del motor también reduce el
par durante el arranque. Estos métodos de arranque sólo se
deben aplicar a cargas de motor de baja inercia a menos que
se pueda determinar que el motor produzca el par adecuado
para acelerar durante el arranque. Adicionalmente, estos
métodos de arranque pueden producir muy altas corrientes
repentinas cuando hacen la transición de arranque a operación
(si la transición ocurre antes que el motor alcance la velocidad
de operación), resultando en requerimientos de arranque que
se aproximan a un arranque con toda la línea. Si el motor no
alcanza la velocidad de operación cerca de la nominal antes
de la transición, pueden ocurrir excesivas caídas de voltaje y
frecuencia cuando se emplean estos arrancadores con los
conjuntos generadores. Si está inseguro cómo reaccionarán
el arrancador y la carga, asuma un arranque a través de la
línea.
Mandos de Frecuencia Variable (VFD)
De todas las clases de carga no lineal, los mandos de frecuencia
variable, que se usan para controlar la velocidad de motores
de inducción, inducen la mayor distorsión en el voltaje de salida
del generador. Se requiere de alternadores más grandes para
evitar el sobrecalentamiento del alternador debido a las corrientes
armónicas inducidas por el mando de frecuencia variable, y
para limitar la distorsión del voltaje del sistema al bajar la
reactancia del alternador.
Por ejemplo, las cargas convencionales de VFD de tipo de
inversor de fuente de corriente en un generador deben ser
menos de aproximadamente el 50 por ciento de la capacidad
del generador para limitar la distorsión de harmónicos total a
menos del 15 por ciento. Más recientemente, los VFD de tipo
de Ancho de Pulso Modulado se han hecho más efectivos en
los costos e inducen sustancialmente armónicas más bajas.
El alternador sólo necesita sobredimensionarse cerca de un
40% para estos mandos.
Rev. mayo 2010
3-6
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
* - Estos son porcentajes o factores de corriente de operación,
la cual depende del valor de las resistencias en serie agregadas
a los devanados del rotor.
Tabla 3-4. Métodos de Arranque con Voltaje Reducido y
Características
Para aplicaciones de mando de velocidad variable, dimensione
el conjunto generador a la capacidad total de la placa de datos
del mando, no a la capacidad de la placa de datos del motor
impulsado. Las armónicas pueden ser mayores con el mando
operando a carga parcial y puede ser posible que un motor
más grande, hasta la capacidad total del mando, se pudiera
instalar en el futuro.
Letra del código de Motor NEMA
En Norte América, el estándar NEMA para motores y
generadores (MG1) designa las gamas aceptables para los
kVA de arranque del motor con Letras de Código de la “A” a
la “V”. El diseño del motor debe limitar los kVA de arranque
(rotor bloqueado) a un valor dentro de la gama especificada
por la Letra de Código marcada en el motor. Para calcular los
kVA de arranque del motor, multiplique los caballos de potencia
del motor por el valor en la Tabla 3-5 que corresponda con
la Letra de Código. Los valores en la Tabla 3-5 son los
promedios de las gamas especificadas de los valores para las
Letras de Código.
Diseño del Motor Trifásico
En Norte América, los motores de diseño tipo B, C o D son
de inducción jaula de ardilla trifásicos clasificados por la NEMA
(National Electrical Manufacturers Association) con respecto
a un valor máximo para la corriente de rotor bloqueado y
valores mínimos para el par del rotor bloqueado, par de
recuperación y par de ruptura. Los motores de tipo de Alta
Eficiencia son de inducción de jaula de ardilla trifásicos de
eficiencia muy alta con valores mínimos de par similares a los
motores de diseño tipo B, pero con mayor corriente de rotor
bloqueado y mayor eficiencia nominal a plena carga. Vea la
Tabla 3-6 para obtener los valores estándar nominales para
los motores de Diseño B, C y D y de Alta Eficiencia.
Diseño de Motor Monofásico
Vea la Tabla 3-7 para obtener los valores estándar nominales
para los motores de inducción monofásicos.
Cargas de UPS´s Suministro de energía Ininterrumpible.
Una fuente de poder ininterrumpible estática (UPS, iniciales en
inglés) utiliza rectificadores controlados de silicio (SCR) u otros
dispositivos estáticos para convertir voltaje de CA en voltaje
de CD. El voltaje de CD se usa para producir voltaje de CA
por medio de un circuito inversor a la salida del UPS. El voltaje
de CD también se usa para cargar las baterías, el medio de
almacenamiento de energía del UPS. Los SCR conmutables
en la entrada inducen corrientes armónicas en el alternador
del conjunto generador. Los efectos de estas corrientes
incluyen el calentamiento adicional del devanado, reducen la
eficiencia y distorsionan la onda de CA. El resultado es un
requerimiento de un alternador más grande para una salida
dada en kW del generador.
Los dispositivos UPS también pueden ser sensibles a la caída
de voltaje y las excursiones de la frecuencia. Cuando el
rectificador se está rampeando hacia arriba, pueden ocurrir
oscilaciones relativamente amplias en la frecuencia y el voltaje
sin interrumpir la operación. Sin embargo, una vez que se
activa la derivación, tanto la frecuencia como el voltaje deben
estar muy estables o una condición de alarma ocurrirá.
Tabla 3-5. Factores de Multiplicación Correspondientes a las
Letras de Código
3-7
Los problemas antiguos de incompatibilidad entre los conjuntos
generadores y los dispositivos estáticos UPS llevaron a múltiples
interpretaciones incorrectas acerca del dimensionamiento de
los conjuntos generadores para este tipo de carga. En el
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
pasado, los proveedores de UPS recomendaban sobredimensionar el conjunto generador dos o tres veces la capacidad
del UPS, pero aún entonces algunos problemas persistieron.
Desde entonces, la mayoría de los fabricantes de UPS han
tomado en cuenta los problemas de incompatibilidad y ahora
es más efectivo en costos exigir que los dispositivos UPS sean
compatibles con el conjunto generador que sobredimensionar
significativamente el generador.
Cuando se dimensiona un generador use la capacidad de la
placa de datos del UPS, aunque el propio UPS pueda no estar
totalmente cargado, más la capacidad de carga de la batería.
El UPS típicamente tiene una capacidad de carga de batería
del 10 al 50 por ciento de la capacidad de su UPS. Si las
baterías están descargadas cuando el UPS esté operando con
el conjunto generador, éste debe ser capaz de suministrar
tanto la carga de salida como la carga de la batería. La mayoría
de los UPS tienen un límite de corriente ajustable. Si este límite
se ajusta al 110% – 150% de la capacidad del UPS, esa es
la carga pico que el conjunto generador necesita suministrar
inmediatamente después de una interrupción de la energía del
servicio público. Una segunda razón para usar la capacidad
total del UPS es que cargas adicionales hasta de la capacidad
de la placa de datos se pueden agregar al UPS en el futuro.
Lo mismo se aplica a los sistemas UPS redundantes.
Dimensione el conjunto generador para las capacidades
combinadas de placa de datos de los dispositivos individuales
UPS en las aplicaciones donde, por ejemplo, un UPS se instala
para respaldar otro y los dos están en línea siempre con el 50
por ciento de la carga o menos.
La mayoría de los dispositivos UPS tienen una función limitadora
de corriente para controlar la carga máxima que el sistema
puede aplicar a su fuente de poder, lo cual se expresa como
un porcentaje de la capacidad de carga plena del UPS. La
carga total que el UPS aplica a su fuente de poder está
controlada por ese valor limitando el índice de carga de su
batería. Si, entonces, la carga máxima está limitada al 125 por
ciento y el UPS está operando al 75 por ciento de la capacidad
nominal, la carga de la batería está limitada al 50 por ciento
de la capacidad del UPS. Algunos dispositivos UPS reducen
el índice de carga de la batería a un valor menor durante el
tiempo en que el conjunto generador está energizando al UPS.
Debido a que son cargas no lineales, el equipo UPS induce
armónicas en la salida del generador. Los dispositivos UPS
equipados con filtros de entrada de armónicas tienen corrientes
armónicas más bajas que los que no están equipados así.
Los filtros de armónicas deben reducirse o apagarse cuando
la carga en el UPS es pequeña. Si no, estos filtros pueden
causar un factor de potencia adelantado en el conjunto
generador. Vea Carga con Factor de Potencia Adelantado en
la sección Diseño Mecánico. El número de rectificadores (pulsos)
también dicta el grado requerido de sobre-dimensionamiento
del alternador. Un rectificador de 12 pulsos con un filtro de
armónicas da como resultado el conjunto generador
recomendado más pequeño.
Rev. mayo 2010
3-8
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tabla 3-6. Default de Motor Trifásico: Código NEMA, EFF,
SPF, RPF
3-9
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tabla 3-7. Default de Motor Monofásico: Código NEMA, EFF,
SPF, RPF
Cargas del Cargador de Batería
Los Cargadores de Batería típicamente usan rectificadores
controlados de silicio (SCR). Un cargador de baterías es una
carga no lineal, que exige un alternador sobre-dimensionado
para tener capacidad para el calentamiento adicional y minimizar
la distorsión del voltaje causada por las corrientes armónicas
inducidas por el cargador de baterías. El número de rectificadores
(pulsos) dicta el grado de sobre-dimensionamiento del alternador
requerido. Un rectificador de 12 pulsos da como resultado un
conjunto generador recomendado más pequeño.
Rev. mayo 2010
3-10
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Equipo de Imagen Médica (Rayos X, Cat Scan, MRI)
El equipo de imagen como los Rayos X, Cat Scan y MRI
producen características de arranque y funcionamiento
singulares que deben considerarse cuando se dimensiona un
conjunto generador. La carga pico en kVA (kVP x ma) y la caída
de voltaje permisible son los factores esenciales para dimensionar
un conjunto generador para aplicaciones de imagen médica.
Dos factores adicionales deben entenderse para todas las
aplicaciones de imagen médica.
Primero, cuando el equipo de imagen médica se energiza con
un conjunto generador, la imagen puede ser diferente que
cuando se energiza con una línea de servicio público comercial.
La razón de esto se debe a la diferencia en las características
de caída de voltaje. Como lo ilustra la Figura 3-1, la caída tiende
a ser constante cuando el servicio público es la fuente de poder
y, es mayor y más variable cuando un conjunto generador es
la fuente. El intento del regulador de voltaje del conjunto
generador de regular el voltaje también afecta la característica
de la caída de voltaje.
Aplicaciones de Bomba Contra Incendio3
Se deben aplicar consideraciones especiales a las bombas
contra incendio debido a su condición crítica y los
requerimientos especiales del código. El Código Eléctrico
Nacional Norteamericano (NEC) contiene los requisitos que
limitan la caída de voltaje al 15 por ciento cuando se arrancan
bombas contra incendio. Este límite se impone para que los
arrancadores de motor no se desconecten durante las
condiciones prolongadas de rotor bloqueado y para que los
motores de bomba contra incendio entreguen el par adecuado
para acelerar las bombas a las velocidades nominales para
obtener las presiones y flujos nominales de la bomba. El
conjunto generador no tiene que dimensionarse para
proporcionar indefinidamente los kVA de rotor bloqueado del
motor de la bomba contra incendio. Eso daría como resultado
un conjunto generador sobredimensionado, lo cual podría
llevar al mantenimiento y confiabilidad debido a que se tendría
un conjunto generador sub-utilizado.
Segundo, entre el momento en que el operador hace el ajuste
para la imagen y que toma la imagen, no debe haber grandes
cambios de carga del encendido o apagado de los elevadores
o el aire acondicionado.
El equipo de imagen médica normalmente está diseñado para
energizarse con la fuente de servicio público. La mayoría del
equipo, sin embargo, tiene un compensador de voltaje de línea,
ajustable bien sea por el instalador o por el operador. En
aplicaciones donde el conjunto generador es la única fuente
de energía, el compensador de voltaje de línea se puede ajustar
para la caída de voltaje esperada con el conjunto generador.
Cuando el equipo de imagen médica se ha ajustado para la
energía de servicio público, el conjunto generador tendrá que
reproducir la caída de voltaje del servicio público tanto como
sea posible. De la experiencia pasada, se pueden esperar
imágenes satisfactorias cuando la capacidad en kVA del
generador (alternador) es cuando menos 2.5 veces los kVA
pico del equipo de imagen. Se puede esperar una caída de
voltaje del 5 al 10 por ciento cuando se dimensiona con esta
base. Los kVA pico y los kVA requeridos del conjunto generador
para equipo de imagen de capacidad variada se mencionan
en la Tabla 3-8.
3-11
Figura 3-1. Caída de Voltaje en Aplicaciones de Imagen Médica
Tabla 3-8. Requisitos del Conjunto Generador para Aplicaciones
de Imagen Médica
3 Esta es la interpretación de Cummins Power Generation de la edición 1996 del Estándar No. 20 de la NFPA, Bombas Contra Incendio Centrífugas. Los ingenieros de diseño también
deben revisar el propio estándar.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Siempre que se use un arrancador de voltaje reducido para
un motor de bomba contra incendios, sin importar el tipo, deje
la capacidad del generador para un arranque a través de la
línea. El controlador de la bomba contra incendio incluye bien
sea un medio manual-mecánico, manual-eléctrico o automático
para arrancar la bomba a través de la línea en caso que el
controlador no funcione.
La capacidad adicional de generación se puede manejar, si es
práctico, proporcionando controles automáticos para desechar
carga en cargas conectadas de baja prioridad para que la
capacidad ociosa del conjunto generador para la bomba contra
incendio, en todo caso, se pueda usar para las mismas cargas.
Los controles deben ajustarse para desechar carga antes de
arrancar la bomba contra incendio.
Otra opción es la de considerar una bomba contra incendio
con motor diesel en lugar de una bomba con motor eléctrico.
La economía generalmente favorece las bombas con motor
eléctrico, pero el ingeniero de protección contra incendios
puede preferir el mando de un motor diesel. De esa manera,
el sistema de protección a incendios y el sistema de energía
de emergencia se mantienen completamente separados.
Algunos ingenieros y aseguradoras creen que esto mejora la
confiabilidad de ambos sistemas. El costo de un interruptor
de transferencia para la bomba contra incendio se evitaría. El
conjunto generador no tiene que dimensionarse para
proporcionar los kVA de rotor bloqueado del motor de la bomba
contra incendio indefinidamente. Eso podría dar como resultado
un conjunto generador sobre-dimensionado, lo cual podría
presentar problemas de mantenimiento y confiabilidad al ser
sub-utilizado.
Características de la Carga
Tolerancias de Voltaje y Frecuencia de la Carga
La Tabla 3-9 resume la tolerancia que varias cargas tienen a
los cambios en voltaje y frecuencia.
Potencia Regenerativa
La aplicación de conjuntos generadores a cargas que tienen
mandos de motor-generador (MG) como los elevadores, grúas
y polipastos, requieren el tratamiento de potencia regenerativa.
En estas aplicaciones, el descenso del elevador o polipasto
se frena con el motor-generador que “bombea” energía eléctrica
de regreso a la fuente para que la absorba. La fuente de servicio
público normal fácilmente absorbe la energía “regenerada”
porque esencialmente es una fuente de poder ilimitada. La
energía producida por la carga sencillamente sirve a otras
cargas reduciendo la carga real en el servicio (red). Un conjunto
generador, por otro lado, es una fuente de poder aislada que
tiene capacidad limitada para absorber la potencia regenerativa.
La absorción de potencia regenerativa es una función de los
caballos de fuerza de fricción del motor de combustión a
velocidad gobernada, los caballos de fuerza del ventilador, la
fricción del generador, las pérdidas del devanado y el núcleo
(la potencia requerida para mantener el voltaje nominal de
salida del generador). La capacidad de potencia regenerativa
del conjunto aparece en la Hoja de Especificaciones del conjunto
generador recomendado y es, típicamente, un 10 a 20 por
ciento de la capacidad de potencia del conjunto generador.
(El generador impulsa el motor de combustión, el cual absorbe
la energía a través de las pérdidas por fricción).
Rev. mayo 2010
3-12
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Si el voltaje no se recupera al 90 por ciento, los dispositivos de protección de bajo voltaje pueden bloquearse, los dispositivos de
sobre-corriente pueden interrumpirse, los arrancadores de voltaje reducido pueden bloquearse o escalonarse y los motores pueden
detenerse o no tener una aceleración aceptable.
Tabla 3-9. Tolerancias Típicas de Voltaje y Frecuencia
3-13
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Una capacidad insuficiente de potencia regenerativa para la
aplicación puede dar como resultado una excesiva velocidad
de descenso del elevador y la sobre-velocidad del conjunto
generador.
NOTA: Las cargas regenerativas excesivas pueden causar que
el conjunto generador se sobre-revolucione y se apague. Las
aplicaciones que son más susceptibles de este tipo de problema
son los edificios pequeños donde el elevador es la carga
principal para el conjunto generador.
Generalmente, el problema de la regeneración se puede resolver
asegurándose haya otras cargas conectadas que absorban la
potencia regenerativa. Por ejemplo, en edificios pequeños
donde el elevador es la carga principal, la carga de la iluminación
debe transferirse al generador antes de transferir el elevador.
En algunos casos los bancos de carga auxiliar con controles
de carga pueden necesitarse para ayudar a absorber las cargas
regenerativas.
Factor de Potencia (FP) de la Carga
Las inductancias y capacitancias en los circuitos de carga CA
hacen que el punto en el cual la onda de corriente sinusoidal
pasa por cero se atrase o adelante al punto en el cual la onda
de voltaje pasa por cero. Las cargas capacitivas, motores
sincrónicos sobre-excitados, etc. provocan un factor de potencia
adelantado, donde la corriente adelanta al voltaje. Un factor
de potencia atrasado, donde la corriente se atrasa al voltaje,
es el caso más típico y es el resultado de la inductancia en el
circuito. El factor de potencia es el coseno del ángulo con el
cual la corriente se adelanta o se atrasa del voltaje, donde un
ciclo sinusoidal completo es de 360 grados. El factor de
potencia normalmente se expresa como una cifra decimal (0.8)
o como un porcentaje (80 %). El factor de potencia es la relación
de los kW a los kVA. Por lo tanto:
Las cargas reactivas que causan un factor de potencia
adelantado pueden ser problemáticas, dañando los alternadores,
las cargas o haciendo que se dispare el equipo de protección.
Las fuentes más comunes de factores de potencia adelantados
son los sistemas UPS con carga ligera que usan filtros de
armónicas para la línea de entrada o dispositivos para la
corrección del factor de potencia (bancos de capacitores) que
se usan con los motores. La carga con factor de potencia
adelantado debe evitarse con los conjuntos generadores. La
capacitancia del sistema que se convierte en una fuente de
excitación del generador y de pérdida del control de voltaje
puede convertirse en un problema. Siempre conecte y
desconecte del sistema los capacitores de corrección de factor
de potencia con la carga. Vea Cargas con Factor de Potencia
Adelantado en la sección Diseño Eléctrico.
Cargas Monofásicas y Balanceo de Cargas
Las cargas monofásicas deben distribuirse tan uniformemente
como sea posible entre las tres fases de un conjunto trifásico
para utilizar plenamente la capacidad del generador y limitar
el desbalanceo del voltaje. Por ejemplo, un desbalanceo de
cargas monofásicas tan pequeño como un 10 por ciento puede
requerir limitar la carga balanceada trifásica a no más del 75
por ciento de la capacidad nominal. Para ayudar a evitar el
calentamiento y la falla prematura del aislamiento en motores
trifásicos, el desbalanceo del voltaje debe mantenerse debajo
del 2 por ciento. Vea Cálculo de Desbalance de Carga
Monofásica Permisible en la sección Diseño Eléctrico.
kW = kVA x FP
Tome en cuenta que los conjuntos generadores trifásicos son
para cargas con un FP de 0.8 y los monofásicos para cargas
con un FP de 1.0. Las cargas que producen factores de
potencia menores a los cuales los generadores están
capacitados pueden hacer que GenSize recomiende un
alternador más grande o conjunto generador para darle servicio
a la carga apropiadamente.
Rev. mayo 2010
3-14
CAPÍTULO 4 ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
4 – SELECCIÓN DEL EQUIPO
Generalidades
Alternadores
Voltaje
Bajo Voltaje
Medio Voltaje
Aislamiento y Capacidades
Devanados y Conexiones
Reconectable
Rango Amplio
Rango Extendido
Rango Limitado
Arranque Incrementado de Motor
Fundamentos y Excitación
Generadores Auto-Excitados
Generadores Excitados Por Separado
Carga Transitoria
Curvas de Saturación del Generador
Respuesta del Sistema de Excitación
Respuesta de Arranque del Motor
kVA de Rotor Bloqueado
Caída sostenida de Voltaje
Respuesta a la Falla
Temperaturas del Devanado por Corto Circuito
Motores de Combustión
Gobernadores
Gobernadores Mecánicos
Gobernadores Electrónicos
Sistemas de Arranque del Motor de Combustión
Arranque con Baterías
Reubicación de las Baterías de Arranque
Arranque con Aire comprimido
Controles
Base Relevador
Base Electrónica (Microprocesador)
Electrónicos de “Plena Autoridad”
Opciones de Control
Accesorios y Opciones
Control de Seguridad y Anunciadores
Interruptores de Circuito de Línea Principal
Interruptores Encapsulados
Cajas de Entrada
Interruptores de Circuito Múltiples
Baterías y Cargadores de Baterías
Sistemas de Escape y Silenciadores
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Casetas (Cabinas)
Protección al Clima
Acústico
De Acceso
Regiones Costeras
Configuraciones Alternativas de Enfriamiento y Ventilación
Capacidades del Sistema de Enfriamiento
Alternativas de Enfriamiento Remoto
Radiador Remoto
Intercambiador de Calor
Sistemas de Mantenimiento del Nivel de Aceite Lubricante
Dispositivos de Calentamiento para Conjuntos Generadores en Standby
Arranque en Frío y Aceptación de la Carga
Calentadores de Refrigerante
Calentadores de Aceite y Combustible
Calentadores Anti-Condensación
Tanques de Combustible (Diesel)
Tanques de día
Tanques Sub-Base
Montaje en Aisladores de Vibración
Equipo para Conmutación de Energía
Dispositivos Requeridos para el Paralelismo del Conjunto Generador
Necesidades de Equipo Adicional
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4 - SELECCIÓN DEL EQUIPO
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Generalidades
Cuando se ha tomado la decisión en cuanto al tamaño del(os)
conjunto(s) generador(es) y la secuencia de carga, la tarea de
elegir el equipo para el trabajo puede comenzar.
Esta sección trata de la variedad de equipo del conjunto
generador para lograr una instalación completa y funcional.
Se tratan las características de funcionalidad, criterios de
selección, alternativas y el equipo opcional necesario.
Alternadores
Voltaje
Bajo Voltaje
La aplicación determina en gran manera el voltaje del conjunto
generador seleccionado.
En aplicaciones de emergencia y en-espera (Standby), el voltaje
de salida del generador normalmente corresponde al voltaje
de utilización de las cargas. Los voltajes más usados
comercialmente y las configuraciones de la conexión están
disponibles como opciones estándar con los fabricantes de
alternadores. Algunos voltajes raramente usados pueden
requerir devanados especiales lo cual puede exigir considerables
tiempos de entrega para producirse. La mayoría de los
alternadores tienen un ajuste de voltaje de al menos ± 5 % del
voltaje nominal especificado para permitir el ajuste a requisitos
específicos del sitio. Vea la Tabla de Voltajes en el Mundo en
el Apéndice B.
Medio Voltaje1
En aplicaciones de potencia primaria o carga base o cuando
las condiciones generales de la aplicación son conducentes,
los conjuntos generadores de medio voltaje (de más de 600
V) se están usando con más frecuencia. Generalmente, los
medio voltajes deben considerarse cuando la salida excede a
los 2,000 A de un generador de bajo voltaje. Otro criterio que
induce al uso de medio voltaje es el tamaño/capacidad del
equipo de conmutación de potencia y la cantidad de
conductores requeridos para bajo voltaje. Mientras el equipo
de medio voltaje es más caro, los conductores requeridos (en
el orden de 10-20 veces menos ampacidad) combinados con
menos conduit, estructuras de soporte y tiempo de instalación,
pueden compensar el alto costo del alternador.
Aislamiento y Capacidades
Generalmente, los alternadores en el orden de los 20 kW a
2,000 kW tienen un aislamiento del devanado NEMA Clase F
o Clase H. El aislamiento Clase H está diseñado para resistir
mayores temperaturas que el Clase F. Las capacidades de
alternador se conocen en términos de los límites de elevación
de temperatura. Los alternadores con aislamiento Clase H
tienen capacidades de salida en kW y kVA que permanecen
dentro de elevaciones de temperatura de la clase de 80 °C,
105 °C, 125 °C y 150 °C arriba de un ambiente de 40 °C. un
alternador operado a su capacidad de 80 °C durará más que
a su capacidad de temperatura más alta. Los alternadores
con menor elevación de temperatura nominal para una
capacidad de conjunto generador dada dan como resultado
un arranque de motor mejorado, menos caídas de voltaje,
mayor capacidad de carga no-lineal o desbalanceada, así
como mayor capacidad por falla de corriente. La mayoría de
los conjuntos generadores de Cummins Power Generation
tienen más de un tamaño de alternador disponible, haciendo
posible igualar una amplia gama de aplicaciones.
Muchos alternadores para un conjunto generador específico
tienen capacidades múltiples como 125/105/80 (S, P, C). Esto
quiere decir que la opción de alternador operará a un límite de
temperatura diferente dependiendo de la capacidad del conjunto
generador, o sea, permanecerá dentro de la elevación de
temperatura de 125 °C En-Espera (Standby), 105 °C de
elevación en Primaria y dentro de los 80 °C de elevación en
capacidad Continua.
Lineamientos Adicionales
Acondicionamiento Ambiental
Con cualquier ambiente salino, la posibilidad de depósitos de
cloruro de sodio en los devanados, superficies de metal sin
tratamiento (no necesariamente sólo ferroso), etc., lleva a dos
temas relacionados: – Corrosión y atracción higroscópica de
la humedad llevando a que el aislamiento se vea comprometido.
Es importante quitar tanta humedad de la atmósfera en el
gabinete del generador como sea posible, tanto al momento
de un ingreso potencial de humedad como también
subsecuentemente, cuando pueda ocurrir la condensación.
Las persianas deben diseñarse con persianas que atrapen la
lluvia que ofrezcan una ruta tortuosa con una velocidad de
1 Los alternadores de voltaje medio están disponibles en los productos de Cummins Power Generation de 750 kW y más grandes.
Rev. mayo 2010
4-3
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
admisión tan baja como sea posible, permitiendo que las gotas
de humedad se unan en la admisión. Esto deja una cantidad
residual de humedad y la mayoría debe evitarse que tengan
contacto directo con la parte trasera del alternador por medio
de un deflector. El alternador debe permitírsele tomar su aire
del aire que está pasando por la máquina, en el sentido correcto
para evitar la recirculación, no el aire que se dirige a la máquina.
De esta manera, se crean rutas tortuosas adicionales dando
oportunidades adicionales para la coalescencia y precipitación
de la humedad antes que entre al alternador. La creación de
rutas tortuosas adicionales puede hacer que suba la restricción
del flujo de aire y se recomienda el modelar del flujo de aire
antes de hacer la construcción.
El gabinete debe contener calentadores de espacio,
dimensionado para dar una elevación de temperatura cuando
menos de 5 °C arriba del ambiente y controlada en la
temperatura y el punto de rocío. Considere el aire acondicionado
para el gabinete del motor para cuando el clima esté caliente
y húmedo ya que éste puede reducir en efecto la humedad sin
calentar indebidamente el ambiente dentro del gabinete. Una
vez más, controlar el aire acondicionado usando una mezcla
de controles de temperatura y del punto de rocío economizará
la carga eléctrica. Los calentadores anti-condensación entre
los alternadores son obligatorios en esta aplicación, deben
conectarse a una fuente eléctrica de tamaño adecuado y,
deben estar activos cuando las condiciones sean tales que
puede haber condensación y, sólo cuando el generador esté
estacionario.
El gabinete debe contar con persianas que se abran con resorte
y se cierren con motor y éstas deben cerrarse tan pronto sea
posible después de apagar la máquina, consistente con evitar
la acumulación de temperatura anormal. Todas las partes del
gabinete deben estar bien sea galvanizadas o recubiertas con
polvo o pintadas con pintura resistente a la sal para evitar la
corrosión y se debe poner cuidado particular con las áreas
donde se pueda atrapar la humedad.
Agua dentro del gabinete
Es vital que el agua no entre al gabinete y no se permita se
“encharque” bajo el alternador ya que el flujo de aire de admisión
elevaría la turbulencia bajo la máquina y puede permitir gotas
de agua, posiblemente contaminadas con aceite, combustible,
refrigerante y sal que entren a la máquina. Si el agua puede
4-4
quedar bajo el alternador, considere incluir un deflector para
evitar que las micro-gotas sean arrastradas a la admisión de
aire del alternador.
Protección del Devanado
En ciertas gamas de alternadores CGT se puede ofrecer un
tratamiento de impregnación para ambientes rigurosos que
presta protección adicional al devanado para la humedad.
Este proceso se aplica sólo al estator principal. Este tratamiento
adicional da como resultado en una disminución de cerca del
3-5 % de las capacidades continuas pico (elevaciones 150/163),
aunque no existe una disminución intrínseca de este proceso
para capacidades de base continua (elevaciones 105/125).
Esto no debe considerarse como algo ‘en lugar de’ para el
tratamiento ambiental anterior, es un ‘tanto como’. Existe un
costo adicional para este tratamiento ya que aumenta el tiempo
y materiales de la impregnación.
Protección de las partes internas con metal desnudo
CGT puede proporcionar un tratamiento adicional de superficies
de metal desnudo en la máquina. Esto incluye la flecha y varios
componentes montados en la flecha y el barril de la máquina.
Hay un costo adicional para este tratamiento.
Operación
La máquina debe dimensionarse y los controles del sistema
programados de tal forma que el alternador opere con suficiente
carga para garantizar que los devanados alcancen y mantengan
una temperatura cuando menos de 100 °C. Esta temperatura
debe lograrse en las condiciones más frías que se puedan
encontrar en el sitio. Esto ayudará a mantener los devanados
en una condición sin humedad y ayudará a alejar la humedad
de los devanados.
Carga No-Lineal
Debido a la predominancia de cargas no-lineales en estos
sitios, CGT recomienda que si se utilizan máquinas P7x, que
se especifiquen como PE7 (el diseño de generación empotrado
de la máquina). Los diseños de alternadores PE7 pueden alojar
mejor los altos factores de cresta que pueden existir en estas
aplicaciones. La máquina debe dimensionarse con capacidad
clase F. Lo que resultará en una disminución pero significará
menos efecto de calentamiento en el laminado, hermanado
con una reactancia de la máquina efectiva menor, dando por
lo tanto una mejor forma de onda.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Filtros
CGT no recomienda filtros en las aplicaciones donde el ingreso
de agua es el problema – los filtros deben usarse para quitar
sólo polvos secos. Los filtros rápidamente se anegan en agua
lo cual restringe la admisión de aire y después del apagado,
el agua contenida en el filtro tiende a hacer la atmósfera entre
el alternador muy húmeda lo cual fomenta el crecimiento de
moho.
Régimen de Mantenimiento
Un programa de corridas mensuales donde el alternador se
mantiene a la temperatura de operación normal (devanados
cuando menos a 100 C) por 4 horas o más ayudará a mantener
los devanados en una condición sin humedad y desalienta la
formación del moho.
Devanados y Conexiones
Los alternadores están disponibles en varias configuraciones
de devanados y conexiones. Entender algo de la terminología
usada ayuda a tomar la opción que mejor se adapte a una
aplicación.
Rango Extendido
Este término hace referencia a los alternadores diseñados para
producir un rango más amplio de voltajes que el rango amplio.
Donde uno de rango amplio puede producir nominalmente
416-480 voltios, uno de rango extenso puede producir 380480 voltios.
Rango Limitado
Como el nombre lo indica, los alternadores de rango limitado
tienen un ajuste de rango de voltaje nominal muy limitado (por
ejemplo 440-480 voltios) o pueden estar diseñados para
producir sólo un voltaje nominal específico y una conexión
como 480 voltios en estrella.
Arranque del Motor Aumentado
Este término se utiliza para describir un alternador más grande
o uno con características especiales del devanado para producir
una capacidad más alta de corriente de arranque del motor.
Aunque como se menciona anteriormente, la capacidad
aumentada de arranque del motor también se logra escogiendo
un alternador con límite de elevación de temperatura menor.
Fundamentos de Excitación
Reconectables
Muchos alternadores están diseñados con salidas individuales
de los devanados de fase por separado que se pueden
reconectar a configuraciones Estrella o Delta. Éstos a menudo
se conocen como alternadores de 6 puntas. A menudo, los
alternadores reconectables tienen seis devanados por separado,
dos en cada fase, que se pueden reconectar en serie o en
paralelo, en configuraciones estrella o delta. Estos se conocen
como reconectables de 12 puntas. Estos tipos de alternadores
se producen principalmente por flexibilidad y eficiencia en la
manufactura y se conectan y prueban en planta en la
configuración deseada.
Rango Amplio
Algunos alternadores están diseñados para producir una amplia
gama de voltajes nominales de salida como el rango de 208
a 240 o de 190 a 220 voltios con sólo un ajuste del nivel de
excitación. Cuando se combinan con la característica
reconectable, se les llama Reconectables de Rango Amplio.
Es deseable entender los fundamentos de los generadores de
CA y de los sistemas de excitación del generador con respecto
a la respuesta de cargas transitorias, interacción del regulador
de voltaje con la carga, la respuesta del sistema de excitación
a las fallas de salida del generador.
Un generador convierte la energía mecánica de rotación en
energía eléctrica. Consiste esencialmente de un rotor y un
estator, como se muestra en la sección transversal de la Figura
4-1. El rotor lleva el campo del generador (aparece como de
cuatro polos), el cual gira con el motor de combustión. El
campo se energiza con una fuente CD llamada excitador, el
cual se conecta a las líneas “+” y “–“ de los devanados del
campo. El generador se construye de tal manera que las líneas
de fuerza del campo magnético cortan perpendicularmente
los devanados del estator cuando el motor hace girar el rotor,
induciendo un voltaje en los elementos del devanado del estator.
El voltaje en un elemento del devanado se invierte cada vez
que cambia la polaridad (dos veces cada revolución en un
Rev. mayo 2010
4-5
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
generador de cuatro polos). Típicamente un generador tiene
cuatro veces mas “ranuras del devanado” como se muestra
y está “enrollado” para obtener una salida sinusoidal, alterna
monofásica o trifásica.
Figura 4-1. Sección Transversal de un Generador de Cuatro
Polos
El voltaje inducido en cada elemento del devanado depende
de la intensidad de campo (la cual podría representarse por
una mayor densidad de las líneas de fuerza), la velocidad a la
cual las líneas de fuerza cortan los elementos del devanado
(rpm) y la “longitud de las placas”. Por lo tanto, para variar el
voltaje de salida de un generador de un tamaño y velocidad
de operación dados, es necesario variar la intensidad de campo.
Esto se hace con el regulador de voltaje, el cual controla la
corriente de salida del excitador.
Los generadores están equipados con sistemas de excitación
auto-excitados o excitados por separado (PMG).
Generadores Auto-Excitados
El sistema de excitación de un generador auto-excitado se
energiza, vía el regulador de voltaje automático (AVR), derivando
la energía de la salida del generador. El regulador de voltaje
detecta el voltaje y frecuencia de salida del generador, las
compara con los valores de referencia y luego suministra una
salida CD regulada a los devanados de campo del excitador.
El campo del excitador induce una salida CA en el rotor del
excitador, que está en la flecha giratoria del generador impulsada
por el motor de combustión. La salida del excitador se rectifica
con diodos giratorios, también en la flecha del generador, para
suministrar CD para el rotor principal (campo del generador).
El regulador de voltaje aumenta o disminuye la corriente del
4-6
excitador al detectar cambios en el voltaje y frecuencia de
salida debido a los cambios en la carga, aumentando o
disminuyendo la intensidad de campo del generador. La salida
del generador es directamente proporcional a la intensidad de
campo. Consulte la Figura 4-2.
Típicamente, un sistema de excitación del generador autoexcitado es el menos caro disponible con un fabricante.
Proporciona buen servicio bajo todas las condiciones de
operación cuando el conjunto generador se dimensiona
apropiadamente para la aplicación. La ventaja de un sistema
auto-excitado sobre un sistema excitado por separado es que
el auto-excitado inherentemente se está auto-protegiendo bajo
condiciones simétricas de corto circuito ya que el campo se
“colapsa”. Debido a esto, un interruptor de circuito de línea
principal para proteger el generador y los conductores del
primer nivel de distribución puede considerarse no necesario,
reduciendo aún más el costo del sistema instalado.
Las desventajas de un sistema auto-excitado son:
Pudiera ser necesario seleccionar un generador más grande
para proporcionar un desempeño aceptable de arranque del
motor.
Las máquinas auto-excitadas dependen del magnetismo
residual para energizar el campo. Si el magnetismo residual
no es suficiente, será necesario aplicar voltaje al campo con
una fuente de energía CD.
Podría no soportar las corrientes de falla lo suficiente para
disparar los interruptores de circuito posteriores.
Figura 4-2. Generador Auto-Excitado
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 4-3. Generador con Excitación por Separado (PMG)
Generadores con Excitación por Separado
El sistema de excitación de un generador con excitación por
separado es similar al de un generador auto-excitado excepto
que un generador de imán permanente (PMG) por separado
localizado en el extremo de la flecha del generador principal
energiza el regulador de voltaje. Consulte la Figura 4-3. Como
es una fuente de poder por separado, el circuito de excitación
no se ve afectado por las cargas en el generador. El generador
es capaz de soportar dos o tres veces la corriente nominal por
aproximadamente diez segundos. Por estas razones, los
sistemas de excitación del generador con excitación por
separado se recomiendan para aplicaciones donde son
necesarios una capacidad mejorada de arranque del motor,
buen rendimiento con cargas no-lineales o un desempeño de
corto circuito de duración prolongada.
Con este sistema de excitación es necesario proteger al
generador de las condiciones de falla porque el generador es
capaz de operar hasta que se destruya. El Sistema de Control
Power Command® con AmpSentry™ ofrece esta protección
regulando la corriente de corto circuito sostenida y apagando
el conjunto generador en el caso que la corriente de falla
persista pero antes de que se dañe el alternador. Vea Diseño
Eléctrico para obtener más información sobre este tema.
Carga Transitoria
Un conjunto generador es una fuente de energía limitada tanto
en términos de la potencia del motor de combustión (kW) como
de los voltamperios (kVA) del generador, sin importar el tipo de
sistema de excitación. Debido a esto, los cambios de la carga
causarán excusiones transitorias tanto en el voltaje como en
la frecuencia. La magnitud y duración de estas excursiones se
ven afectadas principalmente por las características de la carga
y el tamaño del alternador relativo con la carga. Un conjunto
generador es una fuente relativamente de alta impedancia
cuando se compara con un transformador típico de la red
pública.
Un perfil de voltaje típico en la aplicación y remoción de la
carga aparece en la Figura 4-4. En el lado izquierdo de la
gráfica el voltaje de estado estable sin carga está siendo
regulado al 100 por ciento del voltaje nominal. Cuando se
aplica una carga el voltaje cae inmediatamente. El regulador
de voltaje detecta la caída de voltaje y responde aumentando
la corriente de campo para recuperar el voltaje nominal. El
tiempo de recuperación del voltaje es la duración entre la
aplicación de la carga y el regreso del voltaje al rango de la
regulación de voltaje (mostrada como 2%). Típicamente, la
caída de voltaje inicial va del 15 al 45 por ciento del voltaje
nominal cuando el 100 por ciento de la carga nominal del
conjunto generador (a un FP de 0.8) se aplica en un solo paso.
La recuperación del nivel de voltaje nominal ocurre en 1-10
segundos dependiendo de la naturaleza de la carga y el diseño
del conjunto generador.
La diferencia más significativa entre un conjunto generador y
el servicio público (red) es que cuando se aplica una carga
repentinamente a un servicio público (red) típicamente no existe
una variación de frecuencia. Cuando se aplican cargas a un
conjunto generador las rpm (frecuencia) de la máquina caen.
La máquina debe detectar el cambio en la velocidad y reajustar
su consumo de combustible para regularla a su nuevo nivel
de carga. Hasta que se logre la concordancia de la carga nueva
y el consumo de combustible, la frecuencia será diferente de
la nominal. Típicamente, la caída de frecuencia va del 5 al 15
por ciento de la frecuencia nominal cuando se agrega el 100
por ciento de la carga nominal en un paso, La recuperación
puede llevar varios segundos.
Figura 4-4. Perfil del Voltaje Típico en la Aplicación y Remoción
de Carga
Rev. mayo 2010
4-7
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Nota: No todos los conjuntos generadores pueden aceptar
una carga en bloque de 100% en un paso.
El desempeño varía entre conjuntos generadores debido a las
diferencias en las características del regulador de voltaje,
respuesta del gobernador, diseño del sistema de combustible,
aspiración del motor (natural o turbocargado) y cómo los
motores y generadores están hermanados. Una meta
importante en el diseño del conjunto generador es la de limitar
las excursiones de voltaje y frecuencia a niveles aceptables.
Curvas de Saturación del Generador
Las curvas de saturación del generador grafican el voltaje de
salida del generador para varias cargas al cambiar la corriente
del devanado de campo principal. Para el generador típico
mostrado, la curva A de saturación sin carga cruza la línea de
voltaje nominal del conjunto generador cuando la corriente de
campo es aproximadamente de 18 A. En otras palabras,
aproximadamente 18 A de corriente de campo se requieren
para mantener el voltaje de salida del generador sin carga. La
curva B de saturación a plena carga muestra que se requieren
aproximadamente 38 A de corriente de campo para mantener
el voltaje nominal de salida del generador cuando el factor de
potencia a plena carga es de 0.8. Vea la Figura 4-5.
Figura 4-5. Curvas Típicas de Saturación del Generador
Figura 4-6. Características de Respuesta del Sistema de
Excitación
Respuesta del Sistema de Excitación
La corriente de campo no se puede cambiar instantáneamente
en respuesta al cambio de carga. El regulador, el campo de
excitación y el campo principal tienen constantes de tiempo
que se tienen que agregar. El regulador de voltaje tiene una
respuesta relativamente rápida, mientras que el campo principal
tiene una respuesta significativamente más lenta que el campo
de excitación porque es muchas veces más grande. Debe
hacerse notar que la respuesta de un sistema auto-excitado
será aproximadamente la misma que la de un sistema excitado
por separado porque las constantes de tiempo para los campos
principal y de excitación son los factores significativos en este
aspecto y son comunes para ambos sistemas.
Respuesta al Arranque del Motor
Cuando se arrancan los motores, ocurre una caída del voltaje
de arranque lo cual consiste en principio en una caída
instantánea del voltaje más una caída de voltaje como resultado
de la respuesta del sistema de excitación. La Figura 4-7 ilustra
estos dos componentes que juntos, representan la caída de
voltaje de transición. La caída de voltaje instantánea
sencillamente es, el producto de la corriente del rotor bloqueado
del motor por la reactancia sub-transitoria del conjunto
generador. Esto ocurre antes de que el sistema de excitación
pueda responder aumentando la corriente de campo y por lo
tanto, no se ve afectada por el tipo de sistema de excitación.
A esta caída de voltaje inicial puede seguirla otra caída causada
por la función de “igualación de par torsionalr” del regulador
de voltaje el cual “atenúa” el voltaje para descargar al motor
de combustión si detecta una desaceleración significativa de
éste. Un conjunto generador debe estar diseñado para optimizar
el tiempo de recuperación mientras que evita la inestabilidad
o forzamiento del motor de combustión.
La sobre-excitación está diseñada considerando todos los
componentes del sistema de excitación para optimizar el tiempo
de recuperación. Debe ser suficiente para minimizar el tiempo
de recuperación, pero no demasiado como para llevar a la
inestabilidad (sobre-regulación) o superar al motor de combustión
(el cual es una fuente de poder limitada). Vea la Figura 4-6.
kVA del Rotor Bloqueado
La corriente de arranque del motor (rotor bloqueado) es cerca
de seis veces la corriente nominal y no cae significativamente
sino hasta que el motor casi alcanza la velocidad nominal como
se muestra en la Figura 4-8. Esta gran corriente “repentina”
del motor causa que el voltaje del generador caiga. También,
4-8
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
la potencia requerida del motor de combustión para arrancar
el motor sube a cerca de tres veces la potencia nominal del
motor cuando éste alcanza aproximadamente el 80 por ciento
de la velocidad nominal. Si el motor de combustión no tiene
tres veces la potencia nominal del motor el regulador de voltaje
“disminuye” el voltaje del generador para quitarle carga al motor
de combustión a un nivel que lo pueda soportar. Mientras que
el torque del motor sea siempre mayor que el torque de la
carga durante el periodo de aceleración, el motor podrá acelerar
la carga a velocidad plena. Una recuperación al 90 por ciento
del voltaje nominal (81 por ciento del torque del motor) es
usualmente aceptable porque da como resultado sólo un ligero
aumento en el tiempo de aceleración del motor.
Figura 4-8. Características Típicas de Arranque de Motor a
través de la Líneas
(Se supone un 100% de Voltaje Nominal en las Terminales del
Motor)
Figura 4-7. Caída de Voltaje Transitorio
Caída de Voltaje Sostenida
Enseguida de la relativamente corta (típicamente menos de 10
ciclos pero tanto como varios segundos), pero abrupta caída
de voltaje transitoria pronunciada existe un periodo sostenido
de recuperación del voltaje como se muestra en la Figura 49. Los kVA máximos de arranque del motor en la Hoja de
Especificación del conjunto generador son los kVA que el
generador puede mantener y aún recuperarse al 90 por ciento
del voltaje nominal, como se muestra en la Figura 4-10. Debe
hacerse notar que esto es sólo el desempeño combinado del
alternador, excitador y AVR. El desempeño de arranque del
motor de un conjunto generador en particular, depende del
motor de combustión, gobernador y el regulador de voltaje así
como del generador.
Figura 4-9. Caída de Voltaje Sostenida
Rev. mayo 2010
4-9
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
excitación por separado puede sostener un corto directo porque
no depende del voltaje de salida del generador para la energía
de excitación.
Figura 4-10. Gráfica Típica NEMA de Generador de Caída
de Voltaje Transitorio c. kVA de Arranque del Motor
Respuesta a la Falla
La respuesta a la falla de corto circuito de generadores autoexcitados y excitados por separado es diferente. Un generador
auto-excitado es conocido como generador de “campo
colapsante” porque el campo se colapsa cuando las terminales
de salida del generador se ponen en corto (bien sea corto
trifásico o corto L-L sensado a través de las fases). Un generador
excitado por separado puede mantener el campo durante un
corto circuito porque la excitación proviene de un generador
de imán permanente por separado. La Figura 4-11 muestra
la respuesta típica de la corriente de corto circuito simétrica
trifásica de generadores auto-excitados y excitados por
separado. La corriente de corto circuito inicial nominalmente
es de 8 a 10 veces la corriente nominal del generador y es una
función recíproca de la reactancia sub-transitoria del generador,
1/X”d. Para los primeros pocos ciclos (A), prácticamente no
hay diferencia en la respuesta entre los generadores autoexcitados y excitados por separado porque siguen la misma
curva de decremento de corriente de corto circuito al disiparse
la energía del campo. Después de los primeros pocos ciclos
(B), un generador auto-excitado continúa siguiendo la curva
de decremento de corto circuito hasta prácticamente corriente
cero. Un generador con excitación por separado, debido a
que la energía del campo se deriva independientemente, puede
mantener de 2.5 a 3 veces la corriente nominal con una falla
trifásica aplicada Este nivel de corriente se puede mantener
aproximadamente por 10 segundos sin dañar el alternador.
La Figura 4-12 es otra forma de visualizar la diferencia en la
respuesta a una falla trifásica. Si el generador es auto-excitado,
el voltaje y la corriente se “colapsan” a cero cuando la corriente
aumenta más allá de la inflexión de la curva. Un generador de
4-10
Temperaturas del Devanado en Corto Circuito
El problema a considerar en sostener la corriente de corto
circuito es que el generador podría dañarse antes de que el
interruptor de circuito se dispare para eliminar la falla. Las
corrientes de corto circuito pueden rápidamente sobrecalentar
los devanados del estator del generador. Por ejemplo, un corto
L-N desbalanceado en un generador con excitación por
separado diseñado para mantener tres veces la corriente
nominal da como resultado una corriente de cerca de 7.5 veces
la corriente nominal. A ese nivel de corriente, suponiendo una
temperatura inicial del devanado de cerca de 155 C, puede
tomar menos de cinco segundos para que los devanados
alcancen los 300 C – la temperatura aproximada a la cual
ocurre un daño inmediato y permanente en los devanados.
Un corto L-L desbalanceado toma unos pocos segundos mas
para hacer que los devanados alcancen 300 C y un corto
trifásico balanceado le lleva un poco más de tiempo. Vea la
Figura 4-13. También vea Protección del Alternador en la
sección Diseño Eléctrico.
Figura 4-11. Respuesta al Corto Circuito Trifásico Simétrico
Figura 4-12. Capacidad de Corto Circuito
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
por ciento de caída de velocidad desde sin carga hasta plena
carga inherente al diseño. Este tipo de sistema es generalmente
el más económico y es apropiado para aplicaciones donde la
caída de la frecuencia no es un problema para las cargas a las
que se les da servicio. Algunos, pero no todos los conjuntos
generadores disponen de gobernación mecánica opcional.
Figura 4-13. Temperaturas Aproximadas del Devanado en
Corto Circuito
Como el lector puede ver en esta larga subsección sobre los
fundamentos y la excitación, sólo dos formas básicas de
sistemas de excitación influencian una amplia variedad de
características de desempeño. La operación en estado estable,
condiciones transitorias, arranque del motor, respuesta a la
falla y más se ven afectadas por este sistema. Estos efectos
característicos son importantes en los estudios de desempeño
del sistema. Enseguida está un breve resumen de las dife
rentes características de los sistemas auto-excitados y de
excitación por separado.
Auto-excitado
Caídas de Voltaje Más Altas
Campo Colapsante
Detección Promedio Monofásica
Menor Tolerancia a Cargas No Lineales
Menor Capacidad de Arranque de Motor
Excitado Por Separado
Menores Caídas de Voltaje
Corriente de Falla sostenida
Detección RMS Trifásica
Mejor Inmunidad a la Carga No-Lineal
Mejor Arranque del Motor
Motores
Gobernadores
Gobernadores Mecánicos
Los gobernadores mecánicos, como su nombre lo indica,
controlan el combustible del motor basándose en la detección
mecánica de las RPM del motor por medio de contrapesos o
mecanismos similares. Estos sistemas exhiben cerca del 3-5
Gobernadores Electrónicos
Los gobernadores electrónicos se utilizan para aplicaciones
donde se requiere de la gobernación isócrona (caída cero) o
donde se especifica la sincronización activa y equipo de
paralelismo. Las RPM del motor normalmente las detecta un
sensor electromagnético y la dosificación de combustible la
controlan solenoides activadas por circuitos electrónicos. Estos
circuitos, ya sean controladores auto-contenidos o sean parte
de un controlador del conjunto generador con un
microprocesador, utilizan algoritmos sofisticados para mantener
el control preciso de la velocidad (y también la frecuencia).
Los gobernadores electrónicos permiten que los conjuntos
generadores se recuperen más rápido de los pasos de la carga
transitoria de lo que lo hacen los gobernadores mecánicos.
Los gobernadores electrónicos deben usarse siempre que las
cargas incluyan equipo UPS.
Los motores modernos, especialmente motores a diesel con
sistemas de dosificación de combustible electrónicos de
autoridad total, están disponibles solamente con sistemas de
gobernación electrónica. La demanda o los requisitos de la
regulación para lograr aumentar la eficiencia del combustible,
bajas emisiones de escape y otras ventajas, requieren el control
preciso proporcionado por estos sistemas.
Sistemas de Arranque del Motor de Combustión
Arranque con Batería
Los sistemas de arranque con batería para conjuntos
generadores comúnmente son de 12 y 24 voltios. Típicamente,
usando con los conjuntos más pequeños sistemas de 12
voltios y con máquinas más grandes de 24 voltios. La Figura
4-14 ilustra las conexiones típicas de marcha-batería. Considere
lo siguiente al seleccionar o dimensionar las baterías y el equipo
relacionado:
Rev. mayo 2010
4-11
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Las baterías deben tener a capacidad suficiente ( Amperios
de Arranque en Frío [CCA, iniciales en inglés] ) para
proporcionar al motor de arranque la corriente indicada en
la Hoja de Especificaciones del conjunto generador. Las
baterías pueden ser, bien sea de plomo–ácido o de
níquel–cadmio. Deben estar designadas para este uso y
puede que tengan que ser aprobadas por la autoridad local
que tenga la jurisdicción.
Un alternador impulsado por motor de combustión con
regulador de voltaje automático integrado normalmente se
provee para recargar las baterías durante la operación.
Para la mayoría de los sistemas de potencia con conjuntos
generadores, es recomendable o requerido un cargador de
baterías auxiliar de tipo flotante, energizado por la fuente de
energía normal, es deseable o se requiere para mantener las
baterías totalmente cargadas cuando el conjunto generador
no está operando. Los cargadores de batería de flotación
son requeridos para sistemas de emergencia en Standby.
Los códigos comúnmente especifican un máximo de tiempo
de carga de batería. La siguiente regla general puede ser
usada para dimensionar cargadores de batería auxiliares:
Amperes Requeridos
Carga de Batería
= 1.2 x Amper-Hora de la Batería
Horas de Carga Requeridas
Ejemplo de cálculo: Un conjunto generador tiene un sistema
de arranque de 24 VCD a energizarse con dos baterías de 12V
conectadas en serie (Figura 4-14). La longitud total del cable
es de 375 pulgadas, incluyendo el cable entre las baterías.
Hay seis conexiones para cable. Calcule el calibre del cable
requerido como sigue:
1. Suponga una resistencia de 0.0002 para el contacto del
solenoide de la marcha (RCONTACTO).
2. Suponga una resistencia de 0.00001 para cada conexión
de cable (RCONEXIÓN), total de seis.
3. Basándose en la fórmula en la que:
Resistencia del Cable Máxima Permisible
= 0.002 – RCONEXIÓN – RCONTACTO
= 0.002 – 0.0002 – (6 x 0.00001)
= 0.00174
4. Consulte la Figura 4-15 para obtener las resistencias AWG
(American Wire Gage) del cable. En este ejemplo, como se
ve en las líneas punteadas, el tamaño de cable más pequeño
que se puede usar es 2 cables AWG #1/0 en paralelo.
Los códigos locales pueden exigir calentadores de batería
para mantener una temperatura minima de batería de 50 F
(10 C) si el conjunto generador está sujeto a temperaturas
ambiente de congelamiento. Vea información adicional en
Accesorios y Opciones (esta sección), dispositivos de
Calentamiento para Conjuntos Generadores en Standby.
Los conjuntos generadores estándar comúnmente incluyen
cables para batería y se dispone de anaqueles para batería.
Reubicación de las Baterías de Arranque
Si las baterías están montadas a una distancia alejadas de la
marcha que lo que los cables estándar lo permiten, los cables
deben diseñarse en consecuencia. La resistencia total, de los
cables más las conexiones, no deben dar como resultado una
caída de voltaje excesiva entre la batería y el motor de arranque.
Las recomendaciones del motor son que la resistencia total
del circuito de la marcha, los cables más las conexiones, no
debe exceder de 0.00075 para sistemas de 12V y 0.002
para sistemas de 24 V. Vea el siguiente cálculo de ejemplo.
4-12
Figura 4-14. Conexiones Típicas del Motor de Arranque
Eléctrico (Se muestra sistema de 24 V)
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 4-15. Resistencia vs. Longitud para Varias Medidas
de Cable AWG
Todas las marchas disponibles con Cummins Power
Generation tienen una capacidad máxima de presión de 150
psig (1035 kPa).
Los tanques de aire (receptores) deben contar con una
válvula de drenado del tipo de tornillo y asiento cónico (otros
tipos no son confiables y son una fuente común de fugas
de aire). La humedad puede dañar los componentes de la
marcha.
Todas las válvulas y accesorios en el sistema deben diseñarse
para el servicio de arranque neumático en motores a diesel.
Las conexiones para tubería deberán ser del tipo de sello
seco y deben tener sellador en la rosca. La cinta teflón no
se recomienda ya que no evita que se afloje la rosca y puede
ser una fuente de desechos que pueden tapar las válvulas.
NOTA: Las baterías, aunque de una capacidad mucho menor,
aún se requerirán para el control del motor de combustión y
los sistemas de monitoreo cuando se usa el arranque neumático.
Controles
Figura 4-16. Arreglo Típico de Tubería para una Marcha
Neumática
Arranque Neumático
Los sistemas de arranque para el motor con aire comprimido
están disponibles para algunos conjuntos generadores más
grandes. El arranque con aire puede preferirse para algunas
aplicaciones de potencia primaria asumiendo que el aire
comprimido esté disponible fácilmente. La Figura 4-16 muestra
un arreglo típico de tubería para un sistema de arranque
neumático. Los siguientes puntos deben ser considerados
para determinar el equipo necesario cuando instale un sistema
de arranque con aire:
Debe consultarse al fabricante del motor de combustión
para obtener las recomendaciones con relación a la medida
de la manguera de aire y el volumen mínimo del tanque
requerido para cada segundo al dar marcha. El tamaño del
tanque depende del tiempo de marcha mínimo requerido.
Con Base en Relevador
Hasta hace unos pocos años los sistemas de control con base
en relevador eran comunes casi en todos los conjuntos
generadores. Se pueden diseñar para proporcionar bien sea
arranque manual o totalmente automático más las funciones
básicas de protección del generador. Pueden incluir suficiente
equipo para satisfacer los requisitos del código local para
conjuntos generadores.
Los sistemas con base en relevador (vea la Figura 4-17)
controlan el arranque del motor de combustión y las funciones
de operación, monitorean las funciones de falla del motor y del
alternador o de un rendimiento fuera de especificación y proveen
los instrumentos de medición y anunciación para la interfase
con el usuario. Funciones tales como el control de voltaje del
alternador se realizan con una tarjeta de circuito AVR por
separado. De manera similar, un circuito del controlador por
separado opera la gobernación electrónica y otro equipo
opcional. Existen numerosas características opcionales
disponibles para mejorar el desempeño y el control, para
agregar funcionalidad a tareas especiales como la interfase
con el equipo de paralelismo y para monitorear las funciones
del equipo adicional como los tanques de combustible,
refrigerante o las baterías.
Rev. mayo 2010
4-13
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
combustión, control del alternador y las funciones de monitoreo
de un control basado en relevadores totalmente equipado,
más la gobernación electrónica y la regulación de voltaje junto
con muchas características y capacidades adicionales. El
monitoreo total de las características eléctricas de salida, kW,
kVA, kVAR, sobre y bajo voltaje, potencia inversa y más,
permiten el control total del sistema productor de energía.
Figura 4-17. Tablero de Interfase de Control de Dos Hilos
Algunos conjuntos generadores están equipados con sistemas
de control híbridos de relevador/estado sólido (vea la Figura
4-18). Estos controles proporcionan más funcionalidad que
los sistemas basados en relevador puros, pero aún están
limitados en su habilidad para proporcionar un control complejo
o interfaces de operación avanzadas.
Figura 4-19. Sistema de Microprocesador Power Command
Figura 4-18. Tablero de Interfase de Control Detector 12™
Electrónico con Base en Microprecesador
Los días modernos exigen de un alto nivel de desempeño,
funcionalidad mejorada, control de sistemas sofisticados e
interfaces con la red requieren de la capacidad de los sistemas
de control con base en microprocesadores. La era de los
microprocesadores y computadoras ha permitido el desarrollo
de controles con base en microprocesadores electrónicos
totalmente integrados como la serie de controles Power
Command (vea la Figura 4-19) de Cummins Power Generation.
El sistema Power Command integra la operación del motor de
4-14
Electrónicos de “Autoridad Total”
Los diseños avanzados del motor de combustión incorporan
sofisticados sistemas de entrega de combustible, ignición o
control de sincronización de la inyección, y monitoreo y ajuste
activos del desempeño. Estos sistemas y funciones se requieren
para lograr la eficiencia en el combustible y bajas emisiones
de escape. Los motores de “autoridad total” como a menudo
se les llama, exigen igualmente sofisticados sistemas con
microprocesadores para operar y controlar estas funciones.
Una versión más avanzada del control Power Command
incorpora la capacidad del control dinámico del motor con
características y funciones de la versión previamente
mencionada, más muchas características agregadas (vea la
Figura 4-20). En conjuntos generadores con motores de
combustión electrónicos con “autoridad total”, este tipo de
sistema de control avanzado es una parte integral del paquete
motor–generador y no hay opción para sistemas de control
basados en relevador u otros.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
y datos de servicio, los sistemas pueden enfrentarse contra
las limitaciones de capacidad de estos tipos de sistema de
control.
Figura 4-20. Control Electrónico de Autoridad Total Power
Command
Opciones de Control
El equipo opcional para los sistemas de control electrónico
incluyen todas las funciones necesarias para controlar y
monitorear múltiples conjuntos generadores en paralelo unos
con otros y con los servicios de la red pública. También se
dispone de controles tipo intermedio para actualizar a paralelo.
La capacidad de interfase con lredes disponible para estos
tipos de control puede ser una característica importante a
considerar como equipo opcional. La capacidad de red ofrece
el monitoreo y control remoto del conjunto generador así como
la integración a los sistemas del edificio y de automatización
de la energía.
También se dispone de paquetes de relevadores opcionales
para el control del equipo periférico.
Accesorios y Opciones
Seguridad del Control y Anunciadores
Los sistemas de control y monitoreo con base en relevadores
disponibles en muchos conjuntos generadores pueden incluir
múltiples alarmas de precaución y apagado para la protección
del motor/generador. El equipo opcional es comúnmente
requerido para el monitoreo completo o el anuncio remoto así
como la medición de CA en el conjunto. Se requiere de equipo
adicional si se desean la comunicación de red, pero
comúnmente tiene capacidad limitada. Con el advenimiento
del complejo motor electrónico y los requerimientos del control
del alternador más el aumento en los niveles de diagnóstico
Los sistemas electrónicos de control y monitoreo, que a menudo
son equipo estándar en muchos conjuntos generadores,
incluyen un menú completo de alarmas de precaución y apagado
para proteger el equipo motor/generador y transmitir estas
alarmas. Algunas de estas alarmas las selecciona o programa
el cliente. Todas las alarmas se pueden mostrar en el tablero
de control o en un lugar remoto. El anuncio remoto se logra
a través de varios medios:
1. Salidas de contacto de relevador para alarmas comunes o
individuales.
2. Tableros de anunciador específicamente diseñados para el
sistema de control, operados por varios tipos de interfaces
de red.
3. Comunicación a través de las Redes del Área Locales (LAN)
o de conexiones de módem a lugares de monitoreo remotos
usando programas con base en PC.
Los códigos pueden requerir diferentes niveles de anuncios
para diferentes tipos de aplicación. Los códigos críticos para
seguridad de la vida (U.S. NFPA 110 Nivel 1) o todos los demás
de emergencia/Standby (U.S. NFPA 110 Nivel 2) y equivalentes
especifican los anuncios mínimos requeridos para esas
aplicaciones. Otros códigos pueden tener también requisitos
específicos. Consulte los códigos individuales vigentes para
ver los requerimientos de anunciadores. El control Power
Command de Cummins Power Generation está diseñado para
satisfacer o exceder estos tipos de requisitos y numerosos
estándares adicionales. (Consulte la hoja de especificaciones
del control Power Command para ver los detalles).
Interruptores de Circuito de la Línea Principal (Breakers)
Los interruptores de circuito tanto del tipo de encapsulado
como del de circuito de potencia se pueden usar en los
conjuntos generadores. Los interruptores encapsulados en
caja moldeada generalmente están disponibles montados
directamente en el conjunto generador. Sin embargo, muchos
interruptores de circuito deberán montarse en gabinetes por
separado montados en un muro o pedestal. Los tamaños
pueden ir desde los 10 hasta los 2500 A y son adecuados
para montarse en una caja de salida directamente en el conjunto
Rev. mayo 2010
4-15
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
generador. Los interruptores de circuito de potencia están
disponibles en tamaños desde los 800 hasta los 4,000 A y
son más grandes, de operación más rápida y considerablemente
más caros que los interruptores encapsulados en caja moldeada.
Los interruptores de circuito de potencia comúnmente se
montan en un tablero independiente enseguida del conjunto
generador en lugar de montarlo sobre el conjunto debido a su
tamaño y a la susceptibilidad de dañarse con la vibración.
Cuando se necesitan para un proyecto interruptores de línea
principal, la especificación del proyecto debe incluir el tipo de
interruptor, tipo de unidad de disparo y la base de la capacidad
(continua o no-continua). Vea la sección Diseño Eléctrico para
obtener más información con relación a las opciones de
interruptores de circuito.
Interruptores Encapsulados en caja moldeada.
En los casos donde se desea un medio de desconexión pero
no se requiere de la protección para el generador o los
conductores (p.ej., esta protección se consigue con el
AmpSentry™ o usando un generador auto-excitado), un
interruptor encapsulado se usa a menudo en lugar de un
interruptor de circuito. Estos interruptores tienen los mismos
contactos y mecanismos de conmutación que los interruptores
de circuito pero no detectan la corriente de disparo. El interruptor
también provee un lugar de conexión y los bornes para la
conexión de los conductores de carga.
Cajas de Entrada
Una caja de entrada esencialmente es una caja de interruptor
de circuito sin un CB. Si no se necesita o desea un interruptor
de circuito, la caja de entrada proporciona espacio adicional
para la entrada, ruteo y conexión de conductores.
Interruptores de Circuito Múltiples
A menudo se requieren interruptores múltiples y están
disponibles de planta en la mayoría de los conjuntos
generadores. Las opciones estándar disponibles son de dos
interruptores de circuito montados (excepto con el alternador
más grande). En ciertos alternadores y conjuntos generadores
sencillamente no es práctico o no hay espacio para montar
gabinetes de interruptores de circuito. Consulte a los
representantes del fabricante para obtener la disponibilidad
sobre el equipo específico. Se pueden considerar órdenes
especiales para montar tres o más interruptores en algunos
conjuntos generadores pero comúnmente esto induce al uso
4-16
de un tablero de distribución independiente o montado en un
muro.
Baterías y Cargadores de Baterías
Tal vez el sub-sistema más crítico, en un conjunto generador,
es el sistema de baterías para el arranque del motor de
combustión y el control del conjunto generador. La selección
apropiada y el mantenimiento de las baterías y los cargadores
de baterías es esencial para la confiabilidad del sistema.
El sistema consiste de las baterías, soportes para batería, un
cargador de batería energizado con la fuente de energía normal
cuando está en Standby y un alternador para la carga de
baterías impulsado por el motor, el cual recarga las baterías y
proporciona energía de CD para el sistema de control cuando
el conjunto generador está en operación.
Cuando se ponen en paralelo conjuntos generadores, los
bancos de batería para los conjuntos individuales a menudo
están en paralelo para proporcionar la energía de control para
el sistema de paralelismo. El fabricante del sistema de paralelismo
siempre debe determinar la conveniencia del sistema de potencia
de control del motor para este servicio ya que la caída de
voltaje del banco de baterías puede alterar algunos sistemas
de control de paralelismo y requerir el uso de una estación de
baterías por separado para el equipo de paralelismo.
Las baterías deben localizarse tan cerca del conjunto generador
como sea posible, para minimizar la resistencia del circuito de
arranque. La ubicación debe permitir un servicio fácil de las
baterías y minimizar la exposición al agua, suciedad y aceite.
Un gabinete para baterías debe proporcionar amplia ventilación
para que los gases explosivos que salen de las baterías se
puedan disipar. El banco de baterías deberá estar situado lejos
de las fuentes de calor, así como de las altas temperaturas
ambiente para no reducir la vida útil de las baterías. Los códigos
en zonas sísmicas exigen anaqueles para batería que tengan
características especiales para evitar que se derrame el electrolito
de la batería y la ruptura durante un terremoto.
El diseñador de los sistemas deberá especificar el tipo de
sistema de baterías (comúnmente limitado a plomo–ácido o
NiCad como se explica adelante) y la capacidad del sistema
de baterías. La capacidad requerida del sistema de baterías
depende del tamaño del motor de combustión (cilindrada),
refrigerante mínimo para el motor, temperaturas esperadas del
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
aceite lubricante y las baterías (vea Dispositivos para
Calentamiento en Standby para Conjuntos Generadores
enseguida), la viscosidad del aceite lubricante recomendada
por el fabricante y el número y duración de ciclos requeridos
de ciclos de marcha2. El proveedor del conjunto generador
debe poder hacer las recomendaciones basándose en esta
información.
Los sistemas con baterías NiCad (níquel–cadmio) a menudo
se especifican donde se esperan temperaturas ambiente
extremadamente altas o bajas porque su desempeño se ve
menos afectado por las temperaturas extremas que las baterías
de plomo–ácido. Los sistemas de baterías NiCad son
considerablemente más caros que los de baterías plomo–ácido
pero tienen una vida de servicio más prolongada.
Las baterías de plomo–ácido son el tipo más comúnmente
usado para conjuntos generadores. Son relativamente
económicas y ofrecen buen servicio en temperaturas ambiente
entre 0 F (–18 C) y 100 F (38 C). Las baterías de plomo–ácido
se pueden recargar con cargadores de batería convencionales
que se pueden montar al muro cerca del conjunto generador
o en un interruptor de transferencia automático (si el conjunto
generador NO es parte de un sistema de paralelismo). El
cargador debe dimensionarse para recargar el banco de baterías
en aproximadamente 8 horas mientras que proporciona todas
las necesidades de energía para el control del sistema.
Una desventaja mayor de los sistemas de baterías NiCad es
que el desecho puede ser difícil y caro porque los materiales
de la batería se consideran peligrosos. También, las baterías
NiCad requieren de cargadores especiales para llevarlas al nivel
de carga plena. Estos cargadores deben proveerse con filtros
para reducir la “fluctuación del cargador” la cual puede alterar
los sistemas de control del motor y el generador.
Una batería de plomo–ácido puede ser de válvula regulada
(sellada libre de mantenimiento) o inundada (húmeda) tipo
celda. Las baterías libres de mantenimiento soportan mejor la
falta de mantenimiento pero no se monitorean ni se les puede
dar mantenimiento fácilmente como a las baterías de celda
inundada.
Las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula son
particularmente propensas a sufrir daños debido a las tensiones
térmicas, y no deben ser utilizadas como un reemplazo de la
ventilación para las baterías de plomo-ácido que requieren
riego frecuente. En cambio, el cargador o la temperatura
ambiente de funcionamiento, debe ser investigada y corregida.
Todas las baterías de plomo–ácido exigen que se carguen en
el sitio de trabajo antes de su uso inicial. Aún las baterías sin
mantenimiento no retienen la carga indefinidamente. Las baterías
de celda inundada requieren de la adición de electrolito en el
lugar de trabajo subiendo aproximadamente el 50 por ciento
de la condición de totalmente cargada un poco después de
agregar el electrolito. Se debe utilizar agua destilada, el agua
destilada aumenta de 500 a 5000 veces más la conductividad
del electrolito.
Sistemas de Escape y Silenciadores
Dos elementos primarios inducen las opciones del sistema de
escape y silenciador, el nivel de ruido, por supuesto, y adaptar
el movimiento relativo entre el sistema de escape y el conjunto
generador.
Los reglamentos sobre el ruido o las preferencias son los
primeros puntos a considerar en las opciones del silenciador.
Las opciones del sistema de escape y silenciador dependen,
obviamente, de si el conjunto generador está en el interior o
el exterior. Una caseta protectora clima exterior suministrada
por el fabricante del conjunto generador comúnmente tendrá
varias opciones de silenciador y normalmente con el silenciador
montado en el techo. Las opciones de silenciador a menudo
se catalogan como industriales, residenciales o críticas
dependiendo de su atenuación. Las casetas acústicas
normalmente incluyen un sistema de silenciador integral como
parte de todo el paquete acústico. Para obtener más información
sobre el ruido y para entender los niveles de sonido vea la
Sección VI Diseño Mecánico.
Un elemento clave con relación al sistema de escape total es
que el conjunto generador vibra, o sea, se desplaza con
respecto a la estructura en la que se aloja. Por lo tanto, se
requiere de una pieza de tubo de escape flexible en la salida
de escape del conjunto generador. Los sistemas internos con
2 Las aplicaciones de la NFPA 110 exigen bien sea dos ciclos de marcha continuos de 45
segundos con un periodo de descanso entre ellos o dos ciclos de tres periodos de marcha
de 15 segundos con 15 segundos de descanso entre ellos.
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4-17
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
tramos largos de tubo de escape también requieren de
márgenes para la dilatación y evitar dañar tanto el sistema de
escape como los múltiples de escape del motor o
turbocargadores.
Otra consideración para el equipo del sistema de escape es
con relación a la medición de las temperaturas de los gases
de escape. El sistema de escape del motor puede tener
termocoples y equipo de monitoreo para medir con exactitud
la temperatura de escape del motor con el propósito del
diagnóstico de servicio o para verificar que el motor esté
operando al nivel de carga suficiente para evitar problemas de
operación por carga ligera. Vea el Apéndice E. Mantenimiento
y Servicio para obtener más información.
Las casetas generalmente se pueden categorizar en tres tipos,
casetas con protección en intemperie (algunas veces conocido
como ajustado), acústico y Walk-in o de acceso. Los nombres
son obvios.
Protección en Intemperie
A veces conocidas como ajustadas, estas casetas protegen
y pueden asegurar el conjunto generador, a menudo disponibles
con cerrojos y llave. Las persianas incorporadas o los paneles
perforados permiten la ventilación y el flujo de aire de
enfriamiento. Poca, si es que alguna atenuación de sonido se
logra y algunas veces puede haber ruido inducido por la
vibración. Estos tipos de cubiertas no retienen el calor o
mantienen la temperatura arriba de la de ambiente.
Acústicas
Las casetas con atenuación de sonido se basan específicamente
en una cierta cantidad de atenuación de ruido o en una
capacidad publicada de nivel de sonido externo. Los niveles
de ruido deben especificarse a una distancia específica y para
comparar los niveles de ruido deben de convertirse a la misma
distancia base. La atenuación de sonido conlleva a material y
espacio para estar seguros que los dibujos del perfil de la
unidad aplicados incluyen la información apropiada de la caseta
acústica.
Mientras que algunos diseños de estas casetas exhiben alguna
capacidad de aislamiento para mantener el calor, esto no es
la intención de su diseño. Si se requiere del mantenimiento de
4-18
temperaturas arriba de la ambiente, una caseta con acceso
es necesaria.
Casetas Walk-in o de Acceso
El término engloba una amplia variedad de casetas que se
fabrican según las especificaciones individuales del cliente. A
menudo incluyen la atenuación de sonido, interruptores de
potencia, equipo de monitoreo, iluminación, sistemas contra
incendios, tanques de combustible y otro equipo. Estos tipos
de casetas se construyen tanto como para alojar, unidades
individuales y como unidades integrales con grandes puertas
o paneles removibles para el acceso de servicio. Estas casetas
se pueden fabricar con aislamiento y capacidad para calefacción.
Regiones Costeras
Otra consideración con relación a los gabinetes es si la unidad
está en una región costera. Una región costera se define como
dentro de 60 millas de un cuerpo de agua salada. En estas
áreas las cubiertas de acero, aún cuando estén especialmente
recubiertas, patines, tanques de combustible, etc. son más
susceptibles a la corrosión de los efectos del agua salada. El
uso opcional de casetas de aluminio y patines para generadores
(donde se ofrezcan) son recomendados en regiones costeras.
Nota: La localización de casetas para exterior (especialmente
casetas acústicas) dentro de edificios no es una práctica
recomendada por dos razones principales. Una, la caseta
acústica utiliza la capacidad de restricción del ventilador para
lograr la reducción del sonido por medio de la restricción de
la ventilación. Por lo tanto, hay muy poca capacidad de
restricción o ninguna restante para algún ducto de aire, persianas
u otro equipo que invariablemente agrega restricción. Dos, los
sistemas de escape de las casetas para exteriores no son
necesariamente sistemas sellados, esto es, tienen uniones de
juntas deslizantes con abrazaderas en lugar de conexiones
roscadas o bridadas. Estas conexiones con abrazaderas pueden
dejar que el escape se salga al cuart
Alternativas de Enfriamiento y Configuraciones
de Ventilación
Los motores enfriados con líquido se enfrían bombeando
refrigerante (una mezcla de agua y anti-congelante) a través
de los pasajes en el bloque de cilindros del motor y las cabezas
por medio de una bomba impulsada por el motor. El motor,
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
bomba y radiador o el intercambiador de calor líquido–líquido
forman un sistema de enfriamiento cerrado y a presión. Se
recomienda que siempre que sea posible, el conjunto generador
incluya este tipo de radiador montado en planta para el
enfriamiento y ventilación del motor. Esta configuración da
como resultado el menor costo del sistema, la mejor confiabilidad
del sistema y el mejor desempeño del sistema en general. Aún
más, el fabricante de estos conjuntos generadores puede
probar el prototipo para verificar el desempeño del sistema.
Capacidades del Sistema de Enfriamiento
La mayoría de los conjuntos generadores de Cummins Power
Generation disponen de capacidades opcionales del sistema
de enfriamiento en los modelos de radiadores montados de
fábrica. A menudo se dispone de sistemas de enfriamiento
diseñados para operar en una temperatura ambiente de 40
C a 50 C. Revise las hojas de especificación de la unidad
individual para ver el desempeño o la disponibilidad. Estas
capacidades tienen una restricción estática máxima asociada
con ellas, vea Ventilación en la sección Diseño Mecánico para
obtener más información sobre el tema.
NOTA: Tenga cuidado cuando compare las capacidades del
sistema de enfriamiento que se base en la temperatura ambiente
no en el aire–en–radiador. Una capacidad de aire–en–radiador
restringe la temperatura del aire que fluye al radiador y no
permite que la temperatura del aire aumente debido a la energía
calorífica irradiada del motor y el alternador. El sistema catalogado
con el ambiente considera este aumento de temperatura en
su capacidad de enfriamiento.
Alternativas de Enfriamiento Remoto
En algunas aplicaciones, la restricción del flujo de aire podría
ser muy grande, debido a largos ductos por ejemplo, para un
radiador con ventilador impulsado por el motor proporcione el
flujo de aire requerido para enfriamiento y ventilación. En tales
aplicaciones, y donde el ruido del ventilador es de importancia,
debe considerarse una configuración que involucre un radiador
remoto o un intercambiador líquido–líquido. En estas
aplicaciones, aún se requiere de un gran volumen de flujo de
aire de ventilación para remover el calor rechazado por el motor,
generador, silenciador, tubería de escape y otro equipo para
mantener la temperatura del cuarto del generador a niveles
apropiados para que el sistema opere adecuadamente.
Radiador Remoto
Una configuración de radiador remoto requiere de un diseño
cuidadoso del sistema para proporcionar el enfriamiento
adecuado del motor. Se debe poner mucha atención a los
detalles tales como las limitaciones de fricción y cabezal estático
de la bomba de refrigerante del motor y a la deareación
apropiada, llenado y drenado del sistema de refrigerante, así
como la contención de cualquier fuga de anti-congelante.
Intercambiador de Calor
Una configuración de intercambiador de calor líquido–líquido
requiere de mucha atención para diseñar el sistema que provea
el medio para el enfriamiento del intercambiador de calor.
Debe hacerse notar que los reglamentos de conservación del
agua y ambientales pueden no permitir que se use el agua de
la ciudad como medio de enfriamiento y que en regiones con
riesgo sísmico el agua de la ciudad podría interrumpirse durante
un terremoto.
Vea la sección Diseño Mecánico para obtener información más
detallada con relación a las alternativas de enfriamiento.
Sistemas de Mantenimiento del Nivel de Aceite
Los sistemas de mantenimiento del aceite lubricante pueden
ser deseables para aplicaciones donde el conjunto generador
esté operando bajo condiciones de potencia primaria o en
aplicaciones en Standby no atendidas que podrían operar
durante más del número normal de horas. Los sistemas de
mantenimiento del nivel de aceite no prolongan el intervalo de
cambio de aceite del conjunto generador, a menos que también
se agregue al sistema un filtrado especial.
Dispositivos de Calentamiento
para Generadores en Standby
Arranque en Frío y Aceptación de la Carga
Una preocupación crítica del diseñador del sistema es el tiempo
que le lleva al sistema de potencia de emergencia o en Standby
para detectar una falla de energía, arrancar el conjunto generador
y transferir la carga. Algunos códigos y estándares para sistemas
de energía de emergencia estipulan que el conjunto generador
debe poder tomar todas las cargas de emergencia en un
periodo de diez segundos de la falla de la energía. Algunos
fabricantes de conjuntos generadores limitan la capacidad de
Rev. mayo 2010
4-19
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
rendimiento de arranque en frío a un porcentaje de la capacidad
en Standby del conjunto generador. Esta práctica reconoce
que en muchas aplicaciones, sólo una porción de la carga total
conectable es carga de emergencia (las cargas no-críticas se
permite que se conecten después), y que es difícil arrancar y
lograr la aceptación de la carga total con conjuntos generadores
diesel.
El criterio de diseño de Cummins Power Generation para el
arranque en frío y la aceptación de la carga es que el conjunto
generador debe ser capaz de arrancar y tomar todas las cargas
de emergencia hasta la capacidad de Standby en un periodo
de diez segundos de la falla de energía. Este nivel de desempeño
asume que el conjunto generador se localiza dentro de una
temperatura ambiente de 40 °F (4 °C) y que el conjunto está
equipado con calentadores de refrigerante. Esto debe lograrse
instalando el conjunto generador en un cuarto o caseta con
calefacción. Los casetas para el exterior, con protección al
medio ambiente (incluyendo los llamados “ajustados”)
generalmente no están aislados y hacen difícil mantener un
conjunto generador caliente en temperaturas ambiente más
frías.
Abajo de los 40 °F (4 °C) y hasta – 25 °F (– 32 °C), la mayoría
de los conjuntos generadores de Cummins Power Generation
arrancarán pero pueden no aceptar la carga en un paso en
diez segundos. Si se debe instalar un conjunto generador en
una caseta sin calentar en un lugar con bajas temperaturas
ambiente, el diseñador debe consultar con el fabricante. El
operador de las instalaciones es responsable de monitorear la
operación de los calentadores de refrigerante del conjunto
generador (para este propósito la NFPA 110 exige una alarma
por baja temperatura) y obtener el grado óptimo de combustible
para las condiciones ambientales.
Los conjuntos generadores en aplicaciones de energía de
emergencia se requiere que arranquen y acepten todas las
cargas de emergencia en 10 segundos después de la falla de
energía. Los calentadores de refrigerante del motor comúnmente
son necesarios aún en ambientes cálidos, especialmente con
conjuntos generadores diesel, para satisfacer tales requisitos.
3 Nota del Código US: Para sistemas de energía de emergencia Nivel 1, la NFPA 110 exige que
el refrigerante del motor se mantenga a un mínimo de 90 °F (32 °C). La NFPA 110 también exige
que se proporcione el monitoreo de la falla del calentador en forma de una alarma de baja
temperatura del motor.
La NFPA 110 tiene requisitos específicos para sistemas Nivel
1 (donde la falla del sistema puede resultar en una lesión grave
o la pérdida de la vida):
Los calentadores de refrigerante se exigen a menos que el
ambiente del cuarto del generador nunca caiga a menos de
70 °F (21 °C).
Los calentadores de refrigerante se exigen para mantener el
bloque de cilindros del motor a no menos de 90 °F (32 °C)
si el ambiente del cuarto del generador puede bajar a 40 °F
(4 °C), pero nunca menos. El desempeño a temperaturas
menores no está definido. (A menores temperaturas ambiente
el conjunto generador puede no arrancar en 10 segundos
o puede no poder tomar la carga tan rápido. También, las
alarmas de baja temperatura pueden señalar problemas
porque el calentador de refrigerante no está manteniendo la
temperatura del bloque de cilindros a un nivel lo
suficientemente alto para obtener un arranque de 10
segundos).
Se requieren calentadores de batería si el ambiente del cuarto
del generador puede caer a menos de 32 °F (0 °C).
Se requiere de una alarma para baja temperatura en el motor.
Los calentadores de refrigerante y de batería deben
energizarse con la fuente normal.
Calentadores de Refrigerante
Se requiere de calentadores de refrigerante del motor controlados
con termostato para lograr un arranque rápido y una buena
aceptación de la carga en conjuntos generadores que se usan
en aplicaciones de emergencia o Standby3. Es importante
entender que el calentador de refrigerante típicamente está
diseñado para mantener el motor lo suficientemente caliente
para lograr un arranque y toma de la carga rápida y confiable,
no para calentar el área alrededor del conjunto generador. Así
que, además del calentador de refrigerante en el motor, el aire
ambiente alrededor del conjunto generador debe mantenerse
a un mínimo de 40 °F (10 °C)4. Si el espacio ambiental alrededor
del conjunto generador no se mantiene a esta temperatura, se
deben dar las consideraciones para el uso de un tipo especial
de combustible o de calentamiento de éste (para generadores
a diesel), calentadores del alternador, calentadores del control
y calentadores de batería.
4 Nota del Código Canadiense: La CSA282-2000 exige que los conjuntos generadores usados
en aplicación de emergencia siempre se instalen de tal manera que el conjunto generador esté
en un ambiente mínimo de 10 °C (40 °F).
4-20
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
La falla del calentador de refrigerante o la reducción de la
temperatura ambiente alrededor del motor no necesariamente
evitara que el motor arranque, pero afecta el tiempo que le
toma al motor arrancar y qué tan rápido se puede añadir la
carga al sistema de potencia en el sitio. Comúnmente se
agregan funciones de alarma por baja temperatura del motor
a los conjuntos generadores para alertar a los operadores de
este potencial problema de operación del sistema.
Los calentadores de agua del bloque de cilindros (vea la Figura
4-21) son un punto de mantenimiento, por lo que se espera
que el elemento de calentamiento se requiera cambiar en algún
momento durante la vida de la instalación. Para cambiar el
elemento calentador sin drenar todo el sistema de enfriamiento
del motor, se debe contar con válvulas de aislamiento para el
calentador (u otros medios).
Los calentadores de agua del bloque de cilindros pueden
operar a temperaturas considerablemente más altas que las
líneas de refrigerante del motor, por lo que es deseable usar
mangueras de silicón de alta calidad o mangueras con malla
para evitar la falla prematura de las mangueras de refrigerante
asociadas con el calentador de agua del bloque de cilindros.
Se debe tener cuidado en el diseño de la instalación del
calentador de refrigerante para evitar que curvas elevadas en
la trayectoria de la manguera pudieran resultar en bolsas de
aire que causen que el sistema se sobrecaliente y falle.
Los calentadores de refrigerante del motor normalmente operan
cuando el conjunto generador no está operando, así que se
conectan a la fuente de energía normal. El calentador debe
desactivarse siempre que el conjunto generador esté en
operación. Esto se puede hacer con cualquier número de
medios, tales como un interruptor de presión de aceite o con
la lógica del control del conjunto generador.
Figura 4-21. Instalación del Calentador del bloque de cilindros.
Note la Válvula de Aislamiento del Calentador, el tipo de
Manguera y la ruta de la Manguera.
Calentadores de Aceite y Combustible
Para aplicaciones donde el conjunto generador estará expuesto
a bajas temperaturas ambiente (menos de 0 °F [– 18 °C]),
también pueden ser necesarios calentadores para aceite
lubricante, línea de combustible, calentadores para el filtro de
combustible con la finalidad de evitar que se forme cera en el
sistema de combustible.
Calentadores Anti-Condensación
Para aplicaciones donde el conjunto generador va a estar
expuesto a humedad alta o temperaturas fluctuantes alrededor
de la distribución, calentadores para el generador y la caja de
control son recomendados para evitar la condensación. La
condensación en la caja de control, en los circuitos de control
o en los devanados del generador pueden causar corrosión,
deterioro de los circuitos y del aislamiento de los devanados
del generador y aún causar corto circuitos y la falla prematura
del aislamiento.
Rev. mayo 2010
4-21
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tanques de Combustible (Diesel)
Tanques de día
Los tanques en o cerca del conjunto generador del cual el
generador toma el combustible se llaman tanques de día
(aunque no necesariamente contienen suficiente combustible
para la operación de un día). Estos se usan por conveniencia
o cuando no es práctico tomarlo directamente del sistema de
almacenamiento primario de combustible. La distancia al tanque
primario, la altura arriba o abajo o el tamaño del tanque primario
son razones para usar un tanque de día. Todos los motores
diesel tienen limitaciones con la capacidad de levante del
combustible (o restricción de succión del combustible), el
cabezal de presión de combustible (tanto en el suministro
como en el retorno) y la temperatura de suministro. El
combustible se transfiere del tanque primario al tanque de día
usando una bomba de transferencia a menudo controlada con
un sistema automático utilizando sensores de nivel en el tanque
de día. Si el tanque es pequeño, el retorno de combustible se
bombea al tanque primario para evitar el sobrecalentamiento.
Vea los sistemas de combustible en la sección Diseño Mecánico.
Tanques Sub-Base
Comúnmente más grandes que el tanque de día, estos tanques
se construyen ya sea en el marco base del conjunto generador
o construidos para que el chasis del conjunto generador pueda
ser montado directamente sobre de él. Estos tanques mantienen
una cantidad de combustible para un número determinado de
horas de operación especificadas como de 12 o 24 horas.
Los tanques sub-base son a menudo de doble pared,
incorporando un tanque secundario alrededor del tanque
contenedor de combustible con el propósito de contener el
combustible en caso de una fuga en el tanque primario. Muchos
reglamentos locales exigen la contención de combustible
secundario como la construcción de doble pared junto con el
monitoreo total de los contenedores primario y secundario.
Montaje en Aisladores de Vibración
Para reducir las vibraciones que se transmiten al edificio o a
la estructura de montaje, a menudo los conjuntos generadores
son montados sobre aisladores de vibración. Estos aisladores
vienen en estilos de resorte o cojín de hule, siendo los más
comunes el tipo de resorte. El desempeño del aislamiento de
las vibraciones generalmente es del 90 % o más y comúnmente
4-22
excede el 95 %. La capacidad de peso y la ubicación correcta
son críticos para el desempeño. En el caso de conjuntos
generadores más grandes con tanques sub-base los aisladores
frecuentemente se colocan entre el tanque y el marco base.
Equipo de Conmutación de Energía
El equipo de transferencia o conmutación de la energía como
los interruptores de transferencia o conmutadores de
paralelismo, si bien no son materia de este manual, son una
parte esencial del sistema de potencia en Standby. Se menciona
aquí para acentuar la importancia de considerarlo en las
decisiones acerca de este equipo a principios del proyecto. El
esquema de la conmutación de la energía para un proyecto
se relaciona directamente con la capacidad del conjunto
generador (vea Diseño Preliminar), la configuración del control
y el equipo accesorio que se puede requerir para el conjunto
generador. Para obtener información más específica con
relación a este tema, consulte los otros manuales de aplicación:
T011 – Sistemas de Transferencia de Potencia y T016 –
Paralelismo y Conmutadores para Paralelismo.
Dispositivos Requeridos para Paralelismo
del Conjunto Generador
Los conjuntos generadores en aplicaciones de paralelismo
deben equiparse con lo siguiente para mejorar el desempeño
y proteger el sistema de fallas que normalmente ocurren:
Supresores de paralelismo para proteger el sistema de
excitación del generador de los efectos del paralelismo fuera
de fase.
Protección por pérdida de campo que desconecta el conjunto
del sistema para prevenir posibles fallas del sistema.
Protección de potencia inversa que desconecta el conjunto
del sistema para que la falla del motor no cause una condición
de potencia inversa que pudiera dañar el conjunto generador
o desactivar el resto del sistema.
Gobernación electrónica isócrona para permitir el uso de
sincronizadores activos y equipo de compartición de la carga
isócrona.
Equipo para controlar la salida de potencia reactiva del
conjunto generador y compartir la carga apropiadamente
con otros conjuntos generadores en operación. Esto pudiera
incluir compensación de corriente cruzada o controles de
caída reactiva.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Controlador VAR/FP para controlar activamente la potencia
reactiva de salida del conjunto generador en aplicaciones de
paralelismo con el servicio de la red pública.
Los controles basados en relevadores o relevadores/estado
sólido requieren agregar equipo para lograr los requisitos
anteriores.
Desde el punto de vista de la conveniencia y confiabilidad, es
deseable un control integrado por un microprocesador que
contiene todas las funciones antedichas (tal como el sistema
del control Power Command de Cummins Power Generation).
Necesidades de Equipo Adicional
En ciertas aplicaciones, como la potencia primaria o continua,
medio voltaje, en paralelo con el servicio público y otras, equipo
adicional puede ser deseable o requerido y está generalmente
disponible como opcional o una orden especial. Algunas de
éstas incluyen:
RTD, dispositivos de medición de temperatura de resistencias
en los devanados del alternador para monitorear la
temperatura del devanado directamente.
Termistores en las vueltas finales del alternador para
monitorear la temperatura del devanado.
CT´s diferencial para monitorear el rompimiento del aislamiento
del devanado.
Monitoreo y protección de la falla a tierra.
Pirómetros para medir la temperatura del escape.
Sistemas de recirculación de las emanaciones del respiradero
del cárter del motor.
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CAPÍTULO 5 ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
5 – DISEÑO ELÉCTRICO
Generalidades
Diseños Típicos del Sistema Eléctrico
Lineamientos Generales
Requerimientos
Recomendaciones
Sistemas Típicos de Bajo Voltaje
Sistemas Típicos de Medio y Alto Voltaje
Elegir un Transformador para el Generador
Transformadores Tipo Seco
VPI – Impregnado con Presión de Vacío
Resina Fundida
Transformadores Llenos de Líquido
Aceite Mineral
Alto Punto de Inflamación
Transformadores Tipo Montado en Soportes
Configuración del Devanado
Capacidad
Medio de Enfriamiento
Cambio de Bornes
Impedancia
Conexión
Generadores Sencillos c. Paralelos
Riesgos
Sistemas Combinados de Generador y Servicios (Red publica)
Protección de Generadores en Paralelo con el Servicio (red)
Distribución de Energía
Seleccionar un Sistema de Distribución
Conexiones Eléctricas
Generalidades
Aislamiento de Vibraciones
Áreas Sísmicas
Cableado de Control
Circuitos de Ramal Accesorio
Conexiones de Energía CA al Generador
Interruptores de Circuito Encapsulados Montados al Generador
(Termo magnético o de Estado Sólido)
Interruptor (Encapsulado) Montado al Generador
Terminales del Generador
Conductores de Energía CA
Cálculos de Caída de Voltaje
Desbalanceo de Carga Monofásica Permisible
Carga con Factor de Potencia Adelantado
Aterrizado del Sistema y el Equipo
Aterrizado del Sistema (Conexión a tierra)
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Aterrizado Físico
Aterrizado de Impedancia (Resistencia)
No Aterrizado
Aterrizado del Equipo (Conexión a tierra)
Coordinación Selectiva
Recomendación para la Localización del Equipo
Protección de falla y Sobre-Corriente con Conjuntos Generadores
Dimensionar un Interruptor de Circuito del Generador de Línea Principal
Fuentes del Conjunto Generador
Protección de Sobrecargas de los Generadores
Zona de Protección
Sistemas de Emergencia/Standby 600 V y Menos
Interruptor de Circuito del Generador
Diseño Inherente, Fallas Balanceadas
Controles Power Command y AmpSentry
Indicación/Protección de Falla a Tierra
Potencia Primaria e Ininterrumpible, 600 V y Menos
Medio Voltaje, Todas las Aplicaciones
Protección de Sobrecarga en Generadores a Medio Voltaje
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5 - DISEÑO ELÉCTRICO
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Generalidades
La planeación y el diseño eléctrico del sistema de generación
en el sitio es crítico para la operación y confiabilidad apropiados
del sistema. Este capítulo cubre el diseño de la instalación del
generador y los sistemas eléctricos relacionados, su interfase
con las instalaciones y los tópicos relacionados a la protección
de la carga y el generador. Un elemento clave para entender
y comunicar el diseño del sistema eléctrico es un diagrama
unifilar como el descrito en la Figura 2-1.
La instalación eléctrica del conjunto generador y sus accesorios
debe seguir el Código Eléctrico en uso por las autoridades de
inspección local. La instalación eléctrica deben hacerla
electricistas/contratistas aptos, calificados y con experiencia.
el mejor que pueda ser para un servicio ininterrumpible y
definitivamente no es el mismo tipo de diseño de sistema como
puede haberse visto en una aplicación de potencia primaria.
Las diferencias de configuración en línea son fáciles de ver.
Por ejemplo, en aplicaciones primarias los generadores están
“arriba” en el sistema de distribución mientras en Standby y
especialmente en aplicaciones de emergencia los generadores
están conectados a las cargas hacia el "fondo" del sistema de
distribución. Los puntos de transferencia de potencia en las
aplicaciones primarias tienden a estar arriba de la distribución,
conmutando grandes bloques de carga, a menudo con pares
de interruptores de circuito mientras que los sistemas de
emergencia y Standby a menudo utilizan interruptores de
transferencia localizados más abajo del sistema.
Esta sección ofrece ejemplos de los diseños típicos de sistemas
eléctricos que se usan en bajo, medio/alto voltaje en aplicaciones
de generación de energía en sitio. Incluye descripciones de
los diferentes métodos de generación de medio voltaje como
el uso de transformadores en configuraciones de generador
sencillo y múltiple. Si bien es imposible mostrar cada
combinación, a menudo se usan los diseños presentados en
esta sección.
Otras diferencias son más sutiles. La protección en un sistema
Standby se minimiza en favor de una mayor confiabilidad
mientras que en la potencia primaria tendemos a desplazarnos
hacia un mayor énfasis en la protección del equipo. La
coordinación a menudo es de mayor interés en las aplicaciones
de emergencia. En las aplicaciones Standby el agrupamiento
de las cargas comúnmente se pudiera hacer basándose en
su localización dentro de las instalaciones, mientras que en las
aplicaciones de emergencia, el agrupamiento se basa en la
prioridad del servicio.
Varios de los diseños presentados incluyen capacidades de
paralelismo y se proporciona un breve abordaje de los méritos
y riesgos asociados con el paralelismo.
En cualquier diseño del sistema, los códigos y estándares
locales tendrán un impacto significativo en el diseño total del
sistema, componentes y otros detalles de la aplicación.
Más información sobre el paralelismo de los generadores es
contenida en el Manual de Aplicación Cummins Power
Generation T–016, el cual está disponible a solicitud.
Los códigos y estándares locales siempre se deben consultar
antes de emprender cualquier trabajo de diseño o
modificación.
Debido a que el uso de transformadores está muy generalizado
para la generación de energía a medio voltaje, hemos incluido
un tópico sobre estos dispositivos y los factores que se
involucran al escoger el transformador correcto.
Esta sección está pensada para cubrir estos puntos principales
y otros detalles, para proporcionar una guía general en el diseño
del sistema de potencia.
Diseños Típicos del Sistema Eléctrico
Lineamientos Generales
Los Diseños del Sistema Eléctrico tienden a variar
considerablemente basándose en las necesidades o las
funciones primarias del equipo de generación de potencia en
la aplicación. Un diseño de sistema que está optimizado para
situaciones de servicio de emergencia generalmente no será
En vista de las amplias diferencias en las aplicaciones,
instalaciones y condiciones, los detalles del cableado y
protección de sobre-corriente del sistema de distribución
eléctrica para la generación en el sitio, deben dejarse a juicio
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
de ingeniería. Existen sin embargo, algunos lineamientos a
considerar en el diseño.
El diseño de la distribución eléctrica para los sistemas de
generación de emergencia en el sitio, debe minimizar las
interrupciones debidas a los problemas internos como
sobrecargas y fallas. Los subconjuntos de este proveen la
coordinación selectiva de los dispositivos protectores de
sobre-corriente y decidiendo sobre el número y localización
del equipo de transferencia usado en el sistema. Para
proporcionar protección a las fallas de energía internas, el
equipo de transferencia debe localizarse tan cerca como
sea práctico al equipo que utiliza la carga.
Separación física de los alimentadores del generador de los
alimentadores del cableado normal para evitar la posible
destrucción simultánea como resultado de una catástrofe
localizada como un incendio, inundación o fuerza de corte.
Desvío-aislado del interruptor de transferencia para que se
les pueda dar mantenimiento o repararse sin interrumpir el
equipo de carga crítica.
Previsiones para bancos de carga permanentes o para
facilitar la conexión temporal de bancos de carga sin
interrumpir el cableado permanente, como un interruptor
alimentador de refacción convenientemente localizado, para
permitir el ejercicio del conjunto generador bajo una carga
sustancial.
NOTA: Los bancos de carga instalados enfrente del radiador
del generador deben ser soportados por el piso u otra estructura
del edificio, no del radiador o del adaptador del ducto. Estos
componentes del generador pueden no estar diseñados para
soportar el peso o voladizo del banco de carga.
Circuitos para discriminación de carga o los sistemas de
carga prioritaria en caso de reducir la capacidad del generador
o la pérdida de una unidad en los sistemas en paralelo.
Protección contra incendio de los conductores y el equipo
para funciones críticas, como bombas contra incendio,
elevadores para el uso del departamento de bomberos,
iluminación de egreso para evacuación, desalojo de humo
o ventiladores de presurización, sistemas de comunicación,
etc.
La seguridad y accesibilidad de los conmutadores y tableros
con dispositivos de sobe-corriente y equipo de transferencia
en el sistema de distribución del generador en el sitio.
5-4
Previsiones para la conexión de generadores temporales
(conjuntos generadores de renta portátiles) por periodos
cuando el conjunto generador instalado permanentemente
está fuera de servicio o cuando interrupciones prolongadas
de la energía normal lo hacen necesario para proporcionar
energía a otras cargas (aire acondicionado etc.).
Requerimientos
En el equipo de sistemas complejos que forma el sistema
de distribución puede estar bajo propiedades múltiples. La
propiedad y la responsabilidad de la operación deberá estar
claramente definida y a la cual se debe apegar. (vea
Distribución de Potencia, página 5-21).
Recomendaciones
Más información sobre el paralelismo de los generadores se
trata en el Manual de Aplicación Cummins Power Generation
T–016, el cual está disponible a solicitud. (Vea Diseños
Típicos de Sistemas Eléctricos, página 5 – 3).
Los códigos y estándares siempre se deben consultar antes
de emprender cualquier trabajo de diseño o modificación.
(Vea Diseños Típicos de Sistemas Eléctricos, página 5
– 3).
Cuando evalúe el costo total de la posesión, lo crítico de la
instalación impactara en la decisión del grado de redundancia
que se integre al sistema. Algunos códigos y estándares
locales exigen servicio continuo para las cargas legalmente
requeridas y la naturaleza crítica de algunas instalaciones
pueden requerir medidas de servicio similares. Si los conjuntos
generadores están en paralelo, el costo de mantenimiento
y el tiempo muerto temporal asociado con los conjuntos
generadores temporales se pueden evitar. Estas
consideraciones también pueden impactar sobre el número
de conjuntos requeridos para la instalación. (Vea
Generadores Sencillos contra Paralelos, página 5–17).
Aunque a primera vista de la más económica, una solución
de generador sencillo también es la menos versátil y puede
ser menos eficiente, particularmente con cargas parciales.
En aplicaciones de potencia primaria, los conjuntos
generadores diesel de alta velocidad pueden ofrecer un
costo de ciclo de vida total menor, debido a la mayor eficiencia
y el menor costo de mantenimiento que las máquinas de
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
menor velocidad más grandes. (Vea Generadores Sencillos
contra Paralelos, página 5–17).
Los generadores que están en paralelo con el servicio público
por menos de 5 minutos al mes a manudo no requieren
incorporar protección por pérdida de servicio. Sin embargo,
el riesgo de daño que se puede causar en el caso de una
falla de servicio momentáneo debe evaluarse y tomarse la
decisión apropiada (Vea Sistemas Combinados de
Generador y Servicio Público, página 5–19).
Sistemas Típicos de Bajo Voltaje
Muchos diseños de diferentes sistemas son posibles, pero
para obtener la mayor confiabilidad, los sistemas se configuran
típicamente para que el conjunto generador se conecte en
bajo voltaje, con el número mínimo de transformadores e
interruptores de circuito entre el conjunto generador y la carga
a la que se le da servicio. Las leyes locales, a menudo, exigen
que las cargas de emergencia estén eléctricamente separadas
de las cargas que no son de emergencia, y darles preferencia
en el servicio para que las sobrecargas que resulten en las
cargas no de emergencia se desechen, porque esto ofrece la
mayor confiabilidad del servicio a las cargas más críticas en
el sistema. En la mayoría de los casos se requiere de un
conductor neutro; ya que muchas cargas y sus controles en
bajo voltaje son monofásicas, requiriendo un conductor de
retorno. Se debe considerar con cuidado la necesidad de un
aterrizado neutro para el sistema y los requisitos de conmutación
del neutro.
Este diseño pudiera usarse también en aplicaciones pequeñas
de potencia primaria.
Figura 5 – 1. Conjunto Generador Dándole Servicio a Cargas
Comunes
Los conjuntos generadores comúnmente se suministran con
un interruptor principal que va montado en el conjunto generador
y el servicio a las cargas se proporcionar a través de un tablero
de distribución por separado como se muestra en la Figura
5–1. Se requiere que los generadores se suministren con
protección de Sobre-corriente, y que se puede proporcionar
de muchas formas, lo cual incluye un interruptor montado en
el tablero de distribución, como se muestra en la Figura 5–1.
Generalmente se requiere protección de sobre-corriente de
los conjuntos generadores, pero la protección por corto circuito
no. (es decir, no se requiere que haya protección de corto
circuito entre el generador y el interruptor principal). El significado
de esto es que la protección puede localizarse en el conjunto
generador o en un tablero remoto. Si el interruptor de circuito
del conjunto generador se omite, aún el código puede requerir
un interruptor de desconexión en el conjunto generador, para
proporcionar un punto de aislamiento o desconexión. Consulte
los códigos y estándares locales para obtener los requisitos
para la desconexión o aislamiento del generador.
Figura 5–2. Conjuntos Generadores Múltiples Dándole Servicio
a Cargas Comunes
La Figura 5–2 muestra una aplicación similar con generadores
en paralelo sustituyendo el conjunto generador sencillo. En
esta situación los conjuntos generadores se pueden seleccionar
específicamente para ser de múltiples tamaños para permitir
minimizar el consumo de combustible en un sitio igualando
con cuidado la capacidad del equipo en operación con las
cargas del sistema. El uso de conjuntos generadores de
tamaños no similares puede requerir de arreglos específicos
de aterrizado del sistema (Conexión a tierra). Vea la sección
5.5 para obtener información más detallada sobre los requisitos
del aterrizado Conexión a tierra).
La Figura 5–3 representa un diagrama de transferencia de
potencia de un conjunto sencillo para un suministro de servicio
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5-5
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
público (red) en bajo voltaje, como se puede utilizar en muchas
aplicaciones domésticas, comerciales e industriales pequeñas.
Un interruptor de transferencia automático (ATS), el cual puede
utilizar contactores, interruptores de circuito o un módulo de
transferencia dedicado, se usa para transferir el suministro
eléctrico a la carga del servicio al generador. Se usan a menudo
un generador de tres polos e interruptores de circuito del
servicio o interruptores con fusibles, para limitar el nivel de falla
presente en el ATS. El ATS puede ser un dispositivo de 3 polos
(sólido, neutro no conmutado) o de 4 polos (neutro conmutado).
Típicamente, se usa el equipo ATS de 4 polos en aplicaciones
donde es necesario aislar el neutro del suministro del neutro
del generador. La selección de equipo con neutro conmutado
puede estar relacionada con las consideraciones de seguridad
o si el sistema requiere incorporar dispositivos de detección
de falla a tierra. Debe consultarse al proveedor del servicio
público para confirmar el tipo de sistema de aterrizado usado
en la alimentación del sistema de distribución del servicio en
el sitio, y verificar que los arreglos de aterrizado propuestos en
el sitio del cliente sean apropiados. Los interruptores de
transferencia de potencia y los conjuntos generadores no
deben conectarse a un servicio público antes de esta revisión
(y la aprobación del servicio público, si lo exige la ley local).
Observe que algunos códigos y estándares locales exigen el
uso de múltiples interruptores de transferencia debido a los
requisitos para aislar las cargas de emergencia de las cargas
en Standby. En estos casos, los interruptores de transferencia
se pueden localizar en el lado de la carga del tablero de
distribución del servicio, y el conjunto generador también puede
necesitar un tablero de distribución cuando los interruptores
alimentadores del equipo ATS no se pueden montar en el
conjunto generador.
Sistemas más grandes pueden utilizar unidades múltiples de
ATS y la protección localizada cerca de las cargas. Éstos se
consideran a menudo ser más confiables que aquellas que
emplean un solo ATS grande, porque las fallas en el sistema
de distribución son más probables que ocurran hacia el lado
de la carga de un sistema de distribución y el uso de interruptores
múltiples resultarían en que el sistema se interrumpiera menos
cuando ocurriera una falla. Para obtener más información sobre
los productos ATS y sus aplicaciones, consulte el Manual
T–011 de Cummins Power Generation.
La Figura 5–4 ilustra un diseño adecuado para instalaciones
más grandes, particularmente donde se le da servicio a múltiples
edificios con la instalación de un mismo generador. En este
sistema, se usan tres unidades ATS, alimentadas por un servicio
común y un sistema generador. Este esquema se puede
adaptar después para operar desde sistemas de servicio por
separado. Comúnmente se usan dispositivos de cambio de
cuatro polos o interruptores con fusible. Cada ATS tiene
detección automática de falla de servicio y envía una señal de
arranque al sistema generador y cambia al suministro del
generador cuando está dentro de una tolerancia aceptable.
Este diagrama permite construir un sistema de generación
versátil y se puede adaptar rápidamente a conjuntos múltiples.
Figura 5–3. Aplicaciones Standby de Conjunto Generador
Sencillo
5-6
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
adicionales. Los sistemas en HV/MV comúnmente se configuran
como de tres hilos; ya que raramente hay cargas monofásicas.
El neutro en HV/MV no se distribuye y normalmente se aterriza
(conectado a tierra) tan cerca de la fuente como sea práctico.
La impedancia se puede insertar dentro la conexión tierraneutro para limitar la magnitud de la corriente de la falla a tierra,
la cual puede tomar la forma de una resistencia o un reactor.
Para obtener más información sobre el tema del aterrizado
del neutro consulte el Capítulo 5.5.
Figura 5–4. Aplicaciones de Conjuntos Generadores Múltiples,
ATS Múltiples
Sistemas Típicos de Medio o Alto Voltaje
La generación de energía de medio (MV) o alto voltaje (HV) es
usado típicamente donde la capacidad de energía causa que
la corriente a LV (bajo voltaje) exceda los límites prácticos. En
un sentido práctico, esto ocurre cuando la capacidad del
sistema excede los 4000 A o más. También podría ser deseable
cuando la energía tuviera que ser distribuida a puntos a una
distancia significativa del conjunto generador. Los generadores
sencillos de más de 2.5 MVA y los generadores en paralelo de
más de 2 MVA son buenos ejemplos del equipo que
comúnmente se considera para aplicación de MV. Los
alternadores de MV no son económicamente prácticos a menos
de aproximadamente 1000 kW. A niveles de menos de 1000
kW, probablemente sea deseable considerar el uso de una
máquina de bajo voltaje con un transformador elevador.
Cuando se diseñe una instalación en MV o HV, se debe
considerar la capacitación y la calificación del personal que
opere el sistema debido al mayor nivel de precauciones de
seguridad requeridas con estos sistemas.
La Figura 5–5 muestra un esquema de generador sencillo
para una instalación de Potencia Primaria que puede emplear
generadores HV/MV sencillos o múltiples. El sistema ilustrado
por sencillez muestra un transformador de carga sencillo; sin
embargo, se pueden agregar transformadores de carga
Figura 5–5. Sistema de Generador MV/HV Sencillo para
Potencia Primaria
Figura 5–6. Esquema HV/MV para Generadores / Suministros
de Servicio y Cargas Múltiples.
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5-7
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
La Figura 5–6 ilustra un esquema HV/MV para una instalación
grande como un edificio alto o un centro de cómputo. El
esquema tiene suministros múltiples que son comúnmente
operados en el modo de servicio / Standby. Hay un suministro
de red pública y el generador unidos a la barra y el interruptor
de circuito, y estos pueden ser configurados para permitir el
paralelismo entre el servicio y los generadores cuando cualquiera
está suministrando a la carga. En este tipo de aplicación se
debe considerar con cuidado el aterrizado. En muchos casos
probablemente se requiera de impedancia al neutro o controles
para limitar la intensidad del campo del alternador durante las
fallas monofásicas.
Este es un sistema altamente adaptable que se usa ampliamente
en todo el mundo. La incorporación del generador a la barra
unión e interruptor de circuito, permite que los generadores se
pongan en paralelo fuera de la línea. Esto da como resultado
una rápida sincronización y aceptación de la carga. Además,
los generadores se pueden probar fuera de línea ayudando en
los procedimientos de mantenimiento y de hallazgo de fallas.
MV tenga referencia y éste se pueda conectar por medio de
una impedancia a la tierra es la práctica común pero algunos
sistemas exigen otros arreglos de aterrizado. Una buena
referencia de estas medidas en el Estándar IEEE 142 – “Prácticas
Recomendadas IEEE para el Aterrizado de un sistema de
Potencia Industrial y Comercial”.
Esta configuración es rápidamente adaptable para
combinaciones de generador / transformador múltiples que
pueden ser de tamaño desigual. Los transformadores de
capacidad y de configuración del devanado idéntico se pueden
operar con los puntos estrella en pares. Cuando se usan
transformadores de tamaño diferente, sus puntos estrella
pueden ser acoplados sólo cuando el fabricante del
transformador confirme la operación. Cuando se conectan en
paralelo transformadores de tamaños no similares sólo el neutro
de un transformador debe conectarse.
Donde muchos transformadores están siendo energizados por
el sistema, se debe tener cuidado de garantizar escoger el
esquema de protección de sobre-corriente apropiado. En
sistemas que alimentan una barra en anillo, se debe tener
cuidado para estar seguro que el equipo del generador pueda
proveer la corriente energizadora necesaria para el sistema sin
el molesto disparo de los dispositivos de protección. Para
obtener más información sobre los tipos de protecciones de
sobre-corriente y otra protección relacionada,consulte la sección
5.8.
Figura 5–7. Generador de Bajo Voltaje para Aplicación MV/HV
La Figura 5–7 describe un generador LV que se usa en una
aplicación MV. Un transformador elevador es usado, permitiendo
usar un generador LV estándar en lugar de un generador MV
especialmente fabricado. En este caso, el par
generador–transformador es tratado esencialmente como un
generador MV. Los sistemas LV y MV deben tratarse como
sistemas eléctricos independientes y es muy importante notar
la configuración de los devanados del transformador ya que
esto es una fuente común de error. Debe escogerse un
devanado en delta para el lado LV – esto ayuda a limitar la
tercera armónica y permite que el punto estrella del generador
sea el único punto de referencia para el sistema LV. El devanado
MV debe ser estrella configurado para permitir que el sistema
5-8
Escoger un Tranformador de Generador
Los transformadores de clase distribución vienen en varias
configuraciones. Generalmente un transformador se clasifica
por su aplicación y por su medio de enfriamiento. En todas las
clases el criterio de diseño para los transformadores está
gobernado por la ANSI C57.12.
Basándose en la aplicación, las dos amplias categorías son el
tipo Subestación y el tipo Pedestal.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tipo Subestación – Un transformador usado en una línea de
conmutador que típicamente cierra pares tanto a un interruptor
de medio voltaje o interruptor en el lado primario como a un
interruptor de bajo voltaje o ensamble de conmutador en el
lado secundario. Un transformador de subestación debe
localizarse en un área confinada que esté restringida al acceso
público. Esto se debe al hecho que los transformadores tipo
subestación no son a prueba de alteraciones y permiten el
acceso a las partes energizadas, ventiladores, etc. Los
transformadores tipo subestación se pueden subdividir más
de acuerdo con su medio de enfriamiento. Existen dos tipos
de transformadores de subestación –
Tipo Seco
Lleno con líquido
Transformadores Tipo Seco
Existen dos categorías principales de transformadores Tipo
Seco – VPI y resina moldeada.
VPI – Impregnado con Presión de Vacío
Este es el transformador tipo seco convencional que se ha
fabricado en las últimas décadas. La clase de aislamiento
estándar es de 220 °C, con una elevación de temperatura de
150 °C sobre un ambiente de 30 °C (AA). Como una opción
se han agregado ventiladores lo que permiten un aumento del
33% en los kVA de salida nominales (típicamente enunciados
como AA/FA en el rango de kVA). Este es el transformador
tipo seco menos caro.
Los transformadores tipo seco convencionales sólo deben
usarse en aplicaciones de operación continua. Los devanados,
aunque están encapsulados con un material tipo barniz, son
susceptibles a la humedad.
Resina Moldeada
Otra categoría de los transformadores tipo seco son los de
resina fundida. Los transformadores de resina fundida caen
en dos subcategorías – fundición plena y unicast.
Transformadores de Moldeo completo: En un
transformador de moldeo completo cada devanado
individual se encapsula completamente con una resina
epoxica de fibra de vidrio. Esto se logra usando una cámara
de vacío para arrastrar la resina epoxica a través de los
devanados. El resultado es que el epóxi actúa tanto como
un medio aislante dieléctrico como que permite una
resistencia mecánica superior durante condiciones de falla.
La clase de aislamiento estándar es de 185 °C, con una
elevación de temperatura de 80 o 115 °C arriba de 30 °C
ambiente. Como una opción (FA) se pueden agregar
ventiladores los cuales permiten hasta un 50% de aumento
en los kVA de salida nominales sobre la base de una
capacidad AA.
Los transformadores de resina moldeada son el
transformador tipo seco más caro; sin embargo, la humedad
no es un problema con los transformadores de moldeo
completo por lo que son apropiados para aplicaciones
energizadas no-continuas.
Transformadores Unicast: Ésta es una variación del diseño
de moldeo completo. En lugar de encapsular totalmente
cada devanado individual en epoxi, los núcleos primario y
secundario se sumergen en epoxi formándose una capa
de epoxi en el exterior de las bobinas primaria y secundaria.
Los devanados individuales se aíslan típicamente con
mucho barniz como el transformador tipo seco convencional.
La clase de aislamiento estándar es de 185 °C, con un
aumento en la temperatura de 100 °C sobre un ambiente
de 30 °C (AA). Como una opción se pueden agregar
ventiladores (FA) lo cual permite un aumento del 33 % en
los kVA de salida.
Transformadores Llenos con Líquido
Los transformadores llenos con líquido usan el aceite como el
medio dieléctrico. A diferencia de los tipos secos convencionales
son impermeables a la humedad porque los devanados están
completamente cubiertos con el aceite dieléctrico. Sin embargo,
los transformadores llenos con líquido requieren de sistemas
de protección contra incendio si se usan en el interior.
Aceite Mineral
Alto Punto de Combustión
Aceite Mineral
El menos caro de los aceites de relleno es el aceite mineral.
Los transformadores llenos de líquido tienen una elevación de
temperatura estándar de 55 °C sobre un ambiente de 30 °C.
Se dispone de opciones para 55/65 °C lo cual permite un
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
aumento del 12% sobre la capacidad nominal en kVA. Se
puede aplicar aire de enfriamiento forzado lo cual entrega un
adicional 15 a 25 % de aumento sobre la capacidad nominal
en kVA.
Alto Punto de Combustión
Los fabricantes típicamente ofrecen bien sea silicón R–Temp
(Cooper Industries) o Dow Corning 561 como líquidos de alto
punto de combustión. Más y más, los líquidos están bajo el
escrutinio de la EPA como peligro ambiental (como el PCB) y
como resultado tienden a entrar y salir del favor en el mercado.
Transformadores Tipo Pedestal
Los de Pedestal se construyen con los mismos estándares
ANSI como se mencionan para transformadores tipo
Subestación. Sin embargo, los de Pedestal son sinónimos de
un tipo especial de construcción. Típicamente, esto quiere
decir con compartimientos y a prueba de alteraciones. Las
aplicaciones más comunes para los de Pedestal son afuera
en áreas no restringidas donde el público puede tener acceso
al equipo y lo tiene. Los de Pedestal no están disponibles con
una opción de enfriamiento con ventilador ya que esto anularía
la construcción a prueba de alteraciones. Con mucho, los más
comunes de Pedestal se llenan con líquido. Esto permite algo
de capacidad de sobrecarga sin la necesidad de ventiladores.
Además de las clasificaciones anteriores, la opción del
transformador de potencia para generador está gobernada
por varios factores:
desde el devanado de voltaje más bajo, éste se esperaría que
fuera Estrella (Ye) conectado con un medio para el punto común
entre los tres devanados (el punto de la estrella) que se conecte
a tierra. Para un transformador elevador, donde la carga se
está suministrando del devanado del voltaje más alto, éste otra
vez se esperaría que se conectara en Estrella (Ye).
En muchas regiones un grupo típico de vectores de devanado
del transformador pueden aparecer como Dyn11, indicando
que el transformador tiene un devanado MV/HV conectado en
delta y un devanado de voltaje bajo conectado en ye con el
punto de la estrella disponible para la conexión. El ‘11’ indica
un desfase de 30 grados en sentido contrario a las manecillas
del reloj, como se ve en la posición de las 11 en la carátula del
reloj. Otras conexiones comunes son YNd11 (devanado MV/HV
conectado en ye con neutro disponible, devanado LB conectado
en delta con un desfase en sentido contrario a las manecillas
del reloj), Dyn1 y YNd1 (como antes pero con desfase en
sentido a las manecillas del reloj), y YNyn0 (MV/HV en ye y
devanados LV) todos con puntos neutros fuera y desfase cero.
La letra de designación ‘Z’ representa un devanado en zigzag,
mientras que tres grupos de letras indicarían que se tiene un
devanado terciario.
Los grupos de vector más comúnmente usados se muestran
enseguida –
El grupo de vector identifica la conexión de los devanados y
la relación de fase de los fasores de voltaje asignados a ellos.
Consiste de letras de código que especifican la conexión de
los devanados de fase y un número de código que define el
desplazamiento de la fase.
Configuración del devanado
Capacidad
Medio de enfriamiento
Cambiador de bornes
Impedancia
Conexión
Configuración del Devanado
La configuración del devanado generalmente está gobernada
por la necesidad de referir el sistema eléctrico a tierra.
Convencionalmente, los sistemas eléctricos se aterrizan en la
fuente, y por lo tanto, el devanado del transformador que está
actuando como la fuente de poder para un sistema eléctrico
se espera que se provea con un punto de referencia. Así, para
un transformador reductor, donde las cargas se suministran
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Tabla 5 – 1. Configuraciones de Devanado
Capacidad
Los transformadores generalmente se ofrecen con una
Capacidad Máxima Continua (CMR) y una Capacidad de
Emergencia Continua (CER). La opción de la capacidad depende
del las expectativas del ciclo de servicio del transformador y
el sistema eléctrico. Los transformadores de capacidad CMR
generalmente son más voluminosos y más costosos que las
unidades CER; sin embargo, el transformador CER tiene una
vida limitada si se saca partido de los límites CER, debido a
la mayor elevación de la temperatura. En general, se recomienda
escoger transformadores de capacidad CMR para generadores
que actúan como la fuente de poder primaria. Los
transformadores con capacidad CER se pueden aplicar en
Standby dado que no se exceda el ciclo de servicio establecido
por el fabricante del transformador. Los transformadores se
catalogan en kVA y las ganancias útiles en la capacidad se
pueden hacer si se operan a factores de potencia cercanos
a la unidad (1.0).
Medio de Enfriamiento
Muchos transformadores usan aceite como un medio de
enfriamiento y aislamiento. Los transformadores llenos con
aceite generalmente son más compactos, pero más pesados
que sus contrapartes de resina moldeada y aislamiento de aire
y pueden soportar severas condiciones ambientales. A menudo
se incorporan ventiladores para ayudar en la disipación del
calor. El enfriamiento del transformador se clasifica como:
Aceite natural / Aire natural (ONAN)
Aceite forzado / Aire natural (OFAN)
Aceite forzado / Aire forzado (OFAF)
El aceite es inflamable y puede causar una grave contaminación
del ambiente si no se contiene; por lo tanto, los transformadores
llenos de aceite deben instalarse dentro de un área de
contención que puede almacenar hasta el 110% de la capacidad
total del transformador. A menudo se provee alarma para bajo
nivel de aceite, ventilas para explosión, protección para detección
de la temperatura del devanado y del aceite y para la evolución
del gas en los transformadores enfriados con aceite.
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Cambiadores de Bornes
Los transformadores a menudo se proveen con bornes,
comúnmente en el devanado de voltaje más alto, para permitir
ajustar el voltaje de salida, normalmente con el transformador
aislado. Los valores de bornes comunes son ± 5%, ± 2.5% y
0. Los Cambiadores de Bornes pueden ser útiles en un
transformador para generador si el voltaje del sistema del
servicio público se está operando hacia el extremo alto o bajo
de la gama permitida y se requiere un generador para ponerse
en paralelo con el sistema. Los cambiadores de bornes en el
circuito están disponibles pero generalmente son costosos.
A menudo existen situaciones donde la red HV está siendo
operada considerablemente arriba del voltaje nominal. Usando
un cambiador de bornes en el transformador del generador
se puede evitar que el generador exceda su voltaje nominal
cuando se exporta bajo estas condiciones.
Impedancia
En el caso que se estimen altos niveles de fallas, el aumentar
la impedancia del transformador puede proporcionar una
solución efectiva en costo, especialmente en aplicaciones de
horas corridas limitadas. Se debe tener cuidado para garantizar
que el aumento en el voltaje en el transformador no cause que
un generador opere fuera de su gama de voltaje permitida, o
prohíba el igualar y la sincronización del voltaje. Consulte el
fabricante del conjunto generador si se espera que el voltaje
esté a más del 5% del nominal bajo cualquier condición de
operación.
Conexión
El tipo de conexión de cable a cada devanado debe escogerse
con relación a los cables que se instalen. Esto es particularmente
cierto en circuitos de alto voltaje, donde se pueden requerir
técnicas de terminación especiales y en circuitos de bajo voltaje
donde se conecta un gran número de cables. Una opción
básica entre las cajas de cables llenas de compuesto y aisladas
con aire está disponible y se pueden obtener varias
combinaciones para permitir la conexión de una amplia gama
de cables y de técnicas de terminación. La entrada del cable
normalmente es por abajo; si se planea la entrada del cable
por arriba, se debe tener cuidado de garantizar que el ingreso
de la humedad se evite.
5-12
Al optar por el transformador, es vital que los puntos anteriores
se consideren con relación a las condiciones ambientales del
sitio, lo cual debe incluir factores como el calentamiento solar
y del aterrizado así como la temperatura y la humedad.
Generadores Sencillos contra Paralelos
El paralelismo es la operación sincronizada de dos o más
conjuntos generadores conectados a una barra común para
proveer energía a cargas comunes como aparece en la Figura
5–8. Al decidir si se debe instalar un generador sencillo o
generadores múltiples existen varios factores a considerar,
tales como:
Confiabilidad
Desempeño
Costo
Tipos de carga
Tamaño del Generador y del Cuarto
Eficiencia
Variación de la carga
Flexibilidad
Figura 5–8. Generadores en Paralelo
La confiabilidad es el factor primario en la decisión de usar el
paralelismo en la mayoría de las aplicaciones de
emergencia/Standby, como los hospitales, centros de
computación y estaciones de bombeo; donde la confiabilidad
de la Fuente de Poder es importante ya que las cargas
conectadas son críticas. En estos casos, el uso de conjuntos
generadores múltiples y la prioridad de las cargas del sistema
permiten que a las cargas más críticas se les dé servicio a
costa de las cargas menos críticas. En los sistemas donde las
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cargas se requieren para la operación apropiada; se
proporcionan conjuntos generadores redundantes, Para que
la falla de un conjunto generador no desactive las instalaciones.
El paralelismo normalmente requiere de la habilidad de
secuenciar las cargas en pasos y la habilidad para desechar
o discriminar cargas para permitir que los conjuntos generadores
operen dentro de sus capacidades de carga en el caso de la
falla de un generador. Una instalación de conjuntos múltiples
debe dimensionarse para permitir que un conjunto generador
salga del sistema para mantenimiento de rutina o reparación
sin poner en peligro el suministro a la carga.
NOTA: Cuando se evalúa el costo total de propiedad, lo crítico
de la instalación impacta en la decisión en el grado de
redundancia que se integra en el sistema. Algunos códigos y
estándares locales exigen servicio continuo para las cargas
requeridas legalmente y la naturaleza crítica de algunas
instalaciones puede requerir medidas de servicio similares. Si
los conjuntos generadores se ponen en paralelo, se puede
evitar el costo de mantenimiento y el tiempo muerto temporal
asociado con los conjuntos generadores temporales. Estas
consideraciones también pueden impactar en el número de
conjuntos requeridos para la instalación.
El desempeño del sistema de potencia en el sitio puede ser
más como el servicio público cuando los generadores están
en paralelo, porque la capacidad de los conjuntos generadores
agregados con relación a las cargas individuales es mucho
mayor de lo que sería con conjuntos generadores sencillos
dándole servicio a cargas separadas. Como la capacidad de
la barra es mayor, se minimiza el impacto de las cargas
transitorias aplicadas a los conjuntos generadores con cargas
individuales.
El tamaño del generador y del cuarto pueden ser factores
críticos y pueden forzar una decisión hacia instalaciones de
uno solo o múltiples conjuntos. Un solo conjunto generador
típicamente es considerablemente más pesado que una
máquina correspondiente usada en una situación de paralelismo.
Para instalaciones en el techo o donde el conjunto debe
maniobrarse hacia un sótano u otro espacio confinado esto
puede ser prohibitivo, llevando a una decisión hacia generadores
más pequeños y más ligeros. Sin embargo, el espacio para
el acceso y el mantenimiento deben dejarse entre las máquinas
de una instalación múltiple y éstas inevitablemente necesitan
más volumen del cuarto por kilovatio eléctrico generado.
El Costo. En general, múltiples conjuntos generadores en
paralelo cuestan más que un solo generador de la misma
capacidad, a menos que el requerimiento de la capacidad
fuerce el diseño a máquinas en operación de menos de 1500
rpm. El costo de un sistema debe evaluarse como el costo
total de propiedad y debe tomar en cuenta factores tales como
el espacio disponible en el edificio, conductos y tuberías
adicionales, distribución de los cables, requisitos de conmutación
y un control del sistema para múltiples instalaciones. La
confiabilidad requerida y el beneficio que esto acarrea deben
establecerse contra el aumento en costo. El costo del
mantenimiento es un factor clave con conjuntos generadores
que operan en esquemas de potencia primaria o de cogeneración. Aunque un solo conjunto grande puede tener
aparentemente un costo de capital alto, esto puede atenuarse
por otros factores asociados con los costos de instalación de
un sistema de generadores múltiples.
La eficiencia es un factor vital si el esquema de generación de
energía está produciendo la potencia de la carga base o se
está usando para la reducción de la tarifa o la co-generación.
La versatilidad del sistema de paralelismo, que permite que
los conjuntos generadores operen en carga óptima y eficiencia
máxima a menudo compensa los costos de instalación más
altos iniciales en un tiempo corto en situaciones de potencia
primaria.
La carga es crítica para decidir sobre el tipo de instalación
requerida. Un solo generador típicamente es la opción más
económica para cargas a menos de aproximadamente 2000
kW ya que el costo del control de paralelismo y del equipo de
conmutación es significativo cuando se compara con el costo
del generador. Para instalaciones pequeñas pero esenciales,
donde la protección de dos generadores es esencial pero el
costo del equipo de paralelismo es prohibitivo; una instalación
Standby mutua puede ser una buena alternativa, donde un
generador actúa como Standby para el otro. Vea el T–011,
Manual de Aplicación del Interruptor de Transferencia, para
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
obtener más información sobre este diseño. Para cargas más
grandes, la opción es menos directa y alrededor de 2–3 MW,
se dispone de soluciones usando conjuntos generadores únicos
o múltiples. Arriba de 3 MW, la opción casi siempre es de
instalaciones de generador múltiple.
NOTA: Aunque a primera vista más económica, una solución
de un generador único también es la menos versátil y puede
ser menos efectiva en costo, particularmente con cargas
parciales y en instalaciones de horas de operación prolongadas.
En aplicaciones de potencia primaria, los conjuntos generadores
diesel de alta velocidad pueden ofrecer un menor costo de
ciclo de vida en general, debido a la mayor eficiencia y menor
costo de mantenimiento que las máquinas más grandes de
menor velocidad.
La variación de la carga debe considerarse en cualquier decisión
de la aplicación de un generador ya que muchas aplicaciones
exhiben grandes diferencias entre el perfil de carga de día y
de noche y entre el verano y el invierno. Una instalación de
manufactura grande puede tener una carga diurna de 2–3
MW; pero en la noche, a menos que se use para una aplicación
de proceso continúo, la carga puede caer a sólo unos pocos
cientos de kW o aún menos. Instalar un generador grande
único en esta aplicación podría llevar a muchas horas de
operación con carga ligera, lo cual es perjudicial para el motor.
Una instalación típica de este tipo podría usar cuatro
generadores de 1000 kW, con un generador de 500 kW en
un esquema en paralelo, donde la carga diurna usa tres o
cuatro conjuntos y donde en la noche, sólo el conjunto más
pequeño es requerido para operar.
Las cargas transitorias tienen un gran efecto en el tamaño
requerido de un generador y es importante tomar en cuenta
todas las combinaciones de las cargas transitorias y de estado
estable en cualquier cálculo para garantizar que se mantenga
la calidad de la energía. Fíjese que algunas cargas presentan
un factor de potencia adelantado para los conjuntos
generadores, y esto también requiere ser considerado en el
dimensionamiento del conjunto generador y en la secuencia
de operación del sistema. La herramienta para el
dimensionamiento de la aplicación ‘GenSize’ de Cummins es
útil en estos casos y se puede acceder a ella con nuestros
distribuidores.
5-14
La flexibilidad puede ser una consideración importante donde
una instalación puede cambiar en el futuro. Una instalación
de conjunto generador sencillo normalmente es difícil de
cambiar, mientras que a una instalación de conjuntos múltiples
se pueden agregar conjuntos con relativa facilidad, dado que
esa tolerancia se haya tomado en el diseño inicial.
Riesgos
Existen riesgos asociados con la operación en paralelo de los
conjuntos generadores; tanto entre los conjuntos como con
el suministro del servicio público y estos riesgos deben
balancearse con los beneficios. Los riesgos son:
Donde no se ha proporcionado una buena discriminación
de carga o donde la carga se mantiene a un alto nivel, existe
el riesgo de que, si un generador falla, el resto de los
generadores en el sistema es posible que no puedan soportar
la carga del sistema. La discriminación de carga siempre
debe incorporarse en un esquema de generación en paralelo
y la capacidad de reserva en cualquier momento durante la
operación debe corresponder con la cantidad de carga que
se puede aceptar si un generador operando falla.
No todos los generadores se pueden poner en paralelos –
si conjuntos de diferente fabricante o de un tamaño
significativamente diferente van a estar en paralelo, consulte
al distribuidor Cummins local antes de proceder.
Cuando está en paralelo con el servicio público, el generador
en efecto se convierte en parte del sistema de servicio. Si
la operación en paralelo con el suministro del servicio se
especifica, se requiere de protección adicional para cuidar
la interconexión del generador y del sistema de servicio
público. Esta protección comúnmente la especifica y la
aprueba el proveedor del servicio público. Siempre consulte
los códigos y estándares locales cuando considere la
operación en paralelo con el servicio público.
Generador y Sistemas de Servicio público Combinados
Los generadores pueden operar en paralelo con el suministro
de servicio público para habilitar:
El cambio de carga sin interrupción del servicio al generador
y viceversa.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Rasurado de picos
Picos
Co-generación
El cambio sin interrupción entre el generador y el servicio
público se puede lograr con el uso de un ATS de transición
cerrada (sin interrupción) o con paralelismo convencional y
rampeando la carga. En el ATS de transición cerrada el conjunto
generador es operado a una frecuencia ligeramente diferente
a la del servicio público para que la relación de fase entre el
generador y el servicio público cambie constantemente.
Cuando las fuentes están sincronizadas, están conectadas
por un periodo de menos de 100 ms por medio de un sencillo
dispositivo de revisión de sincronización. Mientras que este
sistema elimina la interrupción total de la energía cuando están
conmutando entre las fuentes vivas, no elimina los disturbios
causados por los cambios en carga repentinos en las dos
fuentes. Los disturbios se pueden minimizar (pero no eliminar)
usando interruptores múltiples en un sistema, para que cualquier
interruptor sólo cambie la carga un pequeño porcentaje de la
capacidad del generador.
Cuando se usa un conmutador convencional para el cambio,
el generador se sincroniza y se pone en paralelo activamente
con el servicio público; y la carga cambia suave y relativamente
lenta de uno al otro controlando el combustible y los ajustes
de excitación del (los) generador(es). Estos sistemas se pueden
usar para transferir la carga del servicio público al generador
y viceversa. Los sistemas de sincronización digitales a menudo
pueden operar sobre una amplia gama de voltajes y frecuencias,
permitiendo el paralelismo con un servicio que opera aún fuera
de niveles de operación aceptables. Sin embargo, se debe
tener cuidado para asegurarse que el equipo de protección
no se dispare durante el proceso de sincronización.
Los generadores para el rasurado de picos o de servicio para
picos normalmente operan por periodos prolongados en
paralelo con el suministro de servicio público y se debe tener
cuidado al seleccionar la correcta capacidad de servicio,
normalmente ‘Continuo’ o ‘Limitado’ para este propósito. Esta
opción está gobernada por el tiempo a operar por año. Para
obtener más información sobre las capacidades vea la sección
4. Los generadores usados para el rasurado de picos
generalmente se arrancan para corresponder con los periodos
de tarifa alta para reducir la carga pico y se pueden configurar
para aceptar una carga fija o para permitir que el servicio
público acepte una porción fija de la carga, con el generador
suministrando la variación. Los generadores para servicio de
picos tienden a operar a la salida máxima cuando se requiere
y la electricidad se vende al servicio público en los momentos
de gran demanda. El rasurado de picos también se puede
emprender haciéndose cargo completamente de la carga del
sitio en una transferencia sin interrupción y desconectando el
servicio público completamente. Consulte los códigos y
estándares locales antes de proceder con cualquier diseño o
trabajo de modificación.
Protección para Generadores en Paralelo con el Servicio
Público (Red)
Tome en cuenta que donde un sistema generador se está
operando en paralelo con el suministro del servicio público,
los dos sistemas se combinan, y cualquier incidente en el
sistema público puede también involucrar a los generadores.
Los requisitos para la protección de la operación en paralelo
con el servicio público son muy variables de acuerdo al tipo
de sistema que está instalado y las características del sitio y
el sistema de distribución del servicio público. Adicionalmente,
los códigos y estándares regionales pueden variar entre los
proveedores del servicio público. Consulte a las autoridades
locales antes de proceder con el diseño para cualquier interface
de paralelismo con el servicio público.
Los conjuntos generadores que operan en paralelo con el
servicio público típicamente se proveen con relevadores de
revisión de sincronización (25), protección de sub/sobre voltaje
(59/27), potencia invertida con relación a la red (32), protección
de sobre-corriente (51), protección a la pérdida de protección
de red y de sobre/sub frecuencia (81O/U). Se puede ingresar
la falla de diodo pero no es requisito por el estatuto. En muchas
regiones también se requiere el equipo para detectar una
condición ¨”aislada” y desconectar los generadores.
Una condición aislada ocurre cuando falla la energía del servicio
público mientras un sistema de generadores está conectado,
y el sistema de protección no detecta la falla y desconecta el
sistema del generador. Como resultado, el sistema de generador
puede energizar no sólo las cargas pretendidas, sino también
el sistema de distribución del servicio público y otras cargas
de los clientes. Esto causa un peligro para los trabajadores del
servicio, puede desorganizar los dispositivos de protección del
Rev. mayo 2010
5-15
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
sistema de distribución del servicio, y puede resultar en el daño
al equipo del servicio público y propiedad del cliente. El equipo
anti-isla varía con la naturaleza de la aplicación, la región del
mundo, y los códigos y estándares locales. Por ejemplo, en
Europa la protección anti-isla comúnmente incluye el índice de
cambio de frecuencia (ROCOF) y la protección al cambio
vectorial. Este equipo puede especificarse cuando se opera
más de 5 minutos por mes en paralelo con la red pública. En
los EE.UU., los requisitos varían considerablemente por estado.
El equipo ROCOF y de cambio vectorial trabajan ambos
analizando la rotación del vector de voltaje y detectando un
cambio, bien sea en la frecuencia (Hz/s) o en grados/s. También
pueden usarse otras protecciones como kVAr invertidos y la
corriente direccional.
Vea el T–016 para obtener más información sobre los requisitos
de interconexión. Otra información útil está en el IEEE1547,
Estándar para Interconectar Recursos Distribuidos con Sistemas
de Potencia Eléctrica.
Las siguientes designaciones ANSI se usan para las funciones
de protección anteriores:
25 – Revisión de sincronización
27 – Sub-voltaje
32 – Potencia Invertida
40 – Falla del Campo (kVAR invertidos)
51 – Sobre-corriente de Tiempo CA
59 – Sobre-voltaje
78 – Desplazamiento Vectorial
81 OU – Sobre/sub frecuencia / ROCOF
El sistema de protección también debe garantizar que la calidad
del suministro del servicio público a otros clientes se mantenga,
sin importar la condición del servicio. Los dispositivos de
protección pueden requerir las mismas funciones o similares
que las del lado del generador del sistema, pero a menudo
tendrán ajustes muy diferentes. Consulte con el proveedor del
servicio público para coordinar los requisitos y ajustes del
equipo y los requisitos para puesta en marcha antes de poner
en paralelo un conjunto generador con cualquier servicio
público.
NOTA: Los generadores que se ponen en paralelo con el
servicio público por periodos cortos a menudo no se les exige
5-16
que incorporen la protección de pérdida de servicio. Sin
embargo, el riesgo de daño que se puede causar en el caso
de una falla del suministro de servicio momentánea debería
evaluarse y tomar la decisión apropiada.
Distribución de Potencia
El equipo de Distribución de Potencia toma el suministro único
de potencia del servicio público, generador en el sitio o una
combinación de los dos, y lo divide en pequeños bloques para
su utilización. A los usuarios residenciales, comerciales y
pequeños industriales comúnmente el servicio público les da
el servicio y lo mide en el voltaje de utilización. A las propiedades
más grandes normalmente se les suministra y se les mide con
la energía a granel a voltaje medio o aún alto y éste se baja al
voltaje de utilización según se requiera en el sitio. Los esquemas
de distribución normalmente consisten de cuatro niveles o
menos:
Suministro a granel en HV
Transformación y distribución a granel a MV
Transformación y distribución a granel a LV
Distribución final y utilización a LV
Un sitio puede tener los cuatro niveles o uno solo, dependiendo
de las circunstancias.
Seleccionar un Sistema de Distribución
El esquema de distribución se selecciona de acuerdo con un
número de criterios que incluyen:
Requisitos de disponibilidad de la energía
Tamaño del sitio (área y energía total a ser distribuida)
Distribución de la carga (equipo y densidad de la energía)
Requisitos de flexibilidad de la instalación
En muchas instalaciones pequeñas, la distribución y la
generación se llevan a cabo al voltaje de utilización sin requisitos
de transformación. Sin embargo, para sitios más grandes, las
densidades de alta potencia pueden exigir que la distribución
a MV se emprenda en el sitio, con redes LV individuales más
pequeñas establecidas en el punto de utilización.
La Figura 2.9 muestra un número de posibilidades para la
incorporación de generación de energía en un sistema eléctrico
más grande, como unas instalaciones industriales mayores.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Por claridad, el diagrama se ha simplificado para omitir tales
características como anillo–red MV, etc., que son comunes en
tales situaciones. En Norte América las funciones de
transferencia de potencia generalmente se requiere que se
provean por medio de interruptores de transferencia catalogados
en lugar de pares de interruptores, como se muestra en este
dibujo.
Es este ejemplo el suministro de entrada al predio está a medio
o alto voltaje, típicamente 10–40 kV y éste normalmente lo
disminuye y mide el servicio público en una subestación a
menudo cerca del lindero del sitio. El suministro al cliente
normalmente es de voltaje medio bien sea a 10–14 kV o 20–24
kV dependiendo de la región. Es, por lo tanto, la fuente de
energía primaria y de distribución a varias áreas del sitio, y a
menudo, es de voltaje medio para reducir el tamaño del cable
y las pérdidas. La generación de energía a granel se puede
instalar en este punto – también a medio voltaje – para proveer
energía en Standby a todo el sitio; con la posibilidad de cogeneración y de recuperación de calor. Esto puede involucrar
varios generadores grandes, con una capacidad total de hasta
10 MW o aún más.
Para predios individuales en el mismo sitio, el suministro se
toma a MV y se baja a LV para su utilización en subestaciones
individuales, las cuales pueden tener segregadas las cargas
LV esenciales y no-esenciales. La generación en Standby se
puede proveer a este nivel, a LV y típicamente suministra a las
cargas esenciales sólo durante una interrupción de energía.
Figura 5 – 9. Muestra de Sistema de Distribución HV/MV/LV
El esquema para suministrar a cargas críticas usando un
generador más pequeño para respaldar el sistema generador
a granel también se muestra en este diagrama. Consulte la
sección 5.5 para ver el tratamiento de las conexiones de
aterrizado y del neutro. Consulte la sección 5.6 para obtener
más detalles acerca del conmutador, sus varios tipos y los
accesorios que vienen con los interruptores.
Conexiones Eléctricas
Generalidades
Aislamiento de la Vibración
Todos los conjuntos generadores vibran durante la operación
normal, un hecho sencillo que debe ser tratado. Se diseñan
bien sea con aisladores integrados o todo el patín se monta
sobre aisladores de resorte para permitir el movimiento y aislar
las vibraciones del edificio u otras estructures. El mayor
movimiento también puede ocurrir con el cambio de carga
repentina o en un evento de falla y durante el arranque y
apagado. Por lo tanto, todas las conexiones al conjunto
generador, mecánicas y eléctricas, deben poder absorber el
movimiento de la vibración y los movimientos de
arranque/apagado. Los circuitos de salida de energía, función
de control, anuncios y de accesorios requieren de líneas flexibles
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
trenzadas u conduit flexible entre el conjunto generador y el
edificio, estructura de montaje o cimentación.
Los cables largos y tiesos no proporcionan suficiente habilidad
para doblarse aún siendo considerablemente flexibles. Esto
también es cierto en algunos tipos de conduit, por ejemplo
ciertos conduit a prueba de líquido que son muy tiesos.
También recuerde que los cables o conduit no son compresibles
a lo largo por lo que la flexibilidad en esa dimensión debe
adecuarse con suficiente longitud, compensaciones o dobleces.
Aún más, los puntos de conexión eléctrica en el conjunto
generador – bujes, barras, bloques terminal, etc. – no están
diseñados para absorber estos movimientos y sus esfuerzos
relacionados. Esto es otra vez, especialmente notable en cables
tiesos grandes o conduit “flexible” tieso. El no permitir suficiente
flexibilidad resultará en el daño de gabinetes, líneas, cables,
aislamiento o puntos de conexión.
Nota: Simplemente agregar conduit flexible o cableado puede
no dar la suficiente capacidad de absorber el movimiento de
vibración de un conjunto generador. Los cables y conduit
flexible varían en la flexibilidad y no se dilatan o comprimen.
Esta condición puede tomarse en cuenta incluyendo cuando
menos un doblez entre el gabinete de salida del generador y
la estructura (piso de cemento, canal, pared, etc.) para permitir
el movimiento tridimensional.
Áreas Sísmicas
En áreas con riesgo de sismo, se requieren de prácticas de
instalación eléctrica especiales, incluyendo el montaje sísmico
del equipo. La masa, centro de gravedad y las dimensiones
de montaje del equipo se indican en los dibujos del perfil.
Cableado de Control
El cableado de control CA y CD (al equipo de control remoto
y los anuncios remotos) deben tenderse en conduit separado
de los cables de energía para minimizar la interferencia del
circuito de energía en el circuito de control. Deben usarse
conductores trenzados y una sección de conduit flexible para
las conexiones en el conjunto.
Circuitos del Ramal de Accesorios
Deben proveerse los circuitos ramales para todo el equipo
accesorio necesario para la operación del conjunto generador.
5-18
Estos circuitos deben alimentarse bien sea de las terminales
de carga de un interruptor de transferencia automático o de
las terminales del generador. Los ejemplos de accesorios
incluyen la bomba de transferencia de combustible, bombas
de refrigerante para radiadores remotos y las persianas
motorizadas para la ventilación.
Los circuitos ramal, alimentados del tablero de potencia normal,
deben proveerse para el cargador de batería y los calentadores
de refrigerante, si se usan. Vea la Figura 5–10.
Conexiones de Energía CA en el Generador
Verifique la coincidencia apropiada del número de conductores
por fase y su tamaño con las capacidades de borne publicadas
de los equipos (interruptores de circuito e interruptores de
transferencia).
Un dispositivo de desconexión principal (conmutador/interruptor
de circuito) debe supervisarse y prepararse para activar una
alarma cuando se abra. Algunos proveedores activan una
alarma “no en auto” cuando el CB está abierto.
Las opciones de conexión en el generador pueden incluir lo
siguiente:
Interruptores de Circuito Encapsulados Montados en el
Generador (Termomagnético o Estado Sólido)
Las conexiones se pueden hacer a un interruptor de circuito
montado en el generador. El interruptor de circuito seleccionado
debe contar con la capacidad de interrupción adecuada
basándose en la corriente de corto circuito disponible. Con un
conjunto generador sencillo la corriente de corto circuito
simétrica del primer ciclo máxima disponible típicamente está
en el orden de 8 a 12 veces la corriente nominal. Para un
generador específico es igual a recíproco del generador por
la reactancia sub-transitoria unitaria o 1/X”d. Para el cálculo
use la tolerancia mínima de la reactancia sub-transitoria de los
datos del fabricante del generador específico.
Interruptor de Desconexión (Encapsulado)
Montado en el Generador
Las conexiones se pueden hacer en un interruptor de
desconexión montado en el generador. Esto es permisible
donde el generador incluye medios inherentes de protección
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
de sobre-corriente, como el Power Command. El interruptor
no está pensado para interrumpir corrientes de nivel de falla,
teniendo una capacidad de interrupción suficiente sólo para
las corrientes de carga.
Terminales del Generador
Las conexiones se pueden hacer a las terminales del generador
donde no se requiere de un interruptor de circuito o interruptor
de desconexión montado al generador y donde el generador
incluye un medio inherente de protección de sobrecarga.
ponerse al extremo de la carga de los conductores de suministro
del generador (por ejemplo, interruptores de paralelismo en el
conmutador de paralelismo o interruptor principal en un tablero
de distribución) y aún proveer protección de sobre-carga a los
conductores.
Si el conjunto generador no lo suministra la planta con un
interruptor de línea principal, la ampacidad de los conductores
de fase de CA instalados en campo desde las terminales de
salida del generador al primer dispositivo de sobre-corriente
deben ser cuando menos del 115 % de la corriente nominal
a plena carga, sin las disminuciones por temperatura o altitud.
La ampacidad de los conductores puede ser del 100% de la
corriente a plena carga nominal si el conjunto generador está
equipado con Power Command. El fabricante del conjunto
generador especifica la capacidad línea–amperio de un conjunto
generador específico al voltaje específico requerido. Si se
desconoce, calcúlelo usando una de las siguientes fórmulas:
Donde:
ILÍNEA = Corriente de Línea (A).
kW = Capacidad del generador en kW .
kVA = Capacidad del generador en kVA.
VL–L = Voltaje entre líneas nominal.
Vea los esquemas (a) y (b) en la Figura 5–11. La longitud del
tendido a los conductores del borne del generador al primer
dispositivo de sobre-corriente debe mantenerse tan corta como
sea posible (generalmente no más de 25 – 50 pies).
Figura 5 – 10. Control Típico de Conjunto Generador y Cableado
Accesorio
Conductores de Energía CA
La salida de CA del conjunto generador se conecta a los
conductores instalados en campo dimensionados según lo
requieran las corrientes de la carga, la aplicación y los códigos.
Los conductores de las terminales del generador al primer
dispositivo de sobre-corriente se consideran conductores de
borne y se permite tenderlos por distancias cortas sin protección
de corto circuito. Un interruptor de circuito del generador puede
NOTA: Si el generador se provee con líneas, su tamaño puede
ser menor que el requerido para los conductores instalados
en campo porque las líneas del generador tienen aislamiento
tipo CCXL o similar para alta temperatura de 125 C o más.
Rev. mayo 2010
5-19
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Ejemplo de cálculo: Calcule el porcentaje de caída de voltaje
en 500 pies de cable de cobre 1/0 AWG en conduit de acero
alimentando una carga trifásica, 100 kW, 480 V, (entre líneas)
imponiendo un FP (Factor de Potencia) de 0.91.
Donde:
Figura 5 – 11. Ampacidad del Alimentador
Si el conjunto generador está equipado de planta con un
interruptor de circuito para la línea principal, la ampacidad de
los conductores de fase CA instalados en campo y conectados
a las terminales de carga del interruptor de circuito deben ser
iguales o mayores a la capacidad del interruptor de circuito.
Vea el Esquema (c) en la Figura 5–11.
La ampacidad mínima del conductor neutro generalmente se
permite que sea igual o mayor al desbalanceo de la carga
monofásica máxima calculada. Donde una porción significativa
de la carga sea no-lineal, el neutro debe dimensionarse de
acuerdo con la corriente neutra anticipada pero nunca menos
al 100% nominal. El neutro del generador suministrado por
Cummins Power Generation es igual en ampacidad que los
conductores de fase.
Z = Impedancia del conductor
R = Resistencia del conductor
X = Reactancia del conductor
L = Longitud del conductor en pies
N = Número de conductores por fase
fp = Factor de potencia
R = 0.12 /1000 ft (NEC Capítulo 9, Tabla
9, Resistencia para conductores de cobre
1/0 AWG en conduit de acero).
X = 0.055 /1000 ft (NEC Capítulo 9, Tabla 9,
Resistencia para conductores de cobre
1/0 AWG en conduit de acero).
Nota: El cable de voltaje medio (más de 600 VCA) deben
instalarlo y terminarlo exactamente como lo recomienda el
fabricante del cable, personas que hayan aprendido los
procedimientos a través de la capacitación y la práctica bajo
una supervisión estricta.
Cálculos de la Caída de Voltaje
La impedancia del conductor debida a la resistencia y reactancia
hacen que el voltaje caiga en el circuito CA. Para obtener el
rendimiento esperado del equipo de carga, los conductores
comúnmente deben dimensionarse para que el voltaje no caiga
más de un 3% en un ramal o circuito alimentador o más del
5% en total entre la caída del servicio y el equipo de carga.
Si bien los cálculos exactos son complejos, se pueden lograr
aproximaciones cercanas y razonables usando la siguiente
relación:
5-20
Desbalanceo Permisible en Carga Monofásica
Las cargas monofásicas deben distribuirse tan uniformes como
sea posible entre las tres fases de un conjunto generador
trifásico para utilizar plenamente la capacidad nominal (kVA y
kW) del conjunto y para limitar el desbalanceo del voltaje. La
Figura 5–12 se puede usar para determinar el porcentaje
máximo permisible de carga monofásica desbalanceada, como
se ilustra en el cálculo del ejemplo.
La energía monofásica puede tomar hasta el 67 % de la
capacidad trifásica en conjuntos generadores de Cummins
Power Generation, hasta los 200/175 kW.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Generalmente, el conjunto generador más grande, puede tomar
el menor porcentaje de energía monofásica. La Figura 5–12
incluye las líneas de porcentaje monofásico para generadores
Cummins Power Generation de tamaño intermedio Marco 4 y
Marco 5. Confirme el tamaño del marco consultando la Hoja
de Datos del Alternador pertinente con referencia de la Hoja
de Especificaciones del conjunto generador. El desbalanceo
de carga monofásica no debe exceder del 10 %.
1. Encuentre la carga trifásica como un porcentaje de la
capacidad en kVA del generador: Porcentaje de Carga
Trifásica = (62 kVA/125 kVA) • 100% = 50%
2. Encuentre el porcentaje de carga monofásica permisible,
como se muestra con las flechas en la Figura 5–12. En este
caso, aproximadamente el 34 % de la capacidad trifásica.
3. Encuentre la carga monofásica máxima: Carga Monofásica
Máxima = [(125 kVA • 34%) / 100%] = 42.5 kVA
4. Fíjese, como sigue, que la suma de las cargas trifásicas y
las monofásicas máximas permisibles es menos que la
capacidad en kVA del conjunto generador:
62 kVA + 42.5 kVA = 104.5 kVA
y
104.5 KVA < 125 kVA (Capacidad del Conjunto Generador)
NOTA: El desbalanceo de la carga en un conjunto generador
causa voltajes de fase desbalanceados. Los niveles de
desbalanceo de cargas anticipadas por estos lineamientos no
deben resultar en daños en el propio conjunto generador. Los
niveles de desbalanceo de voltaje correspondientes, sin
embargo, pueden no ser aceptables para cargas como los
motores trifásicos.
CARGA TRIFÁSICA COMO PORCENTAJE DE LA CAPACIDAD
EN kVA TRIFÁSICA
Figura 5 – 12. Carga Monofásica Desbalanceada Permisible
(Generador Típico Trifásico de Cummins Power Generation)
Ejemplo de cálculo: Encuentre la carga monofásica máxima
que se puede energizar junto con una carga trifásica total de
62 kVA por un conjunto generador de 100 kW/125 kVA.
Debido a los voltajes de fase desbalanceados, las cargas
críticas deben conectarse a la fase que el regulador de voltaje
usa como voltaje de referencia (L1–L2 como se define en el
esquema del conjunto generador) cuando se usa sólo una fase
como referencia.
Carga con Factor de Potencia Adelantado
Los conjuntos generadores trifásicos se catalogan para
operación continua a FP 0.8 (atrasado) y pueden operar por
periodos cortos a menor factor de potencia, como cuando se
arrancan los motores eléctricos. Las cargas reactivas qua
causan un factor de potencia adelantado pueden proporcionar
energía de excitación al alternador, y si es suficientemente alta,
pueden hacer que el voltaje del alternador suba sin control,
dañando el alternador o las cargas o disparando el equipo de
protección. La Figura 5–13 es una curva típica del alternador
de la capacidad de potencia reactiva (kVAR). Un lineamiento
razonable es que un conjunto generador puede soportar hasta
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5-21
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
el 10 % de su capacidad nominal de kVAR en cargas con
factor de potencia adelantado sin dañarse o perder el control
del voltaje de salida.
Las fuentes más comunes de factor de potencia adelantado
son los sistemas UPS con cargas ligeras con filtros de entrada
y los dispositivos de corrección de factor de potencia para los
motores. Cargar el conjunto generador con cargas con factor
de potencia atrasado antes de las cargas con factor de potencia
adelantado puede mejorar la estabilidad. También es
recomendable encender y apagar los capacitores de corrección
de factor de potencia con la carga. Generalmente no es práctico
sobredimensionar un conjunto generador (reduciendo así el
porcentaje de carga no-lineal) para corregir este problema.
Aterrizado del Sistema y Equipo
Lo siguiente es una descripción general del aterrizado del
sistema y del equipo para generadores de CA permanentemente
instalados en un edificio. Si bien está pensado como una guía,
es importante seguir el código eléctrico local.
Sistema de Aterrizado
El aterrizado del sistema es el aterrizado intencional del punto
neutro de un generador conectado en estrella, la esquina de
un generador conectado en delta o el punto intermedio de un
devanado monofásico de un generador conectado en delta a
tierra. Es más común aterrizar el punto neutro de un generador
conectado en estrella y sacar el neutro (conductor de circuito
aterrizado) en un sistema trifásico de cuatro hilos.
Un sistema delta aterrizado en la esquina tiene un conductor
de circuito aterrizado que no es neutro. También tiene un
“ramal loco” que se debe identificar con código naranja y
conectarse al polo central de un equipo trifásico.
Aterrizado solido
Un sistema aterrizado sólidamente es aterrizado con un
conductor (el conductor electrodo de aterrizado) sin ninguna
impedancia intencional a tierra (electrodo de aterrizado). Este
método se usa típicamente y lo exige el código eléctrico en
todos los sistemas de bajo voltaje (600 V y menos) con un
conductor de circuito aterrizado (más a menudo un neutro)
que le da servicio a las cargas L–N.
5-22
Figura 5–13. Curva de Capacidad de Potencia Reactiva de
Alternador de Estado Estable Típica
El aterrizado correcto en sistemas Standby que están aterrizados
sólidamente es una función del equipo del interruptor de
transferencia usado (neutro directo o neutro conmutado). Vea
la Figura 5–14.
Cuando se embarca, la terminal neutra de un generador
Cummins Power Generation no está conectada a tierra. Si el
generador es una fuente de potencia derivada por separado
(es decir, interruptor de transferencia de 4 polos) entonces el
electricista que lo instala tiene que conectar el neutro a tierra
y conectar un conductor electrodo de aterrizado al sistema.
Si el neutro del generador se conecta a un neutro aterrizado
suministrado por el servicio, típicamente al bloque neutro de
un interruptor de transferencia de 3 polos, entonces el neutro
del generador no debe aterrizarse en el generador. En este
caso, el código eléctrico puede requerir una seña para ser
colocada en el suministro del servicio indicando que el neutro
del generador está aterrizado en ese lugar.
Aterrizado de la Impedancia (Resistencia)
Una resistencia de aterrizado se instala permanentemente en
el circuito desde el punto neutro del generador al electrodo
de aterrizado. Este método ocasionalmente se usa en sistemas
trifásicos de tres hilos (sin conductor de circuito aterrizado)
operando a 600 V o menos, donde se desea mantener la
continuidad de la energía con el primero y sólo la falla a tierra
accidental. Los transformadores delta-estrella pueden usarse
en el sistema de distribución para derivar un neutro para el
equipo de carga de línea al neutro.
Típicamente, un sistema de aterrizado de alta resistencia de
bajo voltaje usa una resistencia de aterrizado dimensionada
para limitar la corriente de falla a tierra, en el voltaje de línea
a neutro, a 25, 10 o 5 A nominales (rango de tiempo continuo).
Los sistemas de detección de falla a tierra y de alarma también
se instalan típicamente.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
en sistemas trifásicos de tres hilos (conductor de circuito sin
aterrizar) operando a 600 V o menos, donde se requiere o es
deseable mantener la continuidad de la energía con una falla
a tierra y los electricistas de servicio calificados están en el
sitio. Un ejemplo sería suministrar una carga de un proceso
crítico. Los transformadores delta-estrella se pueden usar en
el sistema de distribución para derivar un neutro para el equipo
de carga de línea a neutro.
Figura 5 – 14. Diagramas Unifilares Típicos de Métodos de
Aterrizado del Sistema Alterno
Seleccione una resistencia de aterrizado basándose en:
1. Voltaje: Voltaje entre fases (voltaje del sistema) dividido por
la raíz cuadrada de los tres (1.73).
2. Corriente: Suficientemente baja para limitar el daño pero
suficientemente alta para que opere confiablemente el
relevador de protección.
3. Tiempo: Muy a menudo 10 segundos para sistemas con
relevador de protección y tiempo prolongado para sistemas
sin relevador.
NOTA: El aterrizado de baja resistencia se recomienda en
sistemas generadores que operen desde los 601 hasta los
15,000 V para limitar el nivel de corriente de falla a tierra (más
a menudo 200–400 Amps.) y dar el tiempo para la coordinación
selectiva del relevado de protección. Vea la Figura 5 – 15 y
Aterrizado de Voltaje Medio.
Sin Aterrizar
No se hace ninguna conexión intencional entre el sistema de
generador de AC y tierra. Este método ocasionalmente se usa
Aterrizado del Equipo
El aterrizado del equipo es la unión y conexión a tierra de todo
el conduit metálico que no lleva corriente (durante la operación
normal), gabinetes del equipo, marco del generador, etc. El
poner a tierra el equipo proporciona una permanente trayectoria
eléctrica continua, de baja impedancia de regreso a la fuente
de energía. El aterrizado apropiado prácticamente elimina el
“potencial de toque” y facilita el restablecimiento de dispositivos
de protección durante las fallas a tierra. Un puente de conexión
principal en la fuente une el sistema de aterrizado del equipo
al conductor del circuito aterrizado (neutro) del sistema AC en
un solo punto. En el marco del alternador se ofrece un lugar
de conexión de tierra, o si se cuenta con un interruptor de
circuito montado en el conjunto, se ofrece una terminal de
aterrizado dentro del gabinete del interruptor de circuito. Vea
la Figura 5–16.
Coordinación Selectiva
La coordinación selectiva es la depuración positiva de una falla
de corto circuito a todos los niveles de la corriente de falla por
el dispositivo de sobre-corriente inmediatamente en el lado de
la línea de la falla y sólo con ese dispositivo. La “depuración
de perturbaciones” de una falla por los dispositivos de sobrecorriente antes del más cercano a la falla causa una interrupción
innecesaria de los ramales sin falla en el sistema de distribución
y pueden causar que el sistema de emergencia arranque
innecesariamente.
Las fallas de energía eléctrica incluyen fallas externas, como
la interrupción del servicio público o la reducción de voltaje
y fallas internas dentro de un sistema de distribución del edificio,
como una falla de corto circuito o la sobrecarga que causa
que un dispositivo de protección de sobre-corriente abra al
circuito. Como los sistemas generadores de emergencia y
Standby están pensados para mantener la energía para cargas
críticas seleccionadas, el sistema de distribución eléctrico debe
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5-23
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
diseñarse para maximizar la continuidad de la energía en el
caso de una falla dentro del sistema. El sistema de protección
de sobre-corriente por lo tanto debe coordinarse selectivamente.
La protección de sobre-corriente para el equipo y los
conductores que son parte del sistema de energía de
emergencia o Standby, incluyendo el generador en el lugar,
deben seguir los códigos eléctricos pertinentes. Sin embargo,
donde el sistema de energía de emergencia le da servicio a
cargas que son críticas para la seguridad de la vida, como en
los hospitales o edificios altos, se le debe dar más prioridad
al mantenimiento de la continuidad de la energía que a la
protección del sistema de emergencia. Por ejemplo, sería más
apropiado tener una indicación sólo-de-alarma de una
sobrecarga o falla a tierra que hacer que un interruptor de
circuito abriera para proteger el equipo si el resultado fuera la
pérdida de la energía de emergencia a las cargas críticas para
la seguridad de la vida.
Figura 5–16. Sistema Típico y Conexiones de Aterrizado del
Equipo en el Equipo de Servicio Público.
Para los propósitos de la coordinación, es importante la corriente
de corto circuito disponible en los primeros ciclos de un conjunto
generador. Esta corriente es independiente del sistema de
excitación y depende solamente de las características
magnéticas y eléctricas del propio generador. La corriente
trifásica de corto circuito simétrica, trifásica del primer ciclo
total máxima (ISC) disponible de un generador en sus terminales
es:
ISC P.U. = 1
X”d
EAC es el voltaje de circuito abierto y X”d es la reactancia subtransitoria del eje directo unitaria del generador. Un generador
típico Cummins Power Generation entrega de 8 a 12 veces si
corriente nominal en una falla total trifásica, sin importar el tipo
de sistema de excitación usado. (Consulte las Hojas de
Especificación del conjunto generador y las hojas de datos del
alternador para X”d).
Figura 5–15. Sistema de Aterrizado de Baja Resistencia Típico
para un Conjunto Generador de Voltaje Medio y Equipo de
Transferencia de Carga.
5-24
Las reactancias del generador se publican por unidad para
una capacidad del alternador base especificada. Los conjuntos
generadores, sin embargo, tienen varias capacidades base.
por lo tanto, para convertir las reactancias unitarias de la base
del alternador a la base del conjunto generador use la siguiente
fórmula:
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Protección de Falla y Sobre-Corriente
en Conjuntos Generadores
Ejemplo del Cálculo: Encuentre X”d (reactancia subtransitoria
del alternador) para el conjunto generador diesel Cummins
Power Generation 230DFAB de 230kW/288 kVA a 277/480
VCA. El Boletín S–1009a para este modelo hace referencia a
la Hoja de Datos del Alternador No. 303. El ADS No. 303 indica
que X”d = 0.13 para el alternador en un punto de capacidad
a plena carga de 335 kW/419 kVA y 277/480 VCA (elevación
de temperatura de 125 C). Sustituyendo estos valores en la
siguiente ecuación:
Recomendaciones de Localización del Equipo
Se recomienda para la coordinación selectiva que los
interruptores de transferencia se localicen en el lado de la carga
del dispositivo de sobre-corriente del circuito ramal, donde sea
posible, en el lado de la línea de un tablero de circuito del
ramal. Con el interruptor de transferencia localizado en el lado
de la carga del dispositivo de sobre-corriente del circuito ramal,
las fallas en el lado de la carga del interruptor de transferencia
no resultan en ramales sin falla del sistema de emergencia que
se está transfiriendo al generador junto con el ramal con falla.
Esta recomendación es consistente con las recomendaciones
para la confiabilidad total para localizar físicamente los
interruptores de transferencia tan cerca al equipo de la carga
como sea posible y, de dividir las cargas del sistema de
emergencia en circuitos tan pequeños como sea práctico
usando múltiples interruptores de transferencia.
Una segunda recomendación es la de usar un generador
permanente (excitación con PMG) para liberar positivamente
los interruptores de circuito encapsulados del ramal de la misma
capacidad de corriente pero de diferentes características
tiempo–corriente.
Dimensionamiento del Interruptor de Circuito del
Generador de la Línea Principal
Dimensionar un interruptor de circuito del generador de línea
principal normalmente sigue uno de tres enfoques:
El enfoque más común es el de dimensionar el interruptor de
circuito igual a la capacidad del interruptor de circuito o a la
siguiente de la de corriente de plena carga del generador. Por
ejemplo, un interruptor de circuito de 800 A se seleccionaría
para un generador de capacidad de corriente de plena carga
de 751 A. La ventaja de este enfoque es la de costo; los cables
y el tablero de distribución o interruptor de transferencia se
pueden dimensionar para la capacidad del interruptor de 800
A. Si el interruptor de circuito es de capacidad estándar (80 %
continuo) puede abrir automáticamente a niveles menores de
la capacidad de corriente de plena carga del generador. Sin
embargo, el conjunto generador no es posible que se opere
cerca o a plena carga de kW y al factor de potencia nominal
lo suficiente para disparar el interruptor en el uso real.
Alternativamente, un interruptor de circuito de 800 A al 100%
se puede usar para que tome 800 A continuamente.
Un segundo enfoque usando interruptores de circuito de
capacidad estándar (80% continuo) es sobredimensionar el
interruptor de circuito 1.25 veces la corriente de plena carga
del generador. Por ejemplo, un interruptor de circuito se
seleccionaría para un generador con una capacidad de corriente
de plena carga de 751 A (751 A x 1.25 = 939 A, la siguiente
capacidad del interruptor estándar mayor es igual a 1000 A).
Un interruptor seleccionado de esta manera no debe dispararse
bajo los kW de plena carga al factor de potencia nominal (kVA
nominal). La desventaja de este enfoque es que los cables y
el tablero de distribución o interruptor de transferencia
necesitarían dimensionarse más cuando menos a 1000 A.
Si bien un tercer enfoque es el dimensionar el interruptor de
circuito como resultado de los cálculos de diseño para un
alimentador y su dispositivo de sobre-corriente – reconociendo
que el propósito principal del interruptor de circuito es el de
proteger los conductores del alimentador. La ampacidad del
alimentador y la capacidad del dispositivo de sobre-corriente
se calculan sumando las corrientes de carga de los circuitos
Rev. mayo 2010
5-25
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
ramales multiplicados por cualquier factor de demanda (FD)
pertinente que permitan los códigos eléctricos aplicables. Sin
permitir capacidad futura, la ampacidad del alimentador
requerida mínima para una aplicación típica de un conjunto
generador involucrando tanto cargas de motor como de nomotor debe ser igual o exceder:
1.25 x corriente de carga de no-motor continua, más
1.0 x DF (factor de demanda) x corriente de carga nocontinua, no-motor, más
1.25 x corriente de plena carga del motor más grande, más
1.00 x suma de corrientes de plena carga de los demás
motores.
Como el conjunto generador está dimensionado tanto para el
arranque de la carga (desboque) como para la operación, y
también puede estar dimensionado para incluir la capacidad
futura, la corriente de plena carga del conjunto generador
puede ser mayor que la ampacidad calculada de los conductores
del alimentador del generador y el interruptor de circuito. Si
este es el caso, considere aumentar tanto la ampacidad del
conductor alimentador como la capacidad del interruptor de
circuito para que éste no se dispare a la corriente de placa
total del generador. Este también proporcionaría capacidad
futura para la adición de circuitos ramales.
NOTA: La ampacidad del conductor alimentador está regulada
y determinada por los códigos, tales como el NFPA o CSA.
Si bien se basan en la capacidad del generador y el CB, también
se aplican otros factores críticos. Consulte los códigos
pertinentes para obtener la dimensión del conductor alimentador
correcto.
Cuando un conjunto generador está sujeto a una falla de fase
a tierra, o algunas fallas entre fases, suministra varias veces
más la corriente nominal, sin importar el tipo de sistema de
excitación. Generalmente, esto dispara el elemento magnético
del interruptor de circuito del ramal y elimina la falla. Con un
conjunto generador auto-excitado, existen instancias de fallas
trifásicas y ciertas fallas entre fases donde la corriente de salida
del generador inicialmente sube a un valor cerca de 10 veces
la corriente nominal, y luego rápidamente decae a un valor
muy por abajo de la corriente nominal en cuestión de ciclos.
Con un conjunto generador sostenido (PMG), las corrientes
de falla iniciales son las mismas, pero la corriente decae a una
de corto circuito sostenida que va de cerca de 3 veces la
corriente nominal para una falla trifásica a cerca de 7-1/2 veces
la corriente nominal para una falla de fase a tierra.
La caída de la corriente de falla de un generador auto-excitado
requiere que los interruptores de circuito del ramal se destraben
y liberen en 0.025 segundos durante los cuales fluye la corriente
máxima. Un interruptor de circuito de ramal que no dispara y
libera una falla puede causar que el generador auto-excitado
se colapse, Interrumpiendo la energía a los ramales sin falla
del sistema de emergencia. Un generador sostenido (PMG)
no se colapsa y tiene la ventaja de proporcionar cerca de tres
veces la corriente nominal por varios segundos, los cuales
deben ser suficientes para liberar los interruptores de circuito
del ramal.
NOTA: Las pruebas a plena carga prolongadas pueden disparar
el interruptor de circuito de línea principal dimensionado a la
capacidad de plena carga del conjunto generador o más.
Al usar las capacidades de corriente de plena carga del conjunto
generador y del interruptor de circuito del ramal, el siguiente
método determina si un interruptor de ramal se dispara con
una falla trifásica o simétrica entre fases. El método sólo
determina si es posible el disparo bajo condiciones de corto
circuito con la corriente de falla disponible, y no garantiza el
disparo para todos los valores de la corriente de falla (en fallas
por arco, por ejemplo, donde la impedancia de falla es alta).
Fuentes de Energía con Generador
Cuando la energía para el sistema de emergencia la provee un
conjunto generador, es necesario contar con interruptores de
circuito de ramal (normalmente del tipo encapsulado) con una
alta probabilidad de disparo, sin importar el tipo de falla que
pudiera ocurrir en un circuito ramal.
Como la mayoría de las gráficas de interruptor de circuito
expresan la corriente como un porcentaje de la capacidad del
interruptor, la corriente de falla disponible debe convertirse a
un porcentaje de la capacidad del interruptor de circuito. Use
la siguiente fórmula para determinar la corriente de falla
disponible como un porcentaje de la capacidad del interruptor
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Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
de circuito (CB) para un generador CA capaz de entregar 10
veces la corriente nominal inicialmente (X”d = 0.10), ignorando
la impedancia del circuito entre el generador y el interruptor:
Corriente de Falla como
% de capacidad del CB
Considere el efecto de una falla (corto circuito) en un interruptor
de circuito de ramal de 100 A cuando un conjunto generador
suministra energía teniendo una corriente nominal de 347 A.
En este ejemplo, la corriente de falla disponible para los primeros
0.025 segundos, sin importar el sistema de excitación, es:
Corriente de Falla como
% de capacidad del CB
Si el generador CA es del tipo que puede sostener tres veces
la corriente nominal, use la siguiente fórmula para determinar
la corriente disponible aproximada como un porcentaje de la
capacidad del interruptor de circuito:
Corriente Sostenida como
% de capacidad del CB
Las Figuras 5–17 y 5–18 muestran los resultados con dos
interruptores de circuito encapsulados termo magnéticos de
100 A teniendo diferentes características de disparo, “A” y “B”.
Con la característica de disparo “A” (Figura 5–17), la corriente
de falla inicial del 3470% dispara el interruptor en un lapso de
0.025 segundos. Con la característica de disparo “B” (Figura
5–18), el interruptor puede no dispararse con el 3470% de la
corriente disponible inicialmente, pero se dispara
aproximadamente en tres segundos si la corriente de falla se
mantiene al 1040% de la capacidad del interruptor (tres veces
la capacidad del generador). La conclusión es que un generador
permanente (PMG) ofrece la ventaja de proporcionar suficiente
corriente de falla para liberar los interruptores de circuito del
ramal.
NOTA: La siguiente exposición se aplica para instalaciones de
un solo generador, 2000 kW y menos. Consulte la publicación
T – 016 de Cummins Power Generation, Paralelismo y
Conmutadores de Paralelismo, para obtener los requisitos de
protección de generadores múltiples en paralelo.
Protección de Sobre-carga de los Generadores
En bajo voltaje (600 V y menos) las aplicaciones de
emergencia/Standby donde se les da servicio a cargas críticas
y el conjunto generador opera un número relativamente pequeño
de horas al año, deben satisfacerse los requisitos de protección
mínimos de los códigos eléctricos pertinentes.
Más allá de eso, el ingeniero de especificaciones debe considerar
la concertación entre la protección del equipo y la continuidad
de la energía a las cargas críticas, y puede decidir proporcionar
más del nivel mínimo de protección.
En aplicaciones de potencia primaria de bajo voltaje o
interrumpible, la pérdida de potencia que resultara de la
operación de los dispositivos de protección puede ser tolerable,
y por lo tanto, sería apropiado un mayor nivel de protección
del equipo.
Zona de Protección
La zona de protección para los generadores incluye al generador
y los conductores desde las terminales del generador al primer
dispositivo de sobre-corriente; un dispositivo de sobre-corriente
de la línea principal (si se usa) o la barra del dispositivo de
sobre-corriente alimentador. La protección de sobre-corriente
para el generador debe incluir la protección para fallas de corto
circuito en cualquier parte dentro de esta zona.
La aplicación del generador, su sistema de excitación y el
voltaje de operación, determinan el alcance de la protección
de sobrecarga proporcionada por los generadores y los
dispositivos de protección usados.
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5-27
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 5–17. Efecto de la Falla en un Interruptor de 100 A
con Característica de Disparo “A”.
Figura 5–18. Efecto de la Falla en un Interruptor de 100 A
con Característica de Disparo “B”.
En el lado posterior de la barra alimentadora, se aplica la
práctica estándar para la protección de sobre-corriente de los
conductores y el equipo. La relación de la corriente nominal
del generador a la capacidad de los dispositivos de sobrecorriente posteriores, multiplicada por la corriente de corto
circuito disponible del generador en los primeros pocos ciclos,
debe ser suficiente para disparar estos dispositivos en uno o
dos ciclos.
Interruptor de Circuito del Generador
La práctica convencional en generadores sin protección de
sobre-corriente inherente es la de proporcionar un interruptor
de circuito encapsulado (MCCB), bien sea termo magnético
o de estado sólido, dimensionado para proteger los conductores
alimentadores del generador, para satisfacer los requisitos del
código eléctrico para la protección de sobre-carga de generador.
Sin embargo, un MCCB termo magnético típico dimensionado
para tomar la corriente nominal del generador no ofrece una
protección efectiva al generador. Generalmente, si se usan
interruptores de circuito para la protección del generador, se
requiere de un interruptor de circuito de estado sólido con
ajustes completos (Acción Lenta, Acción Rápida e Instantánea,
LSI) para coordinar la curva de protección del interruptor dentro
de la curva de capacidad térmica del generador. Donde el
generador está protegido con un diseño inherente, como los
generadores con PowerCommand AmpSentry™, no se requiere
el uso de un interruptor de circuito de línea principal para la
protección de sobrecarga del generador.
Sistemas de Emergencia/Standby de 600 V y Menos
Se recomienda la protección mínima de sobre-carga del
generador requerida por los códigos eléctricos aplicables para
aplicaciones de Emergencia/Standby de 600 V y menos.
Típicamente, esto quiere decir que el generador debe contar
con dispositivos de sobre-corriente de fase tales como fusibles
o interruptores de circuito o protegerse con un diseño inherente,
como el PowerCommand AmpSentry™. En algunas
aplicaciones, el código eléctrico también puede requerir que
se indique la falla a tierra.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Existen otras razones para considerar el uso de un interruptor
de circuito; incluyendo proteger los conductores alimentadores
del generador y, para tener un medio de desconexión. Para
mejorar la confiabilidad total del sistema, se puede proporcionar
un medio de desconexión con un interruptor encapsulado u
otro medio no-automático.
Diseño Inherente, Fallas Balanceadas
Un generador auto-excitado (en derivación) se puede considerar
que está protegido por el diseño inherente ya que no es capaz
de sostener una corriente de corto circuito permanente en
fallas trifásicas balanceadas lo suficiente para que ocurra un
daño serio al generador. Considerando la necesidad de la alta
confiabilidad de energía para las cargas críticas, el uso de la
excitación derivada algunas veces se considera suficiente para
satisfacer la protección mínima del generador requerida por el
código eléctrico con el diseño inherente y hacer innecesarios
los dispositivos de protección de sobre-corriente del generador
(fusibles o interruptores de circuito).
Nota: En los EE.UU. el código eléctrico permite que los
conductores del alimentador del generador, apropiadamente
dimensionados al 115 por ciento de la corriente nominal del
generador, se tiendan en distancias cortas sin protección de
sobre-corriente para los conductores.
Un generador con excitación PMG, pero sin el PowerCommand,
es capaz de sostener la corriente de corto circuito con una
falla desbalanceada o balanceada. Si los dispositivos de sobrecorriente posteriores del generador no liberaran una falla de
corto circuito trifásico balanceada, el sistema de excitación
PMG incluye una función de apagado de sobre-excitación que
serviría como “respaldo”. Esta función de sobre-excitación
apaga e regulador de voltaje después de cerca de 8 a 10
segundos. Esta protección de respaldo es adecuada sólo para
fallas trifásicas y puede no proteger que se dañe el generador
debido a fallas monofásicas.
1 La curva de protección del PowerCommand AmpSentry está disponible con los representantes
de Cummins Power Generation, forma de orden R – 1053.
Controles PowerCommand y AmpSentry
El PowerCommand usa un microcontrolador (microprocesador)
con sensores de corriente trifásicos para monitorear
continuamente la corriente en cada fase. Bajo condiciones de
falla mono o trifásica, la corriente se regula aproximadamente
al 300 por ciento de la capacidad del generador.
El microcontrolador integra la corriente c. el tiempo y compara
el resultado con una curva almacenada de daño térmico del
generador. Antes de alcanzar la curva de daño, el
microcontrolador protege al generador apagando la excitación
y el motor de combustión. La Figura 5–19 muestra la curva
de protección1 AmpSentry como se dispone para usarse en
estudios de protección y coordinación. La curva de daño
térmico del alternador se muestra a la derecha de la curva de
protección AmpSentry. Una corriente de sobrecarga del 110%
de la nominal por 60 segundos causa una alarma de sobrecarga
y la operación de los contactos de discriminación de carga.
Una sobrecarga de más del 110% activa la respuesta de
protección en un momento determinado por la curva de
protección de tiempo inverso. Estos controles ofrecen la
protección del generador sobre la gama completa de tiempo
y corriente, desde cortos circuito instantáneos, tanto mono
como trifásicos, hasta sobrecargas de varios minutos de
duración. En términos de la coordinación selectiva una ventaja
importante del AmpSentry contra un interruptor de circuito
principal es que el AmpSentry incluye una espera inherente de
cerca de 0.6 segundos para todas las corrientes de falla arriba
de 4 por unidad. Esta espera permite la respuesta instantánea
de los interruptores posteriores para liberar las fallas sin disparar
el generador fuera de línea, proveyendo la coordinación selectiva
con el primer nivel de interruptores posteriores.
Indicación/Protección de Falla a Tierra
En los EE.UU., el código eléctrico exige una indicación de una
falla a tierra en generadores de emergencia y Standby (seguridad
de la vida) que están aterrizados directamente, operando a
más de 150 V a tierra, y con dispositivos de sobre-corriente
principal de 1000 A o más. Si se requiere, la práctica estándar
en aplicaciones de emergencia/Standby es la de proporcionar
una indicación de enclave sólo de una falla a tierra, y no para
disparar un interruptor de circuito. Aunque se puede proporcionar
la protección a la falla de tierra del equipo que abre un interruptor
de circuito del generador principal, el código no la requiere ni
se recomienda en generadores de emergencia (seguridad de
la vida).
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
La operación apropiada de los sensores de falla a tierra en los
conjuntos generadores típicamente requiere que el generador
esté derivado por separado y el uso de un interruptor de
transferencia de 4 polos (neutro conmutado)2.
Potencia Primaria e Interrumpible, 600 V y Menos.
La protección de sobre-corriente del generador requerida por
el código eléctrico de Norte América se recomienda para
aplicaciones de potencia primaria e ininterrumpible de 600 V
y menos. Típicamente, esto quiere decir que el generador debe
contar con dispositivos de sobre-corriente de fase tales como
fusibles o interruptores de circuito o estar protegido con un
diseño inherente.
Las unidades equipadas con el control PowerCommand con
AmpSentry proporcionan esta protección. Si se desea un nivel
más alto de protección, PowerCommand también ofrece las
siguientes protecciones inherentes en todas las fases:
Corto circuito
Sobre voltaje
Bajo voltaje
Pérdida del campo
Potencia invertida
Como se establece previamente, el control PowerCommand
con AmpSentry proporciona la protección a la sobre-corriente
y a la pérdida de campo inherente en su diseño.
Medio Voltaje, Todas las Aplicaciones
En aplicaciones de medio voltaje (601 – 15,000 V), la práctica
estándar de proporcionar protección al generador típicamente
no compromete la confiabilidad del suministro de energía ya
que la selectividad de los dispositivos se puede lograr. El costo
de la inversión en el equipo también garantiza un mayor nivel
de protección. La protección mínima básica incluye (vea la
Figura 5–20):
Detección de sobre-corriente de respaldo trifásica (51 V)
Un relevador de tiempo–sobre-corriente a tierra de respaldo
(51 G)
Detección de pérdida de campo (40)
Detección de sobre-corriente instantánea trifásica para
protección diferencial (87).
NOTA: Consulte el Estándar ANSI/IEEE No. 242 para obtener
información adicional acerca de la protección de sobre-corriente
de estos generadores.
CORRIENTE EN MÚLTIPLOS DE LA CAPACIDAD
DEL CONJUNTO GENERADOR
Figura 5–19. Control PowerCommand® AmpSentry™ Curva
de Característica Tiempo Sobre Corriente Más Curva de Daño
al Alternador. (Nota: Esta curva se aplica a todos los Conjuntos
Generadores Cummins PowerCommand®).
2 Vea la publicación T–016 de Cummins Power Generation, Paralelismo y Conmutador
de Paralelismo.
5-30
Protección a Picos de Generadores de Medio Voltaje
Se debe considerar la protección de los generadores de medio
voltaje contra los picos de voltaje causados por descargas de
rayos en las líneas de distribución y en las operaciones de
conmutación. La protección mínima incluye:
Protectores de línea en las líneas de distribución.
Protectores de picos en las terminales del generador.
Capacitadores de picos en las terminales del generador.
Estricta adherencia a las prácticas correctas de aterrizado.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 5 – 20. Esquema Típico de Protección
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5-31
CAPÍTULO 6 ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
6 – DISEÑO MECÁNICO
Cimentación y Montaje
Montaje del Conjunto Generador y Aislamiento de Vibraciones
Medidas de la Cimentación
Piso de Losa
Estructuras o muelles de carga
Cimentación para el Aislamiento de la Vibración
Aisladores de Vibración
Aisladores de almohadilla
Aisladores de Resorte
Aisladores de Aire
Aisladores usados en zonas sísmicas
Resistencia a Terremotos
Protección Contra Tirones del Cableado de Energía y Control
Sistema de Escape
Lineamientos Generales para el Sistema de Escape
Cálculos para el Sistema de Escape
Ejemplo de Cálculo de Contrapresión del Escape (Unidades US)
Enfriamiento del Motor
Requerimientos
Todos los Sistemas
Todas las Instalaciones con Intercambiador de Calor
Todas las Instalaciones con Sistema de Enfriamiento No Suministrado por Planta
Recomendaciones
Todas las Instalaciones con Intercambiador de Calor
Todas las Instalaciones con Sistema de Enfriamiento No Suministrado por Planta
Generalidades
Tipos de Sistemas de Enfriamiento
No Post-Enfriados
Postenfriamiento con Camisa de Agua (JWAC)
Postenfriamiento Aire-Aire (ATA)
Sistemas de Enfriamiento de Una Bomba Dos Circuitos (1P2L)
Sistemas de Enfriamiento de Dos Bombas Dos Circuitos (2P2L)
Sistemas de Enfriamiento Suministrados por Planta
Radiador Montado en el Conjunto
Intercambiador Montado en el Conjunto
Cálculos
Sistemas de Enfriamiento No Suministrados por Planta
Determinando la Estrategia para el uso de Enfriamiento Remoto
Determinando el cabezal Estático sobre la Bomba de Refrigerante del Motor
Determinando el cabezal de Fricción Externo al motor sobre la Bomba de Refrigerante del Motor
Requisitos Generales para Todos los Sistemas de Enfriamiento No Suministrados por Planta
Conexiones y Tubería del Sistema
Radiador Remoto
Intercambiador de Calor Remoto
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Sistemas de Intercambiador de Calor Doble
Requisitos del Tanque de Deareación
Baja de Nivel y Expansión
Venteo
Llenado
Limpieza del Sistema
Enfriamiento del Combustible
Interconexión de Sistemas de Enfriamiento
Refrigerante
Calentadores de Refrigerante
Altitud y Temperatura Ambiente
Temperatura Ambiente Limitante del Sistema (LAT)
Enfriamiento del Alternador
Obstrucción del Sistema de Enfriamiento
Calidad del Servicio
Aplicaciones Móviles
Enfriamiento del Motor
Radiador Montado en Patín
Radiador Remoto
Tipo de Deareación del Sistema de Radiador Remoto
Radiador Remoto con Bomba de Enfriamiento Auxiliar
Radiador Remoto con Pozo Caliente
Enfriamiento del Motor de Circuito Múltiple – Radiadores Remotos
Dos Bombas, Dos Circuitos
Una Bomba, Dos Circuitos
Postenfriamiento Aire-Aire
Radiadores para Aplicaciones de Radiador Remoto
Radiadores Remotos
Intercambiador de Calor Montado en el Patín
Sistemas de Intercambiador de Calor Doble
Aplicaciones con Torre de Enfriamiento
Enfriamiento de Combustible con Radiadores Remotos
Cálculos de Dimensionamiento para Tubería de Enfriamiento
Ventilación
Generalidades
Requerimientos
Recomendaciones
Determinando los Requisitos del Flujo de Aire
PASO 1: Determine el Calor emitido al Cuarto por el Generador
PASO 2: Determine el Calor emitido al Cuarto por el Mofle y la Tubería de Escape
PASO 3: Determine el Calor emitido al Cuarto por Otras Fuentes de Calor
PASO 4: Determine el Calor emitido al Cuarto de Todas las Fuentes
PASO 5: Determine la Elevación de la Temperatura Máxima Aceptable Dentro del Cuarto
PASO 6: Determine el Flujo de Aire requerido para la Combustión
PASO 7: Calcule el Flujo de Aire Total Requerido a través del Cuarto del Conjunto Generador
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
PASO 8: Ajuste el Flujo del Aire por la Altitud
PASO 9: Determine los Requerimientos de Ventilación Auxiliar
Requerimientos de Diseño Entrada y Salida de la Ventilación del Cuarto
Calculando el Área de Flujo Efectiva Entrada/Salida
Guías de Diseño para la Entrada y la Salida
Presión Negativa en el Cuarto del Conjunto Generador
Ventilación del Cárter del Motor
Restricción al Flujo de Aire
Ventilando Conjuntos Generadores Múltiples
Operación de las Persianas
Muros de Bloqueo
Filtración del Aire de Ventilación
Altitud y Temperatura Ambiente
Verificación del Sistema
Elevación de la Temperatura dentro del Cuarto
Restricción al Flujo de Aire
Guías Generales
Cálculos para el Flujo de Aire
Prueba en Campo de los Sistemas de Ventilación
Ventilación del Radiador Montada en Patín
Ventilación de aplicaciones con Intercambiador de calor o Radiador Remoto
Ejemplo de Cálculo del Flujo de Aire para Ventilación
Suministro de Combustible
Suministro de Combustible Diesel
Tubería de Combustible Diesel
Tanque Sub-Base de Combustible
Tanques de Día
Suministro de Combustible Gaseoso
Calidad del Combustible Gaseoso
Contenido de Energía
Tubería para Gas Natural
Gas en Campo
Propano (LPG)
Contaminantes
Análisis del Combustible
Diseño del Sistema de Combustible del Conjunto Generador
Diseño del Sistema de Combustible en el Sitio
Cálculos de presión de combustible del sistema de Combustible Gaseoso
Tamaño del Tanque
Tamaño del Tubo de Gas
Reduciendo el Ruido en Aplicaciones del Conjunto Generador
La Ciencia del Ruido
Niveles de Sonido Aditivos
Efecto de la Distancia
Ruido del Conjunto Generador
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Estructura de Reducción – Ruido Transmitido
Reducir el Ruido en el Aire
Gabinetes con Atenuación del Sonido (Cabinas)
Desempeño del Silenciador del Escape
Protección Contra Incendios
Diseño del Cuarto del Equipo
Consideraciones Generales
Instalaciones Arriba del Techo
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6 - DISEÑO MECÁNICO
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Cimentación y Montaje
Montaje y Aislamiento de la Vibración del Conjunto
El diseño de la instalación debe proporcionar una cimentación
apropiada para soportar el conjunto generador, y evitar niveles
de energía de vibración dañinos o molestos que migren a la
estructura del edificio. Además, la instalación debe garantizar
que la infraestructura de apoyo para el conjunto generador no
permita que la vibración del conjunto generador migre a la
porción estacionaria del equipo.
Todos los componentes que se conectan físicamente con el
conjunto generador deben ser flexibles para absorber el
movimiento de vibración sin dañarse. Los componentes que
requieren de aislamiento incluyen el sistema de escape del
motor, líneas de combustible, cableado de suministro de energía
AC, cableado de la carga, cableado de control (el cual debe
ser trenzado, en lugar de núcleo sólido), el conjunto generador
(del soporte de montaje) y los ductos de aire de ventilación
(para conjuntos generadores con radiadores montados en el
patín) (Vea la Figura 6–1). El no poner atención al aislamiento
de estos puntos de interconexión física y eléctrica puede resultar
en el daño por vibración al edificio o al conjunto generador y
la falla del conjunto generador en servicio.
Figura 6 – 1. Medidas Anti-Vibración para un Conjunto
Generador Típico
El motor, alternador y otro equipo del conjunto generador,
típicamente van montados en un ensamble base-patín. El
ensamble base-patín es una estructura rígida que proporciona
tanta integridad estructural como un grado de aislamiento de
la vibración. La cimentación, piso o techo debe poder soportar
el peso del conjunto generador ensamblado y sus accesorios
(como el tanque sub-base de combustible), así como resistir
las cargas dinámicas y no trasmitir el ruido y la vibración
inconvenientes. Note que en aplicaciones donde el aislamiento
de la vibración es crítico el peso ensamblado del paquete
puede incluir una cimentación de montaje masiva (Vea Medidas
para la Cimentación en esta sección).
Medidas para la Cimentación
El tamaño físico, peso y configuraciones de montaje varían
mucho entre los fabricantes y entre los diferentes tamaños del
equipo. Consulte las instrucciones de instalación del fabricante
para el modelo específico instalado para obtener la información
detallada sobre los pesos y las dimensiones de montaje1.
Piso de concreto
Para muchas aplicaciones, una cimentación masiva no es
necesaria para el conjunto generador. Los Generadores con
aisladores de vibración integral pueden reducir las vibraciones
trasmitidas entre un 60–80% y colocar aisladores de vibración
de resorte de acero entre el Generador y la losa pueden aislar
más del 95% de las vibraciones (vea los aisladores de vibración
después en esta sección). Si la transmisión de la vibración al
edificio no es una preocupación crítica, el problema principal
es instalar el conjunto generador para que su peso se apoye
apropiadamente y para que se le pueda dar servicio fácilmente
a la unidad. Se debe colar una plancha de concreto arriba de
un piso de concreto para elevar el conjunto generador a una
altura que haga el servicio conveniente y para hacer más fácil
el orden y la limpieza alrededor de la unidad.
La plancha debe construirse de concreto reforzado con una
fuerza compresiva de 28 días de por lo menos de 2500 psi
(17,000 kPa).
La plancha debe tener cuando menos 6 pulgadas (150 mm)
de espesor y extenderse cuando menos 6 pulgadas (150
mm) más allá del patín en todos los lados.
1 Se puede encontrar información detallada sobre los productos Cummins Power Generation
en el Cummins Power Suite o se puede obtener con cualquier distribuidor autorizado.
Rev. mayo 2010
6-5
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Vea los dibujos del fabricante del conjunto generador para
obtener la localización física de las líneas de combustible y las
interconexiones de energía y otras interfaces que estén
planeadas para integrarse en el concreto. Estas interfaces
varían considerablemente entre proveedores.
Los aisladores de vibración deben fijarse a la plancha de
montaje con tornillos Tipo J o L (tornillos estriados o de impacto)
insertados en la plancha de concreto. El posicionar tornillos
“colados” es problemático, ya que aún pequeños errores en
la ubicación puede causar consumo de tiempo al re-barrenar
la base-patín. Algunos diseños de conjunto generador permiten
el uso de tornillos ancla para concreto. Estos requieren que
los puntos de montaje se distribuyan con cuidado basándose
en la localización real de ellos en el conjunto generador y los
aisladores.
La plancha de montaje para el conjunto generador debe ser
plana y nivelada para permitir el montaje y ajuste apropiados
del sistema de aislamiento de la vibración. Verifique que la
plancha de montaje esté nivelada a lo largo, a lo ancho y
diagonalmente.
Estructuras o muelles de carga.
Alternativamente, el conjunto generador se puede montar
sobre estructuras de carga o (durmientes) orientados a lo largo
del patín del conjunto generador. Este arreglo permite posicionar
fácilmente una charola de derrames bajo el conjunto generador
y ofrece más espacio para darle servicio. Los durmientes deben
fijarse físicamente al piso.
Cimentación del Aislamiento de la Vibración
En aplicaciones donde la cantidad de transmisión de vibración
al edificio es altamente crítica, puede requerir montar el conjunto
generador en una cimentación aislante de la vibración. En este
caso, son necesarias consideraciones adicionales. La Figura
6–2 ilustra una cimentación aislante de vibración típica.
El peso (W) de la cimentación debe ser cuando menos 2
veces (y hasta 5–10 veces) el peso del propio conjunto para
resistir las cargas dinámicas. (El peso del combustible en un
tanque de combustible sub-base no debe considerarse para
contribuir al peso requerido de una cimentación de aislamiento
de la vibración, aún cuando los aisladores estén entre el
tanque y el conjunto generador).
6-6
Figura 6–2. Cimentación Típica de Aislamiento de la Vibración
La cimentación debe extenderse cuando menos 6 pulgadas
(150 mm) más allá del patín en todos los lados. Esto determina
la longitud (l) y ancho (w) de la cimentación.
La cimentación debe sobresalir cuando menos 6” (150 mm)
arriba del piso para hacer más fácil el servicio y el
mantenimiento del conjunto generador.
La cimentación debe proyectarse abajo de la línea de
congelamiento para evitar que se eleve.
La cimentación debe ser de concreto reforzado con una
fuerza compresiva de 28 días de cuando menos 2500 psi
(17,200 kPa).
Calcule la altura (h) de la cimentación necesaria para obtener
el peso requerido (W) usando la siguiente fórmula:
h=
W
d•I•w
Donde:
h = Altura de la cimentación en pies (metros).
l = Longitud de la cimentación en pies (metros).
w = Ancho de la cimentación en pies (metros).
d = Densidad del concreto – 145 lbs/ft2 (2322 kg/m2).
W = Peso húmedo total del Generador en lb (kg).
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
El peso total del conjunto generador, refrigerante, combustible
y la cimentación normalmente resulta en una carga del terreno
(SBL) de menos de 2000 lbs/ft2 (9800 kg/m2) psi (96 kPa).
Aunque esto está dentro de la capacidad de carga de la
mayoría de los terrenos, siempre encuentre la SBL permisible
revisando el código local y el reporte de análisis de suelo
para el edificio. Recuerde incluir el peso del refrigerante,
lubricante y combustible (si es pertinente) cuando realice
este cálculo. Calcule la SBL usando la siguiente fórmula:
W
SBL (psi) =
I • w • 144
SBL (kPa) =
w • 20.88
I•w
Cálculos de Muestra (unidades US):
Un Generador de 500 kW pesa aproximadamente 10,000
libras (4540 kg) lleno (o sea, incluyendo el refrigerante y los
lubricantes). Las dimensiones del patín son 10 pies (3 metros)
de largo y 3.4 pies (1 metro) de ancho.
l = 10 + (2 • 0.5) = 11 pies
w = 3.4 + (2 • 0.5) = 4.4 pies
Peso de la cimentación = 2 • 10,000 = 20,000 lbs
Peso total = gen. + cimentación
= 10,000 + 20,000 = 30,000 lbs
SBL =
30,000
11 • 4.4
= 620 lbs/ft2
Aisladores de Vibración
El motor y el alternador de un conjunto generador deben
aislarse de la estructura de montaje donde se instala. Algunos
conjuntos generadores, particularmente los modelos de kW
más pequeños, Utilizan aisladores de vibración de neopreno/hule
que están insertados en la máquina entre el motor/alternador
y el patín2. El patín de estos conjuntos generadores normalmente
se puede atornillar directamente a la cimentación, piso o
subestructura. Otros conjuntos generadores se pueden proveer
con un diseño que incluye el motor/alternador sólidamente fijo
al ensamble del patín. Los conjuntos generadores que no
incluyen aislamiento integral deben instalarse usando equipo
de aislamiento de vibraciones como tipo almohadilla, resorte
o aisladores de aire.
NOTA: Anclar un conjunto generador que no incluye aisladores
integrales al piso o cimentación da como resultado ruido y
vibraciones excesivas y el posible daño al conjunto generador,
el piso y a otro equipo. Las vibraciones también se pueden
trasmitir a través de la estructura del edificio y dañar la propia
estructura.
Aisladores de Almohadilla
Los aisladores de almohadilla se componen de capas de
materiales flexibles diseñados para amortiguar los niveles de
vibración en aplicaciones no críticas, tales como las de
generadores montados en su propia caseta de exteriores o
donde se usan aisladores integrales con un conjunto generador.
Los aisladores de almohadilla varían en su efectividad, pero
tienen una eficiencia de aproximadamente un 75%.
Dependiendo de la construcción, también pueden variar en
efectividad con la temperatura, ya que las temperaturas bajas
afectan el medio aislante de hule, es mucho menos flexible
que a temperaturas altas.
Aisladores de Resorte
La Figura 6–3 ilustra un aislador de vibración de resorte de
acero del tipo requerido para montar conjuntos generadores
que no incluyen aisladores de vibración integrales. Se describen
el soporte de hule inferior, el cuerpo aislador, tornillos de fijación,
tornillo de ajuste y la contratuerca.
Estos aisladores de resorte de acero pueden amortiguar hasta
el 98% de la energía de vibración producida por un conjunto
generador. Localice los aisladores como se muestra en la
documentación del fabricante del conjunto generador. Los
aisladores pueden no localizarse simétricamente alrededor del
perímetro del conjunto generador, porque se requiere que se
localicen considerando el centro de gravedad de la máquina.
El número de aisladores requerido varía con sus capacidades
y el peso del conjunto generador. Vea la Figura 6–4.
Cuando la máquina se monta en un tanque de combustible
sub-base, el tipo de aisladores requeridos para proteger el
tanque depende de la estructura de éste y el nivel de fuerza
de vibración creada por la máquina. Si se instalan aisladores
2 Los conjunto generadores Cummins Power Generation (200/175 kW y más pequeños)
tienen aisladores de vibración localizados entre el patín y el ensamble motor–generador y
no requieren el uso de aisladores de vibración externos en la mayoría de las aplicaciones.
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6-7
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
de vibración de hule sintético entre el motor/generador y el
patín, normalmente no se requiere de aisladores de vibración
adicionales entre el patín y el tanque para protegerlo y aislar
adecuadamente el edificio de las vibraciones. En todos los
casos, siga las recomendaciones del fabricante para la
combinación específica del generador y tanque sub-base.
Figura 6–3. Aislador Típico de Vibración de Resorte de Acero.
El aislador debe anclarse positivamente al soporte de montaje
del conjunto generador usando tornillos estriados (tornillos L
o J) o tornillos Rawl (anclas para concreto).
Aisladores de Aire
Un aislador de aire (o resorte de aire) es una columna de gas
confinada en un recipiente diseñado para utilizar la presión del
gas como el medio de fuerza del resorte. Los aisladores de
aire pueden proporcionar una frecuencia natural menor de la
que se puede lograr con elastómero (hule) y con diseños
especiales, menor que con resortes de acero helicoidales.
Ofrecen la capacidad de nivelación ajustando la presión del
gas dentro del resorte.
Los aisladores de aire exigen de más mantenimiento y las
limitaciones por temperatura son más restrictivas que para los
resortes helicoidales. La firmeza de los aisladores de aire varía
con la presión de gas y no es constante, como la firmeza de
otros aisladores. Como resultado, la frecuencia natural no varía
con la carga al mismo grado que otros métodos de aislamiento.
Una falla o una fuga del sistema de suministro de aire pueden
causar que los aisladores fallen completamente.
La amortiguación en los aisladores de aire generalmente es
baja con una relación de amortiguación crítica en el orden de
0.05 o menos. Esta amortiguación se proporciona con la flexión
en el diafragma o pared con la fricción o amortiguación en el
gas. El incorporar una resistencia de flujo capilar (agregar un
orificio al flujo) puede aumentar la amortiguación entre el cilindro
del aislador de aire y los tanques de expansión conectados.
Figura 6–4. Un Conjunto Generador Montado en Aisladores
de Vibración Tipo Resorte
Los aisladores de vibración tipo resorte deben seleccionarse
e instalarse apropiadamente para ofrecer un aislamiento efectivo.
El peso del conjunto generador debe comprimir el aislador lo
suficiente para permitir la libertad de movimiento sin hacer que
el aislador se colapse durante la operación. Esto se logra
escogiendo los aisladores y su número basándose en la
capacidad de peso del aislador y el peso total del conjunto
generador.
6-8
Aisladores Usados en Lugares Sísmicos
Se deben considerar factores adicionales para el equipo
instalado en áreas sísmicas. Además de su papel típico de
proteger los edificios o el equipo de la vibración inducida por
la máquina, durante un evento sísmico los aisladores de
vibración deben garantizar que el equipo permanezca anclado
y no se suelte de la estructura a la que está fijo.
En áreas sísmicas, los aisladores de vibración se usan a menudo
entre la base–patín del generador y la estructura a la que está
fijo. El aislador sísmico debe estar cautivo, queriendo decir
que restringen al conjunto generador del movimiento excesivo
y deben ser lo suficientemente fuertes para soportar las fuerzas
sísmicas que se encuentran. Los aisladores de vibración
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
adecuados para usarse en estas aplicaciones están disponibles
tanto en tipos de hule sintético como en resorte de acero.
Los aisladores de vibración, si se instalan entre el
motor/alternador y el patín, deben también fijar adecuadamente
el motor/alternador al patín. Normalmente estos tipos de
aisladores son del tipo de hule sintético y deben ser de un
diseño “cautivo" para que fijen adecuadamente el equipo. El
fabricante o proveedor del equipo debe consultarse para
determinar la adaptabilidad a la aplicación específica.
Siempre que se consideren eventos sísmicos, se debe consultar
un ingeniero en estructuras calificado.
Resistencia a Terremotos
Los conjuntos generadores Cummins Power Generation,
cuando se montan y se fijan apropiadamente, son apropiados
para su aplicación en regiones reconocidas de riesgo sísmico.
Se necesitan consideraciones especiales de diseño para montar
y fijar el equipo a la densidad de masa típica de los conjuntos
generadores. El peso, centro de gravedad y lugares de punto
de montaje del conjunto generador se indican en los dibujos
de forma del conjunto generador de Cummins Power
Generation.
Los componentes como las líneas de distribución para la
electricidad, refrigerante y combustible deben diseñarse para
resistir el mínimo daño y facilitar las reparaciones en caso de
que ocurra un terremoto. Los interruptores de transferencia,
tableros de distribución, interruptores de circuito y los controles
asociados para las aplicaciones críticas3 deben ser capaces
de realizar sus funciones pretendidas durante y después de
los movimientos sísmicos anticipados, por lo que se deben
considerar medidas específicas para el montaje y las conexiones
eléctricas.
Alivio de Tensión del Cableado de Energía y Control
El cableado de energía y especialmente el cableado de control
deben ser instalados con el cableado soportado en la estructura
mecánica del conjunto generador o del tablero de control y no
en las terminales o terminaciones de la conexión física. Las
medidas de alivio de esfuerzos, junto con el uso de cableado
de control trenzado en lugar de cableado de núcleo sencillo
ayuda a evitar la falla del cableado o las conexiones debido a
la vibración. Vea Conexiones Eléctricas en Diseño Eléctrico.
3 NOTA CÓDIGO US: La NFPA110 exige estas características para sistemas Nivel 1 y Nivel 2.
Sistema de Escape
Lineamientos Generales del Sistema de Escape
La función del sistema de escape es la de llevar el escape del
motor con seguridad afuera del edificio y dispersar las
emanaciones del escape, hollín y ruido lejos de la gente y de
los edificios. El sistema de escape debe diseñarse para minimizar
la contrapresión en el motor. Una excesiva restricción en el
escape da como resultado un aumento en el consumo de
combustible, temperatura de escape anormalmente alta y fallas
relacionadas con la alta temperatura de escape así como
exceso de humo negro.
Vea las Figuras 6–5 y 6–6. Los diseños del sistema de escape
deben considerar lo siguiente:
Para la tubería de escape se puede usar tubo de acero
negro cédula 40. Otros materiales que son aceptables
incluyen los sistemas prefabricados de escape de acero
inoxidable.
Figura 6–5: Características Típicas de un Sistema de Escape
Instalado Dentro de un Edificio.
Se debe conectar tubería para el escape de acero inoxidable
corrugado sin costura y flexible cuando menos de 24 pulgadas
(610 mm) de longitud en la(s) salida(s) de escape del motor
para permitir la dilatación y el movimiento y la vibración del
conjunto generador siempre que el conjunto se monte sobre
aisladores de vibración. Los conjunto más pequeños con
aislamiento de vibración integrado que van atornillados
directamente al piso deben conectarse con tubería para
escape de acero inoxidable corrugado sin costura cuando
Rev. mayo 2010
6-9
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
menos de 18 pulgadas (457 mm) de longitud. La tubería de
escape flexible no debe usarse para formar dobleces o para
compensar tubería de escape alineada incorrectamente.
Los conjuntos generadores pueden tener escape con
conexiones roscadas, tipo deslizante o de brida. Con las
conexiones roscadas y bridadas es menos posible que fugue
pero son más costosas de instalar.
Columpios o soportes aislados no combustibles, NO se
deben apoyar los mofles y la tubería a la salida de escape
del motor. El peso en la salida del escape del motor puede
causar daño al múltiple de escape del motor o reducir la
vida del turbocargador, y puede causar que la vibración del
conjunto generador se trasmita hacia la estructura del edificio.
El uso de montaje con aisladores limita aún más el que se
induzca la vibración en la estructura del edificio.
Para reducir la corrosión debida a la condensación, se debe
instalar un mofle (silenciador) tan cerca como sea práctico
al motor para que se caliente rápidamente. Localizar el
silenciador cerca del motor también mejora la atenuación
del sonido del mofle. Los radios de doblez debe ser tan
grande como sea práctico.
Figura 6–6. Sistema de Escape Típico
La tubería de escape debe ser del mismo diámetro nominal
que la salida del escape del motor (o mayor) en todo el
sistema de escape. Verifique que la tubería sea de diámetro
suficiente para limitar la contrapresión de escape a un valor
dentro de la capacidad específica del motor usado. (Motores
diferentes tienen diferentes medidas de escape y diferentes
límites de contrapresión4). Nunca debe usarse una tubería
con diámetro menor que la salida del escape. Una tubería
6-10
que es más grande de lo necesario está más sujeta a la
corrosión debido a la condensación que una tubería más
chica. La tubería que es muy grande también reduce la
velocidad de los gases de escape disponible para dispersarlos
hacia la corriente del viento exterior.
Todos los componentes del sistema de escape deben incluir
barreras para evitar un peligroso contacto accidental. La
tubería de escape y los mofles deben estar aislados
térmicamente para evitar quemaduras debidas al contacto
accidental, evitar la activación de los dispositivos de detección
de incendios y los rociadores, reducir la corrosión debida a
la condensación, y reducir la cantidad de calor irradiado al
cuarto del generador. Las juntas de expansión, múltiples de
escape del motor y carcasas del turbocargador, a menos
que estén enfriadas con agua, nunca deben aislarse. Aislar
los múltiples de escape y turbocargadores puede resultar
en temperaturas del material que pueden destruirlos,
particularmente en aplicaciones donde el motor opere un
gran número de horas. El tender la tubería de escape cuando
menos 8 pies (2.3 metros) arriba del piso también ayuda a
evitar el contacto accidental con el sistema de escape.
También se debe considerar con cuidado el sentido de salida
del sistema de escape. El escape nunca debe dirigirse hacia
el techo de un edificio o hacia superficies combustibles. El
escape de un motor diesel está caliente y contiene hollín y
otros contaminantes que se pueden adherir a las superficies
circundantes.
Localice la salida del escape y diríjala lejos de las tomas de
aire de ventilación.
Si el ruido es un factor dirija la salida del escape lejos de los
lugares críticos.
El tubo de escape (acero) se dilata aproximadamente 0.0076
pulgadas por pie de tubo cada 100 F de elevación en los
gases de escape arriba de la temperatura ambiente (1.14
mm por metro de tubo por 100 C de elevación). Se requiere
que se usen juntas de expansión en el escape para absorber
la dilatación en tendidos de tubos largos y rectos. Las juntas
de expansión deben tenerse en cada punto donde el escape
cambie de dirección. El sistema de escape debe apoyarse
para que la dilatación se dirija opuesta al conjunto generador.
Las temperaturas de escape las proporciona el fabricante
del motor o del conjunto generador para el motor específico
usado5.
4 La medida del sistema de escape y otros datos del escape para conjuntos generadores
específicos se describen en el Cummins Power Suite.
5 Los datos de los gases de escape para los productos Cummins Power Generation están
disponibles en el paquete del CD Power Suite.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6 – 7. Características del Sistema de Escape de un
Conjunto Generador. Se Muestra el Silenciador de Entrada
Lateral Doble, Conectores Flexibles, Cubiertas de Escape y
los Columpios de Montaje.
Figura 6–8. Construcción de Cubierta Típica para Instalaciones
con Pared Combustible.
El tendido horizontal de la tubería de escape debe tener una
pendiente hacia abajo, en contra del motor, hacia el exterior
o hacia la trampa de condensado.
Se debe contar con una trampa de drenado de condensado
con tapón donde la tubería da vuelta para elevarse
6 La información de la contrapresión de escape para los conjuntos generadores Cummins
Power Generation específicos, se puede encontrar en el Cummins Power Suite o se puede
obtener con un distribuidor autorizado Cummins.
verticalmente. Las trampas de condensado también pueden
tenerse con un silenciador. Los procedimientos de
mantenimiento del conjunto generador deben incluir el
drenado regular del condensado del sistema de escape.
Se debe contar con las medidas para evitar que la lluvia
entre al sistema de escape de un motor que no está operando.
Esto puede incluir una tapa de lluvia o trampa de escape
(Figura 6–9 y 6–10) en las salidas de escape verticales. Las
salidas de escape horizontales se pueden cortar en un ángulo
y protegerse con malla de acero. Las tapas de lluvia se
pueden congelar estando cerradas en ambientes fríos,
deshabilitando el motor, por lo que otros dispositivos de
protección pueden ser mejores en esas situaciones.
Un conjunto generador no debe conectarse a un sistema
de escape que le dé servicio a otro equipo, incluyendo otros
conjuntos generadores. El hollín, condensado corrosivo y
las altas temperaturas de los gases de escape pueden dañar
el equipo sin operar si se usa con un sistema de escape
común.
La contrapresión del escape no debe exceder la máxima
permisible especificada por el fabricante del motor6. La
contrapresión de escape excesiva reduce la potencia y la
vida del motor y puede conducir a altas temperaturas de
escape y humo. La contrapresión del escape del motor debe
estimarse antes de terminar la distribución del sistema de
escape y debe medirse en la salida del escape bajo operación
a plena carga antes de poner en servicio el conjunto
generador.
Vea el Desempeño del Silenciador de Escape en otra parte
de esta sección para obtener la información sobre los
silenciadores de escape y varios criterios de selección de
estos dispositivos.
PRECAUCIÓN: El escape del motor contiene hollín y monóxido
de carbono, un gas invisible, sin olor y tóxico. El sistema de
escape debe terminar arriba del edificio en un lugar donde el
escape del motor se disperse alejado de los edificios y las
entradas de aire del edificio. Es muy recomendable que el
sistema de escape se lleve tan alto como sea práctico en el
lado del viento predominante a favor del edificio para descargarlo
y maximizar la dispersión. El escape también debe descargar
en el lado de descarga del aire del radiador del edificio para
reducir la posibilidad de que los gases de escape y el hollín
sean arrastrados hacia el cuarto del generador con el aire de
ventilación.
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6-11
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
NOTA: Algunos códigos especifican que la salida del escape
termine cuando menos 10 pies (3 metros) de los límites de la
propiedad, 3 pies (1 metro) de una pared exterior o techo, 10
pies (3 metros) de las aberturas hacia el edificio y cuando
menos 10 pies (3 metros) arriba del punto más alto del techo.
Cálculos para el Sistema de Escape
Ejemplo de Cálculo de Contrapresión de Escape
(Unidades US).
La distribución de un sistema de escape en la Figura 6 – 11
especifica un tubo flexible de 5 pulgadas (125 mm) de diámetro
por 24 pulgadas (610 mm) de longitud en la salida del escape
del motor, un silenciador con una entrada de 6 pulgadas (150
mm) de diámetro, 20 pies (610 m) de tubo de 6 pulgadas (150
mm) de diámetro y un codo de radio largo de 6 pulgadas (150
mm). La Hoja de Especificación del conjunto generador indica
que el flujo de gases de escape del motor es de 2,715 pies
cúbicos por minuto (76.9 m3/min) y que la contrapresión de
escape máxima permisible es de 41 pulgadas (1040 mm) de
columna de agua.
Este procedimiento involucra determinar la contrapresión de
escape causada por cada elemento (tubos flexibles, mofles,
codos y tubos) y luego comparar la suma de las contrapresiones
con la contrapresión máxima permisible.
Figura 6–9. Un Sistema de Escape Sencillo con una Tapa de
Lluvia para Evitar que ésta Entre al Escape.
1. Determine la contrapresión de escape causada por el
silenciador. La Figura 6–12 es una gráfica de las
contrapresiones de escape típicas del silenciador. Para contar
con cálculos más exactos obtenga los datos del fabricante
del silenciador. Para usar la Figura 6–12:
a. Encuentre el área de la sección de la entrada del silenciador
usando la Tabla 6 – 1 (0.1963 ft2 en este ejemplo).
b. Encuentre el flujo de los gases de escape del fabricante del
motor7. Para este ejemplo se dan 2715 cfm.
c. Calcule la velocidad de los gases de escape en pies por
minuto (fpm) dividiendo el flujo de los gases de escape (cfm)
por el área en la entrada del mofle, como sigue:
d. Usando la Figura 6–12, determine la contrapresión causada
por este flujo en el silenciador específico usado. En este
ejemplo, las líneas punteadas en la Figura 6–12 muestran
que el mofle de grado crítico causa una contrapresión
aproximada de 21.5 pulgadas de columna de agua.
3) 20 pies de Tubo de 6 pulgadas 20 ft
Figura 6–10. Un Protector de Lluvia Habilitado para Tubo de
Escape Vertical para generador. Las Dimensiones Mostradas
son para un Escape Típico de 14 Pulgadas.
7 Los datos de los gases de escape para los productos Cummins Power Generation están
en el Cummins Power Suite.
6-12
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tabla 6 – 1. Áreas de Aberturas Transversales de Diferentes
Diámetros
Figura 6 – 11. Muestra para el Cálculo de un Sistema de
Escape
2. Encuentre las longitudes equivalentes de todas las conexiones
y secciones de tubo flexible usando la Tabla 6–2.
1) tubo flexible de 24 pulgadas
4 ft
2) codo de radio largo de 6 pulgadas 11 ft
3. Encuentre la contrapresión del flujo de escape por unidad
de longitud de tubo dado para cada diámetro de tubo nominal
usado en el sistema. En este ejemplo, se usa tubo de 5
pulgadas y 6 pulgadas nominales. Siguiendo las líneas
punteadas en la Figura 6–13, el tubo de 5 pulgadas causa
una contrapresión de aproximadamente 0.34 pulgadas de
columna de agua por pie y el tubo de 6 pulgadas
aproximadamente 0.138 pulgadas de columna de agua por
pie.
4. Sume las contrapresiones totales de todos los elementos
del ejemplo, como sigue:
1) tubo flexible de 5 pulgadas (4•0.34)
1.4
2) codo de radio largo (11•0.138)
1.5
3) 20 pies de tubo de 6 pulgadas (20•0.138)
2.8
4) Silenciador
21.5
Restricción Total (pulgadas de columna de Agua) 27.2
Tabla 6 – 2. Longitudes Equivalente de Conexiones de Tubo
en Pies (Metros)
El cálculo indica que la distribución de la tubería es adecuada
en términos de la contrapresión de gases de escape ya que
la suma de las contrapresiones es menos que la contrapresión
máxima permisible de 41 pulgadas de columna de agua.
NOTA: En motores con escape doble, el flujo de escape como
se menciona en las hojas de especificación de Cummins Power
Generation es el total de ambos bancos. El valor mencionado
debe dividirse entre 2 para obtener el cálculo correcto para los
sistemas de escape doble.
VELOCIDAD DE GASES DE ESCAPE,
PIES (METROS) POR MINUTO
Figura 6–12. Contrapresión de los gases de escape del
silenciador vs. Velocidad de los Gases.
Rev. mayo 2010
6-13
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–13. Contrapresión de Escape en Diámetros de Tubo
Nominales en Pulgadas (mm).
6-14
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Enfriamiento del Motor
Los motores enfriados con líquido se enfrían bombeando una
mezcla de refrigerante a través de los pasajes en el bloque de
cilindros y las cabezas del motor por medio de una bomba
impulsada por el motor. La configuración más común de
conjunto generador tiene un radiador montado y un ventilador
impulsado por el motor para enfriar el refrigerante y ventilar el
cuarto del generador. Los métodos alternos para enfriar el
refrigerante incluyen configuraciones de intercambiadores de
calor líquido a líquido montados en el patín, radiador remoto,
un intercambiador de calor líquido a líquido remoto y torre de
enfriamiento.
Para aplicaciones móviles, se tendrá consideración especial
a la durabilidad y robustez del equipo. (Vea Aplicaciones
Móviles, página 6–47).
Todas las Instalaciones con Intercambiador de Calor
La instalación debe cumplir los límites de flujo, presión y
temperatura del agua cruda mencionados en la Hoja de
Datos del Conjunto Generador.
El agua cruda se protegerá del congelamiento.
Los ordenamientos locales se consultarán antes de diseñar
o instalar un sistema que tome y / o descargue a un suministro
de agua municipal, río o cualquier otra fuente de agua pública.
La instalación tendrá un sistema de ventilación suficiente
para el conjunto generador.
Requerimientos
Todos los Sistemas
Mezclas bien sea de etilen - o – propilen - Glicol y agua de
alta calidad se usan para el enfriamiento y protección al
congelamiento / ebullición. (Vea Refrigerante, página 6–43).
Los calentadores de refrigerante se instalan en aplicaciones
de emergencia / standby para garantizar un buen arranque
del motor (opcional en lugares tropicales a menos que sea
obligatorio por el ordenamiento local). (Vea Calentadores
de Refrigerante, página 6–44).
No habrá flujos en la ruta de la manguera del calentador de
refrigerante y la manguera irá continuamente hacia arriba.
(Vea Calentadores de Refrigerante, página 6–44).
Las conexiones del calentador de refrigerante se harán
usando manguera de silicón o con malla de alta calidad.
(Vea Calentadores de Refrigerante, página 6–44).
El calentador de refrigerante se desactivará mientras en
conjunto generador esté operando. (Vea Calentadores de
Refrigerante, página 6–44).
El sistema de enfriamiento se diseñará para adaptarse a la
altitud y temperatura ambiente del sitio de la instalación.
(Vea Altitud y Temperatura Ambiente, página 6–45).
El radiador y otro equipo sensible se protegerá de la suciedad
y los desechos. (Vea Obstrucción del Sistema de
Enfriamiento, página 6–46).
Las válvulas se marcarán claramente para identificar “abierto”
y “cerrado”. (Vea Servicio, página 6–46).
Se ofrecerá el acceso para la limpieza y el servicio de todo
el equipo. (Vea Servicio, página 6–46).
Todas las Instalaciones con Sistema de Enfriamiento No
Suministrado Por Planta
Cuando se coloque uno de tras del otro con el radiador de
camisa de agua con un ventilador sencillo, el radiador de
postenfriamiento de baja temperatura (LTA) se colocará antes
en el flujo de aire para acceder al aire más frío. (Vea Tipos
de Sistemas de Enfriamiento, página 6–25).
Los sistemas 2P2L tendrán un termostato y una derivación
de flujo para regular la temperatura en el múltiple de admisión
(Vea Tipos de Sistemas de Enfriamiento, página 6–25).
Las instalaciones con enfriamiento remoto tendrán un sistema
de ventilación suficiente para el cuarto del conjunto generador.
(Vea Sistemas de Enfriamiento No Suministrados por
Planta, página 6–30).
El sistema debe ser diseñado para:
Limitar la temperatura de salida del refrigerante del motor
al valor de ‘Temperatura Máxima del Tanque Superior’
mencionado en la Hoja de Datos del Conjunto Generador.
(Vea Requisitos Generales para Todos los Sistemas
de Enfriamiento No Suministrados por Planta, página
6–33).
Mantener una columna de refrigerante positiva en la bomba
de refrigerante del motor. (Vea Requisitos Generales
para Todos los Sistemas de Enfriamiento No
Suministrados por Planta, página 6–33).
Permanecer dentro de los límites de cabezal estáticos y
de fricción de la columna de la bomba de refrigerante.
(Vea Conexiones y Plomería del Sistema, página 6–35).
Los sistemas LTA deben satisfacer los requisitos del circuito
del postenfriador mencionados en la Hoja de Datos del
Rev. mayo 2010
6-15
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Conjunto Generador. (Vea Requisitos Generales para
Todos los Sistemas de Enfriamiento No Suministrados
por Planta, página 6–33).
Añadir las cargas eléctricas para el ventilador del radiador
remoto, ventiladores de ventilación, bombas de refrigerante
y otros accesorios al requerimiento de carga total del conjunto
generador. (Vea Requisitos Generales para Todos los
Sistemas de Enfriamiento No Suministrados por Planta,
página 6–33).
Las líneas de refrigerante se diseñarán apropiadamente de
tubería de acero rígido o tubo Cédula 40 (con la excepción
de los requisitos de conexión detallados enseguida). (Vea
Conexiones y Plomería del Sistema, página 6–35).
La tubería de refrigerante externa al motor será del mismo
diámetro o mayor que las conexiones de entrada y salida
del motor. (Vea Conexiones y Plomería del Sistema,
página 6–35).
La tubería y conexiones de refrigerante externas se limpiarán
antes de conectarlas al conjunto generador. (Vea Conexiones
y Plomería del Sistema, página 6–35).
Se considerará la dilatación térmica de los tubos del
refrigerante. (Vea Conexiones y Plomería del Sistema,
página 6–35).
Las conexiones del sistema se diseñarán para (Vea
Conexiones y Plomería del Sistema, página 6–35).
Ajustarse a las presiones y temperaturas del refrigerante.
Soportar las vibraciones debidas a la operación y
movimiento del motor durante el arranque y apagado.
Donde sea utilizada, la manguera de conexión debe ajustarse
a SAE J20R1 o su equivalente y será de cuando menos 75
psi (518 kPa) de presión de estallido y –40 °F (–40 °C) a 250
°F (121 °C). Se recomienda una capacidad de presión de
estallido de 100 psi (691 kPa) para aplicaciones con radiador
elevado. (Vea Conexiones y Plomería del Sistema, página
6–35).
La manguera de conexión en el lado de succión de la bomba
de refrigerante del motor resistirá el colapso. Una manguera
SAE J20R1 satisface este requisito para motores diesel de
servicio pesado. (Vea Conexiones y Plomería del Sistema,
página 6–35).
Las conexiones con manguera de refrigerante se fijarán con
tornillo T o abrazaderas de par constante. Las abrazaderas
de tornillo tipo gusano no son aceptables. Si se usa tubería
de acero rígido, se avellanará. (Vea Conexiones y Plomería
del Sistema, página 6–35).
6-16
El sistema deberá ser visiblemente claro y eliminara por sí
mismo el aire atrapado en 25 minutos de tiempo de operación
después de llenar el sistema. (Vea Requisitos del Tanque
de Desaeración, página 6–38).
El tanque de deareación (Vea Requisitos del Tanque de
Desaeración, página 6–38):
Se localizará en el punto más alto del sistema.
Tendrá una capacidad de cuando menos el 17% del
volumen de refrigerante del sistema total (11% de capacidad
de carga, 6% dilatación térmica).
Se equipará con:
Tapón de llenado / presión.
El cuello de llenado con un agujero de diámetro mínimo
de 0.125 pulgadas (3 mm) por un lado, localizado tan
cerca como sea posible a la tapa del tanque.
Interruptor de apagado por bajo nivel de refrigerante (para
motores de 9 litros en adelante).
Tendrá líneas de venteo conectadas arriba del nivel de
refrigerante.
Tendrá un punto de conexión dedicado para cada línea
de venteo. No una con “T” ninguna línea de venteo.
La camisa de refrigerante del motor y cualquier punto alto
en la plomería del sistema se ventilará al tanque de
desaeración. (Vea Requisitos del Tanque de Desaeración,
página 6–38).
Se consultará el dibujo de la instalación del conjunto
generador para la localización del venteo de la camisa de
refrigerante y las medidas de las conexiones. (Vea Requisitos
del Tanque de Desaeración, página 6–38).
El sistema se equipará con una línea de llenado (Vea
Requisitos del Tanque de Desaeración, página 6–38).
La línea será ruteada directamente del fondo del tanque
de desaeración a la sección recta de la tubería de entrada
de la bomba de refrigerante del motor cerca del mismo.
La línea tendrá una elevación continua desde el tubo de
entrada del motor al tanque de desaeración.
Ninguna línea diferente se puede conectar a la línea de
llenado.
Cada conjunto generador tendrá su propio sistema de
enfriamiento completo y dedicado. No conecte varios
conjuntos generadores a un sistema de enfriamiento común.
(Vea Interconexión de Sistemas de Enfriamiento, página
6–43).
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Recomendaciones
Todas las Instalaciones con Intercambiador de Calor
Se debe considerar el tubo del intercambiador de calor o el
material de la placa dependiendo de la calidad del agua de
enfriamiento cruda. (Vea Intercambiador de Calor Montado
en el Conjunto, página 6–28).
Todas las Instalaciones con Sistema de Enfriamiento No
Suministrado por Planta
El postenfriamiento aire-a-aire (ATA) o los sistemas de una
bomba dos circuitos (1P2L) no deben usarse para aplicaciones
de enfriamiento remoto. (Vea Tipos de Sistemas de
Enfriamiento, página 6–25).
El sistema debe ser diseñado para una capacidad de
enfriamiento del 115% para evitar la degradación del sistema.
Cuando se está limpiando según los métodos y la frecuencia
recomendados por el fabricante, una capacidad del 00%
debe siempre estar disponible. Esto es particularmente
importante para los sistemas de generador instalados en
ambientes polvorientos / sucios. (Vea Requisitos generales
para todos los sistemas de enfriamiento, página 6–33).
El tanque de desaeración debe equiparase con una mirilla
para determinar el nivel de refrigerante del sistema. (Vea
Requisitos del Tanque de Desaeración página 6 – 38).
Para la líneas de respiradero de tamaño no especificado en
el dibujo de instalación del generador es recomendado usar
manguera del # 4 (.25” DI – 6.3 mm DI) en líneas de venteo
de menos de 12 pies (3.7 mt) de largo. Use manguera del
# 6 (.375” DI – 9.5 mm DI) para líneas mayores que 12 pies
(3.7 mt) de largo (Vea Requisitos del Tanque de Desaeración
página 6 – 38).
Las válvulas de drenado / aislamiento deben instalarse para
permitir darle servicio al conjunto generador sin vaciar todo
el sistema de refrigerante. (Vea Servicio, página 6 – 46).
Descripción
La energía térmica rechazada por el sistema de enfriamiento
es aproximadamente el 25% de la energía total del combustible
quemado en el motor (vea la Figura 6 – 14). El sistema de
enfriamiento debe diseñarse para manejar esta gran cantidad
de calor o puede ocurrir una falla por sobrecalentamiento.
Los conjuntos generadores enfriados con líquido lo hacen
bombeando una mezcla de refrigerante por los pasajes en el
bloque y cabeza(s) de cilindros del motor por medio de una
Rev. mayo 2010
6-17
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
bomba impulsada por el motor. El sistema de enfriamiento es
cerrado y a presión lleno con una mezcla de agua limpia, suave
(desmineralizada) y anticongelante con base de Etilen o Propilen
glicol. (Vea Refrigerante, página 6–43).
Lea las secciones apropiadas de este capítulo basándose en
el tipo de sistema de enfriamiento utilizado. La configuración
de conjunto generador más común tiene un sistema de
enfriamiento suministrado de planta, montado en el conjunto.
También se usan sistemas de enfriamiento no suministrados
por planta. Use las secciones aplicables de este capítulo para
cada tipo de instalación del sistema de enfriamiento.
Figura 6–14. Balance de Calor del Conjunto Generador Típico
Tipos de Sistemas de Enfriamiento
Los motores para impulsar generadores emplean varios tipos
diferentes de sistemas de enfriamiento. Todos los motores
utilizan un sistema de enfriamiento de camisa de agua para
enfriar el bloque de cilindros y la(s) cabeza(s). Además, muchos
conjuntos generadores usan un sistema de postenfriamiento
para enfriar el aire de combustión que sale del turbocargador.
Esto mantiene las temperaturas del múltiple de admisión a los
niveles requeridos para satisfacer los estándares de emisiones.
Los sistemas de enfriamiento del conjunto generador incluyen:
no-postenfriado
postenfriado de camisa de agua (JWAC)
postenfriado aire-a-aire (ATA)
una bomba dos circuitos (1P2L)
dos bombas dos circuitos (2P2L).
6-18
Para obtener los detalles adicionales del sistema, póngase en
contacto con su distribuidor local Cummins para acceder a los
Boletines de Ingeniería de Aplicación (AEB).
Cuando se coloque uno detrás del otro el radiador de camisa
de agua con un ventilador sencillo, el radiador de
postenfriamiento de baja temperatura (LTA) se colocará antes
en el flujo de aire para tener acceso al aire más frío.
No use sistemas ATA o 1P2L en aplicaciones con enfriamiento
remoto.
No-Postenfriado
Estos motores no requieren de postenfriamiento para mantener
las temperaturas del múltiple de admisión bajas. Se usa un
sistema de enfriamiento de camisa de agua para el bloque de
cilindros, cabeza(s) de cilindro y el aceite lubricante.
Postenfriamiento de Camisa de Agua (JWAC)
Con los sistemas JWAC, el mismo refrigerante que se usa para
enfriar el bloque del motor y la(s) cabeza(s) de cilindros también
se usa para enfriar el aire de combustión antes del múltiple de
admisión. Los flujos del refrigerante de la camisa del motor y
del postenfriador se combinan y se utiliza una única bomba de
refrigerante del motor. Este es el diseño del sistema de
enfriamiento tradicional donde la disipación térmica total del
refrigerante del motor se aplica en un único radiador o
intercambiador de calor externo.
Postenfriamiento Aire-Aire (ATA)
Los sistemas ATA ofrecen un enfoque para lograr el
postenfriamiento de baja temperatura (LTA) necesario para
satisfacer los estándares de emisiones actuales. El aire se envía
a uno o más enfriadores aire-aire montados en el radiador. Vea
la Figura 6–15.
Estos sistemas no se recomiendan para enfriamiento remoto
por dos razones:
Toda la tubería del sistema y el radiador operan bajo presión
turbocargada (puede exceder las 40 psi [276 kPa]
dependiendo del motor).
La longitud del tubo de aire al radiador y de regreso crea un
retraso de tiempo en el desempeño del turbo cargador y
podría resultar en pulsos de presión que impiden el rendimiento
apropiado.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–15. Instalación Típica de un Sistema de
Postenfriamiento Aire-a-Aire (por claridad se omite el sistema
de camisa de agua).
Sistemas de Enfriamiento de Una Bomba
Dos Circuitos (1P2L)
Otro enfoque para lograr el postenfriamiento de baja temperatura
(LTA) es el uso de un sistema 1P2L. Estos sistemas utilizan
dos circuitos de enfriamiento y dos núcleos de radiador, pero
sólo una bomba de refrigerante. Estos sistemas generalmente
no se recomiendan para aplicaciones de enfriamiento remoto
debido a la dificultad de lograr flujos de refrigerante balanceados
y un enfriamiento apropiado de cada circuito.
Sistemas de Enfriamiento de Dos Bombas
Dos Circuitos (2P2L)
Otro enfoque más para lograr el postenfriamiento de baja
temperatura (LTA) es el uso de un sistema 2P2L. Vea la Figura
6–16 para obtener un esquema del sistema 2P2L típico. Estos
sistemas utilizan dos circuitos de enfriamiento completamente
separados, con dos núcleos de radiador, dos bombas de
enfriamiento y refrigerante líquido por separado para cada uno.
Un circuito enfría el bloque del motor y la(s) cabeza(s) de
cilindros y el otro enfría el aire de combustión del turbocargador.
Para sistemas remotos, los motores que usan este sistema
requieren dos núcleos de radiador o intercambiadores de calor
separados. Cada uno tiene sus propias especificaciones para
las temperaturas, restricciones de presión, rechazo de calor,
etc.
Los sistemas 2P2L tienen una válvula derivadora termostática
y el circuito de derivación para regular la temperatura del
múltiple de admisión.
Figura 6–16. 2P2L Flujo de Refrigerante con Termostato LTA
Cerrado
Algunos conjuntos generadores están equipados con un tipo
específico de sistema de enfriamiento que se conoce como
“2P2L” pero que no tienen dos circuitos separados
verdaderamente. Estos sistemas utilizan una bomba de
refrigerante con dos impulsores. Debido a una pequeña cantidad
de transferencia de refrigerante que ocurre en la bomba, el
sistema debe usar bien sea un tanque de desaeración o dos
tanques conectados. Esto se requiere para mantener los niveles
de refrigerante en cada circuito. Vea Requisitos del Tanque
de Desaeración, página 6–38.
Sistemas de Enfriamiento Suministrados de Planta
Los sistemas de enfriamiento suministrados de planta incluyen
tanto los radiadores como los intercambiadores de calor. Una
mayor ventaja de instalar un conjunto generador con un sistema
de enfriamiento suministrado de planta es que ya se ha hecho
una cantidad significativa de trabajo de diseño e instalación.
Los clientes que instalan un sistema de enfriamiento tienen
que considerar muchos requisitos que ya se han cumplido en
los sistemas instalados en planta.
Una segunda ventaja de los sistemas suministrados de planta
es que el prototipo se probó para verificar el desempeño
general.
Radiador Montado en el Conjunto
Un conjunto generador con un radiador montado tiene un
sistema de enfriamiento y ventilación integrado. Vea la Figura
6–17. El ventilador del radiador comúnmente impulsado por
el motor. En algunas aplicaciones se usan ventiladores eléctricos.
Rev. mayo 2010
6-19
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Un requisito para el radiador montado en el conjunto es el de
desplazar un volumen de aire relativamente grande por el área
del conjunto. Se debe proporcionar aire para desalojar el calor
emitido por el equipo y apoyar la combustión del combustible.
Esto puede ser un gran requerimiento de flujo de aire y puede
llevar a una decisión para usar un sistema de enfriamiento
remoto. Sin embargo, aún si se utiliza un sistema remoto, el
flujo de aire requerido para desalojar el calor y proporcionar
aire de combustión es significativo y aún así, se requerirá de
un sistema de ventilación adecuado. Vea la sección Ventilación
de este manual para obtener detalles adicionales. Con los
sistemas de radiador montado en conjunto, el ventilador del
motor a menudo ofrece ventilación suficiente, eliminando la
necesidad de otros dispositivos y sistemas de ventilación.
Las ordenanzas locales deberán consultarse antes de diseñar
o instalar un sistema que tome de un suministro de agua
municipal y/o lo descargue a él, un río o a cualquier otra
fuente de agua pública.
La instalación tendrá un sistema de ventilación suficiente.
Se debe considerar el material del tubo o placa del
intercambiador de calor dependiendo de la calidad del agua
de enfriamiento cruda.
Consideraciones adicionales para el lado de agua cruda del
intercambiador de calor.
Se puede usar una válvula de agua termostática para modular
el flujo de agua en respuesta a la temperatura del refrigerante.
Se puede usar una válvula de paso con batería normalmente
cerrada para cerrar el agua cuando el conjunto no está
operando (la energía de la batería no debe usarse para
mantener la válvula cerrada.
Las fuentes potenciales para el lado de agua cruda del
intercambiador de calor incluyen los suministros municipales,
ríos, lagos, pozos, torres de enfriamiento y otros.
Las aplicaciones de torre de enfriamiento requieren de un
amplio respaldo de diseño e instalación de los proveedores
de equipo y de los ingenieros consultores.
Figura 6–17. Radiador de Enfriamiento Suministrado de Planta,
Montado en el Conjunto
Intercambiador de Calor Montado en el Conjunto
Con los intercambiadores de calor, el calor es removido del
refrigerante del motor en un sistema cerrado con agua cruda
de una fuente apropiada. El motor, bomba e intercambiador
de calor forman un sistema de enfriamiento cerrado y a presión.
Vea la Figura 6–18. El refrigerante del motor y el agua cruda
no se mezclan.
La instalación deberá satisfacer los límites del flujo de agua
cruda, presión y temperatura mencionados en la Hoja de
Datos del Conjunto Generador.
El agua cruda deberá ser protegida del congelamiento.
6-20
Figura 6–18. Enfriamiento con intercambiador de calor montado
en el conjunto
La selección de un intercambiador de calor para el enfriamiento
del conjunto generador elimina el ventilador del radiador del
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
conjunto. El cuarto del equipo por lo tanto, requiere de un
sistema de ventilación energizado para desalojar el calor y
proporcionarle al motor el aire de combustión. Vea la sección
Ventilación de este manual para obtener los detalles adicionales.
Recuerde que los intercambiadores de calor tienen requisitos
de flujo mínimos (mencionados en la Hoja de Datos del Conjunto
Generador). Estos requisitos deben satisfacerse, aún si el
cálculo anterior indique que un flujo menor sea suficiente.
Los intercambiadores de calor están diseñados para trabajar
con un suministro constante de agua limpia a una temperatura
especificada. La calidad del agua cruda debe considerarse
cuando se especifica el intercambiador de calor, ya que las
impurezas podrían llevar a la degradación material y a la
reducción de su vida. Puede ser necesario un intercambiador
de calor hecho de material de un grado mayor.
Sistemas de Enfriamientos No Suministrados de Planta
Con sistemas de enfriamiento no suministrados de planta,
existen varios elementos de diseño a evaluar que se cuidan
con los paquetes de enfriamiento suministrados por planta.
Estos incluyen, pero no están limitados a:
Cálculos
Debe haber suficiente flujo de agua cruda para eliminar el
Disipación de Calor del Refrigerante indicado en la Hoja de
Datos del Conjunto Generador.
RWR =
HR
(∆T)(c)
Donde:
RWR = Agua Cruda Requerida, galones/min (litros/min)
HR = Disipación de Calor del Refrigerante, BTU/min (kJ/min)
∆T = elevación de la temperatura del agua entre el núcleo
del enfriador; °F (°C)
c = calor específico del agua, 8 BTU/°F/galón (4 kJ/°C/litro)
Por ejemplo, suponga que la Hoja de Datos del Conjunto
Generador indica que el conjunto rechaza 15,340 BTU/minuto
(16,185 kJ/min) y la temperatura de entrada de agua cruda es
de 80 °F (27 °C). Suponga también que el agua cruda se
descarga a un río cercano y los ordenamientos locales restringen
la temperatura de esta agua de descarga a 95 °F (35 °C). El
flujo de suministro de agua cruda requerido se determina con
lo siguiente:
15,340 BTU / min
RWR =
= 128 galón
(15 ºF)(8 BTU / ºF • galón)
min
o
RWR =
16,185 kJ / min = 506 litro
(8 ºC)(8 kJ / ºC • litro)
min
Tipo de sistema a usar
Enfriamiento del combustible
Desaeración del sistema, venteo, etc.
Las instalaciones enfriadas remotas cuentan con un sistema
de ventilación suficiente del cuarto del conjunto generador.
Los sistemas remotos a menudo se usan cuando no es práctico
obtener suficiente aire de ventilación a un sistema de radiador
montado en el conjunto. Los sistemas de enfriamiento remotos
no eliminan la necesidad de la ventilación del conjunto generador,
sino que lo pueden reducir. El conjunto generador aún emite
calor a los alrededores y este calor debe evacuarse. Vea la
sección Ventilación de esta manual para obtener detalles
adicionales.
Las características de los sistemas de enfriamiento remoto
incluyen:
La habilidad para obtener aire a temperatura ambiente al
núcleo del radiador.
Flexibilidad en la distribución del sitio.
Mejorar la accesibilidad para servicio, dependiendo de la
instalación.
Determinando la Estrategia de Enfriamiento Remoto a Usar
Los radiadores remotos (bien sea junto con la bomba de
refrigerante del motor estándar o con una bomba de refrigerante
auxiliar) y los intercambiadores de calor se pueden usar para
el enfriamiento remoto del conjunto generador.
La decisión de cuál tipo de sistema a usar a menudo la dicta
las limitaciones del cabezal estático y de fricción de la bomba
de refrigerante del motor, como las da la Hoja de Datos del
Conjunto Generador. Vea las Figuras 6–19 y 6–20 para
obtener ejemplos.
Rev. mayo 2010
6-21
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–19. Hoja de Especificaciones del Conjunto Generador
DFXX Mostrando el ‘Máximo Cabezal Estático de Refrigerante’.
Figura 6–20. Hoja de Especificaciones del Conjunto Generador
DFXX Mostrando el ‘Máximo Cabezal de Fricción del
Refrigerante’.
Los radiadores remotos son convenientes porque no requieren
del flujo de agua cruda continuo que los intercambiadores de
calor requieren. Sin embargo, los radiadores remotos a manudo
son imprácticos porque pueden necesitar ser localizados a
una distancia significante lejos del conjunto generador para
tener acceso a un flujo de aire fresco continuo. Esto a menudo
lleva a violar los límites de cabezal estático y/o de fricción de
la bomba de refrigerante del motor.
Determinando el Cabezal Estático en la Bomba de
Refrigerante del Motor
El “cabezal estático” se refiere a la presión estática en la bomba
de refrigerante del motor debida a la altura del sistema de
enfriamiento remoto. El cabezal estático es sencillamente la
diferencia de altura entre el punto más alto del sistema de
enfriamiento y la línea de centro del cigüeñal del motor.
Considere el ejemplo que aparece en la Figura 6–21. Para la
Hoja de Datos del Conjunto Generador DFXX que aparece en
la Figura 6–19, la distancia vertical debe ser igual o menor de
60 ft (18.3 m).
Determinando el Cabezal de Fricción Externo al Motor
en la Bomba de Refrigerante del Motor
“El Cabezal de fricción externo al motor” se refiere a las pérdidas
de presión causadas por la tubería de refrigerante, válvulas,
núcleo del radiador, intercambiador de calor o cualquier otro
equipo del sistema de enfriamiento instalado externo al motor.
Los cálculos se pueden realizar para estimar este valor. Estos
cálculos involucran determinar la caída de presión causada
por cada elemento individual en el sistema y luego sumarlos
a las pérdidas de presión para obtener el cabezal de fricción
total.
1. Determinar la pérdida de presión en el radiador o
intercambiador de calor consultando los datos del fabricante.
Por ejemplo, suponga que se va a instalar un radiador
remoto y que la caída de presión en el radiador es de 1.5
psi (10.3 kPa) con un flujo de 196 gpm (741.9 l/min).
2. Encuentre la longitud total de todo el tubo recto de refrigerante
en el sistema. Para este ejemplo, suponga que hay 80 pies
(24.4 m) de tubo recto de 3 pulgadas (80 mm) de diámetro.
Si la instalación de un radiador remoto violara los límites de
cabezal de fricción y/o estático de la bomba de refrigerante
del motor, se puede instalar un intercambiador de calor.
Recuerde que el intercambiador de calor necesitará un
suministro de agua cruda que satisfaga sus requisitos de flujo,
temperatura y presión. El intercambiador de calor necesita
instalarse en un lugar que satisfaga simultáneamente los límites
de la columna de la bomba de refrigerante del motor y los
requisitos de agua cruda del propio intercambiador de calor.
Vea Intercambiador Montado en el Conjunto, página 6–28
e Intercambiador de Calor Remoto, página 6–38.
6-22
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
6. El cabezal de fricción total es la suma de las pérdidas de
la tubería y el radiador. Por ejemplo:
Cabezal de Fricción = 4.2 psi + 1.5 psi = 5.7 psi o Cabezal de
Fricción = 29.7 kPa + 10.3 kPa = 40 kPa.
Compare el valor calculado con el Cabezal de Fricción de
Refrigerante Máxima Externa al Motor mencionada en la Hoja
de Datos del Conjunto Generador. Si el valor calculado excede
la máxima permitida, se requiere de ajustes y pueden incluir:
Figura 6–21. Ejemplo de sistema de radiador remoto.
3. Encuentre las longitudes equivalentes estimadas de todas
las conexiones y válvulas usando la Tabla 6 – 3 y súmelas
a la longitud total de tubo recto. Para este ejemplo, suponga
que hay tres codos largos, dos válvulas de compuerta para
aislar el radiador para darle servicio al motor y una te para
conectar la línea de llenado / recuperación.
Componente
Longitud Equivalente, ft (m)
3 Codos Largos
3 x 5.2 ft = 15.6 ft (3 x 1.6 m = 4.8 m)
2 Válvulas de Compuerta (Abiertas) 2 x 1.7 ft = 3.4 ft (2 x 0.5 m = 1.0 m)
Te (Tendido Recto)
5.2 ft (1.6 m)
80 Pies (24.4 m) Tubo Recto
80 ft (24.4 m)
Longitud de Tubo Equivalente Total
104.2 ft (31.8 m)
4. Encuentre la pérdida de presión a un flujo por unidad de
longitud del tubo dado para el diámetro de tubo nominal
usado en el sistema. En este ejemplo, se usa tubo nominal
de 3 pulgadas (80 mm). De la Figura 6–23, el tubo de 3
pulgadas (80 mm) causa una pérdida de presión aproximada
de 4.0 psi por 100 pies de tubo (28 kPa por 30 m) al flujo
de refrigerante requerido de 196 gal/min /741.9 l/min).
Obtenga el flujo de refrigerante requerido de la Hoja de Datos
del Conjunto Generador, como aparece en la Figura 6–22.
Relocalizar el conjunto generador y/o radiador/intercambiador
de calor para reducir la distancia entre ellos.
Usar tubos de refrigerante de diámetro mayor.
Rediseñar el sistema para utilizar menos dobleces de tubería.
Instalar una bomba de refrigerante auxiliar.
Por ejemplo la Hoja de Datos del Conjunto Generador DFXX
que aparece en la Figura 6–20, Cabezal de Fricción de
Refrigerante Máxima Externa al Motor es igual a 10 psi
(68.9 kPa). Como el valor calculado es menor que el máximo
permitido, el sistema debería ser aceptable como está diseñado.
Con la instalación del sistema, éste debería verificarse
experimentalmente. Póngase en contacto con el distribuidor
Cummins local para acceder a los Boletines de Ingeniería de
Aplicación (AEB) para obtener la verificación apropiada del
sistema.
5. Calcule la pérdida de presión en la tubería como sigue:
Pérdida de Tubería = 104.2 ft 4.0 psi = 4.2 psi o
100 ft
Tabla 6–3. Longitudes Equivalentes de Conexiones y Válvulas
para Tubería en Pies (Metros)8.
Pérdida de Tubería = 31.8m 28 kPa = 29.7kPa
30m
Requisitos Generales para Todos los Sistemas de
Enfriamiento No Suministrados en Planta
Sin importar el tipo de sistema instalado en el sitio del generador
para enfriar el conjunto, se aplican los siguientes requerimientos
8 Los empleados de Cummins pueden acceder al Reporte Técnico Cummins 9051-2005005 para obtener la documentación de estos valores.
Rev. mayo 2010
6-23
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
y recomendaciones. El primer requerimiento del diseño es de
limitar la temperatura de salida del refrigerante del motor a la
“Temperatura del Tanque Superior Máxima” mencionada en la
Hoja de Datos del Conjunto Generador. Los valores “Disipación
de Calor del Refrigerante” y “Flujo de Refrigerante” también se
mencionan en la Hoja de Datos del Conjunto Generador y toda
esta información se requiere para especificar un radiador o
intercambiador de calor apropiado.
El sistema se diseña para limitar la temperatura de salida del
refrigerante del motor a la “Temperatura Máxima del Tanque
Superior” mencionada en la Hoja de Datos del Conjunto
Generador.
Los sistemas de Postenfriamiento de Baja Temperatura (LTA)
deben satisfacer los requisitos del circuito del postenfriador
mencionados en la Hoja de Datos del Conjunto Generador.
La bomba de refrigerante del motor siempre tendrá una
columna de refrigerante positiva. La presión negativa puede
llevar a la cavitación y fallar.
Agregue las cargas eléctricas para el ventilador del radiador
remoto, ventiladores de ventilación, bombas de refrigerante
y otros accesorios al requisito de carga total del conjunto
generador.
Diseñe el sistema para obtener una capacidad de enfriamiento
del 115% para tomar en cuenta la degradación del sistema.
Cuando se limpia de acuerdo con los métodos y frecuencia
recomendadas por el fabricante, siempre debe estar disponible
una capacidad del 100%. Esto es particularmente importante
para conjuntos generadores instalados en ambientes
polvorientos / sucios.
Figura 6 – 22. Hoja de Especificación del Conjunto Generador
DFXX mostrando el “Flujo de Refrigerante”.
Figura 6 – 23. Pérdidas de Presión por Fricción por Tubos de
Diámetro en Pulgadas (mm)9
Sistema de Conexiones y Tubería
El conectar apropiadamente el paquete de enfriamiento remoto
al motor es crítico. El refrigerante debe poder fluir libremente
por toda la tubería y el equipo del radiador / intercambiador
de calor externo a la camisa del motor. La fricción o resistencia
generada por este flujo es muy importante porque incapacita
el desempeño de la bomba de refrigerante del motor y el flujo
de refrigerante a través de la camisa del motor. La Hoja de
Datos del Conjunto Generador muestra el flujo de refrigerante
del motor con dos restricciones externas separadas. Esto es
para mostrarle al diseñador del sistema la relación entre el flujo
de refrigerante y la restricción externa y toma algo de
“incertidumbre” del proceso de diseño. Los siguientes
requerimientos son aplicados.
No se deben exceder los valores máximos permisibles de
cabezal estático y de fricción Vea Determinar la Estrategia
de Enfriamiento Remoto a Usar, página 6 – 30.
La tubería de refrigerante externa al motor será de diámetro
igual o mayor que las conexiones de entrada y salida del
motor.
La tubería y conexiones de refrigerante externas se limpiarán
antes de conectarlas al conjunto generador.
9 Los empleados de Cummins pueden acceder al Reporte Técnico Cummins 9051-2005005 para obtener la documentación de estos valores.
6-24
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Se tendrá en cuenta la dilatación térmica de los tubos.
Las líneas de refrigerante se diseñarán apropiadamente de
tubería de acero rígido Cédula 40 (con la excepción de los
requisitos de conexión detallados enseguida).
Las conexiones entre el conjunto generador y el sistema
remoto se diseñarán para soportar las presiones y
temperaturas del refrigerante.
Las conexiones también deben resistir la vibración debida
a la operación y movimiento del motor durante el arranque
y apagado. Se deben usar conexiones de acero inoxidable
flexibles o mangueras con doble abrazadera.
Donde se use, la manguera de conexión debe estar de
acuerdo con la SAE J20R1 o su equivalente y resistir una
presión de 75 psi (518 kPa) y – 40 ºF (– 40 ºC) a 250 ºF (121
ºC). Se recomienda una presión de 100 psi (691 kPa) para
aplicaciones con radiador elevado.
La manguera de conexión en el lado de succión de la bomba
de refrigerante del motor debe resistir colapsarse. La
manguera SAE J20R1 satisface este requisito para motores
diesel de servicio pesado.
Las conexiones de la manguera de refrigerante deben fijarse
con abrazaderas de tornillo T o de par constante. Las
abrazaderas de gusano no son aceptables. Si se usa tubería
de acero rígido, debe tener ceja.
Las condiciones del sitio de la instalación se deben considerar
cuando se selecciona un radiador. Los núcleos de radiador
con un alto número de aletas por pulgada no son aceptables
para ambientes sucios (polvoriento, arenoso, etc.). Los
desechos se pueden atrapar fácilmente en los núcleos de
radiador con un espaciamiento apretado de aletas, impactando
negativamente el desempeño del radiador. Un espaciamiento
de aletas más amplio permite que la arena, partículas de
suciedad pequeñas, etc. pasen por el núcleo son quedar
atrapadas.
Radiador Remoto
La aplicación de un radiador remoto para enfriar el conjunto
generador exige de un diseño cuidadoso. Vea la Figura 6–24
para obtener un ejemplo del sistema con un radiador montado
verticalmente y la Figura 6–25 para un radiador horizontal.
La localización del radiador tiene un efecto significativo en el
desempeño. Por ejemplo, las temperaturas en el techo (arena,
estacionamiento, etc.) pueden ser significativamente más
calientes que la temperatura dada por los reportes climáticos
y esto se debe considerar. La temperatura del aire en el núcleo
del radiador a menudo es diferente que la temperatura del aire
ambiente. (Vea Altitud y Temperatura Ambiente, página 6–45).
La dirección de los vientos predominantes también debe
considerarse. Los muros eólicos pueden ser necesarios para
impedir que el viento se oponga al flujo de aire del ventilador
de enfriamiento. Con instalaciones en el techo, los vientos
pueden ser muy fuertes e impredecibles debido a las estructuras
vecinas.
* - LA LÍNEA DE VENTEO NO DEBE TENER BAJOS O TRAMPAS
QUE JUNTEN REFRIGERANTE O EVITEN QUE EL AIRE SE VENTEE
CUANDO EL SISTEMA SE LLENE.
** - LA LÍNEA DE LLENADO/RECUPERACIÓN DEBE TENDERSE
DIRECTAMENTE AL PUNTO MÁS BAJO EN EL SISTEMA DE TUBERÍA
PARA QUE SE PUEDA LLENAR DEL FONDO HACIA ARRIBA Y NO
ATRAPE AIRE.
Figura 6–24. Sistema de Radiador Remoto Típico
Rev. mayo 2010
6-25
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–25. Ejemplo de radiador remoto horizontal
Intercambiador de Calor Remoto
Se puede usar un intercambiador de calor remoto como una
alternativa para instalar un radiador remoto. Los detalles y
requisitos son los mismos que para un intercambiador de calor
montado en el conjunto. Vea Intercambiador de Calor
Montado en el Conjunto, página 6 – 28.
Sistemas con Intercambiador de Calor Doble
Los sistemas con intercambiador de calor doble (vea la Figura
6–26) se recomiendan sólo cuando es absolutamente necesario
aislar el sistema de enfriamiento remoto del motor en situaciones
donde se exceden las limitaciones de cabezal estático en la
bomba de refrigerante del motor. Estos sistemas son difíciles
de diseñar e implementar, especialmente si se usa un radiador
para enfriar el agua cruda del intercambiador de calor. En estas
situaciones, el radiador podría ser significativamente más
grande de lo esperado y el intercambiador de calor montado
en planta sería muy probablemente inadecuado.
Figura 6 – 26. Sistema con Intercambiador de Calor Doble
(con radiador secundario remoto)
Requisitos del Tanque de Desaeración
El aire atrapado en el refrigerante puede causar serios problemas:
El aire acelera la erosión de los pasajes de agua lo cual a su
vez causa problemas de transferencia de calor y de flujo
interno. Estos problemas aumentan la posibilidad de
escoriación de la camisa, desgaste de anillos y agrietado de
la cabeza de cilindros.
El aire en el sistema reduce la cantidad de calor que se
transfiere al refrigerante.
El aire se dilata más que el refrigerante cuando se calienta
y puede causar pérdida de refrigerante del sistema.
En casos extremos el aire puede causar la pérdida de cebado
de la bomba de refrigerante resultando en un daño mayor
del motor.
La operación normal del conjunto generador introduce algo
de aire al sistema de enfriamiento. Las fuentes adicionales de
aire / escape en el sistema de enfriamiento incluyen:
Venteo inapropiado.
Turbulencia en el tanque de desaeración.
Empaques defectuosos.
Falla del sello de la bomba de refrigerante.
6-26
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Camisas de inyector con fuga.
El sistema se limpia visiblemente a sí mismo del aire atrapado
en 25 minutos de operación después de llenar el sistema.
Los sistemas de enfriamiento con desaeración positiva utilizan
un tanque sellado para proporcionar un área para la desaeración
del refrigerante. Para ver los detalles en los cuales los conjuntos
generadores requieren de un sistema de desaeración positiva,
póngase en contacto con el distribuidor Cummins para acceder
a los Boletines de Ingeniería de Aplicación.
Los tanques de desaeración se usan para sacar el aire atrapado
en el sistema. Estos tanques funcionan por medio de derivar
una porción del flujo total de refrigerante a un área relativamente
sin turbulencias donde el aire se separa del refrigerante. El
refrigerante de esta área luego se regresa al sistema para
sustituir el refrigerante derivado.
Figura 6–27. Configuración Típica del Tanque de Desaeración
Integral
Cuando se instala un radiador convencional posterior, la práctica
común es usar un tanque de desaeración integral (también
llamado comúnmente como tanque superior) similar a la Figura
6–27 y 6–28.
Las instalaciones pueden también utilizar un tanque de
desaeración no integrado (también designado comúnmente
un tanque auxiliar) para desairear el líquido refrigerador. Un
sistema de desaeración no integrado al tanque se muestra en
la Figura 6-29
Figura 6–28. Configuración Típica del Tanque de Desaeración
Integral (se omite núcleo de radiador)
El tanque de desaeración se debe localizar en el punto más
alto en el sistema de enfriamiento.
El tanque debe ser equipado con: tapón de llenado / presión,
medios para llenarlo en el punto más alto, interruptor de
paro de emergencia por bajo nivel de refrigerante (para
motores de 9 litros y más). El interruptor de apagado por
bajo nivel de refrigerante ayuda a minimizar el daño en caso
de que el sistema de enfriamiento pierda presión.
La capacidad del tanque debe ser cuando menos el 17%
del volumen total del refrigerante en el sistema.
El tanque de desaeración debe tener una mirilla para mostrar
el nivel de refrigerante en el sistema.
Figura 6–29. Sistema de Radiador Remoto Sin Tanque de
Desaeración Integral
Rev. mayo 2010
6-27
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Reducción y Expansión
La capacidad del tanque de desaeración debe tener cuando
menos el 17% del volumen total de refrigerante en el sistema.
Esto proporciona la capacidad de reducción de refrigerante
del 11%, más el 6% por expansión térmica.
La capacidad de reducción es la cantidad de refrigerante que
puede perder el sistema antes de extraer el aire de la bomba
de refrigerante del motor.
El sistema debe diseñarse para que cuando se llene
completamente frío exista cuando menos una capacidad del
6% adicional para permitir la expansión térmica. Este volumen
extra se define localizando apropiadamente el cuello de llenado.
Vea el “Área de Expansión” en la Figura 6–27. El fondo del
cuello de llenado define el remate del nivel de refrigerante
durante el llenado en frío. Un barreno por el cuello de llenado
ofrece una ruta para que escape el vapor por el tapón de
presión al dilatarse el refrigerante. Sin el barreno, el refrigerante
se dilata hasta el cuello de llenado y sale por el tapón del
radiador.
El cuello de llenado tendrá un barreno de 0.125 pulgadas (3
mm) de diámetro por un lado, localizado tan cerca como
sea posible del remate del tanque.
Venteo
El sistema de venteo sirve para dos funciones importantes:
Ventear el aire del motor durante el llenado.
Remoción continúa del aire durante la operación del conjunto
generador.
La camisa de refrigerante y cualquier punto alto en la tubería
del sistema se debe ventear al tanque de desaeración.
El dibujo de instalación del conjunto generador se debe
consultar para localizar el venteo de la camisa de refrigerante
y la medida de la conexiones.
Las líneas de venteo se conectarán al tanque de desaeración
arriba del nivel de refrigerante.
Las líneas se tenderán continuamente hacia arriba al tanque
de desaeración. Los rizos / bolsas causan candados de aire
y son inaceptables.
Las líneas no serán pinchadas o se restringirán en ninguna
parte de su ruta.
6-28
Para los sistemas que requieren líneas de venteo múltiples,
no se pueden conectar a una te. Para cada línea se
proporcionarán puntos de conexión dedicados.
Si se usan válvulas de venteo que ventean a la atmósfera,
se debe aumentar la capacidad de contracción de 11% al
14% (aumentar la capacidad total del tanque del 17% al
20%).
Para las medidas de la línea de venteo no especificadas en
el dibujo de instalación del conjunto generador, se recomienda
usar manguera del #4 (D.I. .25” – D.I. 6.35 mm) para líneas
de venteo de menos de 12 pies (3.7 m) de longitud. Use
manguera del #6 (D.I. .375” – D.I 9.5 mm) para líneas de
venteo mayores de 12 pies (3.7 m) de longitud.
Las válvulas de venteo que ventean a la atmósfera algunas
veces se usan en aplicaciones donde es difícil tender la línea
de venteo hacia arriba todo el tramo hasta el tanque de
desaeración. La capacidad de contracción debe aumentarse
cuando se use este tipo de válvulas de venteo porque las
válvulas pierden algo de refrigerante durante la operación.
Llenado
El llenado apropiado es crítico para ayudar a evitar los candados
de aire. La instalación de una línea de llenado permite que el
sistema se llene de abajo hacia arriba y ayuda a reducir el
riesgo de atrapar aire durante el llenado del sistema.
El sistema debe ser capaz de un llenado inicial de cuando
menos el 90% de la capacidad a un mínimo de 5 gpm (20
l/min) y luego llenarlo al 100%.
El sistema se equipará con una línea de llenado:
La línea se tenderá directamente desde el tanque de
desaeración a la sección recta de la tubería de entrada de
la bomba de refrigerante del motor.
La línea tendrá una elevación continua desde el tubo de
entrada del motor al tanque de desaeración.
Ninguna línea diferente se puede conectar a la línea de
llenado.
Los motores con un flujo de refrigerante de menos de 200
gal/min (757 l/min) normalmente usan una conexión de cerca
de 0.75 in (19 mm) de D.I. Los motores con un flujo de
refrigerante mayor de 200 gal/min (757 l/min) usan líneas de
1 a 1.5 in (25 mm a 38 mm) de D.I. Éstos se dan sólo como
lineamientos generales. La instalación debe ser revisada para
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
que pueda llenarse en el tiempo arriba especificado. Si la línea
no se dimensiona o tiende apropiadamente, el sistema no se
llenara apropiadamente. El flujo inverso por la línea puede
causar sobre-flujo en el tanque de desaeración.
Limpieza del Sistema
Cualquier materia extraña en el sistema disminuye el desempeño
del enfriamiento y podría resultar en un daño mayor del conjunto
generador.
La tubería y conexiones de refrigerante externas se deben
limpiar antes de conectarlas al conjunto generador.
Enfriamiento del Combustible
Muchos conjuntos generadores exigen el uso de un sistema
de enfriamiento del combustible para mantener las temperaturas
requeridas de entrada de combustible. Consulte la Hoja de
Datos del Conjunto Generador para determinar si se requiere
o no un enfriador de combustible y para obtener los requisitos
de diseño que ayuden en la selección del enfriador. Si se
requiere, se debe incluir en el diseño del sistema de enfriamiento
agregando complejidad al sistema. A menudo no es práctico
o es contra el código el entubar combustible al lugar de
enfriamiento remoto. Dos posibilidades para manejar los
requisitos de enfriamiento de combustible:
Incluya un radiador de enfriamiento de combustible y un
ventilador dentro del espacio del conjunto generador y tome
en cuenta la disipación de calor en el diseño de la ventilación
del cuarto.
Utilice un enfriador de combustible con intercambiador de
calor con un radiador remoto o un suministro de agua por
separado para el lado del refrigerante.
Interconexión de los Sistemas de Enfriamiento
Para los sitios de instalación múltiples de conjuntos generadores,
no se acepta que más de un conjunto comparta un sistema
de enfriamiento “central”.
Cada conjunto generador tendrá su propio sistema de
enfriamiento completo y dedicado. No conecte múltiples
conjuntos generadores a un sistema de enfriamiento común.
Refrigerante
Las mezclas bien sea de Etilen o Propilen glicol y agua de
alta calidad se usarán para el enfriamiento apropiado y la
protección al congelamiento / ebullición.
Los aditivos de refrigerante complementarios (SCA) se
requieren para motores equipados con camisas de cilindro.
Los conjuntos generadores no deben enfriarse con agua sin
tratar, ya que esto causa corrosión, cavitación, depósitos
minerales y un enfriamiento inapropiado. Se deben usar
mezclas de etilen y propilen glicol y agua de alta calidad. Para
obtener los requisitos específicos de la calidad de agua y otros
detalles del refrigerante, vea la versión más reciente de
“Requisitos y Mantenimiento del Refrigerante Cummins” boletín
de servicio # 3666132.
Vea la Tabla 6–4 para obtener las comparaciones del punto
de congelamiento y ebullición de diferentes concentraciones
de mezclas de refrigerante. Tome en cuenta que las temperaturas
de ebullición aumentan al aumentar la presión del sistema. El
agua pura se incluye en esta tabla como referencia. El
anticongelante con base de propilen glicol es menos tóxico
que el anticongelante con base de etileno mientras que
proporciona un desempeño equivalente del sistema de
enfriamiento. Sin embargo, como se indica en la Tabla 6–4,
ofrece ligeramente menos protección al congelamiento /
ebullición.
Tabla 6–4. Propiedades de Mezcla de Anticongelante
Calentadores de Refrigerante
Se usan calentadores de refrigerante para motores controlados
termostáticamente para mejorar el arranque y la aceptación
de la carga. Vea la Figura 6–30. Como aparece en la Figura
6–30, se puede instalar una válvula de aislamiento del calentador
para evitar el drenado de todo el sistema de refrigerante para
realizar el mantenimiento del calentador. Si se instala tal válvula,
sólo se cierra para aislar el calentador para el mantenimiento.
Rev. mayo 2010
6-29
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
La válvula debe bloquearse abierta en los demás momentos.
Lo códigos locales pueden exigir la instalación de calentadores
de refrigerante para conjuntos generadores usados en
aplicaciones de emergencia o en standby. Por ejemplo, en los
EE.UU., la NFPA 110 exige que el refrigerante del motor para
sistemas de potencia en emergencia Nivel 1 debe mantener
un mínimo de 90 ºF (32 ºC). La NFPA 110 también exige la
instalación de una alarma de baja temperatura del motor.
Los calentadores de refrigerante se instalan en aplicaciones
de emergencia / en standby para garantizar un buen arranque
del motor (opcional en lugares tropicales a menos que sea
obligatorio por los ordenamientos locales).
No debe haber torceduras en el tendido de la manguera del
calentador de refrigerante y la manguera se tenderá
continuamente hacia arriba.
Las conexiones del calentador de refrigerante se harán
usando manguera de silicón o blindada de alta calidad.
El calentador de refrigerante se desactivará mientras el
conjunto generador esté operando.
La altitud y temperatura del sitio de la instalación afecta la
densidad del aire que rodea el conjunto generador, lo cual a
su vez afecta el desempeño del motor, alternador y sistema
de enfriamiento.
El sistema de enfriamiento se diseñará para adaptarse a la
altitud y temperatura ambiente del sitio de la instalación.
La densidad del aire disminuye al aumentar la altitud. Esta
disminución en densidad puede llevar a problemas para lograr
el flujo de aire requerido y podría forzar a un derrateo del
sistema.
A grandes altitudes, la reducción en presión atmosférica baja
las temperaturas de ebullición del refrigerante. Se puede
requerir un tapón de presión de mayor capacidad. Vea la
Figura 6–31 para obtener un ejemplo de los efectos de la
altitud / presión del sistema en el agua. Los efectos en las
mezclas del refrigerante son similares.
El sistema debe poder ofrecer suficiente enfriamiento a plena
carga, aún bajo máximas condiciones de temperatura ambiente.
Si se instala un sistema de enfriamiento suministrado por planta,
se debe confirmar la adaptabilidad de este sistema a la altitud
y temperatura ambiente del sitio.
PRESIÓN DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
PUNTO DE EBULLICIÓN DEL AGUA
Figura 6–31. Temperatura de Ebullición del Agua como una
Función de la Altitud y Presión del Sistema
Figura 6–30. Instalación del Calentador de Refrigerante (fíjese
en la válvula de aislamiento del calentador, tipo y tendido de
la manguera)
6-30
Es importante entender la definición de la temperatura ambiente
y lo que significa para el diseño y desempeño del sistema de
enfriamiento. Para una instalación abierta de un conjunto
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
generador (o sea, no instalado en un gabinete o contenedor)
con un radiador suministrado de planta, la temperatura ambiente
se define como la temperatura promedio medida a 3 pies de
las esquinas del extremo del conjunto generador (a 45º) y 3
pies del piso. Para conjuntos en contenedor o alojados, la
temperatura ambiente típicamente se mide a la entrada de aire
del gabinete. Tome en cuenta que el aire que fluye por el
radiador puede estar significativamente más caliente que esta
temperatura ambiente. La temperatura del aire aumenta al fluir
hacia el cuarto y a través del conjunto de atrás hacia adelante
(extremo del alternador al extremo del radiador). Por esta razón,
muchos radiadores suministrados en planta se diseñan para
una temperatura de aire en el núcleo de 15 – 30 ºF (8 – 17 ºC)
más alta que la temperatura ambiente nominal del paquete de
enfriamiento. Vea la Figura 6–32 para obtener una
representación de la diferencia entre la temperatura ambiente
y la temperatura del aire en el núcleo de un paquete de
enfriamiento de radiador suministrado en planta.
En climas calientes, los calentadores de refrigerante se pueden
usar para mejorar el arranque y la aceptación de la carga. Vea
Calentadores de Refrigerante, página 6–44.
Para obtener detalles adicionales con relación a los efectos de
la altitud y la temperatura en la operación del conjunto generador,
vea la sección Condiciones Ambientales de este manual.
Temperatura Ambiente Limitante (LAT) del Sistema
La Temperatura Ambiente Limitante (LAT) del sistema es la
temperatura ambiente hasta la cual se puede proporcionar
enfriamiento adecuado para el conjunto generador operando
continuamente a la potencia nominal. A temperaturas ambiente
arriba de la LAT, la temperatura del tanque superior máxima
mencionada en la Hoja de Datos del Conjunto Generador
eventualmente se excede si el conjunto generador continúa
operándose a plena potencia.
Para sistemas de radiador suministrados en planta, la LAT
mencionada es una función de la restricción del flujo de aire
en la Hoja de Datos del Conjunto del Generador. Para sistemas
no suministrados de planta, póngase en contacto con el
distribuidor Cummins local para acceder al AEB apropiado que
trate los procedimientos de prueba para determinar la LAT del
sistema.
Figura 6–32. Temperatura “Ambiente” vs. “Aire en el Núcleo”
Para radiadores no suministrados de planta, la temperatura
crítica es la del aire en el núcleo. El radiador debe seleccionarse
para satisfacer los requisitos de enfriamiento en esta temperatura
de aire en el núcleo, lo cual puede ser significativamente mayor
que la temperatura ambiente tratada antes. Es responsabilidad
del diseñador del sistema garantizar que esto ocurra. Fíjese
que la temperatura del aire en el núcleo debe ser un promedio
de varias temperaturas de diferentes áreas de la cara del
radiador para evitar “puntos calientes” o “fríos”. El aire en el
centro de la cara del radiador, por ejemplo, puede estar
significativamente más caliente que el aire cerca de las orillas
de la cara del radiador.
Enfriamiento del Alternador
El alternador requiere de un flujo estable de aire de ventilación
fresco para evitar el sobrecalentamiento. Vea la sección
Ventilación de este manual para obtener los detalles.
Contaminación del Sistema de Enfriamiento
El radiador y otro equipo sensible se deben proteger de la
suciedad y los desechos. Los sistemas sucios no operan a
eficiencia pico, llevando a un bajo desempeño del conjunto
generador y pobre economía de combustible.
El radiador debe protegerse de la suciedad y desechos así
como de las emanaciones del respiradero del cigüeñal que
pudieran contaminar o tapar el núcleo del radiador. Vea la
sección Ventilación de esta manual para obtener detalles
adicionales con relación al filtrado y la ventilación de la caja de
cigüeñal del motor.
Rev. mayo 2010
6-31
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Servicio
Las válvulas se marcarán claramente para identificar “abierto”
y “cerrado”.
Se proporcionará acceso para la limpieza y darle servicio a
todo el equipo.
Las válvulas de drenado / aislamiento deben instalarse para
darle servicio al conjunto generador sin vaciar todo el sistema
de refrigerante.
Las medidas para drenado / aislamiento son especialmente
importantes para los sistemas remotos. El drenado de todo el
refrigerante en estos sistemas puede ser costoso. Las
ilustraciones en los Sistemas de Enfriamiento del Conjunto
Generador muestran los lugares de drenes y válvulas de
aislamiento que se usan típicamente en la aplicación. Fíjese
que todas las válvulas deben regresarse al modo de operación
una vez que se termine el servicio.
El acceso para la limpieza / servicio debe permitir el desmontaje
del núcleo del radiador. En algunos conjuntos, esto requiere
del acceso a equipo grande que puede ser necesario para el
desmontaje del núcleo.
Aplicaciones Móviles
Para aplicaciones móviles, se debe tener consideración
especial para la durabilidad y robustez del equipo.
Las aplicaciones móviles presentan retos singulares que no
existen en las instalaciones de un conjunto generador
estacionario. Las vibraciones inherentes a las aplicaciones
móviles pueden transmitir fuerzas al conjunto generador que
pueden dañar el equipo. El radiador, tubería de refrigerante y
las conexiones para manguera y otro equipo deben diseñarse
y especificarse para soportar estas fuerzas. Para obtener
detalles adicionales, vea la sección Aplicaciones Especiales
– Móviles de este manual.
Enfriamiento del Motor
Los sistemas de enfriamiento para conjuntos generadores
impulsados por motores reciprocantes tienen las siguientes
características comunes, sin importar el intercambiador de
calor usado, para retirar el calor del motor. Éstas incluyen:
10 Los requisitos para el venteo y desaeración de los motores Cummins específicos se
encuentran en los documentos AEB de Cummins.
6-32
La porción del motor del sistema de enfriamiento es un
sistema cerrado a presión (10–14 psi/69.0–96.6 kPa) que
se llena con una mezcla de agua limpia, suave
(desmineralizada), con etilen o propilen glicol y otros aditivos.
Los motores no deben enfriarse directamente con agua sin
tratar, ya que esto causa corrosión en el motor y
potencialmente enfriamiento inadecuado. Al lado “frío” del
sistema de enfriamiento se le puede dar servicio con un
radiador, intercambiador de calor o torre de enfriamiento.
El sistema de enfriamiento del motor debe estar
apropiadamente dimensionado para el ambiente y los
componentes escogidos. Típicamente la temperatura del
tanque superior del sistema (temperatura en la entrada del
motor) no excederá los 220 ºF (104 ºC) para aplicaciones en
standby y 200 ºF (93 ºC) para instalaciones de potencia
primaria.
El sistema de enfriamiento debe incluir medidas de
desaeración y venteo para evitar la acumulación de aire
atrapado en el motor debido al flujo de refrigerante turbulento
y para permitir el llenado apropiado del sistema de enfriamiento
del motor. Esto quiere decir que además de las conexiones
primarias de entrada y salida de refrigerante, es posible que
haya cuando menos un juego de líneas de venteo que
terminen “arriba” del sistema de enfriamiento. Consulte las
recomendaciones del fabricante del motor para ver los
requisitos detallados10 del motor usado. Vea la Figura 6–33
para obtener la representación esquemática de las líneas de
enfriamiento y venteo de un motor típico.
Típicamente se usa un termostato en el motor para permitir
que se caliente y para regular la temperatura del motor en
el lado “caliente” del sistema de enfriamiento.
El diseño del sistema de enfriamiento debe incluir la dilatación
en el volumen del refrigerante al aumentar la temperatura del
motor. Se requieren medidas para la dilatación del refrigerante
del 6% sobre el volumen normal.
El sistema debe diseñarse para que siempre exista una
columna positiva en la bomba de refrigerante del motor.
El flujo apropiado del enfriamiento depende de minimizar la
columna estática y de fricción en la bomba de refrigerante
del motor. El conjunto generador no se enfría apropiadamente
si se exceden los límites de cabezal estático o de fricción.
Consulte el fabricante del motor para ver la información sobre
estos factores para el conjunto generador específico
seleccionado. Vea los Cálculos para Dimensionar el Tubo de
Enfriamiento en esta sección para obtener las instrucciones
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
específicas sobre dimensionar la tubería de refrigerante y
calcular el cabezal estático y de fricción.
El motor y los sistemas de enfriamiento remoto deben contar
con medidas para drenado y aislamiento para permitir el
servicio y reparación convenientes del motor. Vea los dibujos
de ejemplo en esta sección para obtener la localización de
los drenados y válvulas usados típicamente en varias
aplicaciones.
Radiador Montado en Patín
Un conjunto generador con un radiador montado en el patín
(Figura 6–34) es un sistema integral de enfriamiento y ventilación
montado en el patín. El sistema de enfriamiento con radiador
montado en el patín a menudo se considera ser el más confiable
y de menor costo para conjuntos generadores, porque requiere
de la menor cantidad de equipo auxiliar, tubería, cableado de
control y refrigerante, y minimiza el trabajo a hacer en el sitio
de trabajo en el sistema de enfriamiento del conjunto generador.
El ventilador del radiador normalmente es impulsado
mecánicamente por el motor, simplificando aún más el diseño.
En algunas aplicaciones se usan ventiladores eléctricos para
permitir un control más conveniente del ventilador del radiador
basándose en la temperatura del refrigerante del motor. Esto
es particularmente útil en ambientes muy fríos.
Figura 6–33. Tipo de Desaeración de Tanque Superior para
Radiador
Figura 6–34. Enfriamiento con Radiador Montado en Planta
Puesto que el fabricante del generador diseña típicamente
sistemas de enfriamiento montados en el patín, el sistema
puede ser un prototipo probado para verificar el desempeño
total del sistema en un ambiente de laboratorio. Un ambiente
con instrumentos, controlado y en laboratorio es útil para
verificar fácilmente el desempeño de un sistema de enfriamiento.
A menudo las limitaciones físicas en un sitio de proyecto pueden
limitar la exactitud o el sentido práctico de la prueba de
verificación del diseño.
La mayor desventaja del radiador montado en el patín es el
requisito de desplazar un volumen de aire relativamente de
gran volumen a través del cuarto del generador, ya que el flujo
de aire a través del cuarto debe ser suficiente para evacuar el
calor irradiado del conjunto generador y para sacar el calor del
refrigerante del motor. Vea Ventilación en esta sección para
obtener los detalles de diseño y cálculo del sistema de ventilación
relacionados con el diseño del sistema. El ventilador del motor
a menudo ofrece suficiente ventilación para el cuarto del equipo,
eliminando la necesidad de otros dispositivos y sistemas de
ventilación.
Radiador Remoto
Los sistemas de radiador remoto a menudo se usan cuando
en una aplicación no se puede proporcionar suficiente aire de
ventilación para un sistema de enfriamiento montado en el
patín. Los radiadores remotos no eliminan la necesidad de la
ventilación del cuarto del conjunto generador, pero la reducen.
Si se requiere un sistema de enfriamiento con radiador remoto,
el primer paso es determinar qué tipo de sistema remoto se
requiere. Esto se determina con el cálculo de la columna
estática y de fricción que se aplica al motor basándose en su
localización física.
Rev. mayo 2010
6-33
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Si los cálculos revelan que el conjunto generador escogido
para la aplicación se puede conectar a un radiador remoto sin
exceder sus limitaciones de columna estática y de fricción, se
puede usar un sencillo sistema de radiador remoto. Vea la
Figura 6–35.
Si se excede el cabezal de fricción, pero no la estática, se
puede usar un sistema de radiador remoto con bomba de
refrigerante auxiliar. Vea la Figura 6–33 y Radiador Remoto
con bomba de Refrigerante Auxiliar, en esta sección.
Si se exceden las limitaciones de cabezal tanto estático como
de fricción del motor, se necesita un sistema de enfriamiento
aislado para el conjunto generador. Esto puede incluir un
radiador remoto con pozo caliente o un sistema basándose
en un intercambiador de calor líquido a líquido.
arriba) y una línea de venteo del motor que no tenga bajadas
o trampas. (Las trampas y rizos altos pueden juntar refrigerante
y evitar que el aire se ventee cuando se llena el sistema). Los
medios para llenar el sistema también deben localizarse en
el punto más alto del sistema y ahí debe localizarse un
interruptor de alarma de nivel bajo de refrigerante.
La capacidad del tanque superior del radiador o tanque
auxiliar debe ser equivalente cuando menos al 17 % del
volumen total de refrigerante en el sistema para ofrecer una
“capacidad de contracción” (11%) y el espacio para la
dilatación térmica (6%). La capacidad de contracción es el
volumen de refrigerante que se puede perder por las fugas
lentas y sin detectar y la liberación normal del tapón de
presión antes que el aire se arrastre a la bomba de refrigerante.
El espacio para la dilatación térmica se crea en el cuello de
llenado cuando se llena el sistema frío. Vea la Figura 6–33.
Cualquier sistema que se use, la aplicación de un radiador
remoto para enfriar el motor requiere de un diseño cuidadoso.
En general, todas las recomendaciones para radiadores
montados en el patín también se aplican a los radiadores
remotos. Para cualquier tipo de sistema de radiador remoto,
considere lo siguiente:
Se recomienda que el radiador y el ventilador se dimensionen
basándose en una temperatura máxima del tanque superior
del radiador de 200 ºF (93 ºC) y una capacidad de enfriamiento
del 115% para permitir la contaminación. La temperatura
menor del tanque superior menor que la descrita en
Enfriamiento del Motor) compensa la pérdida de calor por
la salida del motor al tanque superior del radiador remoto.
Consulte el fabricante del motor para obtener la información
sobre el calor rechazado del refrigerante del motor y los flujos
de enfriamiento11.
El tanque superior del radiador o un tanque auxiliar debe
localizarse en el punto más alto en el sistema de enfriamiento.
Debe equiparse con: un tapón apropiado de llenado/presión,
una línea de llenado del sistema en el punto más bajo del
sistema (para que el sistema se pueda llenar de abajo hacia
11 La información sobre los productos Cummins Power Generation se ofrece en el Cummins
Figura 6–35. Enfriamiento de Radiador Remoto (Sistema de
Tipo de Desaeración, vea la Figura 6–33)
Para reducir la contaminación en las aletas del radiador, los
radiadores que tienen un espaciamiento más abierto de
aletas (nueve aletas por pulgada o menos) debe considerarse
para ambientes sucios.
Power Suite.
6-34
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
El cabezal de fricción de refrigerante externo al motor (pérdida
de presión debida al tubo, conexión y fricción del radiador)
y el cabezal estático del refrigerante (altura de la columna
de líquido medida desde la línea de centro del cigüeñal) no
debe exceder los valores máximos recomendados por el
fabricante del motor12. Vea el ejemplo de cálculo en esta
sección para obtener un método de cálculo del cabezal de
fricción del refrigerante. Si la configuración del sistema no
permite que el motor pueda operar dentro de los límites de
cabezal estático y de fricción, debe usarse otro tipo de
sistema de enfriamiento.
NOTA: Un cabezal estático excesivo (presión) de refrigerante
puede causar que haya fuga en el sello de la flecha de la
bomba de refrigerante. Un cabezal de fricción excesivo de
refrigerante (pérdida de presión) resulta en un enfriamiento del
motor insuficiente.
Se debe usar una manguera para radiador de 6 a 18 pulgadas
(152 a 457 mm) de largo, que cumpla con la SAE 20R1 o
un estándar equivalente, para conectar la tubería de
refrigerante al motor para absorber el movimiento y vibración
del conjunto generador.
Es altamente recomendado que las mangueras del radiador
se fijen con dos abrazaderas de “par constante” de alto
grado en cada extremo para reducir el riesgo de la pérdida
repentina de refrigerante debido a que la manguera se resbale
bajo presión. Puede ocurrir un daño mayor al motor si se
opera sin refrigerante en el bloque por sólo unos pocos
segundos.
En la parte más baja del sistema debe localizarse una válvula
de drenado.
Se recomiendan las válvulas de esfera o compuerta (las
válvulas de globo son muy restrictivas) para aislar el motor
de todo el sistema de manera que no tenga que drenarse
todo el sistema a fin de darle servicio al motor.
Recuerde que el conjunto generador debe impulsar
eléctricamente el ventilador del radiador, ventiladores de
ventilación, bombas de refrigerante y otros accesorios
requeridos para la operación en aplicaciones de enfriamiento
remoto. Por lo que la capacidad en kW que se gana por no
impulsar un ventilador mecánico generalmente se consume
con la adición de dispositivos eléctricos necesarios en el
sistema de enfriamiento remoto. Recuerde de agregar estas
cargas eléctricas a la carga total del conjunto generador.
Vea los Lineamientos Generales de Ventilación y las
Aplicaciones con Intercambiador de Calor o Radiador Remoto,
ambos en esta sección, con relación a la ventilación del
cuarto del generador cuando se usa enfriamiento remoto.
Desaeración en Sistemas tipo Radiador Remoto
Se debe proporcionar un tipo de desaeración del tanque
superior del radiador (también conocido como un tanque
superior sellado) o tanque auxiliar. En este sistema, una porción
del flujo de refrigerante (aproximadamente el 5%) se envía al
tanque superior del radiador, arriba de la placa divisora. Esto
permite que el aire atrapado en el refrigerante se separe del
refrigerante antes que éste regrese al sistema. Considere lo
siguiente:
Las líneas de venteo del motor y del radiador deben subir
sin bajadas o trampas en las que se junte refrigerante y eviten
que el aire se ventee cuando se llene el sistema. Para corridas
largas se recomienda tubería de acero rígido o de poliestireno
de alta densidad, especialmente si es horizontal para evitar
el pandeo entre los soportes.
La línea de llenado/recuperación también debe subir sin
bajadas desde el punto más bajo en el sistema de tubería
a la conexión en el tanque superior del radiador o el tanque
auxiliar. No se debe conectar a él ninguna otra tubería. Este
arreglo permite que el sistema se llene de abajo hacia arriba
sin atrapar aire y sin dar un falso indicio de que el sistema
esté lleno. Con las conexiones apropiadas de la línea de
venteo y llenado, debe ser posible llenar el sistema cuando
menos a 5 gpm (19 l/min) (aproximadamente el flujo de una
manguera de jardín).
Radiador Remoto con Bomba Auxiliar de Refigerante
Se puede usar un radiador remoto con una bomba de
refrigerante auxiliar (Figura 6 – 36) si la fricción del refrigerante
excede el valor máximo recomendado del fabricante del motor
y el cabezal estático está dentro de especificación. Además
de las consideraciones bajo Radiadores Remotos, considere
lo siguiente:
12 Los datos para los motores Cummins están en el Power Suite.
Rev. mayo 2010
6-35
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–36. Radiador Remoto con Bomba de Refrigerante
Auxiliar y Tanque Auxiliar
Una bomba auxiliar y un motor deben dimensionarse para
cumplir con el flujo de refrigerante recomendado por el
fabricante del motor y desarrollar la presión suficiente para
superar el exceso del cabezal de fricción del refrigerante
calculado por el método mostrado en el ejemplo anterior.
NOTA: Un pie de cabezal de la bomba (datos del fabricante
de la bomba) es equivalente a 0.43 psi de cabezal de fricción
de refrigerante (pérdida de presión) o un pie de cabezal estático
de refrigerante (altura de columna de líquido).
Se debe conectar una válvula de compuerta de derivación
(las válvulas de globo son muy restrictivas) en paralelo con
la bomba auxiliar, por las siguientes razones:
Para permitir el ajuste del cabezal desarrollado por la
bomba auxiliar (la válvula se ajusta en una posición
parcialmente abierta para recircular algo del flujo de regreso
por la bomba).
Para permitir la operación del conjunto generador bajo
carga parcial si la bomba auxiliar falla (la válvula se ajusta
a una posición totalmente abierta).
6-36
La presión del refrigerante en la entrada de la bomba de
refrigerante del motor, medida mientras el motor esté
operando a velocidad nominal, no debe exceder el cabezal
estático máximo permisible en la Hoja de Especificaciones
recomendada del conjunto generador. También, para los
sistemas de enfriamiento de tipo de desaeración (conjuntos
generadores de 230/200 kW y más grandes), el cabezal de
la bomba auxiliar no debe forzar refrigerante por la línea de
recuperación hacia el tanque superior del radiador o el tanque
auxiliar. En cualquier caso, la válvula de derivación de la
bomba debe ajustarse para reducir la columna de la bomba
a un nivel aceptable.
Puesto que el motor del conjunto generador no tiene que
impulsar mecánicamente un ventilador para radiador, puede
haber capacidad adicional en KW a la salida del conjunto
generador. Para obtener la potencia neta disponible del
conjunto generador, sume la carga del ventilador indicada
en la Hoja de Especificaciones del conjunto generador a la
potencia nominal del conjunto. Recuerde que el conjunto
generador debe impulsar eléctricamente el ventilador del
radiador remoto, ventiladores de ventilación, bombas de
refrigerante y otros accesorios requeridos para que el conjunto
opere en aplicaciones de radiador remoto. Así, la capacidad
en kW ganada por no impulsar un ventilador mecánico
generalmente se consume por la adición de dispositivos
eléctricos necesarios en el sistema de enfriamiento remoto.
Radiador Remoto con Pozo Caliente
Se puede usar un radiador remoto con un pozo caliente (Figura
6–37) si la altura del radiador sobre la línea de centro del
cigüeñal excede el cabezal estático permisible del refrigerante
en la Hoja de Especificaciones del conjunto generador
recomendado. En un sistema de pozo caliente, la bomba de
refrigerante del motor circula el refrigerante entre el motor y el
pozo caliente y una bomba auxiliar circula refrigerante entre el
pozo caliente y el radiador. Un sistema de pozo caliente exige
un diseño cuidadoso.
Además de las consideraciones de Radiador Remoto, considere
lo siguiente:
El fondo del pozo caliente debe estar arriba de la salida de
refrigerante del motor.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
El flujo de refrigerante por el circuito del pozo caliente/radiador
debe ser aproximadamente el mismo que el flujo de
refrigerante a través del motor. El radiador y la bomba auxiliar
deben dimensionarse proporcionalmente. El cabezal de la
bomba debe ser suficiente para sobreponerse a la suma del
cabezal estático y de fricción en el circuito del pozo
caliente/radiador.
NOTA: Un pie de columna de la bomba (datos del fabricante
de la bomba) es equivalente a 0.43 psi de columna de fricción
de refrigerante (pérdida de presión) o un pie de columna estática
de refrigerante (altura de columna de líquido).
La capacidad de contención de líquido del pozo caliente no
debe ser menos que la suma de los siguiente volúmenes:
1/4 del volumen de refrigerante bombeado por minuto por
el motor (o sea, 25 galones si el flujo es de 100 gpm) (100
litros si el flujo es de 400 l/min), más
1/4 del volumen de refrigerante bombeado por minuto por
el radiador (o sea, 25 galones si el flujo es de 100 gpm) (100
litros si el flujo es de 400 l/min), más
El volumen requerido para llenar el radiador y tubería, más
el 5% del volumen total del sistema para la dilatación térmica.
Se requiere de un diseño cuidadoso de las conexiones de
entrada y salida y de las divisiones para minimizar la turbulencia
del refrigerante, permitir una desaeración libre y maximizar
el mezclado de los flujos de refrigerante del motor y el
radiador.
El refrigerante debe bombearse del tanque inferior del radiador
y regresarse por el tanque superior, de otra manera la bomba
no podrá llenar completamente el radiador.
La bomba auxiliar debe estar más abajo que el nivel bajo de
refrigerante en el pozo caliente para que siempre esté cebada.
El radiador debe contar con una válvula de restricción de
alivio de vacío para permitir que se drene al pozo caliente.
El pozo caliente debe tener un tapón respiradero de alto
volumen para permitir que el nivel de refrigerante baje al
llenarse la bomba auxiliar el radiador y la tubería.
Figura 6 – 37. Radiador Remoto con Pozo Caliente y Bomba
de Refrigerante Auxiliar
Recuerde que el conjunto generador debe impulsar
eléctricamente el ventilador del radiador remoto, bombas de
refrigerante y otros accesorios requeridos para la operación
en aplicaciones de enfriamiento remoto. Así, la capacidad
en kW ganada por no impulsar un ventilador mecánico
generalmente se consume con la adición de los dispositivos
eléctricos necesarios en el sistema de enfriamiento remoto.
Recuerde agregar estas cargas eléctricas a la carga total
requerida del conjunto generador.
Enfriamiento del Motor Multi-Circuito
Radiadores Remotos
Algunos diseños de motor incorporan más de un circuito de
enfriamiento y entonces requieren de más de un radiador
remoto o circuito de intercambiador de calor para aplicaciones
de enfriamiento remoto. Estos motores aplican varios enfoques
para lograr el Postenfriamiento de Baja Temperatura (LTA) del
aire de admisión para la combustión. Una razón primaria atrás
de la creación de estos diseños es su efecto en la mejora de
los niveles de emisiones de escape. No todos estos diseños
de motor, sin embargo, se adaptan fácilmente al enfriamiento
remoto.
Rev. mayo 2010
6-37
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Dos Bombas, Dos Circuitos
Un metodo común para el postenfriamiento de baja temperatura
es contar con dos circuitos de enfriamiento completos y por
separado con dos radiadores, dos bombas de refrigerante y
refrigerante líquido por separado para cada uno. Un circuito
enfría las camisas de agua del motor, el otro enfría el aire de
admisión para combustión después del turbocargador. Para
el enfriamiento remoto, estos motores requieren de dos
radiadores o intercambiadores de calor remotos y separados.
Cada uno tiene sus propias especificaciones de temperaturas,
restricciones de presión, disipación de calor, etc. que se deben
satisfacer en los sistemas remotos. Estos datos están
disponibles con el fabricante del motor. Esencialmente, se
deben diseñar dos circuitos, cada uno exige de todas las
consideraciones y debe satisfacer todos los criterios de un
sistema remoto sencillo. Vea la Figura 6–38.
Nota: La localización del radiador para el circuito LTA puede
ser crítica para lograr la remoción adecuada de la energía
calorífica requerida para este circuito. Cuando los radiadores
LTA y de camisa de agua se colocan uno detrás del otro con
un ventilador único, el radiador LTA debe colocarse antes en
el flujo de aire para que el aire más frío pase por él.
Una Bomba, Dos Circuitos
Ocasionalmente los diseños del motor logran el postenfriamiento
de baja temperatura con el uso de dos circuitos de enfriamiento
dentro del motor, dos radiadores pero sólo una bomba de
refrigerante. Estos sistemas no se recomiendan para
aplicaciones de enfriamiento remoto debido a la dificultad de
lograr flujos de refrigerante balanceados y con esto el
enfriamiento apropiado de cada circuito.
de tiempo en el desempeño del turbocargador y resulta
potencialmente en pulsos de presión que impedirían el
desempeño apropiado del motor.
Radiadores para Aplicaciones de Radiadores Remotos
Radiadores Remotos
Los radiadores remotos están disponibles en un número de
configuraciones para aplicaciones en conjuntos generadores.
En todos los casos, el radiador remoto usa un ventilador
impulsado por un motor eléctrico que debe alimentarse
directamente de las terminales de salida del conjunto generador.
Se debe instalar un tanque de expansión en el punto más alto
del sistema de enfriamiento. La capacidad del tanque debe
ser cuando menos del 5% de la capacidad total del sistema
de enfriamiento. El tapón de presión instalado ahí se selecciona
basándose en la dimensión del radiador. Las líneas de venteo
pueden también necesitarse tender al tanque de expansión.
Una mirilla es una característica deseable para mostrar el nivel
de refrigerante en el sistema. Debe marcarse para mostrar el
nivel normal frío y caliente. Un interruptor de nivel de refrigerante
es una característica deseable para indicar una potencial falla
del sistema cuando el nivel de refrigerante está bajo.
Algunas instalaciones de radiador remoto operan con
ventiladores de radiador controlados termostáticamente. Si
éste es el caso, el termostato normalmente se monta en la
entrada del radiador.
Postenfriamiento Aire-a-Aire
Otro método para lograr el postenfriamiento de baja temperatura
es usar un circuito de enfriamiento del radiador aire-aire en
lugar de un diseño aire-a-líquido descrito antes. Estos diseños
envían el aire turbocargado a través de un radiador para enfriarlo
antes que entre al (los) múltiple(s) de admisión. Estos sistemas
generalmente no se recomiendan para el enfriamiento remoto
por dos razones. Primera, toda la tubería del sistema y el
radiador operan bajo presión turbocargada. Aún la fuga más
pequeña en este sistema disminuiría significativamente la
eficiencia del turbocargador y es inaceptable. Segunda, la
longitud del tubo de aire al radiador y de regreso crea un atraso
6-38
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–38. Un Radiador Remoto Horizontal y Radiador
Postenfriador
Los radiadores pueden ser bien sea de tipo horizontal (el núcleo
del radiador está paralelo con la superficie de montaje) o de
tipo vertical (el núcleo del radiador está perpendicular a la
superficie de montaje) (Figura 6–38). Los radiadores horizontales
a menudo se seleccionan porque permiten que la fuente de
ruido más grande en el radiador (el ruido mecánico del ventilador)
se dirija hacia arriba, donde es posible que no haya receptores
que puedan ser perturbados por el ruido. Sin embargo, los
radiadores horizontales se pueden desactivar con la cubierta
de nieve o la formación de hielo, por lo que a menudo no se
usan en climas fríos.
Los radiadores remotos requieren de poco mantenimiento,
pero cuando se usan, si se impulsan con banda, el
mantenimiento anual debe incluir la inspección y el apretado
de las bandas de ventilador. Algunos radiadores pueden usar
baleros con grasa que requieren de mantenimiento regular.
Asegúrese que las aletas del radiador estén limpias y sin
obstrucción con suciedad u otros contaminantes.
Intercambiador de Calor Montado en el Patín
El motor, bomba e intercambiador líquido a líquido forman un
sistema cerrado a presión (Figura 6–39). El refrigerante del
motor y el agua de enfriamiento cruda (el lado “frío” del sistema)
no se mezclan. Considere lo siguiente:
El cuarto de equipo del conjunto generador requiere de un
sistema de ventilación energizado. Vea Ventilación en esta
sección para obtener la información sobre el volumen de
aire requerido para lograr una ventilación apropiada.
Puesto que el motor del conjunto generador no tiene que
impulsar mecánicamente un ventilador de radiador, puede
existir capacidad adicional en la salida del conjunto generador.
Para obtener la potencia neta disponible del conjunto
generador, agregue la carga del ventilador indicada en la
Hoja de Especificaciones del conjunto generador a la potencia
del conjunto. Recuerde que el conjunto generador debe
impulsar eléctricamente el ventilador del radiador remoto,
ventiladores de ventilación, bombas de refrigerante y otros
accesorios requeridos por el conjunto para operar en
aplicaciones de radiador remoto. Así, la capacidad ganada
en KW por no impulsar un ventilador mecánico generalmente
se consume con la adición de los dispositivos eléctricos
necesarios en el sistema de enfriamiento remoto.
Figura 6–39. Enfriamiento con Intercambiador de Calor
Montado en Planta
Se debe contar con una válvula reductora de presión si la
presión de la fuente de agua en el lado frío del sistema
excede la presión nominal del intercambiador de calor.
Consulte el fabricante del intercambiador de calor para
obtener la información de éste13.
El intercambiador de calor y la tubería de agua deben
protegerse del congelamiento si la temperatura ambiente
puede caer a menos de 32 ºF (0 ºC).
Las opciones recomendadas incluyen una válvula de agua
termostática (no eléctrica) para modular el flujo de agua en
respuesta a la temperatura del refrigerante y una válvula de
paso energizada con la batería normalmente cerrada (NC)
para cerrar el agua cuando el conjunto no esté operando.
13 Los datos para los intercambiadores de calor proporcionados en los productos Cummins
Power Generation que se proporcionan con intercambiadores de calor montados en planta
están disponibles en el Cummins Power Suite.
Rev. mayo 2010
6-39
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Debe haber suficiente flujo de agua cruda para eliminar el
Calor Rechazado del Refrigerante indicado en la Hoja de
Especificaciones del conjunto generador. Note que por cada
1 ºF de elevación en la temperatura, un galón de agua
absorbe aproximadamente 8 BTU (calor específico). También,
se recomienda que el agua cruda que sale del intercambiador
de calor no exceda los 140 ºF (60 ºC). Por lo tanto:
Figura 6–40. Sistema de Intercambiador de Calor Doble (con
Enfriador Secundario Líquido a Aire)
Donde:
T = Elevación de temperatura del agua por el núcleo
c = calor específico del agua
Si un conjunto rechaza 19,200 BTU por minuto y la
temperatura de entrada del agua cruda es de 80 ºF,
permitiendo una elevación de la temperatura del agua de 60
ºF:
Agua Cruda Requerida = 19,200 = 40gpm
60 • 8
Sistemas de Intercambiador de Calor Doble
Los sistemas de enfriamiento de intercambiador de calor doble
(Figura 6–40) pueden ser difíciles de diseñar e implementar,
especialmente si un sistema de enfriamiento secundario como
un radiador se usa para enfriar el intercambiador de calor. En
estas situaciones el dispositivo remoto puede ser
significativamente más grande de lo esperado, ya que el cambio
de temperatura a través del intercambiador de calor es
relativamente pequeño. Estos sistemas deben diseñarse para
la aplicación específica, considerando los requisitos del motor,
intercambiador de calor líquido a líquido y el intercambiador
de calor remoto14.
14 Los intercambiadores de calor montados en el patín proveídos por Cummins Power
Generation típicamente no son adecuados para usarse en aplicaciones de intercambiador
de calor doble. Los arreglos de intercambiador de calor doble requieren de componentes
cuidadosamente hermanados.
6-40
Aplicaciones de Torre de Enfriamiento
Los sistemas de torre de enfriamiento se pueden usar en
aplicaciones donde la temperatura ambiente no cae a menos
del congelamiento y donde el nivel de humedad es lo
suficientemente bajo para permitir la operación eficiente del
sistema. El arreglo típico del equipo se muestra en la Figura
6–41.
Los sistemas de torre de enfriamiento típicamente utilizan un
intercambiador de calor montado en el patín cuyo lado “frío”
va conectado a la torre de enfriamiento. El balance del sistema
se compone de una bomba de agua “cruda” (la bomba de
enfriamiento del motor hace circular el refrigerante en el lado
“caliente” del sistema) para bombear el agua de enfriamiento
al remate de la torre de enfriamiento, donde se enfría por
evaporación y luego se regresa al intercambiador de calor del
conjunto generador. Fíjese que el sistema requiere de medidas
para recuperar el agua, ya que la evaporación continuamente
reduce la cantidad de agua de enfriamiento en el sistema. El
lado “caliente” del sistema del intercambiador de calor es similar
al descrito antes bajo el intercambiador de calor montado en
el patín.
Enfriamiento de Combustible con Radiadores Remotos
Los conjuntos generadores ocasionalmente incluyen enfriadores
de combustible para satisfacer los requisitos para motores
específicos. Si un motor está equipado con un enfriador de
combustible por separado, estos requisitos de enfriamiento
deben incluirse en el diseño del sistema de enfriamiento. A
menudo no es posible y a menudo es contra el código conectar
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
el combustible a un lugar remoto. Un enfoque sería incluir un
radiador y ventilador para en enfriamiento del combustible
dentro del espacio del generador y tomar en cuenta la disipación
de calor en el diseño de la ventilación del cuarto. Otro podría
ser un intercambiador de calor tipo sistema de enfriamiento
de combustible utilizando un radiador remoto o un suministro
de agua por separado para el lado del refrigerante.
Tres codos largos – 3 x 5.2
Dos válvulas de compuerta (abiertas) – 2 x 1.7
Te (recta)
60 pies de tubo recto
Longitud equivalente de tubo (pies)
15.6
3.4
5.2
60.0
84.2
3. Encuentre la contra-presión al flujo dado por unidad de
longitud del tubo para el diámetro de tubo nominal usado
en el sistema. En este ejemplo, se usa tubo de 3 pulgadas
nominal. Siguiendo las líneas quebradas en la Figura 6–42,
el tubo de 3 pulgadas causa una pérdida de presión de
aproximadamente 1.65 psi por 100 pies de tubo.
4. Calcule la pérdida de presión el la tubería como sigue:
Pérdida de la tubería = 84.2 pies x 1.65 psi = 1.39 psi
100 pies
Figura 6–41. Diagrama Representativo de la Aplicación de
Torre de Enfriamiento
Cálculos de Dimensión del Tubo de Enfriqamiento
La distribución preliminar de la tubería para un sistema de
enfriamiento con radiador remoto que aparece en la Figura
6–35 pide 60 pies de tubo de diámetro de 3 pulgadas, tres
codos largos, dos válvulas de compuerta para aislar el radiador
para darle servicio al motor y una te para conectar la línea de
llenado/recuperación. La Hoja de Especificaciones del conjunto
generador recomendado indica que el flujo de refrigerante es
de 123 gpm y que la columna de fricción permisible es de 5
psi.
5. La pérdida total del sistema es la suma de las pérdidas de
la tubería y el radiador:
Pérdida de presión total= 1.39 psi tubería +1.00 psi radiador= 2.39 psi
6. El cálculo para este ejemplo indica que la distribución del
sistema de enfriamiento de radiador remoto es adecuada
en términos de la columna de fricción del refrigerante ya que
no es mayor que la permisible. Si un cálculo indica una
columna de fricción excesiva del refrigerante , repita el cálculo
usando el tubo de medida mayor siguiente. Compare las
ventajas y desventajas de usar un tubo más grande con las
de usar una bomba de refrigerante auxiliar.
Este procedimiento involucra determinar la pérdida de presión
(columna de fricción) causada por cada elemento y luego
comparar la suma de las pérdidas de presión con la columna
de fricción máxima permisible.
1. Determine la pérdida de presión en el radiador consultando
los datos del fabricante del radiador. Para este ejemplo,
suponga que la pérdida de presión es de 1 psi con un flujo
de 135 gpm.
2. Encuentre las longitudes equivalentes de todas las conexiones
y válvulas usando la Tabla 6–5 y súmelas al tendido total de
tubo recto.
Tabla 6–5. Longitudes Equivalentes de Conexiones de Tubería
y Válvulas en Pies (Metros)
Rev. mayo 2010
6-41
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Los conjuntos generadores con motores que tienen camisas
de cilindro reemplazables requieren de aditivos de refrigerante
complementarios (SCA) para protegerlos contra el picado y
corrosión de camisas, como se especifica en los manuales del
operador del motor y conjunto generador.
Ventilación
Generalidades
La ventilación del cuarto del conjunto generador es necesaria
para proporcionar aire de combustión al motor, eliminar el calor
emitido por el conjunto generador y cualquier otro equipo en
el cuarto y desalojar las emanaciones de gases peligrosos.
FLUJO DE REFRIGERANTE – galones US por minuto (litros/min)
Figura 6–42. Pérdidas de Presión por Fricción para Tubos de
Diámetro en Pulgadas (mm)
Tratamiento del Refrigerante
Se mezclan anticongelante (base etilen o propilen glicol) y agua
para bajar el punto de congelamiento del sistema de enfriamiento
y subir el punto de ebullición. Consulte la Tabla 6–7 para
determinar la concentración de etilen o propilen glicol necesario
para proteger contra la temperatura ambiente más fría esperada.
Para la mayoría de las aplicaciones se recomiendan porcentajes
de mezcla de anticongelante/agua en el rango de 30/70 a
60/40.
NOTA: El anticongelante con base de propilen glicol es menos
tóxico que el anticongelante con base de etileno, ofrece una
superior protección a la camisa y elimina algunos requisitos
de reporte por derrame y desecho. Sin embargo, no es un
refrigerante tan efectivo cono el etilen glicol, por lo que la
capacidad del sistema (temperatura máxima de operación a
plena carga) disminuye en algo con el uso del propilen glicol.
Los conjuntos generadores de Cummins Power Generation,
de 125/100 kW y más grandes, están equipados con elementos
de filtrado y tratamiento de refrigerante para minimizar la
contaminación y la corrosión del sistema de refrigerante. Son
compatibles con la mayoría de las formulaciones de
anticongelante. Para conjuntos más pequeños, el anticongelante
debe contener un inhibidor de corrosión.
6-42
NOTA: La frase “cuarto del conjunto generador” y el término
“cuarto” se usaran a lo largo de esta sección. Sin embargo,
los principios tratados aquí se aplican a cualquier medio de
cubrir el conjunto generador. Para los propósitos de esta
sección, considere “cuarto” sinónimo de “casa de fuerza”,
“cubierta”, “contenedor”, “caseta”,”cabina” etc.
Un diseño y/o instalación deficientes del sistema de ventilación
pueden llevar a los siguientes problemas:
Condiciones peligrosas para el personal del cuarto del
conjunto generador (si es aplicable).
Altas temperaturas alrededor del conjunto que pueden llevar
a un pobre desempeño y sobrecalentamiento.
Operación pobre en climas fríos si la instalación permite la
exposición de la unidad a temperaturas frías.
Problemas con otro equipo en el cuarto que puede ser
sensible a las temperaturas altas o bajas.
Requerimientos
Los múltiples de escape y turbocargadores del motor no
deben aislarse. (Vea Determinar los Requisitos del Flujo
de Aire, página 6 – 66).
No se debe usar aislamiento rígido en las juntas de expansión.
(Vea Determinar los Requisitos del Flujo de Aire, página
6 – 66).
El calor de otras fuentes se debe considerar en el diseño del
sistema de ventilación. (Vea Determinar los Requisitos del
Flujo de Aire, página 6 – 66).
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
La entrada /salida del cuarto:
Asegura el flujo de aire total de combustión y ventilación
a través del cuarto. (Vea Requisitos del Diseño de Entrada
y Salida de la Ventilación del Cuarto, página 6–73).
Permitirá la circulación de aire a través de todo el conjunto
generador desde el extremo del alternador al extremo del
radiador (Vea Lineamientos del Diseño de la Entrada y
Salida, página 6–74).
Tomará/descargará el aire de ventilación directamente
desde / hasta el exterior. (Vea Lineamientos del Diseño
de la Entrada y Salida, página 6–74).
Permitirá que la cantidad de aire fresco requerida fluya a
través de cada sistema en una instalación múltiple. (Vea
Ventilar Conjuntos Generadores Múltiples, página 6 –
78).
El fabricante de los louvers debe ser consultado para obtener
los límites de velocidad del aire (Vea Calcular el Área de
Flujo Efectiva de Entrada / Salida, página 6 – 74).
Los ductos de descarga del radiador serán auto-soportados
(Vea Lineamientos del Diseño de la Entrada y Salida,
página 6–74).
El sistema de ventilación se diseñará para obtener una
operación aceptable con todas las puertas de acceso /
servicio cerradas. Todas las puertas permanecerán cerradas
durante la operación del conjunto generador para mantener
el flujo de ventilación diseñado. (Vea Presión Negativa en
el Cuarto del Conjunto Generador, página 6–75).
La línea del respiradero del cárter del motor debe seguir una
ruta de tal manera que las emanaciones de vapor no
obstruyan el equipo. (Vea Ventilación del cárter del Motor,
página 6–76).
Si se modifica el respiradero del motor, la presión se medirá
a la potencia nominal. La presión debe ser positiva pero no
exceder 3 pulgadas de agua (0.75 kPa) (Vea Ventilación del
cárter del Motor, página 6–76).
Para paquetes de radiador / ventilador montados en el
conjunto, la restricción de flujo de aire total del cuarto del
conjunto generador no excederá el valor máximo mencionado
en la Hoja de Datos del Conjunto Generador. (Vea Restricción
del Flujo de Aire, página 6–76).
Los louvers deberán abrir inmediatamente con el arranque
del conjunto generador para instalaciones de emergencia /
en standby. En climas fríos, los louvers pueden abrir
parcialmente sólo para permitir el aire de combustión y
controlar para modular la temperatura en el cuarto. (Vea
Operación de los Louvers, página 6–78).
Si se instala un muro de bloqueo, será localizado no más
cerca de una distancia igual a 1X la altura de la persiana de
descarga del edificio. Para obtener un desempeño óptimo,
el muro debe localizarse aproximadamente a 3X la altura de
la persiana de descarga del edificio. (Vea Muros de Bloqueo,
página 6–80).
Se incluirá un difusor de giro y drenado en cualquier instalación
de muro de bloqueo. (Vea Muros de Bloqueo, página 6–80).
Si se instalan filtros para el sistema de ventilación, se contará
con un sistema para detectar filtros tapados. (Vea Filtrado
del Aire de Ventilación, página 6–81).
Recomendaciones
La tubería de escape y los mofles deben aislarse. (Vea el
requisito anterior con relación a los múltiples y turbocargadores
– Determinando los Requerimientos del Flujo de Aire,
página 6–66).
La temperatura máxima en el exterior debe medirse cerca
de la entrada de aire. (Vea Determinando los
Requerimientos del Flujo de Aire, página 6–66).
La velocidad de aire debe limitarse a 500 – 700 pies/minuto
(150 – 220 metros/minuto) para evitar el ingreso de lluvia /
nieve. Vea los requerimientos anteriores con relación a los
límites de los louvers sobre la velocidad del aire. (Vea
Calculando el Área de Flujo Efectiva de Entrada / Salida,
página 6–74).
Recomendaciones de la localización de entrada / salida del
cuarto (Vea Lineamientos del Diseño de Entrada y Salida,
página 6–74):
La entrada no debe localizarse cerca de la salida del
escape del motor.
La entrada y salida no deben localizarse en la misma
pared.
La salida debe localizarse tan alta como sea posible y la
entrada debe localizarse tan baja como sea posible, a la
vez de mantener el flujo de aire fresco a través del conjunto
generador.
La salida debe localizarse en el lado a favor del viento del
edificio.
El equipo de combustión adicional no debe localizarse en el
cuarto del conjunto generador. (Vea Presión Negativa en
el Cuarto del Conjunto Generador, página 6 – 75).
Rev. mayo 2010
6-43
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Determinando los Requerimientos del Flujo de Aire
Use el siguiente método para determinar los requerimientos
del flujo de aire del cuarto del conjunto generador.
PASO 1: Determine del Conjunto Generador el Calor
Emitido al Cuarto.
El motor y el alternador emiten calor al cuarto del conjunto
generador. En la Figura 6–43, este calor se identifica como
QGS. Consulte la Hoja de Datos del Conjunto Generador para
determinar la cantidad de calor, como se muestra en la Figura
6–44. Para el ejemplo del conjunto generador Cummins DFXX
en standby mostrado en la Figura 6–44, QGS es 5530.0
BTU/min (5.9 MJ/min).
Figura 6–44. Ejemplo de Hoja de Especificación de Conjunto
Generador DFXX
Figura 6–43. Calor Emitido al Cuarto del Conjunto Generador
(QGS)
PASO 2: Determine el Calor Emitido al Cuarto por el
silenciador y la Tubería de Escape.
El silenciador y la tubería de escape emiten calor al cuarto del
conjunto generador, como aparece en la Figura 6–45. Use la
Tabla 6–6 para estimar la cantidad.
Para el sistema que aparece en la Figura 6 – 45, suponga
que hay 10 pies de tubería de escape sin aislamiento de 5
pulgadas de diámetro (3 metros de 127 mm de diámetro) y un
silenciador sin aislamiento en el cuarto del conjunto generador.
De la Tabla 6–6, se puede determinar el calor irradiado de la
tubería (QP) y el silenciador (QM):
6-44
Figura 6–45. Calor Emitido al Cuarto por el silenciador y la
Tubería de Escape
Note que los valores dados en la Tabla 6–6 y las ecuaciones
del ejemplo son para tubería de escape y silenciadores sin
aislamiento. Cummins recomienda aislar la tubería de escape
y los silenciadores para reducir la cantidad de calor irradiado
al cuarto. Los paquetes de radiador montados en el conjunto
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
suministrados de planta están diseñados y desarrollados bajo
la suposición que la tubería de escape estará protegida /
aislada. Como regla de dedo, para los sistemas aislados1, use
el 30% de los valores de calor dados en la Tabla 6–6.
Aislar los múltiples de escape y turbocargadores del motor
puede causar daños. Además, el aislamiento rígido no se
puede usar en las juntas de expansión. Para obtener detalles
adicionales, vea la sección Sistema de Escape de este manual
o póngase en contacto con el distribuidor Cummins local para
acceder al AEB 60.05.
La tubería de escape y los silenciadores deben aislarse.
Los múltiples de escape y los turbocargadores del motor no
deben ser aislados.
El aislamiento rígido no se debe usar en las juntas de
expansión.
Tabla 6–6. Calor Estimado Irradiado de Tubería de Escape y
Mofles15
PASO 3: Determine el Calor Emitido al Cuarto por Otras
Fuentes de Calor
PASO 4: Calcule el Calor Total Emitido al Cuarto de
Todas las Fuentes
Para encontrar el calor total emitido al cuarto del conjunto
generador, sume todos los valores de los pasos 1–3:
Para el sistema del ejemplo,
PASO 5: Determine la Máxima Elevación de Temperatura
Aceptable del Cuarto
Para determinar la elevación de temperatura máxima del cuarto
del conjunto generador primero determine la temperatura
máxima en el exterior (MAX TEXTERIOR) y la temperatura del
cuarto máxima aceptable (MAX TCUARTO). La temperatura
máxima exterior es la temperatura máxima posible en la región
geográfica. Idealmente, esta temperatura se mide cerca de la
entrada de aire del cuarto del conjunto generador. Las
temperaturas cerca de las edificaciones pueden ser
significativamente mayores que las temperaturas en espacios
abiertos.
La temperatura máxima exterior debe medirse cerca de la
entrada de aire.
Otras fuentes incluyen el conmutador, bombas, compresores,
iluminación, calor solar a través de las ventanas y cualquier
otro equipo que produzca calor. En las siguientes ecuaciones,
este calor se identifica como QAUX.
Para determinar la temperatura del cuarto máxima aceptable,
consulte los códigos de edificación, ordenamientos locales,
especificaciones de detección de incendios, máxima
temperatura de operación del conjunto generador antes del
derrateo por altitud, capacidad del sistema de enfriamiento y
otros factores. Recuerde que el conjunto generador puede no
ser el equipo más sensible a la temperatura en el cuarto. Las
temperaturas del cuarto máximas aceptables se pueden definir
con los límites de operación del otro equipo.
Para el sistema del ejemplo, suponga que no existen fuentes
de calor adicionales en el cuarto del conjunto generador.
La elevación de temperatura del cuarto del conjunto generador
máxima aceptable es:
El calor de otras fuentes se debe considerar en el diseño del
sistema de ventilación.
T = MaxTCUARTO – Max TEXTERIOR
15 Los empleados de Cummins pueden acceder al Reporte Técnico Cummins 9051-2005003 para obtener la documentación de estos valores.
Rev. mayo 2010
6-45
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Para el sistema del ejemplo, suponga que el conjunto generador
se localiza en una región donde la temperatura exterior máxima
a la entrada del cuarto es de 90 ºF (32.2 ºC) y la temperatura
del cuarto máxima aceptable es de 104 ºF (40 ºC). La elevación
de la temperatura del cuarto del conjunto generador máxima
aceptable es:
T= 104 ºF – 90 ºF= 14 ºF o ?T= 40 ºC – 32.2 ºC= 7.8 ºC
QTOT = calor total emitido al cuarto (paso 4); BTU/min (MJ/min)
cp = calor específico; 0.241 BTU/lb/ºF (1.0 x 10-3 MJ/kg/ºC)
ÄT = elevación de temperatura del cuarto del conjunto generador
(paso 5); ºF (ºC)
d = densidad del aire; 0.0750 lb/ft3 (1.20 kg/m3).
Para el sistema del ejemplo,
VCUARTO =
8421 BTU / min
=33278 cfm
(0.241BTU /
(14 ºF)(0.075 lb/ ft3)
lb • ºF
O
VCUARTO =
8421 BTU / min
=33278 cfm
(1.0x10-3MJ /
(7.8 ºC)(1.20 kg/ m3)
kg • ºC
Luego, sume este valor al requerimiento de aire de combustión
del Paso 6 para determinar el flujo de aire total requerido:
VTOT = VCUARTO + VCOMB
Figura 6–46. Temperaturas del Cuarto y el Ambiente Máximas
Aceptables
PASO 6: Determine el Flujo de Aire Requerido para
Combustión
Para el sistema del ejemplo,
VTOT = 33278cfm + 1226cfm=34504cfm
o
VTOT = 944m3 / min+34.7m3 / min =979m3/ min
Encuentre el flujo de aire requerido para combustión en la Hoja
de Datos del Conjunto Generador, como aparece en la
Figura 6–47. Para el conjunto generador Cummins DFXX en
standby del ejemplo mostrado, este valor es 1226.0 cfm (34.7
m3/min).
PASO 7: Calcule el Flujo de Aire Total Requerido a través
del Cuarto del Conjunto Generador.
Primero, el flujo de aire requerido para proveer la elevación de
temperatura diseñada del cuarto se calcula:
VCUARTO =
QTOT
(c p )( T)(d)
Donde VCUARTO = flujo de aire de ventilación forzada mínima;
cfm (m3/min)
6-46
Figura 6–47. Ejemplo de la Hoja de Especificaciones del
Conjunto Generador DFXX
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
PASO 8: Ajuste el Flujo de Aire por Altitud
La densidad del aire disminuye al aumentar la altitud. Un
conjunto generador que opera a una gran altitud requiere de
más flujo de aire volumétrico que un conjunto generador que
opera al nivel del mar para mantener el flujo de masa de aire
equivalente. Aumente el flujo de aire del Paso 7 un 3% por
cada 1000 pies (305 metros) arriba del nivel del mar para
mantener una ventilación adecuada. Use la siguiente ecuación:
Figura 6–48. Ejemplo de Hoja de Especificaciones del Conjunto
Generador DFXX
Donde VADJ = flujo de aire ajustado por la altitud; cfm (m3/min)
Alt = altitud en el sitio de la instalación; ft (m)
AltREF = altitud de referencia; 1000 ft (305 m)
VTOT = flujo de aire total requerido en el Paso 7; cfm (m3/min).
Compare el requerimiento de flujo de aire total (VADJ) obtenido
en el Paso 8 con el valor del “Flujo de Aire del Sistema de
Enfriamiento” de la información técnica del conjunto generador.
Suponga que el sistema del ejemplo se va a instalar a una altitud
de 5000 pies (1524 metros).
Este valor final (VADJ) es el flujo de aire real requerido en las
condiciones del sitio. Los proveedores de equipo de ventilación
pueden requerir detalles adicionales para especificar el equipo
apropiado para la instalación.
PASO 9: Determine los Requerimientos del Ventilador
de Ventilación Auxiliar
Si el conjunto generador tiene un radiador y ventilador
instalado en planta, obtenga los valores de “Aire de
Enfriamiento del Radiador” o “Flujo de Aire del Sistema de
Enfriamiento” de la Hoja de Datos del Conjunto Generador.
Este es el flujo de aire que el ventilador montado en el conjunto
proveerá. Para el ejemplo de conjunto generador Cummins
DFXX en standby mostrado en la Figura 6–48, este valor es
22700.0 cfm (642.4 m3/min).
Si VADJ es menor que el valor de “Aire de Enfriamiento del
Radiador”, el ventilador montado en el conjunto proveerá más
flujo de aire de ventilación que el necesario y no se requiere
de ventiladores auxiliares. Esto supone que la restricción de
flujo de aire total está dentro de los límites. (Vea Restricción
del Flujo de Aire, página 6–76).
Si VADJ es mayor que el valor de “Aire de Enfriamiento del
Radiador”, el ventilador montado en el conjunto no proveerá
el flujo de aire de ventilación necesario y se requerirá de
ventiladores auxiliares. Los ventiladores auxiliares deben
compensar la diferencia de flujo de aire entre VADJ y el valor
del “Flujo de Aire del Sistema de Enfriamiento”. El ventilador
auxiliar debe dimensionarse y localizarse de tal manera que
complemente el ventilador montado en el conjunto y no competir
con él por aire.
Si el sistema de ejemplo estuviera equipado con un radiador
y ventilador instalado en planta, VADJ = 39680 cfm (1126
m3/min) es mayor que el valor de “Aire de Enfriamiento del
Radiador” de 22700.0 cfm (642.4 m3/min), por lo que se
requerirán ventiladores auxiliares para el cuarto del conjunto
generador. Estos ventiladores necesitarían entregar 39680
cfm – 22700 cfm = 16980 cfm (1126 m3/min – 642.4 m3/min
= 483.6 m3/min).
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6-47
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Nota: Este ejemplo presenta circunstancias extremas. En la
mayoría de las aplicaciones, los ventiladores montados en el
conjunto podrán proveer el flujo de aire requerido. Sin embargo,
estos cálculos deben hacerse para verificar que el ventilador
es el adecuado.
Si el conjunto generador no tiene un radiador y ventilador
instalados en planta, los ventiladores instalados en el cuarto
del conjunto generador se requerirán para proporcionar el flujo
de aire total calculado en el Paso 8.
Si el sistema del ejemplo no estuviera equipado con un radiador
y ventilador instalados en planta, los ventiladores instalados
en el cuarto del conjunto generador necesitarían proveer 39680
cfm (1126 m3/min) de flujo de aire.
Figura 6 – 49. Ejemplo de Sistema de Ventilación para Radiador
y Ventilador Instalado en fabrica
Requerimientos del Diseño de Entrada y Salida de la
Ventilación del Cuarto
Las entradas y salidas del cuarto deben aceptar el flujo de
aire total a través del cuarto.
Si el conjunto generador tiene un radiador y ventilador instalado
de fabrica, el flujo de aire total a través del cuarto del conjunto
generador es el flujo de aire de ventilación requerido en el Paso
8 antedicho (VADJ) o el “Flujo de Aire del Sistema de Enfriamiento”
del Paso 9, lo que sea mayor. Un sistema de ejemplo aparece
en la Figura SIN TÍTULO.
Si el conjunto generador no tiene un radiador y ventilador
instalado de fabrica, el flujo de aire total a través del cuarto del
conjunto generador es el flujo de aire de ventilación requerido
del Paso 8 anterior (VADJ). Un sistema de ejemplo aparece en
la Figura 6–50.
Figura 6–50. Ejemplo de Sistema de Ventilación de Enfriado
Remoto con Radiador y Ventilador No Instalado en fábrica.
(NOTA: el sistema de enfriamiento no aparece en esta ilustración)
Calculando el Área de Flujo Efectiva de Entrada/Salida
La velocidad del aire debe estar limitada a 500 – 700
pie/minuto (2.5 – 3.6 metros por segundo) para evitar el
ingreso de la lluvia / nieve.
Para instalaciones con louvers, infórmese con el fabricante
de los louvers de los límites de velocidad del aire.
6-48
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Típicamente, limitar la velocidad del aire a 500 – 700 pie/minuto
(2.5 – 3.6 metros/segundo) ayuda a evitar que la lluvia y la
nieve entren al cuarto del conjunto generador. Para instalaciones
con louvers, asegúrese de revisar con el fabricante de los
louvers para obtener los requisitos de velocidad del aire.
Los louvers o pantallas en las aberturas de entrada y salida de
aire restringen el flujo de aire y varían ampliamente en el
desempeño. Un ensamble de louvers con deflectores angostos,
tiende a tener más restricción que uno de deflectores amplios.
Debe usarse el área abierta efectiva especificada por el fabricante
de la persiana o pantalla.
Se puede calcular el área de flujo efectiva requerida de la
entrada y/o salida:
Donde
A = área de flujo efectiva; ft2 (m2)
V = flujo volumétrico; cfm (m3/min)
S = velocidad del aire; ft/min (m/min).
Para el sistema del ejemplo de la parte 1, suponga que se
usan persianas de entrada y salida y el fabricante de persianas
exige que la velocidad del flujo de aire se limite a 400 pies/minuto
(122 metros/minuto).
Se requerirán louvers con un área de flujo efectivo de 99.2 ft2
(9.2 m2).
Guías para el Diseño de Entrada y Salida
Estos requerimientos y recomendaciones ayudan a entregar
la cantidad de aire requerida por el conjunto generador y
mantener la integridad del sistema.
Las entradas y salidas se localizarán de tal manera que el
aire fluya a través de todo el conjunto generador desde el
extremo del alternador hasta el extremo del radiador.
El aire de ventilación se tomará directamente del exterior y
se descargará directamente al exterior.
Los ductos de descarga del radiador tendrán apoyos
independientes.
La entrada y salida no se deben localizar en el mismo muro.
La entrada no debe localizarse cerca de la salida de los
gases de escape.
Las salidas deben localizarse tan altas como sea posible y
las entradas tan bajas como sea posible, mientras que
mantienen el flujo de aire fresco a través de todo el conjunto.
La salida debe localizarse en el lado a favor del viento
dominante del edificio.
Las vistas “superiores” de distribuciones del cuarto
recomendadas, aceptables e inaceptables se muestran en la
Figura 6–51. Las vistas “laterales” de vistas de la distribución
del cuarto recomendadas e inaceptables aparecen el la Figura
6–52.
NOTA: Para conjuntos generadores con paquetes de radiador
montado en el conjunto suministrado en planta, no es posible
localizar la salida en lo alto del cuarto. La distribución
recomendada en la Figura 6 – 52 se aplica sólo a los sistemas
enfriados remotos.
Presión Negativa en el Cuarto del Conjunto Generador
El sistema de ventilación se diseñará para lograr una operación
aceptable con todas las puertas de entrada / servicio cerradas.
Todas las puertas permanecerán cerradas durante la
operación del conjunto generador para mantener el flujo de
ventilación diseñado.
El equipo de combustión adicional no se debe localizar en
el cuarto del conjunto generador.
El sistema de ventilación puede causar una ligera presión
negativa en el cuarto del conjunto generador. Se recomienda
que equipo de combustión como las calderas de calefacción
del edificio no se localicen en el cuarto del conjunto generador
debido a la posibilidad de una presión negativa. Si esto es
ineludible, se debe examinar la posibilidad de tener impactos
en el desempeño del sistema de enfriamiento y otros efectos
negativos como el contraflujo de tubo. Se pueden requerir
aberturas y/o ductos mayores de entrada al cuarto y ventiladores
de presurización, etc. extra grandes, para reducir la presión
negativa a un nivel aceptable.
Sin importar la presión en el cuarto del conjunto generador,
siempre debe ser posible para el personal abrir las puertas del
cuarto en caso de emergencia.
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6-49
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
potencia nominal. Este valor debe ser positivo y no exceder
las 3 pulgadas de agua (0.75 kPa). Líneas excesivamente largas
pueden causar una sobre-presurización del respiradero del
motor. Se puede requerir de una ruta más corta o un diámetro
mayor.
Restricción del Flujo de Aire
Para paquetes de radiador / ventilador montados en el
conjunto generador, la restricción del flujo de aire total del
cuarto del conjunto generador no deben exceder el valor
máximo mencionado.
Figura 6–51. Vistas “Superiores” de Distribuciones del Cuarto
del Conjunto Generador
Si se usa un radiador/ventilador montado en el conjunto, la
restricción de flujo de aire total del cuarto del conjunto generador
no puede exceder el valor mencionado en la información técnica
del conjunto generador. Vea la Figura 6–53. Para el ejemplo
de conjunto generador DFXX, este valor es de 0.50 pulg H2O
(124.50 Pa).
Figura 6–52. Vistas “Laterales” de Distribuciones del Cuarto
del Conjunto Generador
Ventilación del cárter del Motor
La línea del respiradero del cárter del motor será ruteada
de tal manera que las emanaciones de vapor no obstruyan
el equipo.
Si se modifica el respiradero del motor, la presión debe
medirse a la potencia nominal. La presión debe ser positiva
pero no exceder las 3 pulgadas de agua (0.75 kPa).
Los sistemas de ventilación del respiradero del cárter del motor
abiertos dejan escapar vapores al cuarto del conjunto generador.
Estos vapores contener vapores de aceite. La línea del
respiradero debe dirigirse de tal manera que las emanaciones
de vapor no puedan obstruir el núcleo del radiador, alternador,
filtro de aire o cualquier otro equipo que pueda ser sensible al
vapor de aceite. El potencial de contaminación ambiental
también debe considerarse cuando oriente la línea. Los puntos
bajos o bajadas en la línea del respiradero no se permiten y la
línea debe protegerse del congelamiento. La línea del respiradero
no debe agregar una restricción significativa al sistema. Si se
modifica el respiradero, la presión del cárter debe medirse a
6-50
Figura 6–53. Ejemplo de la Hoja de Especificaciones del
Conjunto Generador DFXX.
Las entradas y salidas del cuarto del conjunto generador causan
restricción del flujo de aire. Vea la Figura 6–54. La restricción
de entrada es la caída de presión señalada como PI en la
Figura 6–54. La restricción de salida es la caída de presión a
través de la salida y cualquier ducto instalado, marcada como
PO en la Figura 6–54. La suma de estos dos valores debe
ser menor que la restricción máxima permitida mencionada en
la información técnica del conjunto generador:
PI + PO < Restricción Max Estática. (de la Hoja de Datos
del Conjunto Generador).
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Si la restricción total del sistema excede la máxima permitida,
resulta en una reducción del flujo de aire. La reducción del flujo
de aire evita que el sistema de enfriamiento rinda a su
temperatura ambiente nominal. El sobrecalentamiento y el
apagado del motor podrían ser posibles.
Los detalles de desempeño del sistema de enfriamiento adicional
de un modelo del conjunto generador se pueden encontrar en
Sistema de enfriamiento en la Hoja de Datos. Considere el
ejemplo que aparece en la Figura 6–55. Suponga un ejemplo
de un conjunto generador en standby de 50 Hz que se instala
en un cuarto con una restricción total de flujo de aire de 0.25
in de agua (6.4 mm de agua). Para un sistema mostrado de
50 ºC ambiente, la capacidad ambiental real de este sistema
es de 47 ºC.
Los datos de caída de presión para las entradas, salidas,
louvers, amortiguadores, ductos, etc., deben obtenerse del
fabricante para los flujos de volumen predichos. Para las
instalaciones en Norte América, se requiere consultar las
publicaciones de la ASHRAE (Sociedad Americana de Ingenieros
en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado, por sus
iniciales en inglés) para obtener las recomendaciones sobre el
diseño de ductos si ductos de aire son requeridos.
Una vez que todo el equipo está instalado en el cuarto, la
restricción del flujo de aire debe verificarse para garantizar que
está dentro de los límites. Vea Restricción del Flujo de Aire
en Verificación del Sistema, página 6–81.
Sistema de Enfriamiento de Radiador
para Ambiente de 50 ºC
Figura 6 – 55. Ejemplo de Hoja de Datos del Sistema de
Enfriamiento DXXX
Si no se usa un radiador/ventilador montado en el conjunto,
los ventiladores auxiliares deben entregar la cantidad de aire
requerida contra las restricciones impuestas por las entradas
y salidas para mantener la temperatura de diseño del cuarto.
Consulte a los proveedores del equipo para obtener ayuda.
Ventilando Múltiples Conjuntos Generadores
Cada conjunto generador en una instalación de conjuntos
múltiples recibirá la cantidad requerida de flujo de aire fresco.
Para aplicaciones donde se instalan múltiples conjuntos
generadores en el mismo cuarto, el sistema de ventilación debe
diseñarse para que la cantidad de aire requerida fluya a través
de cada conjunto generador. La meta en tales instalaciones es
la de tener un flujo uniforme por todas las unidades. Existen
varios métodos para lograr esto, incluyendo:
Localización apropiada de las entradas y salidas del cuarto.
Ductos.
Con instalaciones de conjuntos múltiples, se requiere de más
cuidado para asegurar que el aire de ventilación caliente expelido
por un conjunto no recircule hacia la entrada de cualquier otro
conjunto adjunto. Los ejemplos de buenos y malos diseños se
muestran en la Figura 6–56.
Operación de los Louvers
Los louvers deben abrir inmediatamente con el arranque del
conjunto generador para instalaciones de emergencia / en
standby. En climas fríos, las persianas pueden abrir parcialmente
sólo para admitir el aire de combustión al cuarto y modular
para controlar la temperatura dentro del cuarto.
Figura 6–54. Restricción de flujo de aire de entrada y salida
del cuarto.
Se espera que los conjuntos generadores usados para potencia
de emergencia o en standby se dirijan a carga total
Rev. mayo 2010
6-51
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
inmediatamente sobre el arranque. Para estas situaciones,
asegúrese que las persianas o louvers estén abiertas y permitan
el flujo de aire total tan pronto como el conjunto arranque.
En climas fríos, o cuando el conjunto generador se opera o
prueba bajo carga ligera o sin carga, el flujo pleno de aire a
través del sitio puede resultar en un sobre-enfriamiento. En
estas instancias, las persianas pueden controlarse
termostáticamente para mantener la temperatura del cuarto
a un nivel aceptable y permitir el enfriamiento apropiado. Tenga
cuidado de no crear una presión negativa en el cuarto del
conjunto generador que pueda ser un peligro para la salud
del personal que trabaje en el cuarto del conjunto generador.
Para operación en clima frío el aire de ventilación se puede
recircular para modular la temperatura dentro del cuarto del
conjunto generador. Esto ayuda a que el conjunto generador
se caliente más rápido y mantenga la temperatura del
combustible más alta que el punto de nebulización. Este sistema
de recirculación debe controlarse termostáticamente para
mantener la temperatura apropiada en el cuarto. Vea la Figura
6–57.
Figura 6–57. Sistema de Recirculación del Cuarto
Muros de Bloqueo
Si se instala un muro de bloqueo, debe localizarse a una
distancia del edificio no menor a 1 X la altura de la persiana
de descarga. Para obtener un desempeño óptimo, el muro
debe localizarse aproximadamente a 3 X la altura de la
persiana de descarga lejos del edificio.
Se incluirá un deflector de desviación y drenaje en cualquier
instalación de muro de bloqueo.
Operación de las Persianas
Figura 6–58. Muro de Bloqueo y Deflector de Desviación
Figura 6–56. Instalación de Múltiple de Conjuntos Generadores
Los muros de bloqueo se pueden construir para evitar que el
viento entre a la salida de ventilación. Vea la Figura 6–58. El
muro de bloqueo debe localizarse de la salida a una distancia
cuando menos igual a la salida del radiador. El mejor desempeño
se logra a una distancia de aproximadamente 3 veces la salida
de aire del radiador. Se debe usar un deflector de desviación
para ayudar a reducir que el agua de lluvia entre al cuarto del
conjunto generador.
Filtrado del Aire de Ventilación
El cuarto del conjunto generador debe mantenerse sin suciedad
o desechos. El aire de ventilación que se contamina con polvo,
6-52
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
fibras, sal u otros químicos o materiales puede requerir de
filtros especiales en el sistema de ventilación del cuarto, motor
o alternador. Si se usan filtros, se debe considerar su restricción
al flujo de aire. Para conjuntos generadores con radiadores
montados de fabrica, la restricción del filtro debe incluirse en
el cálculo de la restricción del flujo de aire total. La restricción
total, incluyendo los filtros, debe permanecer debajo de la
restricción total permitida mencionada en la información técnica
del conjunto generador. (Vea Restricción del Flujo de Aire,
página 6–76).
Si se instalan filtros para el sistema de ventilación, debe
haber un sistema para detectar filtros tapados en el lugar.
Si se usan filtros, deben existir medidas para monitorear su
condición y detectar filtros tapados. Los indicadores de caída
de presión se pueden instalar en el sistema de ventilación del
cuarto. Otras soluciones también pueden ser aceptables.
3. Mida la temperatura del aire exterior en el mismo punto que
se aplicó en el Paso 5 (de Determinar los Requerimientos
de Flujo de Aire, página 6 – 66).
4. Calcule la diferencia de temperatura entre el exterior y el
cuarto del conjunto generador.
5. Verifique que no se exceda la elevación de temperatura de
diseño del cuarto.
Si se excede la elevación de temperatura de diseño del cuarto,
se requerirán más pruebas detalladas de las instalaciones o
correcciones en el diseño del sistema.
Restricción del Flujo de Aire
Antes de poner en servicio el conjunto generador, la restricción
del flujo de aire del cuarto debe medirse para confirmar que
el sistema no excede la restricción de flujo de aire máxima
permitida mencionada en la información técnica del conjunto
generador. La restricción de flujo de aire del cuarto debe
medirse de acuerdo con la Figura 6–59 y la Figura 6–60.
Altitud y Temperatura Ambiente
La altitud y la temperatura del sitio de la instalación afecta la
densidad del aire que rodea el conjunto generador, lo cual a
su vez afecta el desempeño del motor, alternador y el sistema
de enfriamiento. Para obtener detalles adicionales, incluyendo
un debate de la Temperatura Ambiente Limitante (LAT), vea las
secciones Sistemas de Enfriamiento del Conjunto Generador
y Condiciones Ambientales de este manual.
Verificación del Sistema
Sobre la instalación del sistema, se deben realizar pruebas de
campo para asegurarse que se ha cumplido el criterio del
diseño.
Figura 6–59. Medir la Restricción del Flujo de Aire
Elevación de la Temperatura dentro del Cuarto
El siguiente procedimiento se puede utilizar para comparar la
elevación de la temperatura real contra la diseñada del cuarto:
1. Opere el conjunto generador a plena carga (un factor de
potencia de 1.0 es aceptable) lo suficiente para que la
temperatura del refrigerante y del aceite del motor se
estabilicen. Esto toma aproximadamente 1 hora.
2. Con el conjunto generador aún operando a carga nominal,
mida la temperatura del aire del cuarto del conjunto generador
a la entrada del filtro de aire.
Figura 6–60. Medir la Restricción del Flujo de Aire
Rev. mayo 2010
6-53
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Guías Generales
La ventilación del cuarto del generador es necesaria para sacar
el calor irradiado por el motor, alternador y otro equipo generador
de calor en el cuarto del generador, así como para sacar
vapores de escape potencialmente peligrosos y para proveer
aire de combustión. Un mal diseño del sistema de ventilación
conduce a altas temperaturas ambiente alrededor del conjunto
generador que pueden causar una mala eficiencia de
combustible, mal desempeño del conjunto generador, falla
prematura de los componentes y sobrecalentamiento del motor.
También da como resultado malas condiciones de trabajo
alrededor de la máquina.
La selección de los lugares para la ventilación de admisión y
escape es crítica para la operación apropiada del sistema.
Idealmente, la admisión y el escape permiten que el aire de
ventilación pase por todo el cuarto del generador. Los efectos
de los vientos dominantes deben tomarse en consideración
cuando se determina el lugar del aire de escape. Estos efectos
pueden disminuir seriamente el desempeño del radiador
montado en el patín. Si existe alguna pregunta respecto a la
velocidad y dirección del viento, se pueden usar muros de
bloqueo para evitar que el viento entre por la salida del aire de
escape del motor (Vea la Figura 6–61). También se debe tener
cuidado de evitar que la ventilación entre a la región de
recirculación de un edificio que se forma debido a la dirección
del viento dominante.
Tabla 6–7. Puntos de Congelamiento y Ebullición vs.
Concentración de Anticongelante
6-54
Figura 6–61. Enfriamiento de Radiador Montado en fabrica
El aire de ventilación que está contaminado con polvo, fibras
u otros materiales puede requerir de filtros especiales en el
motor y/o alternador para permitir la operación y enfriamiento
apropiados, particularmente en aplicaciones de potencia
primaria. Consulte a la fabrica para obtener información sobre
el uso de conjuntos generadores en ambientes que incluyen
contaminación química.
Los sistemas de ventilación del cárter pueden emitir aire con
aceite al cuarto del conjunto generador. El aceite puede luego
depositarse en los radiadores u otro equipo de ventilación,
impidiendo su operación. El uso de trampas del respiradero
o ventear hacia el exterior es la mejor práctica.
Se debe poner atención a la velocidad del aire de admisión
que se lleva al cuarto del conjunto generador. Si el flujo de aire
es muy alto, los conjuntos generadores tienden a jalar lluvia y
nieve al cuarto del conjunto generador cuando están operando.
Una meta de un buen diseño es la de limitar la velocidad del
aire entre 500–700 ft/min (150–220 m/min).
En climas fríos el aire de escape del radiador puede recircularse
para modular la temperatura del aire ambiente en el cuarto del
conjunto generador. Esto ayuda al conjunto generador a
calentarse más rápido y ayuda a mantener las temperaturas
del combustible más altas que el punto de nebulización. Si se
usan amortiguadores de recirculación, deben diseñarse para
“falla cerrados”, con los amortiguadores de escape principales
abiertos, para que el conjunto generador pueda continuar
operando cuando se requiera. Los diseñadores deben estar
conscientes que la temperatura de operación del cuarto del
conjunto generador estará muy cercana a la temperatura al
aire libre y no tender la tubería de agua a través del cuarto o
protegerla contra la conelación.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Al fluir el aire de ventilación por el cuarto del equipo,
gradualmente aumenta su temperatura, particularmente al
desplazarse por el conjunto generador. Vea la Figura 6–62.
Esto puede llevar a que haya confusión en cuanto a las
capacidades de temperatura del conjunto generador y de todo
el sistema. La práctica de Cummins Power Generation es la
de valorar el sistema de enfriamiento basándose en la
temperatura ambiente alrededor del alternador. La elevación
de temperatura dentro del cuarto es la diferencia entre la
temperatura medida en el alternador y la temperatura al aire
libre. La temperatura del núcleo del radiador no impacta el
diseño del sistema, porque el calor del radiador se desplaza
directamente fuera del cuarto del equipo.
La meta de un buen diseño para aplicaciones en standby es
la de mantener el cuarto del equipo a no más de 125 ºF (50
ºC). Sin embargo, limitar la temperatura del cuarto del conjunto
generador a 100 ºF (40 ºC) permite que el conjunto generador
se provea con un paquete de radiador montado en el patín
más pequeño y menos caro y eliminar la necesidad de bajar
la potencia del motor debido a las elevadas temperaturas del
aire de combustión16. Asegúrese que las especificaciones del
diseño para el conjunto generador describan completamente
las suposiciones utilizadas en el diseño del sistema de ventilación
para el conjunto generador.
La verdadera pregunta luego se convierte en “¿Cuál es la
temperatura máxima del aire exterior cuando se le pide al
conjunto generador que opere?” Esta es sencillamente una
pregunta de la temperatura ambiente máxima en la región
geográfica donde se instala el conjunto generador.
En algunas áreas del norte de los Estados Unidos por ejemplo,
la temperatura máxima es posible que no exceda los 90 ºF.
entonces, un diseñador podría seleccionar los componentes
del sistema de ventilación basándose en una elevación de
temperatura de 10 ºF con un sistema de enfriamiento de 100
ºF o basándose en una elevación de temperatura de 35 ºF con
un sistema de enfriamiento del generador de 125 ºF.
La clave de una operación apropiada del sistema es la de estar
seguros que se tomen las decisiones con cuidado de la
temperatura de operación máxima y de la elevación de
temperatura y que el fabricante del conjunto generador diseñe
el sistema de enfriamiento (no sólo el radiador) para las
temperaturas y ventilación requeridas.
El resultado de un diseño del sistema inapropiado es que el
conjunto generador se sobrecaliente cuando las temperaturas
ambiente y la carga en el conjunto generador sean altas. A
menores temperaturas o niveles de carga menores el sistema
puede operar apropiadamente.
Figura 6–62. Temperatura de Aire Típica que Rodea a un
generador en Operación
Cálculos para el Flujo de Aire
El flujo de aire requerido para mantener una elevación de
temperatura específica dentro del cuarto del generador se
describe con la fórmula:
Donde: m = Flujo de masa de aire que entra al cuarto; ft3/min
(m3/min)
Q = Calor rechazado al cuarto del Generador y otras
fuentes de calor; BTU/min (MJ/min)
cp = Calor específico a presión constante;
0.241 BTU/lb - ºF (1.01 x 10 -3 MJ/kg - ºC).
T = Elevación de temperatura en el cuarto del conjunto
generador sobre la ambiente exterior; ºF (ºC).
D = Densidad del aire; 0.0754 lb/ft3 (1.21 kg/m3).
Lo cual se puede reducir a:
16 Revise los datos del fabricante del motor para obtener información sobre la práctica de
bajar la potencia para un motor específico. La información sobre los productos Cummins
Power Generation está en el Power Suite.
Rev. mayo 2010
6-55
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
o:
El flujo de aire total requerido en el cuarto es el valor calculado
de esta ecuación, más el aire de combustión requerido por el
motor17.
En este cálculo los factores principales obviamente son el calor
irradiado por el conjunto generador (y otro equipo en el cuarto)
y la elevación temperatura máxima permisible.
Como la disipación de calor al cuarto está fundamentalmente
relacionada a los kW del conjunto generador, y esa capacidad
está controlada por la demanda de carga eléctrica del edificio,
la mayor decisión a tomar por el diseñador con relación a la
ventilación es la elevación de temperatura máxima permisible
dentro del cuarto.
Prueba de Campo de los Sistemas de Ventilación
Puesto que es difícil probar la operación apropiada, un factor
para tener en cuenta en la prueba del sistema es la elevación
de temperatura en el cuarto bajo condiciones de operación
reales vs la elevación de temperatura de diseño. Si la elevación
de temperatura a plena carga y la baja temperatura ambiente
son como se predijo, es más probable que opere correctamente
a ambientes y niveles de carga más altos.
El siguiente procedimiento se puede usar para la calificación
preliminar del diseño del sistema de ventilación:
1. Opere el conjunto generador a plena carga (un factor de
potencia de 1.0 es aceptable) lo suficiente para que se
estabilice la temperatura del refrigerante del motor. Esto
tomará aproximadamente 1 hora.
2. Con el conjunto generador aún operando a carga nominal,
mida la temperatura de aire ambiente del cuarto del conjunto
generador en la entrada del filtro de aire.
3. Mida la temperatura del aire exterior (en la sombra).
4. Calcule la diferencia de temperatura entre la exterior y la del
cuarto del conjunto generador.
5. Verifique que la elevación de temperatura de diseño del
cuarto del generador y la temperatura máxima del tanque
superior del motor no se excedan.
17 Los datos requeridos para los cálculos de conjunto generadores Cummins Power Generation
se pueden encontrar en el Cummins Power Suite. Puede haber diferencias significativas en
las variables usadas en estos cálculos para productos de varios fabricantes.
6-56
Si se excede la elevación de temperatura de diseño o la del
tanque superior, se requerirán más pruebas detalladas de las
instalaciones o correcciones en el diseño del sistema para
verificar el diseño apropiado del sistema.
Ventilación del Radiador Montado en el Patín
En esta configuración (Figura 6–61), el ventilador toma aire
por las aberturas de aire de entrada en la pared opuesta y a
través del conjunto generador y lo empuja a través del radiador
el cual tiene bridas para conectar un ducto hacia el exterior del
edificio.
Considere los siguiente:
La localización del cuarto del generador debe ser tal que el
aire de ventilación se pueda tomar directamente del exterior
y descargarse directamente al exterior del edificio. El aire de
ventilación no debe tomarse de cuartos adyacentes. El
escape debe también descargarse en el lado de descarga
del aire del radiador del edificio para reducir la posibilidad
que los gases de escape y el hollín entren al cuarto del
generador con el aire de ventilación.
Las aberturas de entrada y descarga del aire de ventilación
deben localizarse o blindarse para minimizar el ruido del
ventilador y los efectos del viento en el flujo de aire. Cuando
se use, el blindaje de descarga debe localizarse a no menos
de la altura del radiador de la abertura de ventilación. El mejor
desempeño se logra aproximadamente a 3 veces la altura
del radiador. En áreas restringidas, los deflectores ayudan
a reducir la restricción causada por las barreras agregadas
al sistema. Cuando se usan éstas, tome medidas para que
la precipitación se descargue de tal forma que no entre al
cuarto del generador.
El flujo de aire a través del radiador normalmente es suficiente
para la ventilación del cuarto del generador. Vea el ejemplo
de cálculo (en Cálculos del Flujo de Aire en esta sección)
para obtener el método de determinar el flujo de aire requerido
para satisfacer las especificaciones de elevación de
temperatura dentro del cuarto.
Consulte la Hoja de Especificaciones del conjunto generador
recomendado para el flujo de aire de diseño a través del
radiador y la restricción de flujo de aire permisible. No se
debe exceder la restricción de flujo de aire permisible. La
presión estática (restricción del flujo de aire) debe medirse,
como aparece en las Figuras 6–61, 6–63 y 6–64, para
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
confirmar, que el sistema no sea muy restrictivo antes de
poner en servicio el conjunto generador. Esto es especialmente
cierto cuando el aire de ventilación se suministra y descarga
a través de ductos largos, parrillas restrictivas, mallas y
persianas.
La regla de dedo para dimensionar las entradas y salidas de
aire de ventilación se han aplicado o hasta publicado en el
pasado pero más recientemente se han abandonado. Debido
a la gran variación en el desempeño de las persianas y las
crecientes demandas en instalaciones por el espacio, ruido,
etc. estas reglas de dedo han probado no ser confiables en
el menor de los casos. Generalmente los fabricantes de
louvers y persianas tienen tablas de restricción de la persiana
vs el flujo de aire requerido. Estas gráficas combinadas con
el diseño del ducto y cualquier otra restricción se pueden
comparar fácilmente con las especificaciones publicadas
para el conjunto generador y así obtener un método confiable
de determinar los niveles de restricción aceptables.
Para instalaciones en Norte América, consulte las
publicaciones de la ASHRAE (Sociedad Americana de
Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado)
para ver las recomendaciones sobre el diseño de ductos si
se requieren para la aplicación. Fíjese que el ducto de entrada
debe manejar el flujo de aire de combustión (vea la Hoja de
Especificaciones) así como el flujo de aire de ventilación y
deben dimensionarse correspondientemente.
Las persianas louvers y mallas en las aberturas de entrada
y salida de aire restringen el flujo de aire y varían ampliamente
en su desempeño. Un ensamble de persianas con deflectores
juntos, por ejemplo, tiende a ser más restrictivo que uno con
deflectores separados, debe usarse el área abierta efectiva
especificada por el fabricante de persianas o mallas.
Como el ventilador del radiador causa una ligera presión
negativa en el cuarto del generador, se recomienda que el
equipo de combustión como las calderas de calefacción del
edificio no se localicen en el mismo cuarto que el conjunto
generador. Si esto es inevitable, es necesario determinar si
existirán efectos nocivos, como el contra flujo y proporcionar
los medios (aberturas y/o ductos de entrada al cuarto extra
grandes, ventiladores de presurización, etc.) para reducir la
presión negativa a niveles aceptables.
En climas más fríos, se deben usar amortiguadores
automáticos para cerrar las aberturas de entrada y salida de
aire para reducir la pérdida de calor del cuarto del generador
cuando el conjunto generador no está operando. Se debe
usar un amortiguador termostático para recircular una porción
del aire de descarga del radiador para reducir el volumen de
aire frío que entra al cuarto cuando el conjunto está
funcionando. Los amortiguadores de entrada y salida deben
abrir completamente cuando el conjunto arranca. El
amortiguador de recirculación debe cerrar completamente
a los 60 ºF (16 ºC).
Aparte de recircular el aire de descarga del radiador al cuarto
del generador en climas más fríos, todo el aire de ventilación
debe descargarse directamente al exterior del edificio. No
debe usarse para calentar algún espacio más que el cuarto
del generador.
Se debe contar con un conector de ducto flexible en el
radiador para evitar la recirculación del aire caliente alrededor
del mismo, para absorber el movimiento y vibración del
conjunto generador y evitar la transmisión de ruido.
Nota: Los adaptadores de ducto o tolvas del radiador pueden
no estar diseñados para soportar peso o estructura más allá
del adaptador de ducto flexible. Evite poner peso/equipo
adicional en el adaptador del ducto o tolva del radiador sin un
suficiente análisis de la resistencia y considerar la vibración.
Típicamente un conjunto generador con un radiador montado
en el patín está diseñado para tener la capacidad de enfriamiento
a potencia plena en una temperatura ambiente de 40 ºC
mientras trabaja contra una resistencia de flujo de aire de
enfriamiento externa de 0.50 in CA (Punto A, Figura 6–64). La
resistencia de flujo de aire externa es aquella causada por
ductos, mallas, amortiguadores, persianas, etc. Se puede
considerar la operación en temperaturas ambiente mayores a
la temperatura de diseño (Punto B, Figura 6–64, por ejemplo)
si la disminución de potencia es aceptable y/o la resistencia
al flujo de aire de enfriamiento es menos que la resistencia bajo
la cual la capacidad de enfriamiento se probó. (Menos resistencia
quiere decir mayor flujo de aire por el radiador, compensando
el efecto de la mayor temperatura del aire en la capacidad de
enfriamiento del radiador). Se requiere de consultar muy de
cerca con la planta para lograr una capacidad de enfriamiento
del conjunto generador aceptable en una temperatura ambiente
elevada.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
intercambiador de calor (Figura 6–65) o de radiador remoto
debido a consideraciones de ruido o porque la restricción del
flujo de aire por largos ductos sería mayor que la permitida
para el ventilador del radiador impulsado por el motor. Considere
lo siguiente:
Figura 6–63. Instrumentación Recomendada para Medir la
Restricción del Flujo de Aire
POR CIENTO DE CAPACIDAD NOMINAL
Figura 6–64. Calcule la Capacidad de Enfriamiento en
Ambientes Elevados
Se deben proveer ventiladores para la ventilación del cuarto
del generador. Estos deben tener la capacidad para desplazar
el flujo de aire requerido para la ventilación contra la restricción
de flujo de aire. Vea el siguiente ejemplo de cálculo para
obtener un método de determinar el flujo de aire requerido
para la ventilación.
Se debe dimensionar un ventilador del radiador remoto
principalmente para enfriar el radiador. Dependiendo de su
localización, pudiera también usarse para ventilar el cuarto
del generador.
El ventilador y las entradas de aire deben estar de tal manera
que el aire de ventilación circule sobre el generador.
En general, los sistemas de enfriamiento remotos tienen más
cargas parásitas, por lo que en esas aplicaciones se dispone
ligeramente de menos capacidad en kW del conjunto generador.
Recuerde agregar las cargas parásitas a los requerimientos de
carga total para el conjunto generador.
Ejemplo de Cálculo de Flujo de Aire de Ventilación
La Hoja de Especificaciones del conjunto generador
recomendado indica que el calor irradiado al cuarto del conjunto
generador (motor y generador) es de 4,100 BTU/min. El
silenciador y el tubo de escape de 10 pies de 5 in de diámetro
también se localizan dentro del cuarto del generador. Determine
el flujo de aire requerido para limitar la elevación de temperatura
de aire a 30 ºF.
1. Sume las entradas de calor al cuarto de todas las fuentes.
La Tabla 6 – 8 indica que la pérdida de calor del tubo de
escape de 5 in es de 132 BTU/min por pie de tubo y 2,500
BTU/min del silenciador. Sume las entradas de calor al cuarto
como sigue:
Figura 6–65. Ventilación para un Sistema de Enfriamiento con
Intercambiador de Calor
Ventilación para Aplicaciones con Radiador Remoto o
Intercambiador de Calor
Se puede seleccionar un sistema de enfriamiento de
6-58
Rechazo de calor del conjunto generador
Calor del tubo de escape – 10 x 132
Calor del mofle
Calor Total al Cuarto del Generador
(BTU/min)
Rev. mayo 2010
4,100
1,320
2,500
7,920
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tabla 6–8. Pérdidas de Calor de Tubos de Escape y
Silenciadores Sin Aislamiento
2. El flujo de aire requerido a considerar por la disipación de
calor en el cuarto es proporcional a la entrada total de calor
dividida entre la elevación permitida de temperatura del aire
al cuarto (Vea Ventilación antes en esta sección):
Suministro de Combustible
Suministro de Combustible Diesel
Los conjuntos generadores impulsados por motor generalmente
se diseñan para operar con combustible diesel ASTM D975
número 2. Otros combustibles pueden ser adecuados para
operación a corto plazo, si el combustible cumple las
características de calidad y físicas descritas en la Tabla 6–9.
Consulte el fabricante del motor para ver el uso de otros
combustibles.
Se debe tener cuidado en la compra de combustible y el
llenado de los tanques para evitar el ingreso de suciedad y
humedad al sistema de combustible diesel. La suciedad tapa
los inyectores y causará el desgaste acelerado en los
componentes finamente maquinados del sistema de
combustible. La humedad puede causar corrosión y falla de
estos componentes.
El tanque principal de combustible de un conjunto generador
diesel puede ser un tanque de sub-base (montado bajo el
patín del conjunto generador o un tanque de combustible
remoto. Si el tanque de combustible principal está alejado del
conjunto generador, se puede requerir un tanque intermedio
(diario) para proveer apropiadamente al conjunto generador.
Existen considerables diferencias en las capacidades del motor
entre los proveedores, por lo que el diseño del sistema de
combustible debe revisarse para el conjunto generador
específico instalado en el sitio.
La ventaja primaria de los tanques de combustible sub-base
es que el sistema se puede diseñar y ensamblar en fábrica
para minimizar el trabajo en el sitio. Sin embargo, puede no
ser una selección práctica (o posible) basándose en los requisitos
de capacidad del tanque de combustible principal y las
limitaciones del código y la habilidad de acceso al tanque para
rellenar. Cuando seleccione un tanque de combustible subbase, esté consciente que el sistema de control del conjunto
generador y otros puntos de mantenimiento de servicio pueden
elevarse a una altura poco práctica. Esto puede exigir el agregar
estructuras a la instalación para permitir el servicio conveniente
o para cumplir los requisitos de la operación.
Debido a las limitaciones de las bombas de combustible
mecánicas en la mayoría de los motores, muchas instalaciones
que requieren de tanques principales (a granel) remotos,
también requerirán de tanques intermedios (de día). El tanque
principal puede estar sobre el sistema del generador, o debajo
de él, y cada una de esas instalaciones requerirá de sistemas
diversos en los diseños del tanque intermedio y del control de
combustible.
Las Figuras 6–66 y 6–67 ilustran sistemas típicos de suministro
de combustible diesel.
Los conjuntos generadores diesel consumen aproximadamente
0.07 gal/hr por kW (0.26 l/hr por kW nominal) de combustible
a plena carga, basado en su rango de emergencia / standby.
Por ejemplo, un conjunto generador en standby de 1000 kW
consume aproximadamente 70 gal/hr (260 l/hr) de combustible.
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
6-60
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tabla 6–9. Especificaciones de Combustible Diesel
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6-61
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–66. Sistema de Suministro de Combustible Típico
- Tanque de Suministro Arriba del Conjunto Generador
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Figura 6–67. Sistema de Suministro de Combustible Típico
- Tanque de Suministro Abajo del Conjunto Generador
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6-63
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Lo siguiente debe considerarse cuando se diseñe e instale
cualquier sistema de suministro de combustible diesel:
La capacidad, construcción, localización, instalación, venteo,
tubería, prueba e inspección del tanque de suministro de
combustible debe cumplir con todos los códigos aplicables
y su interpretación local18. Los reglamentos ambientales
locales generalmente requieren de una contención secundaria
(llamada “bandeja de ruptura”, “dique” o “charola”) para evitar
que el combustible que fugue pase al suelo o al sistema de
drenaje. El área de contención secundaria normalmente
incluye características para detectar y hacer sonar una alarma
cuando el tanque principal esté fugando.
La localización debe escogerse considerando la accesibilidad
para llenarlo y si las líneas de suministro tengan que calentarse
(en climas fríos).
El tanque de suministro debe contener suficiente combustible
para operar el conjunto el número prescrito de horas19 sin
llenarlo. Los cálculos de dimensionamiento del tanque se
puede basar en los consumos de combustible por hora,
moderado con el conocimiento de que la operación a plena
carga de la mayoría de los conjuntos generadores es rara.
Otras consideraciones para el dimensionamiento del tanque
incluyen la duración de las fallas de energía esperadas vs la
disponibilidad de las entregas de combustible y la vida en
almacén del combustible. La vida en almacén para el
combustible diesel es de 1.5 a 2 años, cuando se le da
mantenimiento apropiado.
Los tanques de suministro de combustible deben ventilarse
adecuadamente para evitar la presurización. Puede haber
requisitos tanto primarios como de emergencia en un tanque,
dependiendo de los códigos locales y las interpretaciones.
También deben contar con medidas para drenar o bombear
manualmente el agua y sedimento y tener cuando menos
un espacio de expansión del 5 % para evitar el derrame
cuando el combustible se caliente.
La bomba de elevación de combustible, la bomba de
transferencia del tanque diario o el asiento de la válvula de
flotación deben protegerse de los desechos del tanque de
suministro de combustible con un pre filtro o un depósito de
sedimento con un elemento de malla de 100 a 120.
Para sistemas de potencia de emergencia, los códigos
pueden no permitir que el suministro de combustible se use
para ningún otro propósito o pueden especificar un nivel de
6-64
toma baja para otro equipo que garantice el suministro para
el uso de energía de emergencia.
El índice de Cetano del aceite para calefacción No. 2 no es
lo suficientemente alto para el arranque confiable de los
motores diesel en tiempo frío. Por lo tanto, se pudieran
requerir de tanques de suministro por separado para la
energía de emergencia y los sistemas de calefacción del
edificio.
Se deben proporcionar líneas de retorno de combustible por
separado para el tanque diario o el tanque de suministro
para cada conjunto generador en una instalación de conjuntos
múltiples para evitar presurizar las líneas de retorno de los
conjuntos inactivos. También, una línea de retorno no debe
incluir un dispositivo de paso. El motor se dañaría si operara
con la línea cerrada.
Se requiere de un tanque diario siempre que la fricción del
tubo y/o la elevación del tanque de suministro, bien sea
abajo de la entrada de la bomba de combustible o arriba de
los inyectores de combustible, cause una restricción excesiva
de la entrada o retorno del combustible. Algunos modelos
de conjuntos generadores están disponibles con un tanque
diario montado en el patín o de sub-base integrado.
NOTA: Donde los conjuntos generadores están en paralelo o
deban satisfacer requerimientos de tiempo de arranque de
emergencia corto, es un requisito que un tanque de combustible
o deposito se localice de tal manera que el nivel más bajo
posible no esté a menos de 6 pulgadas (150 mm) arriba de la
entrada de la bomba de combustible. Esto evita que el aire se
acumule en la línea de combustible mientras el conjunto no
esté operando, eliminando el periodo durante el arranque
cuando el aire se tiene que purgar. Hay opciones en algunos
modelos para eliminar este requerimiento.
Los límites de la temperatura del combustible del tanque
diario se pueden exceder en algunas aplicaciones cuando
el combustible caliente del motor se regresa al tanque diario.
Al aumentar la temperatura del combustible, la densidad y
lubricidad disminuyen, reduciendo la potencia máxima de
salida y la lubricación de las partes que manejan el combustible
18 NOTA DEL CÓDIGO US: En Norte América, los Estándares NFPA No. 30 y No. 37 son
típicos.
19 NOTA DEL CÓDIGO US: La NFPA110 define el número de horas requeridas de operación
como la Clase de una instalación. Los requerimientos típicos son de 2 horas si es para el
egreso de emergencia de un edificio, 8 horas para la duración de la mayoría de los apagones.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
como las bombas y los inyectores. Una solución es la de
regresar el combustible al tanque de suministro en lugar de
al tanque diario. Otros diseños pudieran requerir un enfriador
para reducir la temperatura del combustible de retorno a un
nivel seguro para regresarlo al tanque diario. Consulte al
fabricante del motor para obtener más información sobre el
motor usado y los requerimientos para el combustible de
retorno20.
La capacidad de la bomba de transferencia de combustible
del tanque diario y la tubería de suministro deben
dimensionarse sobre la base del flujo de combustible máximo
indicado en la Hoja de Especificaciones del conjunto
generador.
Use la Tabla 6–9 como una guía para la selección del
combustible diesel para obtener el mejor desempeño.
Todos los sistemas de combustible deben tener medidas
para la contención del combustible si el tanque fuga y también
para situaciones de derrames por “sobre-llenado”.
Considere los medios para llenar los tanques manualmente
si el sistema de llenado automático falla.
La bomba de suministro del tanque principal puede ser de
tipo doble para mejorar la confiabilidad del sistema.
Los códigos contra incendio pueden incluir requerimientos
específicos para el conjunto generador, como los medios
para evitar el flujo de combustible al cuarto del conjunto
generador si se detecta un incendio y los medios para
regresar el combustible al tanque principal si ocurre un
incendio en el cuarto del conjunto generador.
Tubería de Combustible Diesel
Las líneas de combustible diesel deben fabricarse de tubo
de hierro negro. No se debe usar tubería y conexiones de
hierro fundido y aluminio porque son porosos y pueden
presentar fugas de combustible. No se deben usar líneas
de combustible, conexiones y tanques galvanizados porque
el recubrimiento es atacado por el ácido sulfúrico que se
forma cuando el azufre en el combustible se combina con
el condensado del tanque, resultando en desechos que
pueden tapar las bombas y filtros de combustible. No se
deben usar líneas de cobre porque el combustible se
polimeriza (se hace viscoso) en la tubería durante la falta de
uso en periodos prolongados y puede tapar los inyectores
de combustible. También, las líneas de cobre son menos
resistentes que el hierro negro y por lo tanto son más
susceptibles a daños.
Nota: Nunca use líneas de combustible, conexiones o tanques
galvanizados o de cobre. La condensación en el tanque y las
líneas se combina con el azufre en el combustible para producir
ácido sulfúrico. La estructura molecular de las líneas o tanques
de cobre o galvanizados reacciona con el ácido y contamina
el combustible.
Se debe usar manguera flexible de combustible aprobada
en todas las conexiones del motor para absorber el
movimiento y la vibración del conjunto generador.
La tubería de un tanque diario al motor debe tenderse “cuesta
abajo” todo el tramo desde el tanque hasta el motor, sin
vueltas por arriba del motor que puedan permitir que el aire
quede atrapado en el sistema.
La tubería del sistema de combustible debe sujetarse
apropiadamente para evitar que se fatigue y se rompa debido
a la vibración. La tubería no debe tenderse cerca de tubos
de calefacción, cableado eléctrico o componentes del sistema
de escape del motor. El diseño del sistema de tubería debe
incluir válvulas en los lugares apropiados para permitir el
aislamiento de los componentes del sistema para la reparación
sin drenar todo el sistema de combustible.
Los sistemas de tubería deben inspeccionarse regularmente
por si tienen fugas y en su condición en general. El sistema
de combustible debe limpiarse antes de operar el motor
para sacar la suciedad y otras impurezas que pudieran dañar
el motor. El uso de conexiones “T” en lugar de codos permite
una limpieza más fácil del sistema de tuberías.
Los datos del fabricante del motor indican las restricciones
máximas de entrada y salida de combustible, el flujo de
combustible máximo, el suministro y retorno así como el
consumo de combustible. La Tabla 6–10 indica las medidas
mínimas de manguera y tubo para las conexiones al tanque
de suministro o diario cuando está dentro de 50 pies (15
metros) del conjunto y aproximadamente a la misma altura.
La medida de la manguera y tubo debe basarse en el flujo de
combustible máximo en lugar del consumo. Se recomienda
ampliamente que las restricciones de entrada y retorno de
combustible se revisen antes de que el conjunto generador se
ponga en servicio.
20 En general, los motores Cummins pueden instalarse con el retorno de combustible
conectado al tanque diario. La ubicación de la línea de retorno varía con el motor suministrado.
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6-65
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
La localización de la línea de retorno de combustible en el
tanque diario es diferente dependiendo del tipo de motor
usado. Algunos motores requieren que el combustible se
regrese arriba del nivel máximo del tanque, otros requieren
que el combustible se regrese al tanque por el fondo (o abajo
del nivel mínimo del tanque). El fabricante del motor provee
estas especificaciones.
Las características importantes de los tanques diarios ya sea
requeridas o deseadas incluyen:
Tabla 6–10. Medidas Mínimas de Manguera y Tubo de
Combustible; Hasta 50 Pies (15 metros) de Longitud Equivalente.
Tanque de Combustible Sub-Base
Cuando se monta un conjunto generador en un tanque de
combustible sub-base, los aisladores de vibración deben
instalarse entre el conjunto generador y el tanque de
combustible. El tanque de combustible debe poder soportar
el peso del conjunto y resistir las cargas dinámicas. Se requiere
que el tanque se monte de tal manera que se cuente con un
espacio de aire entre el fondo del tanque y el piso abajo para
reducir la corrosión y permitir la inspección visual por fugas.
Tanques Diarios
Cuando en la aplicación se requiera un tanque diario intermedio,
típicamente se dimensiona aproximadamente para 2 horas de
operación del conjunto generador a plena carga. (Sujeto a los
límites del código para el combustible en el cuarto del equipo
del conjunto generador). Los conjuntos generadores en
aplicación múltiple se pueden alimentar de un tanque diario,
pero es preferible que haya uno por cada conjunto generador
en el sistema. El tanque diario debe localizarse tan cerca del
conjunto generador como sea posible. Coloque el tanque para
permitir el llenarlo manual, si fuese necesario.
La altura del tanque diario debe ser suficiente para tener una
columna positiva en la bomba de combustible del motor. (Nivel
mínimo del tanque no menos de 6 pulgadas [150 mm] arriba
de la entrada de combustible del motor). La altura máxima del
combustible en el tanque diario no debe ser tal para poner una
columna positiva en las líneas de retorno de combustible del
motor.
6-66
Charola o dique de ruptura. (Opción, pero requerido por la
ley en muchas áreas).
Interruptor de flotador usado para controlar el llenado del
tanque: una válvula solenoide, si el tanque principal está
arriba del tanque diario, o una bomba si el tanque principal
está abajo del tanque diario.
Tubo de venteo, del mismo tamaño que del de llenado,
tendido al punto más alto del sistema.
Válvula de drenado.
Medidor de nivel o mirilla.
Alarma de bajo nivel (opción).
Interruptor de flotador de nivel alto para controlar: el solenoide,
si el tanque principal está arriba del tanque diario o el control
de la bomba, si el tanque principal está abajo del tanque
diario.
Sobre flujo al tanque principal si éste está abajo del tanque
diario.
Las leyes y estándares locales a menudo controlan la
construcción del tanque diario así como los códigos federales
por lo que es esencial revisarlo con la autoridad local.
Suministro de Combustible Gaseoso
Vea la sección 2 de esta manual para obtener la información
con relación a las ventajas y desventajas generales de los
sistemas de combustible gaseoso comparadas con otras
alternativas disponibles.
Los conjuntos generadores a gas (también llamados “conjuntos
generadores encendidos por chispa”) pueden utilizar gas natural
o gas de propano líquido (LP) o ambos. Los sistemas de
combustible dobles con gas natural como el combustible
primario y el propano como respaldo se pueden usar en áreas
de riesgo sísmico y donde existe la preocupación que un
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
evento natural pudiera interrumpir el sistema de servicio público.
Sin importar el combustible usado, los factores primarios en
la instalación y operación con éxito de un sistema a gas son:
El gas suministrado al conjunto generador debe ser de
calidad aceptable.
El suministro de gas debe tener suficiente presión. Se debe
tener cuidado de asegurar que el suministro de gas al
conjunto generador, no sólo en la fuente, tiene la presión
apropiada para la operación. La presión especificada debe
estar disponible mientras el conjunto generador esté operando
a plena carga.
El gas debe suministrarse al generador en suficiente volumen
para soportar su operación. Esto normalmente es cuestión
de seleccionar la medida de la línea de combustible que sea
lo suficientemente grande para transportar el volumen de
combustible necesario. Para sistemas de combustible con
extracción de vapor LP el tamaño y temperatura del tanque
de combustible también afecta este requisito.
El no satisfacer los requisitos mínimos del conjunto generador
en estas áreas resulta en la inhabilidad del conjunto para operar
o la inhabilidad para soportar la carga nominal o un mal
desempeño transitorio.
Calidad del Combustible Gaseoso
Los combustibles gaseosos son en realidad una mezcla de
diferentes hidrocarburos como el metano, etano, propano y
butano; otros elementos gaseosos como el oxígeno y nitrógeno;
vapor de agua y varios contaminantes, algunos de los cuales
son potencialmente dañinos para el motor con el tiempo. La
calidad del combustible se basa en la cantidad de energía por
unidad de volumen en el combustible y la cantidad de
contaminantes en el combustible.
Contenido de Energía
Una de las características más importantes del combustible
gaseoso usado en un conjunto generador es el valor térmico.
El valor térmico de un combustible describe cuánta energía
está almacenada en un volumen específico del mismo. El
combustible gaseoso tiene un valor térmico bajo (LHV) y un
valor térmico alto (HHV). El valor térmico bajo es el calor
disponible para hacer trabajo en un motor después que el
agua en el combustible se evapore. Si el valor térmico bajo de
un combustible es muy bajo, aún si un volumen suficiente de
combustible llega al motor, el motor no podrá mantener la
potencia de salida plena, porque no hay disponible suficiente
energía en el motor para convertirla en energía mecánica. Si
el LHV está a menos de 905 BTU/ft3 el motor puede no producir
la potencia nominal a las condiciones de temperatura ambiente
estándar.
Si el combustible local tiene un contenido de energía más alto
de 1000 BTU/ft3, los requerimientos de flujo real en ft3/min
serán menores y los requerimientos de presión bajan
ligeramente. Contrariamente, si el combustible local tiene un
contenido de energía menor a 1000 BTU/ft3, los requerimientos
de flujo real en ft3/min serán mayores y se necesitará una
presión de suministro mínimo mayor para satisfacer el
desempeño publicado para cualquier conjunto generador dado.
Cada motor puede tener características de desempeño
ligeramente diferentes basándose en el tipo de combustible
suministrado, debido a las diferencias en la relación de
compresión del motor y si el motor es de aspiración natural o
turbocargado.
Gas Natural de Línea
El combustible más común para los conjuntos generadores
se llama “Gas natural de Línea”. En los EE.UU., el “gas natural
seco de línea” tiene cualidades específicas, basándose en los
requerimientos federales. En otros países, el gas de línea puede
variar en contenido, por lo que se deben verificar las
características del combustible antes de usarlo con un conjunto
generador. El gas de línea de los EE.UU. es una mezcla
compuesta de aproximadamente el 98% de metano y etano
con el otro 2% siendo hidrocarburos como el propano y butano,
nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua. “Seco” quiere
decir que no tiene hidrocarburos líquidos como la gasolina,
pero NO que no tenga vapor de agua. El gas de línea seco
típicamente tiene un LHV de 936 BTU/ft3 y un HHV de 1,038
BTU/ft3.
Gas de Campo
La composición del “Gas natural de campo” varía
considerablemente con la región y el continente. Es necesario
un análisis cuidadoso antes de usar gas natural de campo en
un motor. El gas natural de campo puede contener gases de
hidrocarburos “pesados” como el pentano, hexano y heptano,
los cuales pueden requerir una disminución de la salida del
motor. Otros contaminantes, como el azufre, pueden también
Rev. mayo 2010
6-67
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
estar presentes en el combustible. Un gas de campo típico
pudiera tener un LVH de 1203 BTU/ft3 y un HHV de 1,325
BTU/ft3.
Propano (LPG)
El propano está disponible en dos grados, bien sea comercial
o de servicio especial. El propano comercial se usa donde se
requiere alta volatilidad. No todos los motores con encendido
por chispa operan aceptablemente con este combustible
debido a su volatilidad. El propano de servicio especial (también
llamado HD5) es una mezcla del 95% de propano con otros
gases tales como el butano para permitir un mejor desempeño
del motor debido a la reducción de la pre-ignición gracias a la
reducción de la volatilidad. El gas combustible propano de
servicio especial que cumple la especificación ASTM D1835
para el propano de servicio especial (equivalente al propano
HD–5 del Estándar de la Asociación de Productores de Gas
2140) es adecuado para la mayoría de los motores. El propano
tiene un LVH de aproximadamente 2,353 BTU/ft3 y un HHV de
2,557 BTU/ft3. El valor térmico mayor del combustible necesita
la mezcla de diferentes volúmenes de aire en el sistema de
combustible vs. las aplicaciones de gas natural, por lo que,
para este propósito, los motores de combustible doble
esencialmente tienen dos arreglos de combustible.
Contaminantes
Los contaminantes más dañinos en los combustibles gaseosos
son el azufre y el vapor de agua.
El vapor de agua daña el motor porque puede causar que se
queme sin control, pre-ignición u otros efectos que pueden
dañar un motor. El vapor líquido o gotitas deben retirarse del
combustible antes que entre al motor usando un “filtro seco”
que se monta en el sistema de combustible antes del regulador
de presión de combustible primario. El punto de condensación
del gas combustible debe ser cuando menos de 20 ºF (11 ºC)
abajo de la temperatura ambiente mínima en el sitio de la
instalación.
la aprobación de motores específicos con combustibles
específicos. Los efectos del azufre en el combustible se pueden
contrarrestar en parte usando aceites lubricantes para gas
natural de ceniza alta. En general, los motores no deben
operarse con combustibles con más de 10 partes por millón
(ppm) de azufre.
Ciertos combustibles, como aquellos derivados de las
aplicaciones de rellenado de tierra, pueden tener un contenido
útil de energía química, pero muy altos contenidos de azufre
(> 24 ppm). Estos combustibles a menudo se llaman “gas
ácido”. Si este gas se limpia del contenido de azufre, se puede
usar como combustible para muchos motores, dado que tenga
suficiente contenido de BTU.
Análisis del Combustible
El proveedor de combustible gaseoso puede proporcionar un
análisis que describa el contenido químico del combustible
que va a suministrar. Este análisis de combustible se puede
usar para estar seguros que sea adecuado para usarlo en el
motor específico propuesto para la aplicación específica, y
también, para verificar que el contenido de BTU sea suficiente
para proporcionar los kW de salida necesarios de la máquina.
Los proveedores de gas pueden cambiar la composición del
gas natural de línea sin avisar, por lo que no hay una garantía
a largo plazo del desempeño, pero el proceso de evaluación
del combustible puede describirse brevemente como:
1. Liste el por ciento de cada gas que constituye el combustible.
2. Calcule el porcentaje del combustible total que es combustible.
La porción combustible del combustible es el 100% menos
los porcentajes de componentes inertes. Los componentes
inertes incluyen el oxígeno, dióxido de carbono y vapor de
agua.
3. Calcule el porcentaje de cada componente combustible del
combustible.
4. Verifique la aceptabilidad del combustible revisando el
porcentaje de cada elemento combustible vs. las
recomendaciones del fabricante del motor.
El azufre y los sulfitos de hidrógeno causan corrosión y daño
grave a un motor en un periodo relativamente corto. Diferentes
motores tienen diferentes niveles de tolerancia a la contaminación
del azufre y algunos sencillamente no deben operarse con
combustible que contenga una cantidad significativa de azufre.
Póngase en contacto con el fabricante del motor para obtener
6-68
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Por ejemplo, para un análisis de gas de:
90% de metano
6% de etano
2% de hidrógeno
1% de pentano normal
1% de nitrógeno
El porcentaje de elementos inertes = 1%.
Combustible total = 100%–1% = 99%.
% de metano = 90%/99% = 91%.
% de etano = 6%/99% = 6.1%.
% de hidrógeno = 2%/99% = 2%.
% de pentano normal = 1%/99% = 1%
Vea la Tabla 6–11 para un listado típico de los Combustibles
Máximos Permisibles en los conjuntos generadores a gas de
Cummins. Fíjese que en este ejemplo el análisis muestra que
el combustible será aceptable para un motor de relación de
compresión bajo (típicamente alrededor de 8.5:1) pero no para
un motor de alta compresión. Un motor de alta compresión
tendrá requisitos más estrictos de la composición del
combustible pero puede operar satisfactoriamente derrateando
su salida – consulte el fabricante del motor.
5. Verifique la capacidad del conjunto generador basándose
en el uso del combustible propuesto.
El contenido total de BTU del combustible determina la
capacidad del conjunto generador cuando usa combustible
de una composición específica. Si algún componente del
combustible tiene un valor más alto del permitido un derrateo
tendrá que ser requerido. Consulte con el fabricante del motor
para obtener los requerimientos del combustible y las
instrucciones para el derrateo.
Note que el derrateo del combustible y el derrateo por
altitud/temperatura21 no son aditivas. Sólo se necesita aplicar
al valor máximo el derrateo del combustible o el derrateo por
altitud/temperatura.
Los motores turbocargados tienen requerimientos de
composición de combustible singulares debido a las mayores
presiones del cilindro. Para evitar problemas con la pre-ignición
21 Consulte el fabricante del motor o conjunto generador para obtener los factores de
disminución por temperatura/altitud.
o detonación, se requiere derrateo de la potencia de salida si
el contenido del propano y/o iso-butano exceden los porcentajes
mencionados en la Tabla 6–12.
Tabla 6–11. Porcentajes Máximos Permisibles para Combustible
para Motor
Tabla 6–12. Porcentajes Máximos Permisibles de los Gases
Constituyentes Antes de Disminuir la Potencia de Motores
Turbocargados
Diseño del Sistema de Combustible para el Conjunto
Generador
La Figura 6–68 ilustra los componentes típicos de la línea de
gas en un sistema de transferencia automática de combustible
doble, (gas natural y LPG). Los sistemas de combustible
sencillos (gas natural o LPG) usan las porciones de componentes
mencionadas en este dibujo. No aparece el vaporizador de
LPG suministrado con los conjuntos generadores Cummins
Power Generation equipados para remoción de líquido o LPG
(sólo en conjuntos con montaje del motor en el exterior). Los
reguladores de presión de servicio, filtros de gas seco y válvulas
de paso manuales típicamente las proporciona el instalador
pero están disponibles como accesorios con Cummins Power
Generation.
Diseño del Sistema de Combustible en Sitio
Lo siguiente debe considerarse cuando instale un sistema de
combustible de gas natural y/o LPG:
El diseño del sistema de suministro de combustible gaseoso,
materiales, componentes, habilitación, ensamble, instalación,
prueba, inspección, operación y mantenimiento deben de
cumplir con los códigos aplicables22.
La distribución y dimensionamiento de la tubería de gas
debe ser adecuada para manejar el volumen de gas requerido
por el conjunto generador y demás equipo, como las calderas
22 En Norte América, los Estándares NFPA Nos. 37, 54 y 58 son típicos.
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6-69
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
para la calefacción del edificio, suministrado por la misma
fuente. El flujo de gas a plena carga (vea la Hoja de
Especificaciones del conjunto generador recomendado) debe
estar disponible a no menos de la presión de suministro
mínima requerida, típicamente de 5 a 10 pulgadas de CA
(columna de agua), dependiendo del modelo. La
determinación final de las medidas del tubo, sin embargo,
deben pasar el método aprobado por la autoridad que tenga
la jurisdicción (vea la NFPA No. 54).
La mayoría de las instalaciones requieren de un regulador
de presión de gas de servicio. La presión de suministro de
gas no debe exceder de 13.8 a 20 pulgadas de CA,
dependiendo del modelo, a la entrada al conjunto generador.
Dependiendo de la presión del gas de distribución, se puede
requerir más de una etapa de regulación de presión. La
tubería de gas de alta presión no se permite dentro de los
edificios (5 psig para gas natural y 20 psig para LPG, a
menos que la autoridad que tenga la jurisdicción apruebe
mayores presiones). Los reguladores de presión de gas
deben ventearse al exterior de acuerdo con el código.
6-70
Figura 6–68. Sistema Típico de Combustible Gaseoso
El regulador de presión instalado en la línea de suministro
en la fuente de gas para aplicaciones de generador nunca
debe ser un regulador “piloto”. Un regulador de estilo “piloto”
es aquel en el que el primero requiere de una línea de presión
de la carcasa del regulador al tubo de gas posterior para
“detectar” cuando la presión corriente abajo ha caído. Los
reguladores piloto no funcionan porque el tiempo de respuesta
es inaceptable comparados con los grandes cambios
instantáneos en la demanda del conjunto generador.
Se debe usar una manguera de combustible flexible aprobada
para las conexiones en el motor para absorber el movimiento
y vibración del conjunto generador.
La mayoría de los códigos exigen válvulas de paso tanto
manual como eléctrica (con batería) antes de la(s) manguera(s)
flexible(s). La válvula manual debe ser del tipo indicado.
Se debe instalar un filtro de combustible seco en cada línea
como se muestra en la Figura 6 – 68 para proteger los
sensibles componentes de regulación de presión y los orificios
posteriores de las sustancias dañinas que se transportan en
la corriente de gas (óxido, incrustaciones, etc.).
Un sistema de suministro de combustible LPG debe estar
dedicado para el sistema de energía de emergencia si es el
combustible alterno requerido.
Un vaporizador LPG calentado por el refrigerante del motor
se instala en fabrica en los conjuntos generadores Cummins
Power Generation equipados para retirar el líquido del LPG.
Debido a que la tubería de gas de alta presión (20 psi o
más) no se permite dentro de los edificios, los conjuntos
generadores equipados con succión de LPG líquido no se
deben instalar dentro del edificio. (Se dispone de casetas
para protección de intemperie para instalaciones en exteriores
para la mayoría de los modelos LPG).
El índice de vaporización en un tanque LPG depende de la
temperatura del aire exterior, a menos que el tanque esté
equipado con un calentador y de la cantidad de combustible
en el tanque. Aún en días fríos el aire caliente calienta y
vaporiza el LPG (mayormente por la superficie húmeda del
tanque) cuando la temperatura del aire es más alta que la
temperatura del LPG. El sacar el vapor hace que la
temperatura y presión del tanque bajen. (A –37 ºF [–38 ºC]
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
el LPG tiene presión de vapor cero). A menos que haya
suficiente combustible y calor del medio ambiente disponibles,
el funcionamiento del generador hará que el rango de
vaporización caiga por debajo de lo que se requiere para
que éste continúe funcionando correctamente.
Cálculos del Sistema de Combustible Gaseoso Presión
de Combustible
Tamaño del Tanque
Use la Figura 6–69 como una referencia rápida para
dimensionar un tanque de LPG basándose en la mínima
temperatura ambiente esperada. Por ejemplo, en un día a 40
ºF, el retiro en 1000 ft3/h exige un tanque de 2000 galones
cuando menos medio lleno. Nota: En muchas instancias la
cantidad de combustible requerido para obtener una
vaporización apropiada es mucho mayor que aquella requerida
para el número de horas de operación estipuladas por el
código.
Por ejemplo, en una aplicación NFPA 110 Clase 6, debe haber
suficiente combustible para que el conjunto generador opere
por 6 horas antes de rellenar el tanque. El LPG da
aproximadamente 36.5 ft3 de gas por galón de líquido. Si el
índice de retiro del conjunto generador es de 1000 ft3/h:
Combustible
1000 ft3/hr • 6 horas
Consumido =
= 164 galones
en 6 horas
36.5 ft3/gal
En este caso el tanque debe dimensionarse cuando menos
para 2000 galones basándose en la temperatura mínima
esperada en lugar del combustible consumido en 6 horas (164
galones).
La Tabla 6–5, Longitudes Equivalentes de Conexiones de
Tubo y Válvulas se aplica a gas así como a tubería de líquidos.
Las Tablas 6–13 a la 6–17 muestran la capacidad de gas
máxima para la longitud equivalente para las diferentes medidas
de tubo. Las Tablas 6–10 a la 6–14 se reproducen de la NFPA
54–2002, Código Nacional de Gas Combustible y se
seleccionaron considerando los requisitos generales de
operación del sistema de combustible para conjuntos
generadores. Las tablas se incluyen para el gas natural, retiro
de líquido de propano y retiro de vapor de propano bajo
condiciones especificadas. Consulte la NFPA 54 u otros códigos
aplicables para otras condiciones de operación u otros requisitos
de instalación del sistema de combustible.
Un cálculo del tamaño mínimo de tubo es por demás directo:
Haga una lista de todas las conexiones y válvulas en un
sistema propuesto y sume sus longitudes equivalentes
usando la tabla.
Sume a este total, todas las longitudes de tubo recto para
llegar a una longitud total equivalente.
Escoja la tabla pertinente basándose en el sistema de
combustible.
Obtenga los requerimientos de combustible máximos para
el conjunto generador específico de las hojas de
especificaciones del fabricante. Conviértalos a ft3/hr según
se necesite (Esté consciente del contenido de BTU como
se aborda antes en esta sección).
Localice la longitud equivalente del tubo (o la longitud
equivalente del siguiente más grande) en la columna izquierda.
Desplácese a las columnas donde el número es tan grande
o más que la longitud equivalente total calculada antes.
Arriba de esa columna está el tubo nominal mínimo o tamaño
de tubería requerido por el sistema como se diseña.
Dimensionamiento del Tubo de Gas
El dimensionamiento de la tubería de gas para obtener una
entrega de combustible apropiada, tanto tanto para el flujo
como para la presión, puede convertirse en algo muy complejo.
Sin embargo, un método simplificado, así como para las demás
tuberías de escape y refrigerante, es convertir todas las
conexiones, válvulas, etc. a longitudes equivalentes de tubería
en los diámetros considerados. La longitud total equivalente
luego se puede relacionar con la capacidad de flujo.
Rev. mayo 2010
6-71
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
ÍNDICE DE VAPORIZACIÓN DE LPG
(PIES CÚBICOS POR HORA)
Figura 6–69. Tamaño de Tanque LPG Mínimo (50% lleno)
Requerido para Mantener 5 psi al Índice de Retiro Específico
y la Temperatura de Invierno Mínima Esperada
*Las capacidades de la tabla se basan en el diámetro interior de
la tubería de cobre Tipo K (mostrado), la cual tiene el diámetro
interior más pequeño de los productos de tubería de cobre.
Tabla 6–14. Dimensionamiento de Tubería de Cobre SemiRígida para Gas Natural24
Tabla 6–13. Dimensión de Tubo de Hierro Cédula 40 para
Gas Natural23
23 Reimpreso con el permiso de la NFPA 54 – 2002, Código Nacional de Gas Combustible,
Copyright © 2002, Asociación Nacional de Protección a Incendios, Quince, MA 02169. Este
material reimpreso no es la posición completa y oficial de la NFPA sobre el asunto de referencia,
la cual es representada sólo por el estándar en su totalidad.
Tabla 6–15. Dimensionamiento de Tubo de Hierro Cédula 40
para Vapor de Propano25
24 Reimpreso con el permiso de la NFPA 54 – 2002, Código Nacional de Gas Combustible,
Copyright © 2002, Asociación Nacional de Protección a Incendios, Quince, MA 02169. Este
material reimpreso no es la posición completa y oficial de la NFPA sobre el asunto de referencia,
la cual es representada sólo por el estándar en su totalidad.
25 Reimpreso con el permiso de la NFPA 54 – 2002, Código Nacional de Gas Combustible,
Copyright © 2002, Asociación Nacional de Protección a Incendios, Quince, MA 02169. Este
material reimpreso no es la posición completa y oficial de la NFPA sobre el asunto de referencia,
la cual es representada sólo por el estándar en su totalidad.
6-72
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Reducción de Ruido en Aplicaciones de Conjunto
Generador
La Ciencia del Ruido
Medición del Nivel de Ruido y Unidades Decibeles/dB(A): Una
unidad de medición del sonido es el decibel (dB). El decibel es
un número conveniente en una escala logarítmica que expresa
la relación de dos presiones de sonido, comparando la presión
real con una presión de referencia.
*Las capacidades de la tabla se basan en el diámetro interior
de la tubería de cobre Tipo K (mostrado), la cual tiene el diámetro
interior más pequeño de los productos de tubería de cobre.
Tabla 6–16. Dimensionamiento de Tubería de Cobre SemiRígida para Vapor de Propano26
Las regulaciones del ruido generalmente se escriben en términos
de “decibeles de escala ‘A’” o dB(A). La “A” denota que la
escala ha sido “ajustada” para aproximarla a cómo una persona
percibe la intensidad del sonido. La intensidad depende en el
nivel de presión del sonido (amplitud) y la frecuencia. La Figura
6–70 muestra los niveles típicos de ruido con varios alrededores
y fuentes de ruido.
Los datos exactos y significativos del nivel de sonido se miden
preferiblemente en un “sitio de campo libre” para recolectar
datos de ruido. Un “campo libre”, distinguido de un “campo
reverberante”, es un campo de sonidos en el cual los efectos
de obstáculos o de límites en el sonido propagado en ese
campo son despreciables. (Generalmente esto quiere decir
que los objetos o barreras están alejados, no se reflejan hacia
el área de prueba y/o están cubiertos con adecuados materiales
de absorción de sonido). Las mediciones de sonido exactas
también exigen que el micrófono se coloque fuera del “campo
cercano”. El “campo cercano” se define como la región dentro
de una longitud de onda o dos veces la dimensión más grande
de la fuente de ruido, lo que sea mayor. Las mediciones de
ruido para los reglamentos de la comunidad no se deben hacer
en el campo cercano. Las especificaciones de ruido de los
ingenieros deben exigir mediciones de nivel de presión de
sonido en el campo libre, 7 metros (21 pies) o más.
Tabla 6–17. Dimensionamiento de Tubo de Hierro Cédula 40
para Propano, Retiro de Líquido – Capacidad Máxima del Tubo
en Pies Cúbicos de Gas por Hora. Las recomendaciones de
la medida del tubo se basan en tubo de hierro negro cédula
40.
26 Reimpreso con el permiso de la NFPA 54 – 2002, Código Nacional de Gas Combustible,
Copyright © 2002, Asociación Nacional de Protección a Incendios, Quince, MA 02169. Este
material reimpreso no es la posición completa y oficial de la NFPA sobre el asunto de referencia,
la cual es representada sólo por el estándar en su totalidad.
Las mediciones de ruido deben hacerse usando un medidor
de nivel de sonido y un analizador de octava de banda para
hacer un análisis más detallado por los consultores en acústica.
Los micrófonos se colocan en un círculo de 7 metros (21 pies)
de radio centrado en el conjunto generador; una distancia
suficiente para este tipo y tamaño de equipo. Consulte las
hojas de datos de Desempeño del Sonido disponibles en el
CD Power Systems Software Suite para obtener datos sobre
los productos Cummins Power Generation.
Rev. mayo 2010
6-73
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Niveles de Sonido Aditivos
El nivel de sonido en un lugar dado es la suma de los niveles
de ruido de todas las fuentes, incluyendo las fuentes reflejantes.
Por ejemplo, el nivel de ruido en un punto en un campo libre
equidistante de dos conjuntos generadores idénticos es el
doble cuando ambos conjuntos están operando. El doble de
un nivel de ruido se representa como un aumento de
aproximadamente 3 dB(A). En este caso, si el nivel de ruido
de cualquier conjunto se mide como 90 dB(A), uno podría
esperar medir 93 dB(A) cuando ambos conjuntos estén
operando.
La Figura 6–71 se puede usar como sigue, para estimar el
nivel de ruido de múltiples fuentes de ruido:
1. Encuentre la diferencia en dB(A) entre dos de las fuentes
(cualquier par). Localice ese valor en la escala horizontal
como lo muestra la flecha vertical, desplácese hacia arriba
por la curva y por la escala vertical como lo indica la flecha
horizontal. Sume este valor en dB(A) al valor más grande del
par.
2. Repita el Paso 1 entre el valor recién determinado y el
siguiente. Siga repitiendo el proceso hasta que se hayan
tomado en cuenta todas las fuentes.
Por ejemplo, para sumar 89 dB(A), 90.5 dB(A) y 92 dB(A):
Reste 90.5 dB(A) de 92 dB(A) y obtenga la diferencia de 1.5
dB(A). Como las flechas lo muestran en la Figura 6–71,
correspondiendo a la diferencia de 1.5 dB(A) está el valor
de 2.3 dB(A) el cual debe sumarse a 92 dB(A) para obtener
un valor nuevo de 94.3 dB(A).
Igualmente, reste 89 dB(A) del valor nuevo de 94.3 dB(A)
obteniendo una deferencia de 5.3 dB(A).
Finalmente, sume el valor correspondiente de 1.1 dB(A) a
94.5 dB(A) para obtener un total de 95.6 dB(A).
Figura 6–70. Niveles de Ruido Típicos
DIFERENCIA EN dB(A) ENTRE LOS VALORES QUE SE SUMAN
Figura 6–71. Gráfica de Valores para Sumar Niveles de Ruido
6-74
Alternativamente, se puede usar la siguiente fórmula para
sumar los niveles de presión de sonido medidos en db(A):
dBAtotal =
Efecto de la Distancia
En un “campo libre”, el nivel de sonido disminuye al aumentar
la distancia. Si, por ejemplo, se toma una segunda medición
de sonido al doble de la distancia de la fuente, la segunda
lectura será aproximadamente 6 dB(A) menos que la primera
(cuatro veces menos). Si la distancia se divide a la mitad, la
segunda lectura será aproximadamente 6 dB(A) mayor (cuatro
veces mayor). Para el caso más general, si el nivel de presión
de sonido (SPL1) de una fuente a la distancia d1 se conoce,
el nivel de presión de sonido (SPL2) a la distancia d2 se puede
encontrar como sigue:
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
vertical a la línea vertical para la distancia especificada. Luego
dibuje una línea horizontal otra vez a la línea de escala vertical
y lea el nuevo valor en dB(A).
Por ejemplo, si el nivel de sonido (SPL1) a 21 metros (d1) es de
100 dB(A), a 7 metros (d2), el nivel de presión de sonido (SPL2)
será:
Ruido del Conjunto
Las aplicaciones de conjunto generador son susceptibles a
tener problemas asociados con los niveles de ruido, debido
a los altos niveles de ruido inherentes producidos por los
conjuntos generadores. Los códigos y estándares se han
decretado para proteger a los propietarios o usuarios de
propiedades de niveles de ruido objetables de otras
propiedades.
En general, los niveles de ruido requeridos en una línea de
propiedad a menudo están a menos de 60 o a más de 50
(dependiendo de la hora del día), mientras que los niveles de
ruido de un conjunto generador sin tratar se pueden aproximar
a los 100 dBA. El ruido de un conjunto generador se puede
amplificar por las condiciones del sitio, o el nivel de ruido
ambiental existente en el sitio pueden evitar que el conjunto
generador satisfaga los niveles de desempeño de ruido
requeridos. (Para medir con exactitud el nivel de ruido de
cualquier fuente, la fuente debe estar 10 dBA más fuerte que
el ambiente alrededor de ella).
DISTANCIA DE LA FUENTE EN METROS (PIES)
Figura 6–72. Disminución de la Intensidad al Aumentar la
Distancia (Campo Libre)
Para aplicar la fórmula de la distancia (anterior) a los datos del
conjunto generador publicados por Cummins Power Generation,
el nivel de ruido de fondo debe ser cuando menos de 10 dB(A)
abajo del nivel de ruido del conjunto generador y la instalación
debe aproximarse a un ambiente de campo libre.
La Figura 6–72 se puede usar como una alternativa a la fórmula
para estimar el nivel de sonido a varias distancias, como hasta
la línea de propiedad. Por ejemplo, como lo muestran las
flechas punteadas, si el ruido en la Hoja de Especificaciones
del conjunto generador recomendado es de 95 dB(A) (a 7
metros), el nivel de ruido a 100 metros será aproximadamente
de 72 dB(A).
Para usar la Figura 6–72, dibuje una línea paralela a las líneas
inclinadas del valor conocido en dB(A) en la línea de escala
El nivel de ruido producido por un conjunto generador en una
línea de propiedad es predecible si el conjunto generador se
instala en un ambiente de campo libre. En un ambiente de
campo libre, no existen muros reflectores que magnifiquen el
ruido producido por el conjunto generador y el nivel de ruido
sigue la regla de “reducción de 6 dBA al duplicar la distancia”.
Si la línea de propiedad está dentro del campo cercano de un
conjunto generador el nivel de ruido puede no ser predecible.
Un ambiente de campo cercano es cualquier medición tomada
dentro del doble de la dimensión mayor de la fuente de ruido.
Los muros reflejantes y otras superficies duras magnifican el
nivel de ruido que puede detectar un receptor. Por ejemplo,
si un conjunto generador se coloca cerca de un muro de
superficie dura, el nivel de ruido perpendicular al muro será
aproximadamente el doble de la potencia de sonido esperada
del conjunto generador en un ambiente de campo libre (o sea,
un conjunto generador operando con un nivel de ruido de 68
Rev. mayo 2010
6-75
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
dBA mediría 71 dBA enseguida de un muro reflejante). Poner
un conjunto generador en una esquina magnifica más el nivel
de ruido detectado.
Los ordenamientos de ruido a menudo sólo se imponen por
quejas, pero el alto costo de mejorar un sitio para la reducción
de ruido hace buena idea evaluar los requerimientos de
desempeño de ruido a principios del ciclo de diseño y diseñar
para el sitio las medidas de atenuación de sonido más efectivas
en costo.
Vea la Tabla 2–2 para obtener los datos de ruido exterior
representativos.
Reducir el Ruido Transmitido por la Estructura
La vibración de las estructuras crean ondas de presión de
sonido (ruido) en el aire circundante. Las conexiones a un
conjunto generador pueden causar vibraciones en la estructura
del edificio, creando ruido. Típicamente, éstas incluyen las
anclas del patín, el ducto de aire de descarga del radiador,
tubería de escape, tubería de refrigerante, líneas de combustible
y tubo conduit de cableado. También, las paredes de la cubierta
de un conjunto generador pueden vibrar y causar ruido. La
Figura 6–1 muestra las formas de minimizar el ruido transmitido
por la estructura con un asilamiento de vibración apropiado.
Montar un conjunto generador sobre aisladores de vibración
de tipo resorte efectivamente reduce la transmisión de las
vibraciones. La práctica de aislamiento de vibración en Aisladores
de Vibración se describe al inicio de este capítulo.
Las conexiones flexibles del tubo de escape, ducto de aire,
línea de combustible, tubo de refrigerante (sistemas de radiador
o intercambiador de calor remoto) y el conduit del cableado
reducen efectivamente la transmisión de la vibración. Todas
las aplicaciones del conjunto generador requieren el uso de
conexiones flexibles al conjunto generador.
Reducir el Ruido del Aire
El ruido del aire tiene una característica direccional y normalmente
es la más aparente en el extremo alto de la gama de frecuencias.
El tratamiento más sencillo es la de dirigir el ruido, como una
salida del radiador o el escape, lejos de los receptores. Por
6-76
ejemplo, apunte el ruido verticalmente hacia arriba para que
la gente al nivel del suelo no esté en la ruta del sonido.
Las barreras de la línea de visión son efectivas para bloquear
el ruido. Las barreras hechas de materiales con mucha masa
como el concreto, bloque de cemento o ladrillo son los
mejores. Tenga cuidado de eliminar las rutas de sonido por
las grietas en las puertas o los puntos de acceso al cuarto
(o caseta) para el cableado de escape, combustible o
eléctrico.
Los materiales que absorben el sonido (acústicos) están
disponibles para recubrir ductos de aire y cubrir paredes y
techos. También, hacer recorrer el ruido por una inclinación
de 90 grados en un ducto reduce el ruido de alta frecuencia.
Dirigir el ruido hacia una pared cubierta con material
absorbente de ruido puede ser muy efectivo. La fibra de
vidrio o espuma pueden ser adecuadas, basándose en
factores como el costo, disponibilidad, densidad, atenuación
de flama, resistencia a la abrasión, estética y limpieza. Se
debe tener cuidado al seleccionar materiales que sean
resistentes a los efectos de aceite y otros contaminantes del
motor.
Un cuarto de bloque de concreto es una excelente barrera
para todo sonido. Los bloques pueden llenarse con arena
para aumentar la masa del muro y así aumentar la atenuación
del ruido.
Los diseños de radiador remoto se pueden usar para limitar
el flujo de aire y para desplazar la fuente de ruido del ventilador
del radiador a un lugar que sea menos posible que lo objeten
los receptores. Las instalaciones de radiador remoto se
pueden suministrar con ventiladores de baja velocidad para
minimizar el ruido del ensamble.
Casetas Atenuadoras de Sonido (Cabinas)
Los conjuntos generadores que se instalan en el exterior se
pueden proveer con casetas atenuadoras de sonido. Estas
casetas forman con efectividad un espacio cerrado alrededor
del conjunto generador y pueden reducir efectivamente el nivel
de ruido producido por la máquina.
En general, el precio de la caseta está directamente relacionado
con la atenuación de sonido requerido. Así, entre mayor sea
el nivel de atenuación de sonido requerido, mayor será el costo
de la caseta. No es poco común que los costos de la caseta
se acerquen al costo del conjunto generador que protege.
También debe reconocerse que puede haber un precio en
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
términos del desempeño del conjunto generador por el uso
de altos niveles de atenuación de sonido. Pruebe
cuidadosamente los generadores atenuados contra ruido en
cuanto a ventilación adecuada y desempeño en su habilidad
para soportar las cargas.
NOTA: Tenga cuidado al comparar el sistema de enfriamiento
que la capacidad se base en la temperatura ambiente y no en
el aire en el radiador. Una capacidad de aire en el radiador
restringe la temperatura del aire que fluye al radiador y no
acepta un aumento en la temperatura del aire debido a la
energía térmica irradiada del motor y el alternador. El sistema
valorado con el ambiente toma en cuenta este aumento en la
temperatura en su capacidad de enfriamiento.
Desempeño del Silenciador de Escape
Los conjuntos generadores casi siempre se ofrecen con un
silenciador de escape (mofle) para limitar el ruido del escape
de la máquina. Los silenciadores de escape vienen en una
amplia variedad de tipos, estilos físicos y materiales.
Los silenciadores generalmente se agrupan bien sea en
dispositivos de tipo de cámara o espiral. Los dispositivos tipo
cámara se pueden diseñar para ser más efectivos, pero los
tipos espiral a menudo son físicamente más pequeños y puede
tener un desempeño adecuado para la aplicación.
Los silenciadores se pueden construir en acero rolado en frío
o en acero inoxidable. Los silenciadores de acero rolado en
frío son más baratos, pero son más susceptibles a la corrosión
que los de acero inoxidable. Para aplicaciones donde el
silenciador va montado en el interior y protegido con aislamiento
para limitar la disipación de calor, existe poca ventaja para la
variedad de inoxidable.
Los silenciadores se pueden proveer en las siguientes
configuraciones físicas:
Extremo dentro/extremo fuera; probablemente la configuración
más común.
Lado dentro/extremo fuera; a menudo usada para ayudar a
limitar los requerimientos de altura del techo para un conjunto
generador.
Entrada lado doble/extremo fuera; usada en motores “V” para
eliminar la necesidad de un cabezal de escape y minimizar los
requerimientos de altura de techo.
Los silenciadores están disponibles en varios “grados” diferentes
de atenuación de ruido; comúnmente llamados: “industrial”,
“residencial” y “crítico”. Fíjese que el ruido del escape de un
conjunto generador puede no ser la fuente de ruido más
objetable en la máquina. Si el ruido mecánico es
significativamente mayor que el ruido de escape, la selección
de un silenciador de mayor rendimiento puede no mejorar el
nivel de ruido presente en el sitio.
En general, entre más efectivo sea un silenciador en reducir
el ruido de escape, mayor es el nivel de restricción en el escape
del motor. Para sistemas de escape largos, la propia tubería
proporciona algún nivel de atenuación.
Atenuación Típica del Silenciador
Silenciadores Industriales: 12–18 dBA
Silenciadores Residenciales: 18–25 dBA
Silenciadores Críticos: 25–35 dBA
Protección Contra Incendios
El diseño, selección e instalación del sistema de protección
contra incendios está más allá del alcance de este manual
debido a la amplia gama de factores a considerar, como la
ocupación del edificio, códigos y la eficacia de varios sistemas
de protección contra incendios. Considere sin embargo lo
siguiente:
El sistema de protección contra incendios debe cumplir con
los requerimientos de la autoridad que tiene la jurisdicción,
como el inspector de edificios, el jefe de bomberos o la
agencia de seguros.
Los conjuntos generadores que se usan para energía de
emergencia y standby deben protegerse del fuego por lugar
o con el uso de una construcción resistente al fuego en el
cuarto del conjunto generador. En algunos lugares, la
construcción del cuarto del generador para instalaciones
que se consideran ser necesarias para la seguridad de la
Rev. mayo 2010
6-77
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
vida deben tener una capacidad de resistencia al fuego de
dos horas 27,28. En algunos lugares también requieren de
protección al fuego del alimentador. Considere usar puertas
de incendio automáticas o amortiguadores para el cuarto
del conjunto generador.
El cuarto del conjunto generador debe estar ventilado
adecuadamente para evitar la acumulación de los gases de
escape o el gas de suministro de combustible inflamable.
de acuerdo con los estándares NFPA y las regulaciones
ambientales.
El conjunto generador debe ejercitarse periódicamente como
se recomienda cuando menos al 30 por ciento de la carga
hasta que alcance temperaturas de operación estables.
También debe operar casi a plena carga cuando menos una
vez al año para evitar que haya acumulaciones en el sistema
de escape.
Diseño del Cuarto
El cuarto del generador no debe usarse para propósitos de
almacenaje.
Los cuartos del generador no deben clasificarse como lugares
peligrosos (como lo define la NEC) solamente por razón del
combustible del motor.
La autoridad que tiene la jurisdicción normalmente clasifica
el conjunto generador como un implemento de poco calor
cuando se usa sólo por periodos breves y poco frecuentes,
aunque la temperatura de los gases de escape puedan
exceder los 1000 ºF (538 ºC). Donde la temperatura de los
gases de escape pueden exceder los 1000 ºF (538 ºC),
algunos motores diesel y la mayoría de gas se pueden
clasificar como implementos de mucho calor y pueden
requerir sistemas de escape con capacidad de 1400 ºF (760
ºC) de operación. Consulte el fabricante del motor para
obtener la información sobre las temperaturas de escape.
La autoridad que tiene la jurisdicción puede especificar la
cantidad, tipo y tamaños de los extinguidores de incendio
portátiles requeridos para el cuarto de generador.
Una estación de paro de emergencia manual fuera del cuarto
del generador o paro remoto de un conjunto generador en
un gabinete externo facilitaría apagar el conjunto generador
en el caso de un incendio u otro tipo de emergencia.
Los sistemas de combustible líquido típicos están limitados
a 660 galones (2498 litros) dentro de un edificio. Sin embargo,
la autoridad que tiene la jurisdicción puede imponer
restricciones mucho más exigentes en la cantidad de
combustible que se puede almacenar dentro de un edificio.
También, puede haber excepciones para permitir el uso de
cantidades de combustible en un cuarto de conjunto
generador, especialmente si el cuarto del conjunto generador
cuenta con sistemas de protección contra incendio
apropiadamente diseñados.
Los tanques de combustible localizados dentro de edificios
y arriba del piso más bajo o sótano deben contar con diques
6-78
Consideraciones Generales
Los conjuntos generadores deben instalarse de acuerdo con
las instrucciones proporcionadas por el fabricante del conjunto
generador y en acatamiento a los códigos y estándares
aplicables.
Los lineamientos generales para el diseño del cuarto son:
La mayoría de los conjuntos generadores exigen el acceso
para el servicio en ambos lados del motor así como el
extremo del control/alternador de la máquina. Los códigos
eléctricos locales pueden requerir espacio de trabajo
específico para el equipo eléctrico, pero en general, deje
espacio de trabajo igual al ancho del generador a ambos
lados y atrás.
La localización del sistema de combustible o los componentes
del sistema de distribución eléctrica pueden requerir espacio
de trabajo adicional. Vea los requisitos del suministro de
combustible en otra parte de esta sección para obtener más
información sobre ese asunto.
Debe haber acceso al cuarto de conjunto generador (o
caseta) que permita que el componente más grande en el
equipo se desmonte (casi siempre el motor). El acceso puede
ser a través de puertas amplias o por medio de las persianas
de aire de admisión o escape desmontables. Un diseño ideal
permite desplazar el conjunto generador como un paquete
hacia el cuarto del equipo.
27 NOTA DEL CÓDIGO: En los EE.UU. la NFPA110 exige que los conjuntos generadores
usados en sistemas de emergencia Nivel 1 se instalen en un cuarto con una capacidad de
resistencia al fuego de 2 horas. Otros sistemas de emergencia se les exige tener capacidades
de resistencia al fuego de 1 hora.
28 NOTA DEL CÓDIGO: En Canadá, la CSA282-2000 exige que un cuarto con una capacidad
de resistencia al fuego de 1 hora proteja sistemas de potencia de emergencia que estén
instalados en edificios.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Instalaciones en el Techo
Con la mayor presión en el costo del edificio, se está haciendo
más común localizar los conjuntos generadores en los techos.
Estas instalaciones se pueden lograr con éxito si la estructura
del edificio puede soportar el peso del conjunto generador y
los componentes asociados. Ventajas y desventajas generales
de estas instalaciones:
Ventajas
Aire de ventilación ilimitado para el sistema.
Ninguna (o poca) necesidad de ductos de ventilación.
Tendidos de escape cortos.
Menos problemas de ruido (aún puede requerir de un gabinete
atenuador de sonido).
Menos limitaciones de espacio.
El conjunto generador está aislado del servicio normal para
lograr una mejor confiabilidad del sistema.
Desventajas
La estructura del techo puede necesitar reforzarse para
soportar el conjunto generador.
El poner el equipo en el techo puede ser caro. (grúa o
desensamble).
Restricciones del código.
Tendido de cables más largos.
Almacenamiento de combustible limitado en el conjunto
generador; el suministro de combustible (y posiblemente el
retorno) debe tenderse por el edificio.
Más difícil darle servicio al conjunto generador.
Nota: Aunque el conjunto generador está montado en el techo,
aún se debe tener cuidado con el escape del motor, para evitar
la contaminación de los ductos de entrada de aire al edificio
y propiedades adyacentes. Vea los Lineamientos Generales
de la Ventilación a principios de esta sección para obtener más
información.
Se recomienda que los conjuntos generadores que tengan
limitaciones en su acceso para el servicio cuenten con una
conexión al banco de carga dentro del sistema de distribución
del edificio. Esto permite que los bancos de carga se conecten
temporalmente en un lugar conveniente. En caso contrario, la
dificultad para conectar un banco de carga puede dificultar o
aún impedir la prueba apropiada del conjunto generador.
Rev. mayo 2010
6-79
CAPÍTULO 7 ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
7 – Cuestionario de Salud, Seguridad y Medio Ambiente
7-2
Cuestionario para el Proyecto e Instalación
7-2
Cuestionarios de Instalación – Abierto
7-6
Cuestionarios de Instalación – Cerrado
7-8
Cuestionario de Pre - Arranque
7-11
Cuestionario de Arranque
7-13
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-1
CUESTIONARIOS DEL CAPÍTULO 7
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Cuestionario de Proyecto e
Instalación
Nivel de contaminación:
Limpio
Normal
Polvoso
Mina / cantera
Para estimar exactamente los costos de la mano de obra, materiales
Salino
Corrosivo
y equipo para cualquier proyecto, es esencial que todos los datos
Aceite / Petróleol
Gas inflamable
disponibles relacionados con el generador y su ambiente se puntualicen
Tipo de contaminante________________________________________
y documenten antes de ponerse en contacto con el proveedor. Este
Requerimientos de las emisiones_______________________________
servicio puede proveerlo alternativamente su distribuidor local.
Características de la Carga:
Carga total a aceptar
* - Elimínelo donde no sea aplicable
kW___________
kVA___________
Componentes primarios de la carga:
Cargas misc.
kW___________
kVA___________
Detalles del Proyecto
Cargas UPS
kW___________
kVA___________
Nombre del proyecto_________________________________________
Arranque de motor
kW___________
kVA___________
___________________________________________________________
Cargas regenerat.
kW___________
kVA___________
Cliente (usuario final)__________________________________________
Equipo TI
kW___________
kVA___________
___________________________________________________________
Iluminación de desc.
kW___________
kVA___________
___________________________________________________________
Equipo médico
kW___________
kVA___________
Tel. No._____________________________________________________
Soldadura
kW___________
kVA___________
Correo e_____________________________________________________
Transmisión RF
kW___________
kVA___________
Consultor / especificador / arquitecto___________________________
Tracción
kW___________
kVA___________
___________________________________________________________
Corrección FP
kW___________
kVA___________
___________________________________________________________
Otras______________________________________________________
Tel. No._____________________________________________________
Características especiales de la carga___________________________
Correo e_____________________________________________________
___________________________________________________________
Nos. de dibujo del sitio _______________________________________
Número de generadores en paralelo____________________________
Número de suministros de servicio a controlar____________________
Control de desecho de carga requerido_________________________
Aplicación
Requerimiento de redundancia__________________No. de conjuntos
Potencia primaria
En espera
Continua
Co-generación
Renta
Sobrecarga requerida
Detalles del sitio
Combustible: Diesel
Bio-diesel
Posición de los conjuntos:
Gas red
Bio-gas
Nivel de piso
Sótano
Otro combustible____________________________________________
Intermedio
Techo
Voltaje____________________ Frecuencia_______________________
Altura arriba del suelo____________________________________m/ft*
No. de fases_______________ Factor de Potencia nom____________
Límitaciones de Acceso al Sitio________________________________
Temperatura máx. del sitio________________________________ C/ F
___________________________________________________________
Temperatura mín. del sitio________________________________ C/ F
Servicios subterráneos/aéreos revisados________________________
Altitud del sitio___________________metros/ft* sobre el nivel del mar
Requiere grúa para llegar_________________________________m/ft*
Distancia de la costa_________________________________km/millas
Requiere grúa por altura__________________________________m/ft*
Nivel de clasificación de peligro del sitio (si hay)___________________
Camino de acceso al sitio
Asfalto
Cierre de camino / escolta de transporte________________________
Condiciones de suelo del sitio__________________________________
Idioma para las instrucciones__________________________________
7-2
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Medidor de contenido del tanque:
Adaptación del generador
Gabinete
Alojamiento: Cuarto
Montaje del conjunto:
Hidrostático
Electrónico
Mecánico
Bayoneta
Piso de concreto
Base de concreto
Posición del medidor del tanque_______________________________
Vigas de acero
Rieles de concreto
Gabinete de punto de llenado
Si/No*
Otros______________________________________________________
Alarma de sobrellenado Si/No*
___________________________________________________________
Contactos de alarma del tanque:
Requisitos especiales de aislamiento de vibración: Sí/No*
Nivel bajo
Nivel alto
Alarma de derrame
Pintura estándar
Sistema de enfriamiento
Pintura especial______________________________________________
Montado en el conjunto: Radiador
Intercambiador de calor
Almacenamiento de servicio diario de combustible
Instalaciones de enfriamiento remotas:
Tanque base
Independiente
Radiador remoto
Intercambiador de calor
Capacidad tanque diario_________________litros/galones/horas op.*
Torre de enfriamiento - abierta
Cerrada
Altura remate del tanque arriba del suelo____________________m/ft*
Intercambiador de calor y torre de enfriamiento: refrigerante de circuito
Altura fondo del tanque arriba del suelo_____________________m/ft*
secundario__________________________________________________
Columna del comb. ent. motor – Max___________Min__________m/ft*
Requisitos especiales del radiador:
Construcción del tanque:
Núcleos estañados
Estándares de construcción___________________________________
Núcleos recubiertos
Espesor__________mm/in*
Carga estática en motor p. instalaciones remotas: m/ft*
Contención de derrame: Sí/No*
Longitud de tendido del tubo______________________________m/ft*
Doble capa
Delimitado
Número de dobleces_________________________________________
Venteo del tanque: Local
Remoto
El refrigerante estándar es glicoletileno concentración al 25%.
Contactos de alarma:
Enuncie cualquier requisito especial del refrigerante:_______________
Nivel bajo
___________________________________________________________
Derrame
Tubería: Pintada
Galvanizada
Tipo de conexión de tubo_____________________________________
Soldada
Atornillada/bridada
Tender sobreflujo a tanque a granel: Sí/No*
Amortiguada
Calentamiento
Válvula de vertido y línea a tanque principal: Sí/No*
Tipo de brida________________________________________________
Nivel alto
Válvula de incendio: Sí/No*Eléctrica/Mecánica*
Pintura estándar
Sistema de Combustible
Pintura especial______________________________________________
Almacenamiento a granel del combustible
Tipo de tanque: cilíndrico
Rectangular
Tubería de combustible:
Subterráneo
Sobre el suelo
Long. tendido entre punto llenado y tanque a granel__________m/ft*
Capacidad del tanque___________________litros/galones/horas op.*
Long. tendido entre tanques a granel y servicio_______________m/ft*
Altura de remate del tanque arriba del suelo__________________m/ft*
Número de dobleces_________________________________________
Altura de fondo del tanque arriba del suelo___________________m/ft*
Long. tendido entre tanque de servicio y motor______________m/ft*
Contrucción del tanque: Espesor___________________mm/in*
Número de dobleces_____________________(Sólo tanques remotos)
Estándares de construcción___________________________________
Espesor de pared______________________________________mm/in*
Contención de derrames: Sí/No*
Tendido: Superficie
Subterráneo
Tanque doble capa
Delimitado
Una capa
Doble capa
Venteo del tanque: Local
Remoto
Tubería calentada
Envuelta/Delimitada*
Soldada
Bridada
Pre-filtros combustible
Filtros duplex
Tipo de conexión del tubo_____________________________________
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-3
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Sistema automático de transferencia de combustible
Tubería
Voltaje de bomba_____________V
Material conducto: Acero
Acero inoxidable
Conducto prefabricado
Pared doble
Frecuencia___________Hz
Bomba doble
Bomba sencilla
Alimentación por gravedad c. válvula solenoide: Sí/No*
Tipo/Fabricante______________________________________________
Requisito de doble cierre: Sí/No*
Longitud total del escape: Horiz .....m/ft* Vert ........m/ft*
Requisitos especiales_________________________________________
Número de dobleces:_________________________________________
___________________________________________________________
Número de fuelles de expansión________________________________
Conexiones bridadas
Soldadura a tope
Sistema de aceite de lubricación
Soportes: Rodillo
Resorte
Filtros duplex de aceite de lubricación
Entrada climática: Pared
Capucha/lluvia
Bomba evacuación cárter: Manual
Anti-chispa
Electrica
Pintura acabado: Negro
Tanque de recuperación aceite de lubricación Sí/No*
Longitud de tubo a aislar y proteger________________________m/ft*
Capacidad______________________________________litros/galones*
Tipo de aislamiento_______________espesor_______________mm/in*
Tubería doble capa
Protección: Aluminio
Sí/No*
Long. de tendido entre tanque y motor______________________m/ft*
Plata
Acero Inoxidable
Válvula de alivio para explosión: Sí/No*
Contactos de alarma: Nivel bajo
Nivel alto
Sistema de control de emisiones (p.ej. SCR)______________________
Bomba llenado: Manual
Eléctrica
___________________________________________________________
Requisitos especiales_________________________________________
___________________________________________________________
Ventilación y Atenuación
Nivel de ruido____________________dB(A) @________________m/ft*
Sistema de arranque
Batería Eléctrico
Encuesta de ruido requerida: Sí/No*
Aire a presión
Color de terminación de entrada y salida________________________
Hidráulico
Ducto de entrada:
Requiere método de arranque doble: Sí/No*
Longitud____________m/ft* Área____________m
Número de intentos de arranque requeridos_____________________
No. de dobleces__________
Tipo de batería:
Amortiguador incendio
Persiana entrada
Atenuador
Ducto de lona
Plomo Ácido Est.
Plomo Ácido Sell.
NiCad
/ft
Ayuda ventilador: Sí/No*
Tipo de persiana:
Hoja fija
Gravedad
Requerimientos especiales____________________________________
Motorizada
Retorno resorte
___________________________________________________________
Retención de gas
Trampa de arena
Posición ducto: Nivel bajo
Nivel alto
Cargador de batería: Normal
*
Servicio Pesado
Ducto de salida:
Sistema de Escape
Mofle
Longitud____________m/ft*
Nivel de ruido___________________dB(A) @___________________m/ft*
No. de dobleces__________ Ayuda ventilador:Sí/No*
Material: Acero
Acero Inoxidable
Amortiguador incendio
Persiana salida
Montado a piso
Montado a pared
Atenuador
Ducto de lona
Montado a techo
Otro___________________________
Tipo de persiana:
Tubería de drenado de condensado: Sí/no*
Área____________m
Hoja fija
Gravedad
Aislamiento: lana
Otro___________________________
Motorizada
Retorno resorte
Protección: Aluminio
Acero inoxidable
Retención de gas
Trampa de arena
Posición ducto: Nivel bajo
Nivel alto
/ft
*
Restricción de ducto por diseño___________________mm/in* H2O
7-4
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Requerimientos de interfaz
Gabinete del generador
Gabinete acústico
Gabinete clima
Contactos limpios para interfaz a: BMS_________________________
Contenedor ISO
Montado
Control remoto_____________ Conmutador remoto______________
De pasillo
Ajuste cerrado
Sistema SCADA____________ Telemetría_______________________
Mofle interno
Iluminación interna
Interfaz de red a
BMS
Energía interna
Iluminación emerg.
Control remoto
Conm. remoto
Atenuadores externos
Sistema SCADA
Telemetría
Tanques internos:
Requisitos especiales de interfaz_______________________________
Tanque comb. interno
Tanque aceite lub.
Conmutador
Contención derrames
Alarma derrame
Instalado en conjunto
Int. de circuito
Int.-desconector
Ninguno
Sistema de supresión de incendio______________________________
Caja Terminal Carga:
Int. de circuito
___________________________________________________________
Int.-desconector
Ninguno
Limitación de ruido________________dB(A) @________________m/ft*
Conmutador remoto
Int. de circuito
Arreglos especiales para elevación______________________________
Int.-desconector
Cambiador
___________________________________________________________
Int. de transferencia
Tarjeta paralel.
Terminación de cable de carga interna* / externa*
Nivel de falla de servicio de entrada_____________________MVA/kVA
Capacidad ....... litros/gal
Capacidad .... litros/gal
Especial
Acabado de pintura: estándar
Capacidad de interrupción especificada_______________________kA
Especifique color y acabado de pintura__________________________
Capacidad de operación especificada________________________kA
___________________________________________________________
Requerimientos especiales de protección________________________
___________________________________________________________
Instalación eléctrica
Sistemas de control
Sistemas del Generador
Generador sencillo
Generadores paralelos
Tipo de cables de carga
Carga base
En espera
PVC/SWA/PVC
EPR/CSP
En paralelo con servicio
Corto plazo >5 min.
Tri-nominal
LSF
Sensor del servicio
Arranque contacto remoto
Método de instalación:
Características adicionales
En charola
Transf. con interruptor
Sin transf. c. interruptor
Montado a pared
Montado a piso
Transf. suave
Cortar picos
Suspendido del techo
A cielo abierto
Límite de exportación del servicio_______________________________
En trinchera abierta
Trinchera cerrada
No. de int. de circuito de generador controlados__________________
Enterrado directo
En ductos 1 vía
No. de int. de circuito de servicio controlados_____________________
Otro________________________________________________________
Control maestro
Tipo______________________
Controles de red
Tipo______________________
Cableado de control:
Área sección transversal______mm
/in
*
Número de cables por fase____________________________________
PVC/SWA/PVC
EPR/CSP
Número de cables por neutro__________________________________
Tri-nominal
LSF
Caja de carga independiente (sin int. de circuito): Sí/No*
Método de instalación:
En charola
Longitud de tendido de cables de carga_____________________m/ft*
Montado a pared
Montado a piso
Requerimientos especiales de cableado_________________________
Suspendido de techo
A cielo abierto
___________________________________________________________
En trinchera abierta
Trinchera cerrada
Sistemas de aterrizado (se supone neutro aterrizado)
Enterrado directo
En conduit
Requisitos especiales de cableado______________________________
Neutro sin aterrizar
Conm. de neutro
Resistencia de aterrizado
Protec. falla a tierra
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-5
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Pruebas / documentación de planta
Detalles del proyecto
Pruebas estándar
Nombre del Proyecto_________________________________________
Pruebas c/testigo
Pruebas especiales___________________________________________
___________________________________________________________
Listas de refacciones
Catálogo partes
Cliente (Usuario final)_________________________________________
Manuales impresos
Manuales elect.
___________________________________________________________
No. de copias______________ Formato __________________
Dirección del Sitio____________________________________________
Idioma______________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
Servicios para el arranque
Tel. No._____________________________________________________
Primer llenado para el pre-arranque
Correo e____________________________________________________
Refrigerante
Cantidad__________________
Aceite lubricante
Cantidad__________________
Detalles del conjunto generador
Combustible tanque serv.
Cantidad__________________
Modelo del conjunto generador________________________________
Combustible tanque granel
Cantidad__________________
Número de serie del conjunto generador_________Conj. No________
Pruebas especiales pre-arranque .......................................
Tipo de control_______________________________________________
..............................................................................................
Número de serie del control___________________________________
..............................................................................................
Tipo de control del sistema (si aplica)____________________________
Pruebas de arranque
Proveer comb. p. pruebas
Pruebas c. testigo
Edificio y servicios para el conjunto generador
Requiere banco de carga
Capacidad ............. kW
Trabajo del edificio e instalación completo
Sólo resistiva
Resistiva/Reactiva
Sitio limpio y acceso sin obstrucción
Distancia del generador ...............................................m/ft*
Servicios del edificio terminados y en marcha
Pruebas especiales de arranque .........................................
(rayos, iluminación, suministro auxiliar eléctrico, agua, etc)
..............................................................................................
Observaciones______________________________________________
..............................................................................................
___________________________________________________________
Requisitos especiales del traspaso .....................................
..............................................................................................
Cuarto en general
..............................................................................................
Conjunto generador limpio con todas las guardas
Contrato de mantenimiento
No. visitas / año ..........
Sin material suelto cerca del conjunto generador
Garantía ampliada
Periodo ampliación .... años
Ductos de aire libres y limpios
Compilado .................................... Fecha ...........................
Rutas de acceso/egreso sin obstrucción y marcadas
Posiciones de control y mantenimiento sin obstrucción
Cuarto seguro – sin acceso no autorizado
Cuestionario de instalación
del conjunto generador
Conjunto generador nivelado – tornillos de fijación
Tubería y cables fijos sin peligro de tropezar
Obstrucciones aéreas marcadas y etiquetadas
Conjunto generador abierto instalado en edificio
Tubería y servicios con código de color y etiqueta
Este cuestionario debe usarse para validar la terminación de
Conexión eléctrica terminada
la instalación de un conjunto generador antes de la puesta en
marcha. Se debe terminar un cuestionario para cada conjunto
generador de una instalación múltiple.
7-6
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Sistema de enfriamiento
Venteo instalado, conectado a área segura y abierto
Radiador montado al conjunto
Conexión eléctrica terminada
Radiador limpio, sin obstrucción
Aislamiento y calefacción de tubería instalados
Salida de aire radiador conectada a ducto de salida
Punto de llenado instalado y alarma acoplada
Revisar posibilidad de recirculación de aire caliente
Instalación de almacenamiento segura
Acceso para relleno de refrigerante libre
Tanque diario (si no hay, revise suministro a granel)
Tubos venteo motor inclinados hacia radiador/cab.
Columna positiva en motor para aplicaciones críticas
Tubería fija y sin daños
Columna/restricción entrada comb. a límite de motor
Sobreflujo libre y tendido para evitar derrames
Columna/restricción retorno comb. a límite de motor
Sistemas de radiador de montaje remoto
Válvulas aislamiento y solenoide puestas
Tanque de cabezal de tamaño adecuado
Revisar no haya válvulas en retorno de derrame
Sobreflujo libre y tendido para evitar derrames
Conexiones flexibles al motor
Columna estática/fricción en capacidad del motor/sist.
Conexión para llenar, sobreflujo y venteo terminados
Tubos venteo motor inclinados hacia radiador/cab.
Columna de sobreflujo de comb. a lim. de pres. tanque
Enfriador de combustible instalado si se requiere
Tanque tiene medidor de contenido instalado
Tubería evita candados de aire – tiene válvulas purga
Contactos de alarma de contenido puestos y conect.
Tubería aislada de vibración del conjunto generador
Válvulas y contactos de incendio inst. y cableados
Tubería terminada, limpia, probada y pintada
Sumin. aux. a ventiladores correctamente instalado
Sistema de combustible gaseoso
Conexión eléctrica terminada
Tubería terminada material y construcción correctos
Intercambiador de calor y sistema de torre de enfriam.
Regulador y válvulas paso en lugares correctos
Tanque cabezal es de tamaño adecuado
Prueba y certificación de fugas terminadas
Sobreflujo libre y tendido para evitar derrames
Columna estática/fricción en capac. de motor/sist.
Sistema de alarma / supresión de incendio
Tubos venteo motor inclinados hacia tanque cabezal
Sistema de alarma / supresión de incendio terminado
Enfriador de combustible instalado si se requiere
Sensores protegidos de calor irradiado
Tubería evita candados de aire – válvulas purga aire
Etiquetado y sistema de bloqueo terminados
Tubería aislada de vibración del conjunto generador
Tubería terminada, limpia, probada y pintada
Sistema de arranque
Sistema de enfriamiento secundario terminado
Arranque de batería
Sum. aux. a ventiladores instalado correctamente
Baterías de arranque correctas e inst. en charola o sop.
Conexión eléctrica terminada
Cables de batería tendidos correctamente
Cargador de batería instalado y cableado
Sistema de combustible líquido
Arranque de aire a presión / hidráulico
Instalación de almacenamiento a granel
Conjunto compresor instalado y cableado
Tubería aire a presión capac. correcta e instalada
Instalación tanque almacenam. a granel terminado
Válvulas aislamiento correctamente colocadas y etiq.
Tanque a granel incorpora trampa de agua
Tubería probada, pintada y etiquetada
Contención de derrame terminado
Conexión flexible al motor conectada
Válvulas de aislamiento colocadas correctamente
Medidor de contenido de tanque instalado
Sistema de escape
Contactos de alarma de contenido puestos y conec.
Diseño de instalación evita recirculación del escape
Bomba de transferencia instalada y conectada
Conexión flexible al motor
Solenoide y pre-filtro entre tanque a granel y servicio
El soporte evita carga en turbocargador/múltiple
Material de tubería correcto, limpio, probado y pint.
La instalación permite dilatación de tubería
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-7
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tubería / mofle apoyada a intervalos requeridos
Uniones soldadas o bridas con empaques correctos
Cuestionario terminado por_____________________________________
Tubo/colilla evita que lluvia/nieve ingrese
Fecha______________________________________________________
Los conductos no se combinan en el escape
Nombre (molde)______________________________________________
Se cuenta con drenado de condensado
Compañía__________________________________________________
La salida se dirige lejos de edificios / personal
Nota: la terminación de este cuestionario no libera al instalador o
El sistema se aísla y protege según se requiera
contratista de las obligaciones contractuales.
Penetración al edificio y protección terminada y sellada
Materiales inflamables apropiadamente protegidos
Cuestionario de instalación
de conjunto generador
Ventilación y atenuación
La admisión de aire es cuando menos
Generador en gabinete o en contenedor
el 150% del área de la salida de aire
Este cuestionario debe usarse para validar la terminación de la
El diseño evita la recirculación de aire caliente
instalación de un conjunto generador antes de la puesta en marcha.
y el ingreso de la lluvia
Se debe llenar un cuestionario por cada generador de una instalación
El diseño toma en cuenta los vientos dominantes
múltiple.
El flujo de aire es del alternador al radiador
Detalles del Proyecto
La salida del radiador tiene conducto al atenuador/pers.
Nombre del Proyecto_________________________________________
Atenuador/persianas terminadas y selladas con edif.
___________________________________________________________
Mecanismos de persiana terminado y cableados
Cliente (Usuario Final)__________________________________________
Conexión eléctrica terminada
___________________________________________________________
Ventilación forzada para conj. enfriados remotos
Dirección del Sitio______________________________________________
Guarda p. pájaros a la entrada y salida
___________________________________________________________
___________________________________________________________
Sistema eléctrico
Tel. No.______________________________________________________
Sistema de control
Correo e____________________________________________________
Cableado de campo a control montado a conj. term.
Cableado del cliente a control montado a conj. term.
Detalles del conjunto generador
Interconexión a control remoto terminada
Modelo del conjunto generador________________________________
Controles de paro de emergencia cableados
Número de serie del conjunto generador__________Conj. no_______
Conjunto/Conmutador/Cambiador/Transferencia
Tipo de control______________________________________________
Cuenta con medios de desconexión/aislamiento
Número de serie del control_____________________________________
Instalación y pre-prueba conmutador terminadas
Tipo de control del sistema (si aplica)_____________________________
Cables instalados correctos, marcados, se mueven
Conexiones de potencia terminadas y marca de par
Sitio y servicios del generador
Pruebas de cable terminadas, certificados dispon.
Trabajo de instalación terminado
Eléctrico en general
Sitio limpio y sin obstrucción y seguro
Todas las cajas eléctricas limpias y tapas puestas
Servicios del sitio terminados y puestos en marcha
Suministro eléctrico auxiliar terminado
(rayos, suministro auxiliar eléctrico, agua, etc.)
Sistema de aterrizado terminado y probado
Observaciones______________________________________________
Conexión eléctrica a servicios/ensambles terminada
___________________________________________________________
Suministro de servicio disponible si se necesita
Circuitos de poca potencia e iluminación
probados y certificados
7-8
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Sitio en general
Intercambiador de calor y sist. torre de enfriamiento
Gabinete al aire libre, nivelado en suelo firme
Tanque cabezal de tamaño adecuado
Sin material suelto cerca del conjunto generador
Sobreflujo libre y tendido para evitar derrame
Ruta de admisión/salida de aire libre y limpia
Columna estática/friccion a capacidad motor/sistema
Rutas de acceso y egreso sin obstrucción
Tubos de venteo motor inclinados hacia radiador/cab.
Suelo cubierto con arena para evitar polvo (grava, etc.)
Enfriador de combustible instalado si se requiere
Drenaje del sitio adecuado
Tubería evita candados de aire – c. válvulas purga
Tubería y cables fijos sin peligro de tropezón
Tubería aislada de la vibración del conj. generador
Conexión eléctrica terminada
Tubería terminada, limpia, probada y pintada
Todos los componentes clave están etiquetados
Entradas a gabinete selladas apropiadamente
Tubería y servicios con código de color y etiquetas
Sistema secundario de enfriamiento terminado
Control de derrame externo adecuado para la capacidad
Sumin. recup. torre enfriamiento terminada
del fluido
Sumin. aux. a ventiladores correctamente instalado
Conexión eléctrica terminada
Sistema de Enfriamiento
Radiador montado en el conjunto
Sistema de combustible
Salida de aire del radiador limpia sin obstrucción
Instalación almacenaje a granel
Sobreflujo de refrigerante libre y tendido
Instalación de tanque almacenaje a granel completa
para evitar la contaminación
Tanque a granel incorpora trampa de agua
Revise la posibilidad de recirculación de aire caliente
Contención de derrames terminada
Sistemas de radiador montado en techo/remoto
Válvulas de aislamiento correctamente colocadas
Tanque cabezal de tamaño adecuado
Medidor de contenido de tanque instalado
Sobreflujo libre y tendido para evitar derrames
Contactos alarma de contenido puestos y cableados
Columna estática/fricción a capacidad de motor/sist.
Solenoide y pre-filtro entre tanque a granes y servicio
Tubos venteo motor inclinados hacia radiador/cab.
Tubería de material correcto, limpia, probada y pint.
Enfriador de combustible instalado si se requiere
Venteo instalado, conectado a área segura y abierta
Tubería evita candados de aire-cuenta c. válvulas purga
Conexión eléctrica terminada
Tubería aislada de la vibración del conj. generador
Aislamiento y calentamiento de tubería instalados
Tubería terminada, limpia, probada y pintada
Punto de llenado instalado y alarma conectada
Entradas a gabinete selladas apropiadamente
Instalación de almacenaje segura
Suministro aux. a vent. instalado correctamente
Instalación con tanque diario (en/cerca gabinete)
Conexión eléctrica terminada
Columna positiva en motor para aplicaciones críticas
Conexión para llenar, sobreflujo y venteo terminado
Columna de sobreflujo comb. a lím. de presión tanque
Entradas a gabinete apropiadamente selladas
Válvulas y contactos de incendio instalados y conec.
Instalación sin tanque diario
Columna positiva en motor para aplicaciones críticas
Columna/restricción entrada comb. a límites de motor
Columna/restricción retorno comb. a límites de motor
Aislamiento y válvulas solenoide instaladas
Revise no haya válvulas en retorno de derrame
Conexiones flexibles al motor
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-9
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Conexión eléctrica terminada
Ventilación y atenuación
Entradas a gabinete selladas apropiadamente
Diseño de instalación evita recirculación aire caliente
Contención de derrame terminada y alarmas conec.
Diseño de instalación considera vientos prevalentes
Válvulas y contactos de incendio instal. y conec.
Salida de aire dirigida lejos de edificios/personal
Sistema de combustible gaseoso
Sistemas de ventilación forzada cableados
Tubería terminada, material y construcción correctos
Mecanismos de persianas terminados y cableados
Válvula reguladora y de paso en lugar correcto
Guarda de pájaros en entrada y salida
Entradas a gabinete selladas apropiadamente
Prueba de fuga y certificación terminadas
Sistema eléctrico
Sistema de control
Sistema de alarma /supresión de incendio
Cableado de campo a control montado en conj. term.
Instalación de sistema + alarmas remotas terminadas
Cableado cliente a control montado en conj. terminado
Sensores protegidos de calor iradiado
Interconexión a control remoto terminada
Sistema de etiquetado y bloqueo terminado
Controles paro de emergencia remoto cableados
Generador/Conmutador/Cambiador/Transferencia
Sistema de arranque
Medios de desconexión/aislamiento provistos
Arranque con batería
Instalación y pre-prueba conmutador terminada
Baterías de arranque correctas e instaladas
Cables instalados correctamente, marcados,
en charola o soporte
permiten movimiento
Cables de batería al motor tendidos correctamente
Entradas a gabinete selladas apropiadamente
Cargador de batería instalado y cableado
Conexiones de potencia terminadas y apretadas
Arranque aire a presión / hidráulico
Pruebas de cable terminadas y certificados en mano
Conjunto compresor instalado y cableado
Gabinete
Tubería de aire a presión cap. e inst. correctas
Todas las cajas eléctricas limpias y cubiertas puestas
Válvulas de aislamiento colocadas y etiquetadas
Suministro eléctrico auxiliar terminado
Tubería probada, pintada y etiquetada
Sistema de aterrizado terminado y probado
Regulador de presión y válvula seg. LP correctos
Conexión eléctrica a servicios/ensambles terminada
Conexión flexible a motor puesta
Suministro de servicio disponible según se requiera
Circuitos potencia pequeña e iluminación
Sistema de Escape
probados y certificados
Diseño de la instalación evita recirculación escape
Instalación permite dilatación de tubería
Cuestionario terminado por____________________________________
Uniones soldadas o bridas con empaques correctos
Fecha______________________________________________________
Mofle correctamente apoyado
Nombre (molde)_____________________________________________
Tubo de escape evita ingreso de lluvia/nieve
Compañía__________________________________________________
Cuenta con drenado de condensado
Nota: Terminar este cuestionario no libera al instalador o contratista
Salida dirigida lejos de edificios / personal
de las obligaciones contractuales.
Sistema protegido y blindado según se requiere
Impermeabilización de gabinete terminada y sellada
Materiales inflamables protegidos apropiadamente
7-10
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Cuestionario de pre-arranque del
conjunto generador
Conjuntos generadores abiertos y en gabinete
Este cuestionario debe usarse para validar la terminación del conjunto
Conj. generador nivelado – tornillos de fijación firmes
Tubería y cables fijos sin peligro de tropezar
Obstrucciones aéreas bien marcadas y etiquetadas
Conexión eléctrica terminada
Avisar al personal del inminente arranque del equipo
generador antes de la puesta en marcha. Se debe llenar un cuestionario
para cada conjunto generador de una
instalación múltiple.
Sistema de Enfriamiento
Tipo de refrigerante__________________________________________
Relación de mezcla___________________o puesto en planta
Detalles del Proyecto
Nombre del proyecto_________________________________________
___________________________________________________________
Cliente (Usuario Final)_________________________________________
___________________________________________________________
Dirección___________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
Representante del cliente______________________________________
Tel. No._____________________________________________________
Correo e____________________________________________________
Radiador montado en el conjunto
Radiador limpio, sin obstrucciones
Sobreflujo libre y tendido evitando contaminación
Radiador lleno con refrig. correcto y tapón puesto
Radiador, motor y tubería revisados si tienen fugas
Bandas revisadas en alineación, tensión y daños
Guardas correctas y fijas
Energizar sum. de calentador de refrig. y rev. función
Sistemas de radiador montado remoto
Radiador limpio, sin obstrucciones
Sobreflujo libre y tendido evitando contaminación
Tanque cabezal lleno con refrigerante y tapón puesto
Detalles del conjunto generador
Modelo del conjunto generdor_________________________________
Número de serie del conjunto generador ________ No. conj.________
Tipo de control______________________________________________
Número de serie del control___________________________________
Tipo de control del sistema (si es aplicable)______________________
Sistema y tanque auxiliar (si existe) llenos
Radiador, motor y tubería revisados si tienen fugas
Aire purgado del sistema
Energizar suministros de calentador de refrigerante
Suministro aux. a vent., bombas inst. correctamente
Revisar rotación/voltaje de fase de suministros aux.
Intercambiador de calor y sist. de torre de enfriamiento
Ambiente y servicios del conjunto generador
Trabajo de instalación y cuestionario terminados
Alrededores limpios y sin obstrucciones
Servicios al conjunto generador terminados
Observaciones______________________________________________
___________________________________________________________
Tanque cabezal lleno con refrigerante y tapón puesto
Tanque auxiliar (si existe) puesto en marcha
Sistema, motor y tubería revisados si tienen fugas
Aire purgado del sistema
Energizar suministros de calentador de refrigerante
Sist. de enfriamiento secundario terminado y lleno
Bombas de sist. de enfr. secundarios en marcha
Revisiones de Seguridad
Asegurarse se inhibió el arranque
Conjunto limpio y totalmente ensamblado
Suministro aux. a ventiladores, bombas inst. correcto
Revisar fase/voltaje a sum. aux. de ventiladores
Registrar concentración de refrigerante usado____________________
Sin material suelto cerca del conjunto generador
Ductos de aire libres y limpios
Rutas de acceso y egreso sin obstrucción y marcadas
Posiciones de control y mantenimiento libres
Cuarto seguro - sin acceso no autorizado
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-11
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Sistema de combustible
Arranque de aire a presión/hidráulico
Instalación de almacenamiento a granel
Válvulas de aislamiento colocadas y etiquetadas corr.
Tanque de almacenamiento a granel lleno
Regulador de presión y válvula seg. LP revisados
Válvulas de aislamiento colocadas correctamente
Compresor en marcha
Contactos de medidor y alarma de tanque revisados
Presiones de aire/hidráulico HP y LP revisadas
Bomba y controles de transferencia probados
Condensado drenado
Conexión eléctrica terminada
Sist. de calent. tubería/tanque probado y en marcha
Sistema de escape
Punto de llenado inst. y alarma probada y en marcha
Revise seguridad de fuelles, tubería y mofle
Sistema a granel revisado si tiene fugas
Revise todas las bridas, uniones y soldaduras
Tubos de venteo y sobreflujo abiertos
Revise estén libres tubo de escape y tapa de lluvia
Instalación de almacenamiento segura
Drene el agua del sistema
Tanque diario
Prelubrique turbocargador si se requiere
Revisar oper. válvulas de aislamiento y solenoide
Retorno de combustible del motor abieerto
Ventilación y atenuación
Tanque diario lleno
Revise que las persianas estén libres y operen
Aire purgado del sistema
Mec. de persiana revisados y sum. energizado
Contactos del medidor y alarma del tanque revisados
Ponga en marcha sist. de vent. forzada si aplica
Alarmas de contención de derrame revisadas
Funciones de bomba de transferencia revisadas
Sistema eléctrico
Válvulas y contactos de incendio inst. y cableados
Sistemas de control
Revisión visual terminada
Sistema de combustible de gas
Energice control de conj. y revise funcione
Revisión visual terminada y certificados a la mano
Energice controles del sistema y revise funcionen
Gas presente en válvulas de paso
Revise versiones de programa y cárguelos si es nec.
Seleccione parámetros de conj. en control conj./sist.
Sistema de alarma de incendio / supresión
Revise señales de control remoto al control del conj.
Sist. de alarma de incendio / supresión en marcha
Revise señales de control del conj. al control remoto
Cable y liber. rápida de solen. Incendio en marcha
Revise señales al control del sistema y conmutador
Bloqueo del sistema de supresión en marcha
Revise controles de paro de emergencia
Cargue/verifique ajustes de protección motor y alt.
Sistema de lubricación
Conjunto/Conmutador/Cambiador/Transferencia
Cárter de motor lleno al nivel correcto
Revisión visual terminada
Alarmas de nivel revisadas
Revise cables estén instal. correctos y par marcado
Sistema de pre-lubricación en marcha
Verifique flexibilidad del cable en el conj. generador
Sistema de recuperación lleno y en marcha
Energice suministros aux. y revise que funcionen
Cargue ajustes de protección conm. y regístrelos
Sistema de arranque
Detección de servicio en marcha
Arranque de batería
Baterías llenas, instaladas y conectadas
Cargador de baterías en marcha
Controles de elevación/flotación e instrumentos rev.
7-12
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Eléctrico en general
Tel. no._____________________________________________________
Certificados de prueba a la mano p. todos los cables
Revise ajustes de protección de suministro auxiliar
Correo e____________________________________________________
Revise voltaje y fase de sumin. eléctricos auxiliares
Ponga en marcha suministros auxiliares
Detalles del conjunto generador
Revise ajustes de protección de sumin. del servicio
Modelo del conjunto generador___________________________________
Revise voltaje y fase de suministro de servicio
Número de serie del conjunto generador_________Conj. no.________
Ponga en marcha suministros del servicio
Tipo de control_________________________________________________
Pruebe y ponga en marcha circuitos pot. peq. e ilum.
Número de serie del control_____________________________________
Tipo de control del sistema (si aplica)____________________________
Comentarios sobre cualquier punto que pueda afectar puesta
en marcha__________________________________________________
Ambiente y servicios del conjunto generador
___________________________________________________________
Trabajo pre-puesta en marcha y cuestionario term.
___________________________________________________________
Alrededores limpios y sin obstrucciones
___________________________________________________________
Sistemas de iluminación/calefacción, etc. operan
___________________________________________________________
Observaciones_________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
Cuestionario llenado por______________________________________
Revisiones de la seguridad
Fecha______________________________________________________
Asegurar arranque esté inhibido hasta que se requiera
Nombre (molde)_____________________________________________
Conjunto limpio y totalmente ensamblado
Compañía__________________________________________________
Sin materiales sueltos cerca del conjunto
Nota: La terminación de este cuestionario no libera al instalador de las
Ductos de aire libres y limpios
obligaciones contractuales.
Rutas de acceso y egreso sin obstrucción y marcadas
Cuestionario para arranque del
conjunto generador
Posiciones de control y mantenimiento no obstruidas
Cuarto seguro – sin acceso sin autorización
Personal advertido del proceso de arranque
Conjuntos generadores abiertos o en gabinete
Sistema de enfriamiento
Este cuestionario debe usarse para validar la terminación del
Radiador montado en el conjunto
procedimiento de arranque del conjunto generador. Se debe completar
Radiador, motor y tubería revisados si tienen fugas
un cuestionario para cada conjunto generador de una instalación
Bandas y guardas revisadas si están seguras/patinan
múltiple.
Calentador de refrigerante opera
Revise si hay fugas
Detalles del proyecto
Sistemas de radiador montado remoto
Nombre del proyecto_________________________________________
Radiador, motor y tubería revisados si tienen fugas
___________________________________________________________
Calentador de refrigerante opera
Cliente (Usuario Final)_________________________________________
Ventiladores, bombas y controles revisados
___________________________________________________________
Revisar fugas
Dirección____________________________________________________
Cartuchos de dosif. DCA puestos y válvulas abiertas
___________________________________________________________
Sistemas de intercambiador de calor y torre enfriamiento
___________________________________________________________
Sistema, motor y tubería revisados si tienen fugas
Representante del cliente________________________________________
Calentador de refrigerante opera
Sistema de enfriamiento secundario revisado
Ventiladores, bombas y controles revisados
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-13
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Sistema de arranque
Cartuchos dosif. DCA puestos y válvulas abiertas
Dosificación de Legionella revisada donde aplique
Registre dosificación química y concentración____________________
Arranque de batería
Baterías instaladas, llenas y conectadas
Cargador de baterías en marcha
Arranque de aire a presión/hidráulico
Sistema de Combustible Diesel
Instalación de almacenamiento a granel
Válvulas de aislamiento correctamente colocadas
Bomba de transferencia y controles operan
Válvulas de aislamiento correctamente colocadas
Compresor opera
Presiones HP y LP aire/hidráulico revisadas
Condensado drenado
Sistema de calentamiento tubería/tanque opera
Alarma punto de llenado opera
Revisión de fugas
Instalación de almacenaje segura
Tanque diario
Aislamiento y válvulas solenoide revisados
Tanque lleno
Sistema de escape
Revise seguridad de tubería y mofle
Revise que capucha y/o tapa de lluvia operen
Revise tubería de drenado agua y válvulas correctas
Revise fugas
Revise si hay recirculación de gases de escape
Contención de derrames y alarmas operan
Bomba de transferencia opera
Revisión de fugas
Válvulas de incendio y liberación probadas y operan
Ventilación y atenuación
Revise que las persianas estén libres y operen
Sistema de ventilación forzada opera si aplica
Revise si hay recirculación de aire caliente
Sistema de Combustible de Gas
Válvulas de aislamiento colocadas correctamente
Regulador ajustado a presión correcta
Equipo de detección de fuga de gas opera
Dispositivo de paso doble opera
Prueba de fuga terminada
Purga terminada
Sistema eléctrico
Sistemas de control
Suministros auxiliares energizados
Controles locales de conjunto generador revisados
Controles remotos de conjunto generador revisados
Indicadores/controles remotos cliente revisados
Conmutador de cambio / interruptor de transferencia
Sistema de alarma/supresión de incendio
Sistema de alarma/supresión de incendio opera
Bloqueo de sistema de supresión de incendio opera
Operador instruido en operación de sistema incendio
Suministros auxiliares energizados
Suministro del servicio energizado
Voltaje/rotación de fase revisados
Indicadores correctos
Todas las cubiertas en su lugar
Sistema de lubricación
Cárter de motor lleno al nivel correcto
Sistema recuperación de aceite opera
Arranque inicial
Revisión de arranque man., ralentí y vel. plena term.
Voltaje y frecuencia de conj. generador bien s/orden
Calibraciones del sistema de control revisadas
Rotación de fase revisada
Coincidencia de fase de conj. en paralelo revisada
Operación man. Conmutador conj. gen. correcta
Control de paro local/de emergencia revisado
Arranque/paro/paro de emergen. remotos revisados
7-14
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Prueba de carga del conjunto generador
Nota: La prueba de carga se lleva a cabo a la carga del sitio del cliente
a menos que se convenga por escrito antes del arranque. La prueba
de banco de carga artificial se realiza usando carga resistiva a menos
que se especifique otra cosa.
Prueba de carga terminada usando la carga del cliente
Registre la carga lograda__________________________________ kW
Prueba de banco de carga (si aplica)
Revise cap. de voltaje y potencia de banco de carga
Revise que los cables estén instalados y apretados bien
Energice suministros auxiliares y revise funcionen
Prueba de carga terminada
Registre carga lograda____________________________________ kW
Registre factor de potencia____________________________________
Terminación de arranque del sistema
Conjunto generador opera
Interruptor de cambio / transferencia opera
Conmutador de paralelismo opera
Operaciones automáticas revisadas
Control maestro opera
Reglas y proced. HV/MV/LV eléctricas correctas
Comentarios a cualquier punto que pueda afectar la aceptación:
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
Cuestionario terminado por____________________________________
Fecha______________________________________________________
Nombre (molde)_____________________________________________
Compañía __________________________________________________
Nota: Terminar este cuestionario no libera al instalador de las obligaciones
contractuales.
7 - Cuestionarios
Rev. Enero 2011
7-15
APÉNDICE A ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE A
Dimensionamiento de Conjuntos Generadores con GenSize
Generalidades
Aplicaciones
Instalando Power Suite
Parámetros del Proyecto
Número de Conjuntos Generadores Operando en Paralelo
Mínima Carga/Capacidad del Generador
Máxima Caída de Voltaje (Arranque y Pico)
Máxima Caída de Frecuencia
Altitud y Temperatura Ambiente
Atenuación del Sonido
Elevación Máxima de Temperatura del Alternador
Combustible
Frecuencia
Fase
Servicio
Voltaje
Introduciendo las Cargas
Definición de Términos
Requerimientos de Operación con Carga (Operación de Estado Estable con Carga Individual)
Requerimientos de Arranque con Carga (Arranque con Carga Individual)
Requerimientos de la Carga Paso Transitorio
(Carga Combinada en Cada Paso de Aplicación de la Carga)
Requerimientos de la Carga e Impacto Transitorio (La Carga Combinada
Para Todas las Cargas que Requieren Potencia Pico Aleatoria)
Cálculos Detallados de la Carga
Cálculos de Carga de Iluminación
Cálculos de Carga de Aire Acondicionado
Cálculos de Carga de Cargador de Batería
Cálculos de Carga de Imagen Médica
Cálculos de Carga de Motor
Cálculos de Carga de la Bomba Contra Incendios
Cálculos de Carga UPS
Cálculos de las Cargas Misceláneas
Cálculos de Carga Equipo de Soldadura
Cálculos de Carga de Uso en General
Cálculos de Carga Usos Definidos por el Usuario
Introduciendo las Cargas en Pasos
Consideraciones de los Pasos de la Carga
Guías para la Secuencia de Pasos
Recomendaciones y Reportes
Rango en Sitio KW en Standby (Pimario)
Rango en Sitio Máx KW del Alternador (Incremento de Temperatura)
Rango en Sitio Máx KVA del Alternador (Incremento de Temperatura)
Rev. mayo 2010
A-3
A-3
A-3
A-3
A-4
A-4
A-4
A-4
A-4
A-4
A-5
A-5
A-5
A-5
A-5
A-5
A-5
A-6
A-6
A-7
A-7
A-7
A-7
A-7
A-7
A-7
A-8
A-8
A-8
A-9
A-10
A-10
A-11
A-11
A-11
A-11
A-12
A-12
A-12
A-13
A-13
A-14
A-14
A-1
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Rango en Sitio Máx SkW y Máx SkVA
Incremento de Temperatura a Plena Carga
Excitación
Reportes
A-2
A-15
A-16
A-16
A-17
Rev. mayo 2010
APÉNDICE A
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Dimensionamiento de Conjuntos Generadores con
GenSize™
Generalidades
GenSize™ es un software de aplicación (disponible en el CD
Power Suite de Cummins Power Generation) para determinar
el tamaño adecuado (capacidad) de los conjuntos generadores
para aplicaciones de Emergencia o Primarias. Toda la información
necesaria para ordenar una configuración correcta del conjunto
generador con su distribuidor local se incluye en la
recomendación preparada por el software.
En la biblioteca del CD que acompaña al CD Power Suite,
también puede ver e imprimir toda la información del producto
necesaria para diseñar apropiadamente un sistema de
generación de potencia completo. La información en el CD de
Biblioteca incluye: las hojas de especificación del conjunto
generador, la información técnica de soporte (datos del
alternador, datos de las emisiones de escape del conjunto
generador, datos de acústica del conjunto generador, resúmenes
de la prueba del prototipo del conjunto generador) y los dibujos
clave (perfil, esquema, diagramas de cableado y dibujos de
instalación de accesorios).
Con GenSize usted puede crear, guardar, recuperar, modificar
y borrar información del proyecto. La información de la carga
se puede copiar y pegar dentro de un proyecto o entre proyectos
múltiples. GenSize maneja la mayoría de los tipos de carga
incluyendo varios tipos de iluminación, HVAC, Cargadores de
Baterías, UPS, motores, Bombas Contra Incendio y carga en
general. Un área de carga definida por el usuario está disponible
para cargar características de cargas singulares. GenSize
maneja correctamente cargas de soldadura, cíclicas y de
imagenología médica (donde ocurre una sobrecarga
momentánea después deque todas las cargas han arrancado
y no durante la propia secuencia de arranque).
NOTA: Cuando GenSize es usado como la base para
dimensionar un conjunto generador de un fabricante diferente
a Cummins Power Generation, hay que estar consciente que
los conjuntos generadores de la competencia de la misma
capacidad en kW pueden no ser adecuados para una aplicación
dada debido a las diferencias en el desempeño. El diseñador
del sistema de potencia puede minimizar el riesgo en esta
situación especificando un conjunto generador con una elevación
de temperatura del alternador similar, un alternador con
reactancia sub-transitoria por unidad, armónicas y el desempeño
de respuesta con las transitorias del gobernador.
Además de ser una herramienta para ver los datos de
desempeñó del conjunto generador, GenSize incluye una
interfase gráfica fácil de usar para cargar información acerca
de las cargas impuestas al conjunto generador, la secuencia
en pasos de arranque de las cargas y los parámetros para el
propio conjunto generador. Aunque no existe un manual por
separado para GenSize, sus archivos de Ayuda sensibles al
contexto deberían ser suficientes para correr la aplicación.
Aplicaciones
Existen cuatro Aplicaciones en el PowerSuite: GenSize,
Biblioteca, GenCalc y GenSpec.
En GenSize, el proyecto completo como un todo aparece en
el lado izquierdo, mientras que el lado derecho muestra el
contenido y cualquier nodo seleccionado en el lado izquierdo.
Éste es el núcleo de la aplicación donde las cargas y la secuencia
se cargan y definen.
La aplicación de la Biblioteca permite que el usuario explore
las especificaciones y los datos del producto, el uso de los
dibujos y otra información pertinente, y que la incorpore en un
reporte de datos. La biblioteca se accede desde un CD de
contenidos de Biblioteca. El contenido del CD Biblioteca se
puede copiar al disco duro de su PC para la conveniencia de
acceso.
La aplicación GenCalc incluye un calculador de la curva del
decremento para los alternadores usados en los generadores
de Cummins. Esta aplicación está diseñada para incluir varios
usos futuros para la ayuda en el diseño de sistemas de escape
y de combustible así como otras facetas de los sistemas de
potencia.
La Aplicación GenSpec contiene una selección de documentos
en Word con especificaciones de muestra para conjuntos
generadores, equipo de paralelismo e interruptores de
transferencia. Se puede encontrar más información acerca de
estas Aplicaciones en el área de ayuda GenSize.
Rev. mayo 2010
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Instalando Power Suite
Inserte el CD de Power Suite en la unidad de disco CD-ROM
y siga las instrucciones de instalación del software la pantalla,
o seleccione Start/Run del escritorio Windows, seleccione la
unidad de disco CD ROM y corra Setup.exe. El software
GenSize está diseñado para correr en un ambiente del sistema
de operación Windows NT, 95, 98 o 2000. La función de
búsqueda del CD Biblioteca se optimiza con el Internet Explorer
5.0 y el Adobe Acrobat 4.0 (incluidos en el CD). Después de
terminar la instalación, aparece un cuadro de diálogo New
Project – seleccione New Project.
Parámetros del Proyecto
El primer paso para dimensionar y seleccionar un conjunto
motor-generador es establecer los parámetros del proyecto.
Como mínimo, el conjunto generador debe dimensionarse para
suministrar los requerimientos de arranque de la máxima carga
y requerimientos de operación del estado estable del equipo
conectado a la carga.
Para establecer los parámetros predeterminados del proyecto,
seleccione Projects de la barra de herramientas superior,
después New Project Default Parameters abajo en el menú
desplegable. El cuadro de diálogo resultante, Figura A–1,
muestra los Parámetros del Proyecto Nuevo que se aplican a
los proyectos nuevos y se pueden modificar para adecuarse
a sus preferencias. Los parámetros del proyecto para un solo
proyecto o un proyecto existente se pueden cambiar sin alterar
los parámetros predeterminados destacando el nombre del
proyecto y luego seleccionando Projects, Edit y luego la pestaña
de parámetros.
Enseguida está una explicación de los parámetros del proyecto
y los predeterminados se muestran en el cuadro de diálogo.
Número de Conjuntos Generadores Operando en Paralelo
El valor predeterminado es 1. Si la carga total es mayor que
la capacidad de un conjunto generador solo, inserte 2, 3 o
más según sea pertinente. Si la carga total es más de 1000
kW, podría ser ventajoso poner conjuntos generadores en
paralelo para lograr una mayor confiabilidad y flexibilidad de
operación. Sin embargo cuando la carga total es de 300 kW
o menos, normalmente no es efectivo en costo poner conjuntos
generadores en paralelo – aunque es técnicamente realizable.
A-4
Figura A – 1. Cuadro de Diálogo GenSize – Parámetros del
Proyecto Nuevo
Carga/Capacidad Mínima del Motogenerador
Operar un conjunto generador bajo carga ligera puede conducir
a daño en el motor y reducir la confiabilidad del conjunto
generador. Cummins Power Generation no recomienda operar
conjuntos generadores con menos del 30% de la carga nominal
– éste es el ajuste predeterminado en GenSize. Se deben usar
bancos de carga para complementar las cargas regulares
cuando la carga cae abajo del valor recomendado. Un conjunto
generador no debe operar a menos del 10% de la carga
nominal durante ningún periodo prolongado.
Máxima Caída de Voltaje (Arranque y Pico)
Al reducir la caída de voltaje máximo permisible durante el
arranque inicial o cuando las cargas se ciclan bajo controles
automáticos o tienen altos picos, el tamaño del conjunto
generador recomendado aumenta. Escoger una caída de voltaje
permisible más baja resulta en un conjunto generador
recomendado más grande. Sin embargo, establecer caídas
de voltaje permisibles de más del 40% puede llevar al mal
funcionamiento del relevador y del contactor. La Caída Máxima
de Voltaje predeterminada en GenSize es del 35%.
Caída de Frecuencia Máxima
Al reducir la caída de frecuencia máxima permisible, aumenta
el tamaño del conjunto generador recomendado. Como un
conjunto generador es una fuente de poder limitada (comparado
con el servicio público), las excursiones de voltaje y frecuencia
ocurren durante los eventos de carga transitorios. El conjunto
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
generador debe dimensionarse para limitar estas excursiones
a un nivel apropiado para lograr el desempeño apropiado de
la carga. La Caída de Frecuencia Máxima predeterminada en
el GenSize es del 10%. Este número puede que tenga que
establecerse más bajo cuando se suministran a cargas sensibles
a la frecuencia, como los sistemas UPS. Revise con el fabricante
del UPS para obtener la información sobre la sensibilidad del
sistema UPS a las excursiones de frecuencia cuando operan
con un conjunto generador en Emergencia.
Altitud y Temperatura Ambiente
Basándose en la localización geográfica, el programa recomienda
que el tamaño del conjunto generador se aumente para un
nivel dado de desempeño al aumentar la altitud y/o temperatura
ambiente. Los valores predeterminados son una altitud de 500
pies (152 metros) y una temperatura ambiente de 77 °F (25
°C).
Atenuación de Sonido
El ajuste predeterminado es Ninguno. Sin embargo, se puede
seleccionar un conjunto generador Quiet Site. Las unidades
Quiet Site incluyen silenciadores de escape especiales, una
cubierta de lámina con aislamiento atenuador de sonido y/o
amortiguadores de admisión y descarga. No todos los modelos
están disponibles en una configuración Quiet Site. Cuando
seleccione Atenuación de Sonido, las recomendaciones del
GenSize para el conjunto generador se limitan a los paquetes
opcionales estándar disponibles de planta. Su distribuidor local,
sin embargo, debe consultarse en caso de cualquier otra
necesidad de atenuación de sonido.
Elevación de Temperatura Máxima del Alternador
Una elevación de temperatura máxima permisible sobre una
ambiente de 40 °C (104 °F) se puede especificar para los
devanados del alternador. GenSize recomienda combinaciones
de motor–alternador que limitan la elevación de la temperatura
del alternador a la especificada cuando se energizan las cargas
conectadas especificadas. Puede ser deseable usar alternadores
con elevación de temperatura menor en aplicaciones que
contengan significativas cargas no-lineales, donde se requiera
un mejor arranque del motor o en aplicaciones de servicio
primario. El ajuste predeterminado es de 125 °C. Note que,
cuando selecciona un alternador con elevación de temperatura
más baja, puede aumentar el tamaño del conjunto generador
recomendado para adaptarse a un alternador más grande.
Combustible
El combustible predeterminado es diesel. Otras opciones de
combustibles disponibles son gas natural y gas propano líquido.
Está disponible una opción “Cualquier Combustible” la cual le
permite al GenSize comparar el desempeño de todas las
opciones de combustible disponibles.
Nota: Para los requerimientos de combustibles gaseosos a
más de aproximadamente 150/140 kW, consulte a su
distribuidor.
Frecuencia
Especifique la frecuencia de operación requerida. Los conjuntos
generadores están configurados para 50 Hz o 60 Hz. El valor
predeterminado es de 60 Hz.
Fase
Seleccione un conjunto generador monofásico o trifásico. El
ajuste predeterminado es trifásico. Si selecciona monofásico,
sólo se permiten cargas monofásicas. Seleccionar monofásico
también limita el número de modelos disponibles ya que los
conjuntos generadores más grandes no están disponibles con
generadores monofásicos. La selección trifásica predeterminada
permite cargas monofásicas pero el GenSize supone que las
cargas monofásicas se balancean entre las tres fases.
Servicio
GenSize hace una recomendación basándose en la capacidad
de potencia en emergencia y primaria del conjunto generador,
disminuyendo la potencia apropiadamente por las condiciones
del sitio. El ajuste predeterminado es en Emergencia. Para
tratar e ilustrar más el sistema y las capacidades del conjunto
generador vea la sección Diseño Preliminar.
Un sistema de potencia en Emergencia es un sistema de
potencia independiente que alimenta algunas instalaciones en
el caso de una falla de la fuente normal de energía. (Se asume
que el conjunto generador está aislado del servicio público).
La capacidad de potencia en Emergencia es aplicable para el
servicio de potencia de emergencia por la duración de una
interrupción típica de energía. Para esta capacidad no se
dispone de régimen de sobrecarga.
Un sistema de potencia primaria es un sistema de potencia
independiente para suministrar energía eléctrica en lugar de
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Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
comprarle energía a un servicio de red comercial. (Se asume
que el conjunto generador está aislado del servicio público o
que ese servicio no está disponible). La capacidad de potencia
primaria es la potencia máxima disponible con carga variable
por un número de horas ilimitado.
Un mínimo del 10% de capacidad de sobrecarga está disponible
para regímenes de potencia primaria según los estándares de
capacidad del motor BS 5514 y DIN 6271. No toda
configuración de conjunto generador está disponible para
servicio primario.
Cuando los conjuntos generadores se ponen en paralelo con
la red pública por un periodo prolongado de tiempo, no deben
operarse a más de su capacidad de carga base. Generalmente
la capacidad de carga base de un conjunto generador es
significativamente menor que su capacidad de potencia primaria.
La capacidad de carga base para los conjuntos generadores
está disponible con el fabricante o su distribuidor Cummins
Power Generation.
Voltaje
Las opciones de voltaje disponibles son una función de la
frecuencia seleccionada. Los valores predeterminados son
277/480, Serie Estrella.
Cargando las Cargas
El siguiente paso y el más importante para dimensionar un
conjunto generador es identificar cada tipo y tamaño de carga
que el conjunto generador va a energizar. Como con la mayoría
de las operaciones en el GenSize, las cargas se pueden cargar
bien sea desde el menú bajo Proyectos, Agregar Carga Nueva
o desde los iconos localizados en la barra de herramientas.
Después de seleccionar un tipo de carga, aparece la forma
del registro de la carga. Cada forma de carga abre con los
predeterminados de la característica de la carga los cuales se
pueden modificar. Cargue toda la información requerida. Si no
está seguro de lo que son los artículos, consulte la ayuda en
línea para obtener una explicación. Al cargar cada carga,
aparece en una lista en el lado izquierdo de la pantalla bajo el
proyecto en el que está trabajando. Al seleccionar (con un clic
del mouse) una de las cargas en la lista desplegará las
características de operación de la carga a la derecha de la
pantalla. Al hacer doble clic en el icono de una carga abre la
A-6
forma de registro de ésta y puede editar la carga desde ahí.
Lo siguiente está pensado para ayudarle a entender los
parámetros de la carga y la forma en que GenSize los calcula.
Identifique todos los tipos y tamaños de cargas diferentes que
el conjunto generador va a soportar. Si tiene más de una carga
de un tamaño y tipo dado, sólo necesita cargarla una vez, a
menos que quiera que cada una de las cargas lleve una
descripción diferente. La cantidad de cada carga se puede
establecer cuando cargue la carga en el paso que inicia la
secuencia, como se describe posteriormente en esta sección.
Cummins Power Generation ha investigado las características
de arranque y operación de muchas de las cargas comunes
y ha incluido en GenSize datos predeterminados para estas
características de carga. Puede optar por usar los
predeterminados o si sabe que las características de su carga
son diferentes, cambie la característica de la carga. Si tiene un
tipo de carga diferente de lo que se identifica en el GenSize,
use una carga miscelánea para definir los requerimientos de
arranque y operación de la carga.
Basándose en las características de la carga, GenSize calcula
los valores para los kW de operación (RkW), kVA de operación
(RkVA), kVA de arranque (SkVA), kW de arranque (SkW), factor
de potencia de arranque (SPF), kVA pico (PkVA), kW pico (PkW)
y amperios de operación (RAmps). Cuando se presentan cargas
no-lineales, puede ser necesario sobre-dimensionar el alternador
y el GenSize calcula un valor para los kW del alternador (AkW)
para la carga.
Note que cuando se cargan cargas monofásicas en un conjunto
generador trifásico, GenSize asume que las cargas de las tres
fases están balanceadas entre las tres fases. Por lo tanto, las
cargas monofásicas se convierten en una carga trifásica
equivalente para propósitos de dimensionamiento. Esto da
como resultado una corriente de carga monofásica distribuida
entre las tres fases por lo que la corriente monofásica se divide
por 1.73. Cuando se carga una carga monofásica para una
aplicación de conjunto trifásico, la corriente monofásica real
aparece en la forma de registro de la carga, pero cuando la
carga se carga en un paso (la carga del paso es la carga
balanceada aplicada al generador), la corriente de carga de
paso se convierte a la corriente trifásica equivalente.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Las siguientes abreviaturas se usan en GenSize para calcular
los requerimientos de operación y arranque de la carga individual,
requerimientos de paso de carga, y los requerimientos de carga
transitoria. Estas abreviaciones se usan en las formas de carga
y reportes en la aplicación y en la siguiente exposición pensada
para documentar algunos de los cálculos realizados por
GenSize.
Requerimientos de la Carga en Funcionamiento (Carga
Individual en Operación de Estado Estable)
kVA de operación (RkVA) – la operación de la carga en
kilovoltio-amperios.
kW de operación (RkW) – la operación de la carga en
kilovatios.
kW del alternador (AkW) – la capacidad del alternador
proporcionada para compensar ( sobre-dimensionar) la
distorsión no-lineal.
FP de operación (RFP) – el factor de potencia de la carga
en operación de estado estable.
Eficiencia – la relación entre la potencia de salida y la potencia
de entrada.
Amperios de operación (RAmps) – los amperios de operación
para una carga o paso.
Requerimientos de Arranque de la Carga (Arranque
Individual de la Carga)
kW de arranque (SkW) – kilovatios de arranque de una carga.
kVA de arranque (SkVA) – kilovoltio-amperios de arranque
de una carga.
FP de arranque (SPF) – el factor de potencia de arranque
es el factor de potencia de la carga al momento en que se
energiza inicialmente o arranca.
Requerimientos de Carga de Paso Transitoria (Carga
Combinada en Cada Paso de Aplicación de Carga)
kW de paso máximo – la máxima carga de paso en kW (la
suma de kilovatios de arranque de la carga individual [SkW])
en el paso.
kVA de paso máximos – la máxima carga de paso en kVA
(la suma de kilovoltio-amperios de arranque [SkVA] de la
carga individual) en el paso.
kW de paso acumulativos – los kW de Paso Máximos
sumados a los kW de operación de los pasos previos.
kVA de paso acumulativos – los kVA de Paso Máximos
sumados a los kVA de operación de los pasos previos.
kW de paso efectivos – los kW de paso acumulativos
multiplicados por un factor para tomar en cuenta el efecto
de carga reducida debido al voltaje de salida reducido
sostenido durante la carga de paso transitoria.
kVA de paso efectivos – los kVA de paso acumulativos
multiplicados por un factor para tomar en cuenta el efecto
de carga reducida debido al voltaje de salida reducido
sostenido durante la carga de paso transitoria.
Requerimientos de Carga por Transitorios Repentinos
(Carga Combinada para todas las Cargas que Requieren
Potencia de Operación Pico Aleatoria)
kW pico (PkW) – el aumento repentino de potencia en kW
demandados por una carga cíclica al arrancar, o por otras
cargas de impacto como las soldadoras o el equipo de
imagen médica cuando operan.
kVA pico (PkVA) – el aumento repentino de potencia en kVA
demandados por una carga cíclica al arrancar o por otras
cargas de impacto como las soldadoras o el equipo de
imagen médica cuando operan.
kVA de impacto acumulativos – los kVA pico sumados a los
kVA de operación de todas las cargas de no-impacto.
kW de impacto acumulativos – los kW pico sumados a los
kW de operación de todas las cargas de no-impacto.
kW de impacto efectivos – los kW pico acumulados
multiplicados por un factor para tomar en cuenta el efecto
de reducción de carga debida al voltaje de salida reducido
sostenido durante el impacto de la carga transitoria.
kVA de impacto efectivos – los kVA pico acumulados
multiplicados por un factor para tomar en cuenta el efecto
de reducción de carga debida al voltaje de salida reducido
sostenido durante el impacto de la carga transitoria.
Cálculos de la Carga Detallados
Lo siguiente documenta todos los cálculos de los requerimientos
de la carga individual. Operación de la carga, arranque y
requerimientos de picos repentinos son calculados para cada
carga basados en las características de operación
predeterminadas supuestas como aparecen en las formas de
carga de la carga individual.
Cálculos de Carga de Iluminación
Se pueden cargar tres tipos diferentes de carga de iluminación:
Fluorescente – Una lámpara de baja presión de mercurio tipo
de descarga donde la mayoría de la luz la emite una capa
Rev. mayo 2010
A-7
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
excitada de material fluorescente. Las mismas características
de carga se usan para tipos de balastra o electrónico. Ambas
son cargas no-lineales, pero el GenSize ignora la no-linealidad
de este tipo de carga ya que normalmente es una pequeña
parte de la carga total conectada.
SkVA
Incandescente – Ensambles de lámpara tipo foco estándar, el
cual usa un filamento para crear luz.
Para cargas que están asignadas automáticamente encender y apagar cíclicamente:
SkVA = HP x (LRkVA/HP) x factor de SkVA, donde LRkVA/HP son los kVA/HP
promedio para la letra del Código NEMA del motor y, el factor SkVA es 1.0
para arranque a pleno voltaje o de la tabla de arranque a voltaje reducido
(vea Método de Arranque a Voltaje Reducido)
SFP
Como se cargó o valores predeterminados de la base de datos por HP
y método de arranque.
Descarga (HID) – Lámparas que producen luz pasando una
corriente a través de un vapor de metal; incluye sodio de alta
presión, metal halógeno e iluminación de descarga de vapor
de mercurio.
AkW
PkW
PkW = SkW
PkVA
PkVA = SkVA
(no-VFD) AkW = RkW excepto arrancador de estado sólido donde AkW =
2.0 x RkW a menos que se use un contactor de derivación,
entonces AkW = RkW
AkW
(VFD) Inversor de CA Convencional: AkW = 2.0 x RkW
Ancho de Pulso Modulado: AkW = 1.4 x RkW
Mando CD: AkW = 2.0 x RkW
RkW Si se carga kVA: RkW = kVA x RPF
Si se cargan Ramps:
1Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF) + 1000
Ramps 1Ø Ramps = (HP x 746) + (voltaje x Ef. x RFP)
3Ø Ramps = (HP x 746) + (1.73 x voltaje x Ef. x RFP)
3Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x 1.73) + 1000
RkVA Si se carga RkW: RkVA = RkW + RPF
Si se carga Ramps:
1Ø RkVA = (Ramps x voltaje) + 1000
3Ø RkVA = (Ramps x voltaje x 1.73) + 1000
RPF
Factor de potencia de operación como se carga o predeterminado
SkW SkW = RkW para incandescente o fluorescente
SkW = 0.75 x RkW para HID
Cálculos de Carga del Cargador de Batería
Un cargador de batería es un ensamble de rectificador
controlado de silicón (SCR) usado para cargar baterías. Un
cargador de baterías es una carga no-lineal que requiere de
un alternador sobredimensionado.
SkVA SkVA = SkW + SPF
SPF
SPF =RPF, excepto para HID donde el SPF predeterminado = 0.85
RkW
RkW = RkVA x RPF
AkW AkW = RkW
RkVA
RkVA = (kVA de salida x Índice de Recarga) + Eficiencia
Ramps 1Ø Ramps = (RkW x 1000) + (voltaje x RPF)
RPF
Factor de potencia de operación como se carga o predeterminado
SkW
SkW = RkW
SkVA
SkVA = RkVA
SPF
SPF = RPF
AkW
Para 3 pulsos, AkW = 2.5 x RkW
3Ø Ramps = (RkW x 1000) + (voltaje x RPF x 1.73)
Cálculos de Carga de Aire Acondicionado
GenSize sencillamente convierte las toneladas a caballos de
potencia para dimensionar las cargas de aire acondicionado
a 2 HP/ton como un estimado conservador de la carga total
para una unidad de baja eficiencia. Si quiere un tamaño más
exacto y conoce las cargas del motor del componente individual
en el equipo de A/A, cárguelas individualmente y aplique un
factor de demanda para las cargas que es posible arranquen
simultáneamente.
RkW
RkW = Ton CA x 2 x 0.746
RkVA
RkVA = RkW + RPF
RPF
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
de la base de datos.
SkW
SkW de alta inercia =SkVA x SPF
SkW de baja inercia =SkVA x SPF x 0.6
A-8
Para 6 pulsos, AkW = 1.4 x RkW
Para 12 pulsos, AkW = 1.15 x RkW
Con filtro de entrada, AkW = 1.15 x RkW
Ramps
1Ø Ramps = (RkVA x 1000) + voltaje
3Ø Ramps = (RkVA x 1000) + (voltaje x 1.73)
Cálculos de Carga de Imagen Médica
GenSize calcula una caída de voltaje pico para cuando se
opera una carga de imagen médica. Esta caída debe estar
limitada al 10% para proteger la calidad de la imagen. Si la
caída de voltaje pico se ajusta más alta en los parámetros del
proyecto, GenSize automáticamente la baja y le notifica a usted.
El conjunto generador luego se dimensiona para limitar la caída
de voltaje al 10% cuando el equipo de imagen médica se opera
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
con las demás cargas operando. Si se usan cargas múltiples
de imagen médica, la caída de voltaje pico se calcula para la
carga más grande y única y supone que sólo la carga más
grande única se opere en cualquier momento único.
Note que GenSize supone que el equipo de imagen médica
no está siendo operado mientras que las cargas están
arrancando, por lo que la caída de voltaje de arranque se
calcula por separado y se le permite que exceda el 10%.
RkW
Si se carga RkVA: RkW = RkVA x RPF
Si se carga Ramps: 1Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF) + 1000
3Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x 1.73) + 1000
RkVA
Si se carga Ramps: RkVA = RkW + RPF
RPF
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
SkW
SkW = RkW
SkVA
SkVA = SkW + SPF
PkW
PkW = PkVA x SPF
PkVA
Como se cargó o 1Ø PkVA = (Pamps x voltaje) + 1000
3Ø PkVA = (Pamps x voltaje x 1.73) + 1000
SPF
SPF = SkVA + SkW
AkW
AkW = RkW
Ramps 1Ø Ramps = (RkVA x 1000) + voltaje
3Ø Ramps = (RkVA x 1000) + (voltaje x 1.73)
Cálculos de Carga de Motor
Si la carga del motor está energizada por un mando de
velocidad o frecuencia variable o es un mando CA en un motor
CD, seleccione Mando de Frecuencia Variable (VFD). Un VFD
es una carga no-lineal que requiere de un alternador
sobredimensionado para concordar con los requerimientos de
operación de la carga. Por otro lado, como los VFD rampean
la carga al arrancar, los requerimientos de arranque se reducen
comparados con un motor que se arranca a través de las
líneas. Seleccione PWM si el VFD es del tipo de ancho de
pulso modulado. Los VFD tipo PWM requieren de menos
sobre-dimensionamiento que los tipos no-PWM.
arranque deben sólo aplicarse a cargas de motor con baja
inercia, a menos que pueda determinarse que el motor producirá
un par de aceleración adecuado durante el arranque.
Adicionalmente, estos métodos de arranque pueden producir
corrientes repentinas muy altas cuando pasan del arranque a
la operación si la transición ocurre antes que el motor alcance
una velocidad muy cercana a la de operación, resultando que
los requerimientos de arranque se aproximen a un arranque
con toda la línea. GenSize asume que el motor alcance la
velocidad cercana a la nominal antes de esta transición,
ignorando estas potenciales condiciones repentinas. Si el motor
no alcanza la velocidad casi nominal antes de la transición,
pueden ocurrir caídas excesivas de voltaje y de frecuencia
cuando se apliquen estos arrancadores a los conjuntos
generadores. Si no está seguro cómo su arrancador y la carga
reaccionan, use un arranque con toda la línea.
Para un arranque del motor con toda la línea, seleccione la
carga con baja inercia si sabe que la carga requiera de un par
de arranque bajo a bajas velocidades. Esto reducirá los
requerimientos de kW de arranque para el conjunto generador
y puede dar como resultado un conjunto más pequeño. Las
cargas de baja inercia son típicamente ventiladores centrífugos
y las bombas. Si no está seguro, use alta inercia (deje sin
seleccionar la baja inercia).
RkW
Si se cargó kW: RkW = kW + Eficiencia de Operación
Si se cargó Ramps:
1Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x Eficiencia) + 1000
3Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x Eficiencia x 1.73) + 1000
RkVA
RkVA = RkW + RPF
RPF
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
Skw
SkW de Alta Inercia = SkVA x SPF
de la base de datos
SkW de Baja Inercia = SkVA x SPF x 0.6
SkVA
Los requerimientos de arranque del motor se pueden reducir
aplicando algún tipo de voltaje reducido o un arrancador de
estado sólido. La aplicación de estos dispositivos puede resultar
en recomendar un conjunto generador más chico. Sin embargo,
se debe tener cuidado cuando se aplica cualesquiera de estos
métodos de arranque. Primeramente, el torque del motor es
una función del voltaje aplicado y todos estos métodos resultan
en un menor voltaje durante el arranque. Estos métodos de
Si se carga HP: RkW = (HP x 0.746) + Eficiencia de Operación
SkVA = HP x (LRkVA/HP) x factor SkVA, donde LrkVA/HP son
ols kVA/HP promedio para la letra de Código NEMA del motor y, el factor
SkVA es 1.0 para un arranque de voltaje pleno o de la tabla de arranque
de voltaje reducido (vea el Método de Arranque de Voltaje Reducido).
SPF
Como se cargó o valores predeterminados de la base de datos
por HP y método de arranque
Para cargas asignadas para que automáticamente se ciclen encendidas y apagadas:
PkW PkW = SkW
PkVA PkVA = SkVA
Rev. mayo 2010
A-9
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
AkW
AkW
(no-VFD) AkW = RkW excepto arrancador de estado sólido donde
SPF
AkW = 2.0 x RkW a menos que se use un contactor de derivación, entonces
método de arranque
AkW = RkW
PkW
(VFD) Inversor CA Convencional: AkW =2.0 x RkW
PkVA PkVA = SkVa
Ancho de Pulso Modulado: AkW = 1.4 x Mando RkWDC: AkW = 2.0 x RkW
AkW
Ramps 1Ø Ramps = (HP x 746) + voltaje x Eficiencia x RPF)
3Ø Ramps = (HP x 746) + (1.73 x voltaje x Eficiencia x RPF)
Cálculos de Carga de Bomba Contra Incendio
GenSize dimensionará el generador limitando la caída de voltaje
pico al 15% cuando se arranca la bomba contra incendio con
las demás cargas sin impacto operando. Esto es para satisfacer
los requerimientos del código de incendio de Norte América.
El conjunto generador no tiene que dimensionarse para ofrecer
los kVA de rotor bloqueado del motor de la bomba contra
incendio indefinidamente. Eso resultaría en un conjunto
generador sobre-dimensionado, lo cual podría experimentar
problemas de mantenimiento y confiabilidad por ser subutilizado.
Siempre que se use un arrancador de voltaje reducido para
un motor de bomba de incendio, el usuario debe considerar
dimensionarla para un arranque a través de la línea porque el
controlador de la bomba de incendio incluye medios manualmecánico, manual-eléctrico o automático para arrancar la
bomba a través de la línea en el caso que el controlador
funcione mal. GenSize no desaprueba el uso de arrancadores
de voltaje reducido para bombas de incendio, no obstante.
RkW
Si se cargó HP: RkW = HP x 0.746 + Eficiencia de Operación
Si se cargó kW: RkW = kW + Eficiencia de Operación
Como se cargó o valores predeterminados de la base de datos por HP en
PkW = SkW
(no-VFD) AkW = RkW excepto arrancador de estado sólido donde AkW = 2.0
RkW a menos que se use un contactor de derivación, Entonces AkW = RkW
AkW
(VFD) Inversor CA Convencional: AkW =2.0 x RkW
Ancho de Pulso Modulado: AkW = 1.4 x RkW
Mando CD: AkW = 2.0 x RkW
Ramps 1Ø Ramps = (HP x 746) + (voltaje x Eficiencia x RFP)
3Ø Ramps = (HP x 746) + (1.73 x voltaje x Eficiencia x RFP)
Cálculos de la Carga UPS
Un UPS estático usa rectificadores controlados de silicón (SCR)
u otro dispositivo estático para convertir voltaje AC a DC para
cargar las baterías y un inversor para convertir corriente DC a
AC acondicionada para alimentar a la carga. Una UPS es una
carga no-lineal y puede requerir un alternador sobredimensionado. Algunos problemas de incompatibilidad entre
los conjuntos generadores y los UPS estáticos han llevado a
muchas malas interpretaciones acerca del dimensionamiento
de conjunto generador para este tipo de carga. Ocurrieron
problemas en el pasado y, la recomendación de los proveedores
de UPS en ese momento fue el de sobre-dimensionar el
conjunto generador de dos a cinco veces la capacidad del
UPS. Aún así, algunos problemas persistieron y, desde entonces
esos problemas de incompatibilidad se han tomado en cuenta
por la mayoría de los fabricantes de UPS. Es más efectivo en
costo exigir compatibilidad con el generador al proveedor del
UPS que sobre-dimensionar el generador.
Si se cargó Ramps:1Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x eficiencia) + 1000
3Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x eficiencia x 1.73) + 1000
RkVA RkVA = RkW + RPF
RPF
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
de la base de datos
SkW
SkW de Alta Inercia = SkVA x SPF
SkW de Baja Inercia = SkVA x SPF x 0.6
SkVA SkVa = HP x (LRkVA/HP) x factor SkVA, donde LRkVA son los kVA/HP promedio
para la letra del Código NEMA del motor y, el factor SkVA es 1.0 para arranque
a pleno voltaje o de la tabla de arranque de voltaje reducido (vea Método de
Arranque de Voltaje Reducido)
A-10
Si las baterías se descargan cuando el UPS está operando
con el conjunto generador, éste debe ser capaz de alimentar
el rectificador para la carga de baterías y el inversor para
alimentar la carga. Una segunda razón para usar la capacidad
total del UPS es que la carga adicional del UPS se puede
agregar en el futuro hasta la capacidad de la placa de datos.
Los factores de dimensionamiento de la carga no-lineal usados
por GenSize se basan en el nivel de armónicas que el UPS
induce en la salida del generador con el UPS totalmente
cargado. Como las armónicas aumentan con cargas ligeras,
seleccionar el alternador de capacidad más grande ayuda a
compensar este efecto.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Para sistemas UPS múltiples redundantes, dimensione el
conjunto generador para las capacidades de la placa de datos
combinadas de los UPS individuales. Las aplicaciones de un
sistema redundante son aquellas donde un UPS se instala para
respaldar otro y los dos están en línea todo el tiempo con el
50% o menos de carga.
El equipo UPS a menudo tiene requerimientos de calidad de
potencia variables dependiendo del modo de operación.
Cuando el rectificador está aumentando, a menudo puede
haber oscilaciones de frecuencia y voltaje relativamente amplias
sin interrumpir la operación del equipo. Sin embargo, cuando
se activa la derivación, tanto la frecuencia como el voltaje deben
estar muy constantes o se tendrá una condición de alarma.
Esto ocurre cuando resulta un cambio rápido de la frecuencia
de entrada del UPS debido a un cambio de carga transitorio
repentino en un conjunto generador. Durante el evento transitorio,
los UPS estáticos con interruptores de derivación de estado
sólido deben abrirse en sincronía con la fuente y desactivar la
derivación.
SkW SkW = RkW
SkVA SkVA = SkW + SPF
PkW PkW = PkVA + SPF
PkVA Como se cargó o 1Ø PkVA = (Pamps x voltaje) + 1000
3Ø PkVA = (Pamps x voltaje x 1.73) + 1000
SPF
SPF = SkVA + SkW
AkW AkW = RkW
Ramps 1Ø Ramps = (RkVA x 1000 ) + voltaje
3Ø Ramps = (RkVA x 1000) + (voltaje x 1.73)
Cálculos de Carga de Receptaculos en General
RkW RkW = kW cargados
RkVA RkVA = RkW + RPF
RPF
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
SkW SkW = RkW
SkVA SkVA = SkW + SPF
SPF
SPF = RPF
PkW PkW = RkW
PkVA PkVA = RkVA
AkW AkW = RkW
Ramps 1Ø Ramps = (RkW x 1000 ) + (voltaje x RPF)
RkW RkW = RkVA x RPF
3Ø Ramps = (RkW x 1000) + (voltaje x RPF x 1.73)
RkVA RkVA = (kVA de salida x Índice de Recarga) + Eficiencia
RPF
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
SkW SkW = RkW
Cálculos de Carga Definida por el Usuario
SkVA SkVA = RkVA
RkW Si se cargó kW: RkW = kW
SPF
Si se cargó kVA: RkW = kVA x RPF
SPF = RPF
Si se cargó Ramps: 1Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF ) + 1000
AkW Para 3 pulsos, AkW = 2.5 x RkW
3Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x 1.73 ) + 1000
Para 6 pulsos, AkW = 1.4 x RkW
Para 12 pulsos, AkW = 1.15 x RkW
Con filtro de entrada,
RkVA Si se cargó RkW: RkVA = RkW + RPF
Si se cargó RkVA: RkVA = kVA
AkW = 1.15 x RkW para 6 y 12 pulsos
Si se cargó Ramps: 1Ø RkVA = (Ramps x voltaje) + 1000
AkW = 1.40 x RkW para 3 pulsos
3Ø RkVA = (Ramps x voltaje x 1.73 ) + 1000
Ramps 1Ø Ramps = (RkVA x 1000) + voltaje
3Ø Ramps = (RkVA x 1000) + (voltaje x 1.73)
RPF
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
SkW Si se cargó kW: SkW = kW
Cálculos de Cargas Misceláneas
Si se cargó kVA: SkW = SkVA x SPF
Si se cargó Samps: 1Ø SkW = (Ramps x voltaje x RPF) + 1000
Descritos enseguida están los tipos y cálculos que GenSize
usa para diferentes cargas misceláneas:
3Ø SkW = (Ramps x voltaje x RPFx 1.73 ) + 1000
SkVA SkVA = SkW + SPF
SPF
SPF = RPF, excepto para HID donde el SPF predeterminado = 0.85 y RPF = 0.90
Cálculo de Carga de Soldadora
PkW PkW = SkW
RkW Si RkVA se cargó: RkW = RkVA x RPF
PkVA PkVA = SkVA
Si se cargó Ramps: 1Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF) +1000
AkW AkW = RkW
3Ø RkW = (Ramps x voltaje x RPF x 1.73) + 1000
Ramps: 1Ø Ramps = (RkW x 1000) + (voltaje x RPF)
RkVA Si se cargó Ramps: RkVA = RkW + RPF
RPF
3Ø Ramps = (RkW x 1000) + (voltaje x RPF x 1.73)
Factor de potencia de operación como se cargó o predeterminado
Rev. mayo 2010
A-11
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura A–2. Ventana del Proyecto de Aplicación GenSize
Cargando las Cargas en Pasos
Después de cargar las cargas, necesita cargar todas las cargas
del proyecto en Pasos de Carga. Abra el primer paso de carga
haciendo clic en la carpeta Steps a la izquierda de la pantalla.
Note que inicialmente, no hay cargas en el Paso. Cargar en
secuencia de pasos puede reducir el tamaño del conjunto
generador requerido cuando se usan pasos múltiples. Se
pueden usar interruptores de transferencia múltiples para
conectar la carga al conjunto generador en momentos diferentes,
sencillamente ajustando los retrasos de tiempo de transferencia
en los interruptores individuales. Sencillamente deje unos pocos
segundos entre pasos para permitirle al conjunto generador
estabilizarse con cada paso de carga.
Para cargar cargas individuales en el paso, sencillamente haga
clic y arrastre la carga al paso. Una vez que la carga esté en
un paso, puede establecer la cantidad de carga en el paso
haciendo clic derecho y seleccionando Set Quantity del menú
desplegable. Por turno, cada vez que hace clic y arrastra una
carga al paso, la cantidad aumenta.
Para cargar múltiples cargas en el paso, haga clic en la carpeta
de cargas, todas las cargas aparecen en el lado derecho de
la pantalla. Usando la tecla Shift o Crtl y el ratón, seleccione
las cargas deseadas, haga clic en cualesquiera de las cargas
seleccionadas a la derecha y arrástrelas al paso. Todas las
cargas seleccionadas deben aparecer en el paso.
Use la barra de herramientas para agregar uno o más pasos
adicionales, según se desee. Puede ver las cargas y los pasos
usando View en el menú para encontrar, bien sea, qué cargas
individuales del paso se colocaron u obtener un resumen de
todas las cargas en cada paso.
A-12
Consideraciones del Paso de Carga
Para muchas aplicaciones, el conjunto generador se dimensiona
para poder tomar todas las cargas en un solo paso. Para
algunas aplicaciones es ventajoso arrancar las cargas con los
requerimientos de sobrecarga de arranque más grandes primero,
luego después que esas cargas estén operando, arrancar el
resto de las cargas en pasos diferentes. La secuencia de
arranque de las cargas también puede determinarse con
códigos en los cuales las cargas de emergencia deben ir
primero, luego el equipo en Emergencia y luego las cargas
opcionales.
El secuenciado de pasos de arranque de los conjuntos
generadores se puede lograr con interruptores de transferencia
usando retrasos de tiempo de transferencia, secuenciador de
carga u otro controlador como un PLC. Puede usar esta
aplicación para decirle a su distribuidor cuántos pasos requiere
su aplicación. Recuerde, aunque exista una secuencia de
carga inicial controlada, puede existir el paro y arranque sin
control de ciertas cargas y pudiera desear revisar la carga
momentánea bajo esas condiciones.
Guías para la Secuencia de los Pasos
Arranque Simultáneo en un solo Paso: Un método comúnmente
usado es el de suponer que todas las cargas conectadas se
arrancarán en un paso, sin importar el número de interruptores
de transferencia usados. Esta suposición resulta en la selección
del conjunto generador más conservador (el más grande). Use
una carga de un solo paso a menos que algo se agregue,
como interruptores de transferencia múltiples con retrasos de
tiempo escalonados o un secuenciador de carga por pasos.
Paso Sencillo con Factor de Diversidad: Este es similar al
arranque simultáneo en un solo paso, excepto que se aplica
un factor de diversidad estimado, de tal vez el 80%, para
reducir los totales de SkVA y SkW para responder a los controles
de arranque automáticos que pudieran suministrarse con el
equipo de carga.
Secuencia de Pasos Múltiples: El arranque secuenciado de las
cargas (donde sea posible) a menudo permite la selección de
un conjunto generador más pequeño. GenSize supone que se
deja el tiempo adecuado entre los pasos de carga para que
el voltaje y la frecuencia del conjunto generador se estabilicen,
típicamente 5-10 segundos.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Considere lo siguiente cuando se cuenta con controles o
retrasos para la secuencia en pasos de las cargas en el conjunto
generador:
Arranque primero el motor más grande.
Cuando arranque motores que usan mandos electrónicos
(VFD o VSD) la regla del motor más grande primero puede
no aplicar. Usar mandos electrónicos para arrancar y operar
motores permite que el diseñador controle mejor la carga
real aplicada al conjunto generador controlando la carga de
corriente máxima, el índice de aplicación de la carga, etc.
Lo que hay que recordar acerca de estas cargas es que son
más sensibles a la variación del voltaje que los motores que
se arrancan "directo a la línea”.
Cargue los UPS´s al final. El equipo UPS típicamente es
sensible a la frecuencia, especialmente al índice de cambio
de frecuencia. Un conjunto generador previamente cargado
será más estable para aceptar la carga UPS.
Para cada paso, el SkW requerido es el total del RkW de los
pasos anteriores más el SkW de ese paso.
Recomendaciones y Reportes
Lo siguiente está pensado para ayudarle a entender la
recomendación de GenSize para un solo conjunto generador
y los reportes disponibles que se pueden imprimir. La Figura
A–3 ilustra la pantalla predeterminada en la cual GenSize hace
su recomendación del conjunto generador Cummins Power
Generation que concuerda más con los parámetros del proyecto
actual. Esta pantalla se puede intercambiar con la pantalla
ilustrada en la Figura A–4 en la cual se pueden ver todos los
modelos de conjunto generador que concuerdan con los
parámetros. Puede encontrar útil ver la última pantalla para
percibir las diferencias en el desempeño entre todos los modelos
que podrían hacer el trabajo, pudiendo seleccionar cualesquiera
para el proyecto. También puede imprimir los Reportes para
su distribución y revisión.
Los modelos recomendados se destacan en verde en la mitad
superior de la pantalla. En la mitad inferior de la pantalla se
muestran los parámetros para el conjunto generador
recomendado. Estos incluyen:
Requerimientos del Conjunto Generador: Esta pestaña
resume el trabajo, Voltaje, Altitud, Fase, Caídas de Voltaje
y otros parámetros.
Requerimientos de Operación/Impacto de la Carga: Esta
pestaña resume todos los requerimientos de la carga para
el proyecto. El porcentaje de la Carga Nominal ofrece una
forma rápida de determinar cuánta capacidad de operación
del conjunto generador se está utilizando.
Configuración del Conjunto Generador: Esta pestaña
enumera el tamaño del marco del alternador, número de
puntas, si el alternador es reconectable, si el alternador tiene
una mayor capacidad para arranque de motor, la gama de
voltajes, si el alternador tiene un mazo extendido y, si el
alternador puede ofrecer una salida monofásica. También
menciona el modelo del motor, cilindrada, número de cilindros,
combustible y los cambios de disminución de potencia por
altitud y temperatura ambiente y los valores de pendiente
del motor.
La tabla del reporte muestra la información acerca del conjunto
generador recomendado y permite la comparación con otros
conjuntos generadores. Enseguida se tratan algunos de los
encabezados importantes en esta tabla:
kW En Emergencia (Primarios) Nominales del Sitio
Muestra los kW en Emergencia o primarios nominales del sitio
(el servicio de potencia primaria ya está disminuido un 10 por
ciento). Si lo que aparece es rojo, los kW nominales del sitio
son menores que los kW de operación de la carga, o los kW
de carga de operación son menos del 30 por ciento de los
kW del conjunto nominales del sitio. Un conjunto generador
recomendado debe satisfacer el requerimiento de carga de
operación y operar cuando menos al 30 por ciento de la
capacidad nominal recomendada.
Si lo que aparece es amarillo, los kW de operación de la carga
son menos del 30 por ciento de los kW del conjunto nominales
del sitio. Operar los conjuntos generadores a menos del 30
por ciento de la carga nominal se puede lograr disminuyendo
el valor de la carga nominal del por ciento mínimo en los
Parámetros del Proyecto Nuevo.
Rev. mayo 2010
A-13
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
kW Máximos del Alternador Nominales del Sitio (Elevación
de Temperatura)
Muestra los kW del alternador nominal del sitio para la elevación
de temperatura seleccionada en los parámetros del proyecto
actual. Si aparece en rojo, el alternador no puede mantener la
elevación de temperatura para el requerimiento de su carga
conectada, bien sea kW de Operación o kW del Alternador.
El cambio de altitud para los alternadores, sin embargo, es de
1000 m (3280 ft) y el cambio de temperatura de 40 ºC (104
ºF). Los kW Max. del alternador disminuyen el 3% por 500 m
(1640 ft) de altitud arriba del cambio y 3% por 5 ºC (9 ºF) de
temperatura ambiente sobre el cambio.
kVA Máximos del Alternador Nominales del Sitio
(Elevación de Temperatura)
Muestra los kVA del alternador nominal del sitio para la elevación
de temperatura establecida en los Parámetros del Proyecto
Nuevo. Si la pantalla/columna está en rojo, el alternador no
puede mantener la elevación de temperatura para el
requerimiento de kVA de Operación de su carga. En la tabla
se muestra la capacidad de kVA nominales máximos del
alternador.
Figura A-3. Ventana del Conjunto Generador Recomendado
A-14
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura A-4. Ventana de Todos los Conjuntos Generadores
SkW y SkVA Max Nominales del Sitio
Muestra los SkW y SkVA máximos nominales del sitio
(disminuidos cuando es necesario por altitud y temperatura
ambiente) que la configuración del conjunto generador puede
aceptar. Si la pantalla es roja, el conjunto generador no puede
recuperarse a un mínimo del 90 por ciento del voltaje nominal
con la carga de Paso o Pico requerida. Una de las filosofías
del dimensionamiento para la carga momentánea es que, con
la carga momentánea aplicada, el conjunto generador debe
poder recuperarse al 90 por ciento del voltaje nominal para
que los motores puedan desarrollar un par de aceleración
adecuado. Si el conjunto generador se recupera al 90 por
ciento del voltaje nominal, un motor desarrolla el 81 por ciento
del par nominal, el cual ha mostrado con la experiencia
proporcionar un desempeño aceptable de arranque del motor.
Si la pantalla es amarilla, el conjunto generador puede
recuperarse a un mínimo del 90 por ciento del voltaje nominal
con la carga momentánea requerida, pero sólo porque el
requerimiento de elevación momentánea se ha reducido.
GenSize reduce el requerimiento de elevación en reconocimiento
al hecho de que el voltaje de salida del conjunto generador se
reduce mientras están arrancando las cargas que tienen
requerimientos de potencia de arranque que se acercan a la
capacidad máxima del conjunto generador.
Rev. mayo 2010
A-15
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Elevación de Temperatura a Plena Carga
Muestra la elevación de temperatura que el alternador no
excede mientras alimenta la carga hasta e incluyendo la
capacidad de plena carga del conjunto generador. Cada modelo
de conjunto generador individual tiene una o más de los
siguientes alternadores con elevación de temperatura disponibles
las cuales se pueden especificar en los parámetros del proyecto
actual: 80 ºC, 105 ºC, 125 ºC y 150 ºC. Por supuesto, la
elevación de temperatura real de un alternador es una función
de la carga real conectada. Por lo tanto, GenSize puede
recomendar un conjunto generador con una opción de elevación
de temperatura más baja o más alta de la especificada en los
Parámetros del Proyecto Nuevo ya que la recomendación del
conjunto se basa en la carga conectada. La carga conectada
puede ser menos que la capacidad plena del conjunto generador
o, en el caso de cargas no-lineales, puede requerirse que el
alternador se especifique a una capacidad mayor de la del
conjunto. En cualquier caso, la recomendación del conjunto
limita la elevación de temperatura del alternador a la especificada
en los Parámetros del Proyecto Nuevo.
Excitación
Muestra el tipo de sistema de excitación a suministrarse con
un conjunto generador. Si la pantalla está roja, el conjunto
generador es de auto-excitación y el porcentaje de carga nolineal excede el 25 por ciento del requerimiento de operación
de la carga, RkW. El sistema de excitación PMG se recomienda
para aplicaciones que tienen un alto contenido de carga lineal.
A menos que la opción PMG no esté disponible, Cummins
Power Generation no recomienda conjuntos con generador
auto-excitado si el requerimiento de carga no-lineal es de más
del 25 por ciento del requerimiento de carga total.
El requerimiento de carga no-lineal se calcula sumando los kW
de Operación de todas las cargas donde los kW del Alternador
exceden los kW de Operación. Éste será el caso para las
cargas UPS, los motores de frecuencia variable y los
arrancadores de motor de estado sólido que no están equipados
con una derivación automática. Esta suma de kW del Alternador
luego se divide por la suma de kW de Operación de todas las
cargas.
Por qué un conjunto generador puede no ser recomendado:
Varios factores pueden causar que no se recomiende un
conjunto generador.
A-16
El requerimiento de kW de operación puede exceder la
capacidad del conjunto generador. Los parámetros del
proyecto como altitud, temperatura ambiente y servicio de
potencia primaria pueden causar que el conjunto generador
disminuya la potencia y caiga abajo de los requerimientos
del proyecto.
Los kW de Operación pueden estar abajo del mínimo del
10 al 30 por ciento de la capacidad nominal del conjunto
generador, como se especifica en los parámetros del proyecto
actuales (30 por ciento es predeterminado, como lo
recomienda Cummins Power Generation).
El requerimiento de kW momentáneos puede exceder la
capacidad del generador, los cuales pueden haber caído
abajo de los requerimientos del proyecto debido a la
disminución de potencia por altitud y temperatura ambiente.
GenSize usa los kW Acumulativos y los kW Picos mayores
para determinar los kW momentáneos de la carga.
Los kVA momentáneos exceden la capacidad del conjunto
generador. El requerimiento de kVA momentáneos es similar
al requerimiento de kW momentáneos excepto que no existe
disminución de potencia por altitud o temperatura ambiente.
GenSize usa el mayor de los kVA acumulativos y kVA Pico
(si los hay) para determinar el requerimiento de kVA
momentáneos de la carga.
Los kW del alternador requeridos exceden la capacidad del
alternador, el cual puede disminuirse por la altitud y la
temperatura ambiente en los parámetros del proyecto. El
cambio por altitud para los alternadores, sin embargo, es
de 1000 m (3280 ft) y el cambio de temperatura de 40 ºC
(104 ºF). Los kW del alternador disminuyen 3% por cada
500 m (1640 fto) de altitud arriba del cambio y 3% por 5 ºC
(9 ºF) de temperatura ambiente arriba del cambio.
Los kVA del alternador requeridos exceden la capacidad del
alternador, los cuales se puede bajar por altitud y temperatura
de la misma manera que los kW del alternador.
El requerimiento de carga no-lineal excede el 25 por ciento
del requerimiento de carga total. Esto excluye los generadores
auto-excitados donde la excitación del PMG no está
disponible. El requerimiento de carga no-lineal total es la
suma de los valores de kW del Alternador de todas las cargas
no-lineales.
Las caídas de voltaje y frecuencia calculadas exceden los
límites establecidos en los parámetros del proyecto actual.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
La caída de voltaje de arranque se calcula usando el mayor
de dos valores: pendiente basada en los kW de paso
máximos o en los kVA de paso máximos.
La caída de voltaje pico se calcula sólo si las cargas en el
proyecto exhiben una sobrecarga momentánea de
operación, cargas cíclicas o cargas como la imagen médica
que tienen un requerimiento de potencia pico alta cuando
se operan.
La caída de frecuencia se calcula usando el mayor de dos
valores: kW de Paso máximos o kW Pico de las cargas
que exhiben una sobrecarga momentánea de operación.
El mensaje, “No hay un conjunto generador disponible que
satisfaga sus requerimientos de carga de operación”
normalmente quiere decir que algo en los Parámetros del
Proyecto Nuevo se ha cambiado después de haber
especificado la carga de operación. Por ejemplo, le aparece
el mensaje si cambia de combustible diesel a gas natural o
de sin atenuación de sonido a Quiet Site y la carga de
operación que había especificado excede la capacidad del
conjunto generador más grande de gas natural o Quiet Site
disponible. También puede significar que su proyecto cae
en un “vacío” en la línea de productos de Cummins Power
Generation. En este punto, bajar el por ciento mínimo de la
carga nominal en los parámetros del proyecto podría permitir
un conjunto recomendado. Si este es el caso, póngase en
contacto con su distribuidor local de Cummins Power
Generation para obtener ayuda.
El mensaje “No hay un conjunto generador disponible que
satisfaga sus requerimientos de caída de frecuencia o voltaje”
generalmente quiere decir que el requerimiento de sobrecarga
momentánea de algún paso de carga está forzando la
selección de tan grande conjunto generador que la carga
de operación de estado estable cae a menos del 30 por
ciento de la capacidad del conjunto generador. Como
Cummins Power Generation no recomienda operar a menos
del 30 por ciento de la capacidad nominal, no se puede
recomendar ningún conjunto. En este punto, puede tener
varias opciones:
Aumentar la caída de voltaje o frecuencia permitida.
Reducir el por ciento mínimo de la carga nominal a menos
del 30 por ciento.
Aplicar cargas en más pasos para bajar la carga momentánea
del paso individual.
Proporcionar arranque de motor a voltaje reducido.
Poner en paralelo conjuntos generadores.
Agregar cargas que no tengan una alta sobrecarga de
arranque (luces, cargas resistivas, etc.).
Reportes
Varios tipos de reportes se pueden generar para el proyecto
que está abierto, Detalle de Paso/Carga, Detalle de Pasos
Caídas y un reporte del Generador Recomendado. Estos se
pueden ver en la pantalla para revisarse antes de la terminación,
guardarse para presentarlos o imprimirlos. La Figura A- 5 es
un ejemplo del reporte de Generador Recomendado.
Rev. mayo 2010
A-17
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura A – 5. Reporte de Generador Recomendado en Modo
Ver
A-18
Rev. mayo 2010
APÉNDICE B ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE B
Arranque del Motor con Voltaje Reducido
Una Comparación de los Métodos para el Arranque del Motor
Arranque del Motor con Voltaje Pleno
Arranque del Motor con Autotransformador, Transición Abierta
Arranque del Motor con Autotransformador, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Reactor, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Resistencia, Transición Cerrada
Arranque del Motor Delta-Estrella, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Devanado Partido, Transición Cerrada
Arranque del Motor con Rotor Devanado
Arranque del Motor Síncrono
Nota de Aplicación General
Rev. mayo 2010
B-2
B-2
B-2
B-2
B-3
B-3
B-4
B-4
B-5
B-5
B-6
B-6
B-7
B-1
APÉNDICE B
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Arranque de Motor con Voltaje Reducido
Aunque la caída de voltaje a menudo causa varios problemas,
una reducción de voltaje controlada en las terminales del motor
puede ser benéfica cuando se usa para reducir los kVA de
arranque de un motor en aplicaciones donde la reducción del
par del motor es aceptable. Reducir los kVA de arranque del
motor puede reducir el tamaño del conjunto generador requerido,
disminuir la caída de voltaje y, proporcionar un arranque más
suave para las cargas de motor. Sin embargo es necesario
asegurarse que el motor desarrollará suficiente torque para
acelerar la carga bajo condiciones de voltaje reducido. Así
mismo, cualquier arrancador que haga una transición entre
“arrancar” y “operar” puede causar una condición repentina
casi tan grave como un arranque con toda la línea, a menos
que el motor esté a la velocidad sincrónica o cerca de ella en
la transición. Esto puede causar una caída de voltaje inaceptable
y potencialmente el disparo del arrancador.
Una Comparación de Métodos de Arranque de Motor
La Tabla B–1 compara los efectos del arranque a voltaje pleno,
con auto-transformador y de resistencia en un motor de 50
HP, Diseño B, código G. Como se puede ver, el arranque con
auto-transformador requiere de menos capacidad de arranque
del motor desde el conjunto generador. El arranque de resistencia
en realidad requiere de más kW (potencia del motor) que el
arranque con toda la línea.
B-2
Tabla B–1. Comparación de Arranque del Motor a Voltaje
Reducido
Arranque de Motor a Voltaje Pleno
Arranque: El arranque a voltaje pleno, con toda la línea es el
típico a menos que sea necesario reducir los kVA de arranque
del motor debido a la capacidad limitada del conjunto generador
o para limitar la caída de voltaje durante el arranque del motor.
No existe límite de HP, tamaño, voltaje o tipo del motor.
Notas de la Aplicación: Este método es el más común por su
sencillez, confiabilidad y costo inicial. Note en las curvas de
kVA y de torque que los kVA de arranque permanecen bastante
constantes hasta que el motor casi alcanza la velocidad plena.
Note también que los kW llegan al pico a cerca del 300 por
ciento de los kW nominales cerca del 80 por ciento de la
velocidad sincrónica.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Arranque de Motor con Auto-transformador, Transición
Abierta
Arranque: El autotransformador está en el circuito sólo durante
el arranque para reducir el voltaje del motor. El lado abierto del
circuito durante la transición puede causar graves transitorios,
los cuales pueden aún causar molestos disparos de los
interruptores de circuito.
Notas de la Aplicación: La conmutación de transición abierta
de los arrancadores de voltaje reducido debe evitarse en
aplicaciones de conjunto generador especialmente cuando los
motores no se llevan a la velocidad plena al momento de la
transición. La razón de esto es que el motor se desacelera y
sale de sincronía durante la transición de la conmutación. El
resultado es similar al de poner generadores en paralelo fuera
de fase. Los kVA demandados inmediatamente después de
la conmutación pueden exceder los kVA de arranque. Note
también que el factor de potencia en el arranque es menor
cuando se usa un auto-transformador.
Arranque de Motor con Auto-transformador, Transición
Cerrada
Arranque: El circuito no se interrumpe durante el arranque.
Durante la transferencia, parte del devanado del autotransformador permanece en el circuito como un reactor en
serie con los devanados del motor.
Notas de la Aplicación: La transición cerrada se prefiere sobre
la transición abierta por las menores perturbaciones eléctricas.
La conmutación, sin embargo, es más costosa y compleja. Es
el método de arranque de voltaje reducido más comúnmente
usado para motores grandes con bajos requerimientos de par
de carga, como las bombas elevadores de drenaje y enfriadores.
La ventaja del principio es más torque por corriente que con
otros métodos de arranque de voltaje reducido. La operación
puede ser automática y/o remota. Note también que el factor
de potencia en el arranque es menor que cuando se usa un
autotransformador.
Rev. mayo 2010
B-3
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Arranque de Motor con Reactor, Transición Cerrada
Arranque: El arranque con reactor tiene la ventaja de la sencillez
y la transición cerrada, pero resulta en un torque de arranque
menor por kVA que con el arranque con auto-transformador.
El torque relativo, sin embargo, mejora al acelerar el motor.
Arranque de Motor con Resistencia, Transición Cerrada
Arranque: El arranque con resistencia se usa ocasionalmente
para motores pequeños donde se requieren varios pasos de
arranque y no se permite la apertura de los circuitos del motor
entre los pasos.
Notas de la Aplicación: El arranque con reactor generalmente
no se usa excepto para motores grandes, de alto voltaje o alta
corriente. Los reactores deben dimensionarse para los HP y
voltaje y pueden tener disponibilidad limitada. Típicamente, el
arranque con reactor es más costoso que el arranque con
auto-transformador en motores pequeños, pero es más simple
y menos costoso para motores grandes. El factor de potencia
de arranque es excepcionalmente bajo. El arranque con reactor
permite un arranque suave con casi sin perturbaciones
observables en la transición y es muy adecuado para
aplicaciones como las bombas centrífugas o los ventiladores.
Notas de la Aplicación: También disponible como un arrancador
de transición sin pasos lo cual proporciona un arranque más
suave. El arranque con resistencia normalmente es menos
caro con motores pequeños. Acelera las cargas más rápido
porque el voltaje aumenta con una disminución de la corriente.
Tiene un factor de potencia de arranque más alto.
B-4
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Arranque de Motor Estrella-Delta, Transición Cerrada
Arranque: El arranque Estrella–Delta no requiere de autotransformador, reactor o resistencia. El motor arranca conectado
en estrella y opera conectado en delta.
Notas de la Aplicación: Este método de arranque se está
popularizando más donde torque de arranque bajos son
aceptables. Tiene las siguientes desventajas:
1. Transición abierta. La transición cerrada está disponible a
un costo extra.
2. Bajo torque.
3. No hay ventaja cuando el motor se energiza con un conjunto
generador a menos que el motor alcance la velocidad
sincrónica antes de la conmutación. En aplicaciones donde
el motor no alcanza la velocidad sincrónica, el conjunto
generador debe dimensionarse para satisfacer la sobrecarga
momentánea.
Arranque de Motor con Devanado Partido, Transición
Cerrada
Arranque: El arranque con devanado partido es menos caro
porque no requiere de un autotransformador, reactor o
resistencia y utiliza la simple conmutación. Disponible en dos
o más pasos de arranque dependiendo del tamaño, velocidad
y voltaje del motor.
Notas de la Aplicación: Automáticamente ofrece la transición
cerrada. Primero, un devanado se conecta a la línea; después
de un intervalo, el segundo devanado se pone en paralelo con
el primero. El torque de arranque es bajo y lo fija el fabricante
del motor. El propósito del devanado partido no es reducir la
corriente de arranque sino proporcionar una corriente de
arranque en incrementos más pequeños. No hay ventaja de
este método si el motor está energizado por un conjunto
generador a menos que el motor pueda alcanzar la velocidad
sincrónica antes de la transición a la línea.
Rev. mayo 2010
B-5
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Arranque de Motor con Rotor Devanado
Arranque: Un motor con rotor devanado puede tener el mismo
torque de arranque que un motor de jaula de ardilla pero con
menos corriente. Difiere de los motores de jaula de ardilla sólo
en el rotor. Un motor de jaula de ardilla tiene barras de corto
circuito, mientras que un motor con rotor devanado tiene
devanados, normalmente trifásicos.
Notas de la Aplicación: Las características de corriente de
arranque, par y velocidad se pueden cambiar conectando la
cantidad apropiada de resistencias externas al rotor.
Generalmente, los motores con rotor devanado se ajustan para
que los kVA de arranque sean cerca de 1.5 veces los kVA de
operación. Este es el tipo de motor más sencillo de arrancar
para un conjunto generador.
B-6
Arranque de Motor Sincrónico
Arranque: Los motores sincrónicos pueden utilizar la mayoría
de los métodos de arranque explicados. Los motores
sincrónicos de 20 HP y más tienen características de arranque
similares a los motores de rotor devanado.
Notas de la Aplicación: Los motores sincrónicos son una clase
en sí mismos. No hay estándares para el desempeño, tamaño
de marco o conexiones. Los motores de 30 HP o menos tienen
altas corrientes de rotor bloqueado. Se pueden usar en
aplicaciones donde se desea la corrección del factor de
potencia. (Use la letra del código estándar cuando la letra real
no se conoce).
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Nota de Aplicación General
Si el arrancador del motor de voltaje reducido tiene un tiempo
o rango de ajuste, haga los ajustes para obtener unos dos
segundos entre contactos. Esto deja el tiempo para que el
rotor se aproxime a la velocidad nominal y reducir así los kVA
pico al momento de la conmutación, como se muestra
enseguida. Fíjese que en el ajuste mínimo no hay mucha mejora
sobre el arranque a voltaje pleno.
En algunas aplicaciones la corriente repentina es tan baja que
la flecha del motor no empieza a girar en la primera conexión
ni aún en la segunda. Para esas aplicaciones existe muy poca
reducción de los kVA de arranque desde el punto de vista del
conjunto generador.
Rev. mayo 2010
B-7
APÉNDICE C ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE C
Voltajes y Suministros Mundiales
C-1
C-2
C-2
Rev. mayo 2010
APÉNDICE C
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Voltajes y Suministros Mundiales
Rev. mayo 2010
C-2
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
C-3
Rev. mayo 2010
APÉNDICE D ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE D
Fórmulas Útiles
D-2
D-2
Rev. mayo 2010
D-1
APÉNDICE D
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Fórmulas Útiles
“FP” se refiere al factor de potencia, el cual se expresa como
fracción decimal. Por ejemplo, factor de potencia 80% = 0.8
para propósitos del cálculo. En general, los conjuntos
generadores monofásicos tienen un factor de potencia del
100% y los conjuntos generadores trifásicos un factor de
potencia del 80%.
“Voltios” se refiere al voltaje entre líneas.
“Amperios” se refiere a la corriente de línea en amperios.
"F” se refiere a la frecuencia. La regulación de frecuencia del
0% se define como isócrona.
D-2
Rev. mayo 2010
APÉNDICE E ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE E
Mantenimiento y Servicio
Diario
Semanal
Mensual
Semestral
Anual
E-2
E-2
E-2
E-2
E-2
E-3
E-3
Rev. mayo 2010
E-1
APÉNDICE E
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Mantenimiento y Servicio
Un programa de mantenimiento y servicio bien planeado debe
ser integral al diseño de un sistema de potencia en el sitio. El
que un conjunto generador en Emergencia no arranque o falle
al arrancar podría conducir a la pérdida de vidas humanas,
lesiones, daño a la propiedad y la pérdida de ingresos del
negocio. La falla de arranque y funcionamiento debido a la
baja carga de la batería por un mantenimiento inapropiado es
el tipo de falla más común. Un programa completo llevado a
cabo sobre una base programada por personas calificadas
puede evitar tales fallas y sus posibles consecuencias. Se
deben considerar los programas de mantenimiento y servicio
que la mayoría de los distribuidores de conjuntos generadores
ofrecen con base a un contrato. Típicamente, incluyen el
mantenimiento programado, reparaciones, cambio de partes
y la documentación del servicio.
El programa de mantenimiento para conjuntos de potencia
primaria debe ser basado en el tiempo de operación, como
lo publica el fabricante. Como los conjuntos en Emergencia
operan con poca frecuencia, el programa de mantenimiento
normalmente es en términos de tareas diarias, semanales,
mensuales o más prolongadas. Vea las instrucciones del
fabricante para obtener los detalles. En cualquier caso, el
mantenimiento programado debe incluir:
Diario
Revise si hay fugas de aceite, refrigerante y combustible.
Revise la operación de los calentadores de refrigerante del
motor. Si el bloque no está caliente, los calentadores no
están funcionando y el motor puede no arrancar.
Revise que el interruptor esté en la posición AUTOMÁTICO
y el interruptor de circuito del generador, si se usa, esté
cerrado.
la carga nominal. Se aceptan niveles de carga más bajos si
la temperatura de los gases de escape alcanza un nivel
suficiente para evitar el daño al motor. Vea la Tabla E–1 para
obtener las temperaturas mínimas de los gases de escape
para motores Cummins. Revise si hay vibraciones, ruidos y
fugas del escape, refrigerante y combustible inusuales mientras
el conjunto esté operando. (El ejercicio regular mantiene las
partes del motor lubricadas, mejora la confiabilidad del
arranque, evita la oxidación de los contactos eléctricos y
consume el combustible antes que se deteriore y tenga que
desecharse).
Revise si hay restricciones en el radiador, fugas de refrigerante,
mangueras deterioradas, bandas del ventilador flojas y
deterioradas, persianas motorizadas que no funcionen y la
concentración apropiada de los aditivos del refrigerante del
motor.
Revise si hay perforaciones, fugas y conexiones flojas en el
sistema de filtración de aire.
Revise el nivel de combustible y la operación de la bomba
de transferencia.
Revise si hay fugas y restricciones en el sistema de escape
y drene la trampa de condensación.
Revise que el control, el display, los medidores y lámparas
indicadoras operen apropiadamente.
Revise las conexiones del cable de batería y el nivel del
electrolito y, recargue las baterías si la densidad está a menos
de 1.260.
Revise las restricciones de la ventilación en las entradas y
salidas de ventilación del generador.
Asegúrese de tener todas las herramientas de servicio a la
mano.
Semanal
Revise los niveles de aceite y refrigerante del motor.
Revise el sistema de carga de la batería.
Revise si hay restricciones en el filtro de aire.
Mensual
Ejercite el conjunto generador arrancándolo y operándolo
cuando menos por 30 minutos bajo no menos del 30% de
E-2
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Tabla E–1. Temperaturas del Tubo de Escape Mínimas
Recomendadas. (La temperatura de los gases de escape se
mide con un termopar. El uso de la detección de temperatura
externa no es suficientemente exacta para verificar la temperatura
del escape).
Semestral
Cambie los filtros de aceite del motor.
Cambie los filtros en el circuito del acondicionador de
refrigerante.
Limpie o cambie los filtros del respiradero de la caja de
cigüeñal.
Cambie los filtros de combustible, drene el sedimento de los
tanques, revise si las mangueras tienen cortes y abrasiones,
revise el funcionamiento del gobernador.
Revise los controles y alarmas de seguridad eléctrica.
Limpie las acumulaciones de grasa, aceite y suciedad en el
conjunto generador.
Revise el cableado, conexiones, interruptores de circuito e
interruptores de transferencia de la distribución de energía.
Simule una interrupción de energía del servicio público. Esto
prueba la habilidad del conjunto para arrancar y tomar la
carga nominal. Revise la operación de los interruptores de
transferencia automática, conmutadores y controles
relacionados y los demás componentes en el sistema de
potencia en Emergencia.
Anual
Revise la maza del ventilador, poleas y bomba de agua.
Limpie el respiradero del tanque diario.
Revise y apriete los tornillos del múltiple de escape y del
turbocargador.
Apriete los componentes de montaje del conjunto generador.
Limpie las cajas de salida y de control de energía del
generador. Revise y apriete todos los conectores del cableado
flojos. Mida y registre las resistencias de aislamiento del
devanado del generador. Revise la operación de la serie de
calentadores del generador y engrase los baleros.
Revise la operación del interruptor de circuito principal del
generador (si se usa) operándolo manualmente. Pruebe la
unidad de disparo de acuerdo con las instrucciones del
fabricante.
Si el conjunto se ejercita normalmente sin carga o toma sólo
cargas ligeras, opérelo cuando menos tres horas, incluyendo
una hora cerca de la carga nominal.
Conduzca pruebas de aislamiento del generador cada año
durante la vida del conjunto. Las pruebas iniciales hechas
antes de las conexiones de carga finales sirven como punto
de referencia para las pruebas anuales. Estas pruebas son
obligatorias para los conjuntos generadores de más de 600
VCA. Revise la ANSI/IEEE Estándar 43, Práctica
Recomendada para Probar la Resistencia de Aislamiento de
Maquinaria Giratoria.
Rev. mayo 2010
E-3
APÉNDICE F ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE F
Códigos y Estándares
Estándares Relacionados con el Producto
Modificación de los Productos
F-1
F-2
F-2
F-2
F-2
Rev. mayo 2010
APÉNDICE F
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Códigos y Estándares
Estándares Relacionados con el Producto
Los estándares de desempeño aplicables para conjuntos
generadores incluyen:
Comité Electrotécnico Internacional: Estándar para
Máquinas Eléctricas Giratorias, Parte 1 (Valoración y
Desempeño), IEC 34–1.
Organización Internacional de Estándares: Estándar para
Motor de Combustión Interna Alternativo Impulsando
Conjuntos Generadores de Corriente Alterna, Partes 1 a la
9, ISO 8528.
Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos: Estándar
para Motores y Generadores, NEMA MG1–1.
Asociación Canadiense de Estándares: CSA 22, Código
Eléctrico Canadiense. CSA 282, Suministro de Energía
Eléctrica de Emergencia para Edificios.
Underwriters Laboratories: UL 2200 Ensambles de Motor
Generador Estacionario.
Modificación de los Productos
Los conjuntos generadores y otros productos relacionados
algunas veces se certifican, catalogan o bien se asegura que
cumplan con los estándares o códigos específicos. Esto
generalmente se aplica al producto como lo fabrica y embarca
el fabricante original. Las modificaciones subsecuentes al
producto podrían alterar o infringir el cumplimiento del código
específico. Las modificaciones del producto deben ser enviadas
a las autoridades correspondientes que tenga la jurisdicción
para su aprobación.
En Norte América, muchos asuntos de seguridad (y ambientales)
relacionados con las aplicaciones de conjuntos generadores
se tratan en los siguientes estándares de la Asociación Nacional
de Protección de Incendios (NFPA):
Líquidos Inflamables y Combustibles Código–NFPA 30.
Estándar para la instalación y uso de Motores de Combustión
y Turbinas de Gas Estacionarios–NFPA 37.
Código Nacional de Gas Combustible–NFPA 54.
Almacenamiento y Manejo de Gas de Petróleo Licuado–NFPA
58.
Código Nacional Eléctrico–NFPA 70.
Código de Instalaciones para el Cuidado de la Salud–NFPA
99
Código de Seguridad de la Vida–NFPA 101
Sistemas de Potencia de Emergencia y En-Espera–NFPA
110.
Rev. mayo 2010
F-2
APÉNDICE G ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE G
Glosario
G-1
G-2
G-2
Rev. mayo 2010
1-INTRODUCCIÓN
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Glosario
AC (Corriente Alterna)
La corriente alterna es la corriente eléctrica que se alterna entre
un valor máximo positivo y un valor máximo negativo en una
frecuencia característica, generalmente de 50 o 60 ciclos por
segundo (Hertz).
AC Generador
El generador de corriente alterna es el término preferido para
referirse a un generador que produzca la corriente alterna (CA).
Vea Alternador y Generador.
Aislamiento
Es el material no-conductor usado para evitar la fuga de
corriente eléctrica de un conductor. Existen varias clases de
aislamiento en uso para la construcción de generadores, cada
una reconocida por una temperatura máxima de servicio
continuo.
Alternador
Es otro término para el generador CA.
Ampacidad
Es la capacidad de llevar corriente con seguridad de un
conductor eléctrico en amperios como lo define el código.
Amperio
Es la unidad de medida del flujo de corriente eléctrica. Un
amperio de corriente fluye cuando un potencial de un voltio se
aplica entre una resistencia de un ohmio.
Ángulo de Fase
Se refiere a la relación entre dos ondas sinusoidales las cuales
no pasan por el cero en el mismo instante, como las fases de
un generador trifásico. Considerando que un ciclo completo
tiene 360 grados, el ángulo de fase expresa qué tan separadas
están las dos ondas con relación al ciclo completo.
Anunciador
Es un dispositivo accesorio usado para dar la indicación remota
del estado de un componente en operación en un sistema.
Los anunciadores típicamente se usan en aplicaciones donde
el equipo monitoreado no se localiza en una porción de las
instalaciones que normalmente se atiende. La NFPA tiene
requerimientos específicos para los anunciadores remotos
usados en algunas aplicaciones, como en los hospitales.
Armadura
La armadura de un generador CA es el ensamble de devanados
y los laminados del núcleo de metal en el cual se induce el
voltaje de salida. Es la parte estacionaria (estator) en un
generador de campo giratorio.
Armónicas
Son componentes del voltaje o la corriente que operan en
múltiples integrales de la frecuencia fundamental de un sistema
de potencia (50 a 60 Hz). Las corrientes armónicas tienen el
efecto de distorsionar la forma de la onda de voltaje de la de
una onda sinusoidal pura.
Arranque Negro
Se refiere al arranque de un sistema de potencia con sus
propios recursos de energía, sin la ayuda de suministros de
energía.
Aterrizado
Es la conexión intencional del sistema o equipo eléctrico
(gabinetes, conduit, bastidores, etc.) a la tierra.
Auto-Excitado
Un alternador cuyo sistema de excitación toma su energía de
su propia salida CA principal.
Autoridad con Jurisdicción
Es el individuo con la responsabilidad legal de inspeccionar
una instalación y de aprobar que el equipo en ellas cumple los
códigos y estándares aplicables.
Bajo Voltaje
En el contexto de este manual, bajo voltaje se refiere a los
voltajes de operación del sistema CA de 120 a 600 VCA.
Banda de Octavas
En mediciones de presión de sonido (usando un analizador de
banda de octavas), las bandas de octavas son las ocho
divisiones de la frecuencia del espectro medio de sonido,
donde la frecuencia más alta de cada banda es el doble de la
de su frecuencia más baja. Las bandas de octavas se especifican
con sus frecuencias centrales, típicamente: 63, 125, 250, 500,
1,000, 2,000, 4,000 y 8,000 Hz (ciclos por segundo).
Bus
Se refiere a las barras de cobre que llevan corriente que
conectan las cargas de los generadores CA a un sistema en
paralelo a la salida en paralelo de los generadores CA en un
sistema o a un alimentador en un sistema de distribución
eléctrica.
Caída de Voltaje
Es la que resulta cuando se agrega una carga, ocurriendo
antes que el regulador pueda corregirla, o resultante del
funcionamiento del regulador de voltaje para descargar un
motor–generador sobrecargado.
Rev. mayo 2010
G-2
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Campo
El campo del generador (rotor) consiste de un electroimán de
polos múltiples el cual induce el voltaje de salida en las bobinas
de la armadura (estator) del generador cuando lo hace girar el
motor. El campo se energiza con CD suministrada por el
excitador.
Campo Libre (Mediciones del Ruido)
En las mediciones del ruido, un campo libre es aquel campo
en un medio homogéneo e isotrópico (un medio que tiene la
calidad de trasmitir sonido igualmente en todas direcciones)
el cual no tiene límites. En la práctica, es un campo en el cual
los efectos de las barreras no son importantes en la región de
interés. En el campo libre, el nivel de la presión del sonido
disminuye 6 dB cada vez que se duplica la distancia desde
una fuente puntual.
Capacidad de Sobrecarga
La capacidad de sobrecarga de un dispositivo es aquella carga
en exceso de la capacidad nominal que el dispositivo puede
manejar por una cantidad de tiempo especificado sin que se
dañe.
Carga Base
Es esa porción de la demanda de carga de un edificio que es
constante. Es la “base” de la curva de demanda del edificio.
Carga Continua
Es aquella carga donde la corriente máxima se espera que
continúe por tres horas o más (como la define la NEC para los
cálculos de diseño).
Carga No-Lineal
Es aquella carga para la cual la relación entre el voltaje y la
corriente no es una función lineal. Algunas cargas no-lineales
comunes son la iluminación fluorescente, arrancadores de
motor, SCR y sistemas UPS. Las cargas no-lineales causan
calentamiento y distorsión del voltaje anormales del conductor.
Carga Pico
Es el punto más alto en la curva de demanda en kilovatios de
una instalación. Se usa como la base para el cobro por la
demanda de la compañía de servicio público eléctrico.
Ciclo
Es una inversión completa de una corriente o voltaje alterno
– desde cero hasta un máximo positivo a cero otra vez y luego
de cero a un máximo negativo a cero otra vez. El número de
ciclos por segundo es la frecuencia.
G-3
Circuito
Es una trayectoria para una corriente eléctrica a través de un
potencial (voltaje).
Compensación de Corriente Cruzada
Es un método para controlar la potencia reactiva suministrada
por los generadores CA en un sistema en paralelo para que
compartan igualmente la carga reactiva total en la barra sin
una pendiente de voltaje significativa.
Conexión Delta
Se refiere a una conexión trifásica en la cual el inicio de cada
fase se conecta al final de la siguiente fase, formando la letra
griega ∆. Las líneas de la carga se conectan a las esquinas de
la delta.
Conexión en Estrella
Vea Conexión en Ye.
Conexión en Ye
Es lo mismo que una conexión en estrella. Es un método de
interconectar las fases de un sistema trifásico para formar una
configuración que se parece a la letra Y. Un cuarto cable (neutro)
se puede conectar al punto central.
Contactor
Es un dispositivo para abrir y cerrar un circuito de energía
eléctrica.
Contador de Nivel de Sonido
Mide el nivel de presión del sonido. Tiene varias escalas (A, B,
C) de decibelios (dB) ponderadas de frecuencia para cubrir
diferentes porciones de la gama de sonoridad medida. Los
contadores de nivel de sonido indican el sonido RMS, a menos
que las mediciones se califiquen como instantáneas o nivel de
sonido pico.
Corriente
Es el flujo de la carga eléctrica. Su unidad de medición es el
amperio.
Corriente de Arranque
El valor inicial de la corriente demandada por un motor cuando
arranca desde el reposo.
Corriente Directa (CD)
Es la corriente sin inversiones en la polaridad.
Corto Circuito
Generalmente es una conexión eléctrica no intencional entre
las partes que llevan corriente.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Desfasado
Se refiere a las corrientes o voltajes alternos de la misma
frecuencia los cuales no están pasando por sus puntos cero
al mismo tiempo.
Devanados Amortiguadores
Los devanados amortiguadores de un generador CA sincrónico
son los conductores integrados en las caras del polo del rotor.
Se conectan por ambos extremos de los polos con anillos
extremos. Su función es la de amortiguar las oscilaciones de
la onda durante los cambios de carga.
Diagrama Unifilar
Es un diagrama esquemático de un sistema de distribución de
energía trifásica el cual utiliza una línea para mostrar las tres
fases. Se entiende cuando se usa este dibujo fácil de leer que
una línea representa tres.
Disparo por Derivación
Es una característica agregada a un conmutador de circuito
o interruptor de fusible para permitir la apertura remota del
conmutador o interruptor con una señal eléctrica.
Eficiencia (EFF)
Es la relación de la energía de salida a la energía de entrada,
como entre la entrada de energía eléctrica a un motor y la
salida de energía mecánica por la flecha del motor.
Energía
Se manifiesta en formas como la electricidad, calor, luz y la
capacidad para hacer trabajo. Es convertible de una forma a
otra, como en un conjunto generador, el cual convierte la
energía mecánica giratoria en energía eléctrica. Las unidades
típicas de energía son kW•h, BTU (Unidad británica térmica),
hp•h. Ft•lb, julio y caloría.
Entrada de Servicio
La entrada de servicio es el punto donde el servicio público
entra a las instalaciones. En sistemas de bajo voltaje el neutro
se aterriza en la entrada de servicio.
Escala dB/dB(A)
La escala en decibeles usada en las mediciones de nivel de
sonido es logarítmica. Los medidores de nivel de sonido a
menudo tienen varias escalas de ponderación corregidas (A,
B y C). La escala A, dB(A), es la escala de ponderación más
comúnmente usada para medir la intensidad del ruido emitido
por los conjuntos generadores.
Estator
Es la parte estacionaria de un generador o motor. Vea Armadura.
Excitación Derivada
Un alternador que usa (deriva) una porción de su salida CA
para la corriente de excitación.
Excitado Por Separado
Un alternador cuyo sistema de excitación toma su energía de
una fuente separada (no su propia salida).
Excitador
Es un dispositivo que suministra corriente directa (CD) a las
bobinas del campo de un generador síncrono, produciendo
un flujo magnético requerido para inducir el voltaje de salida
en las bobinas de la armadura (estator). Vea Campo.
Factor de Demanda
Es la razón de la carga real a la carga potencial total conectada.
Factor de Desviación
Es la desviación máxima instantánea, en por ciento, del voltaje
del generador de una onda sinusoidal verdadera del mismo
valor RMS y frecuencia.
Factor de Influencia Telefónica (TIF)
Las armónicas más altas en la forma de la onda de voltaje de
un generador pueden causar efectos indeseables en las
comunicaciones telefónicas cuando las líneas de potencia se
ponen en paralelo con las líneas telefónicas. El factor de
influencia telefónica es calculado por el cuadrado de los valores
RMS ponderados de la fundamental y las series no-triples de
las armónicas, sumándolas y luego sacando la raíz cuadrada
de la suma. La razón de este valor al valor RMS de la onda de
voltaje sin carga se llama TIF Balanceado. El cociente de este
valor a tres veces el valor RMS del voltaje de fase a neutro sin
carga se le llama Componente RIF Residual.
Factor de Potencia
Es la razón de la carga promedio a la capacidad de potencia
del conjunto generador.
Factor de Potencia (FP)
Las inductancias y capacitancias en los circuitos CA causan
que el punto al cual la onda de voltaje pasa por el cero difiera
del punto al cual la onda de corriente pasa por el cero. Cuando
la onda de corriente precede la de voltaje, resulta en un factor
de potencia adelantado, como en el caso de cargas capacitivas
o motores sincrónicos sobre-excitados. Cuando la onda de
voltaje precede la de corriente, resulta un factor de potencia
atrasado. Éste generalmente es el caso. El factor de potencia
expresa el alcance al cual el cero del voltaje difiere del cero de
la corriente. Considerando que un ciclo completo es de 360
grados, la diferencia entre los puntos cero se pueden entonces
expresar como un ángulo. El factor de potencia se calcula
Rev. mayo 2010
G-4
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
como el coseno del ángulo entre los puntos cero y se expresa
como una fracción decimal (0.8) o como un porcentaje (80%).
Es la relación entre kW y kVA. En otras palabras kW = kVA x
FP.
Factor de Potencia Adelantado
Un factor de potencia adelantado en los circuitos CA (0.0 a
–1.0) lo causa las cargas capacitivas o los motores sincrónicos
sobreexcitados lo que causa que la corriente se adelante al
voltaje. Vea Factor de Potencia.
Factor de Potencia Atrasado
Un factor de potencia atrasado en los circuitos CA (factor de
potencia de menos de 1.0) lo causa las cargas inductivas,
como los motores y transformadores, lo que causa que la
corriente se atrase al voltaje.
Factor de Servicio
Es un multiplicador que se aplica a la capacidad en caballos
de potencia nominales del motor para indicar un aumento en
la potencia de salida (capacidad de sobrecarga) que el motor
es capaz de proveer bajo ciertas condiciones.
Falla
Es cualquier flujo de corriente no intencional fuera de su
trayectoria prevista en un circuito de un sistema eléctrico.
Fluctuación
Es un fenómeno que puede ocurrir con los cambios de carga
en los cuales la frecuencia o el voltaje continúan elevándose
y bajando a menos del valor deseado sin alcanzar un valor de
estado estable. Lo causa una amortiguación insuficiente.
Frecuencia
Es el número de ciclos completos por unidad de tiempo de
cualquier cantidad variable periódica, como el voltaje o corriente
alterna. Normalmente se expresa en Hercios (Hz) o cps (ciclos
por segundo).
Fusible Limitador de Corriente
Es un dispositivo de acción rápida que, cuando interrumpe
corrientes en su gama limitadora de corriente, reduce
sustancialmente la magnitud de la corriente, típicamente en
medio ciclo, que de otra forma fluiría.
Generador
Es una máquina la convierte la energía mecánica de rotación
en energía eléctrica. Vea generador CA.
Generador CA
Generador CA es el término preferido para referirse a un
generador que produce corriente alterna (CA). Vea Alternador
y Generador
G-5
GFP (Protección de Falla a Tierra)
Un sistema de protección de falla a tierra es aquel sistema
diseñado para limitar el daño al equipo de corrientes de falla
de línea-a-tierra.
Gobernador
Es un dispositivo en el motor que controla el combustible para
mantener una velocidad constante del motor bajo varias
condiciones de carga. El gobernador debe tener los medios
para ajustar la velocidad (frecuencia del generador) y la pendiente
de la velocidad (de sin carga a plena carga).
Hertz (Hz)
El término Hertz se prefiere al número de ciclos por segundo
(cps).
Impacto
Es la elevación repentina en el voltaje de un sistema,
normalmente causada por la desconexión de la carga.
Interruptor de Circuito
Es un dispositivo de protección que interrumpe automáticamente
la corriente que fluye por él cuando esa corriente excede cierto
valor por un periodo de tiempo especificado. Vea Interruptor
de Circuito de Aire, Interruptor Principal, Interruptor de Circuito
Encapsulado e Interruptor de Circuito de Potencia.
Interruptor de Circuito de Aire
Un interruptor de circuito de aire automáticamente interrumpe
la corriente que fluye por él cuando esa corriente excede la
capacidad de disparo del interruptor. El aire es el medio de
aislamiento eléctrico entre las partes energizadas eléctricamente
y las partes de metal aterrizadas. También vea Interruptor de
Circuito de Potencia.
Interruptor de Circuito de Potencia
Es un interruptor de circuito cuyos contactos son forzados a
cerrarse por medio de un mecanismo centrado con resortes
cargados para lograr un cierre rápido (5 ciclos) y altos rangos
de soporte e interrupción. Un interruptor de circuito de potencia
puede ser encapsulado o de aire.
Interruptor de Circuito Encapsulado
Interrumpe automáticamente la corriente que fluye por él cuando
se excede cierto nivel por un tiempo especificado. Encapsulado
se refiere al uso de plástico moldeado como el medio de
aislamiento eléctrico para encerrar mecanismos y para separar
superficies conductoras una de otra y de las partes de metal
aterrizadas.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Interruptor Principal
Es un interruptor de circuito a la entrada o salida de la barra,
por el cual toda la potencia de la barra debe fluir. El interruptor
principal del generador es el dispositivo, normalmente montado
en el conjunto generador, que se puede usar para interrumpir
la potencia de salida del segundo.
kVA (kilovolt-amperios)
Es un término para valorar dispositivos eléctricos. La capacidad
en kVA de un dispositivo es igual a su salida nominal en
amperios multiplicados por su voltaje de operación nominal.
En el caso de conjuntos generadores trifásicos, los kVA son
los kW de salida divididos entre 0.8, el factor de potencia
nominal. Los kVA es el vector suma de la potencia activa (kW)
y la potencia reactiva (kVAR) que fluyen en un circuito.
kVAR (kilovolt-amperios reactivos)
Los kVAR son el producto del voltaje y amperaje requeridos
para excitar circuitos inductivos. Se asocia con la potencia
reactiva la cual fluye entre los devanados del generador en
paralelo y entre los generadores y devanados de la carga que
suministran las corrientes magnetizadoras necesarias para la
operación de transformadores, motores y otras cargas
electromagnéticas. La potencia reactiva no carga el motor del
conjunto generador pero limita al generador térmicamente.
kW (kilovatios)
kW es un término usado para definir la potencia de los
dispositivos y equipos eléctricos. Los conjuntos generadores
en los Estados Unidos normalmente se especifican en kW.
Los kW, a menudo llamados potencia activa, carga el motor
del conjunto generador.
kW•h (kilovatio-hora)
Es una unidad de energía eléctrica. Es equivalente a un KW
de energía eléctrica suministrada durante una hora.
Material Acústico
Es cualquier material considerado en términos de sus
propiedades acústicas, especialmente por sus propiedades
para absorber o atenuar el sonido.
Medio Voltaje
En el contexto de este manual, se refiere a los voltajes de
operación de un sistema CA de 601 a 15,000 VCA.
Motorizar
En aplicaciones en paralelo, a menos que el conjunto generador
se desconecte de la barra cuando el motor de combustión
falla (normalmente como resultado de un problema con el
sistema de combustible), el generador impulsa (motoriza) al
motor de combustión, tomando la energía de la barra. La
protección de potencia invertida la cual desconecta
automáticamente de la barra a un conjunto que falla es esencial
para los sistemas en paralelo. También, en ciertas aplicaciones
como elevadores, la carga puede motorizar al conjunto
generador si hay presencia de insuficiente carga adicional.
NEC (Código Nacional Eléctrico)
Es el documento de referencia más común del estándar eléctrico
general al que comúnmente se hace más referencia en los
Estados Unidos, iniciales en inglés.
NEMA
Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos, iniciales en
inglés.
Neutro
Se refiera al punto común en un generador CA conectado en
Y, un conductor conectado en ese punto o al punto del
devanado medio de un generador CA monofásico.
Neutro Aterrizado
Es el punto central aterrizado intencionalmente en un generador
conectado en Y de cuatro hilos, o el punto medio del devanado
de un generador monofásico.
NFPA
Asociación Nacional de Protección Contra Incendios
Nivel de Presión de Sonido (SPL)
Se refiere a la magnitud del diferencial de presión causado por
una onda de sonido. Se expresa en una escala dB (A, B, C)
con referencia a algún estándar (normalmente 10–12
microbares).
Ohmio
Es la unidad de la resistencia eléctrica. Un voltio hará que una
corriente de un amperio fluya a través de una resistencia de
un ohmio.
Onda Sinusoidal
Es una representación gráfica de una función sinusoidal, donde
los valores del seno (normalmente en el eje de las y) se grafican
contra los ángulos (eje x) a los que corresponden. Las formas
de onda de voltaje y corriente CA se aproximan a tal curva.
Rev. mayo 2010
G-6
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Operación en Paralelo
Es la operación de dos o más fuentes de poder CA cuyas
líneas de salida están conectadas a una carga común.
Parpadeo
Un término que describe la iluminación y atenuación visible de
las luces causadas por una sobrecarga u oscilación del voltaje.
Paso
Es la relación del número de ranuras del devanado del estator
del generador que abarca cada bobina al número de ranuras
de devanado por polo. Es una característica del diseño mecánico
que el diseñador del generador puede usar para optimizar el
costo del generador contra la calidad de forma de la onda de
voltaje.
PMG (Generador de Imán Permanente)
Es un generador cuyo campo es un imán permanente al
contrario de un electroimán (campo devanado). Se usa para
generar la potencia de excitación para alternadores excitados
por separado.
Polo
Se usa en referencia a los imanes, que son bipolares. Los polos
de un imán se designan como norte y sur. Como los imanes
son bipolares, todos los generadores tienen un número par de
polos. El número de polos determina qué tan rápido el generador
tendrá que girar para obtener la frecuencia especificada. Por
ejemplo, un generador con un campo de 4 polos tendría que
operar a 1800 rpm para obtener una frecuencia de 60 Hz (1500
rpm para 50 Hz).
El polo también puede referirse a los electrodos de una batería
o al número de fases a las que le da servicio un interruptor o
conmutador.
Potencia
Se refiere a la razón de realizar un trabajo o de consumir
energía. Típicamente, la potencia mecánica se expresa en
términos de caballos de fuerza y la potencia eléctrica en
términos de kilovatios (KW). Un kilovatio es igual a 1.34 hp.
Potencia Activa
Es la potencia real (kW) suministrada por el conjunto generador
a la carga eléctrica. La potencia activa crea una carga en el
motor del conjunto generador y está limitada por la potencia
del motor de combustión y la eficiencia del generador. La
potencia activa hace el trabajo de calentar, iluminar, hacer girar
flechas de motor, etc.
G-7
Potencia Aparente
Es el producto de la corriente y el voltaje, expresado en kVA.
Es la potencia real (kW) dividida por el factor de potencia (FP).
Potencia Reactiva
Es el producto de la corriente, voltaje y el seno del ángulo por
el cual la corriente adelanta o se atrasa al voltaje y se expresa
como VAR (volt-amperios reactivos).
Potencia Real
Es el producto de la corriente, voltaje y el factor de potencia
(el coseno del ángulo por el cual la corriente adelanta o se
atrasa del voltaje) y se expresa como W (vatios).
Protección de Respaldo
Consiste de los dispositivos de protección que están pensados
para operar sólo después que otros dispositivos de protección
no han operado o detectado una falla.
Radio Interferencia
Se refiere a la interferencia con la recepción de radio causada
por un sistema con un conjunto generador.
Ramal
Es un devanado de fase de un generador o un conductor de
fase de un sistema de distribución.
Rasurado de Picos
Es el proceso por el cual las cargas en una instalación se
reducen en un tiempo corto para limitar la demanda eléctrica
máxima en la instalación y evitar una porción de los cargos
por la demanda en el servicio público local.
Reactancia
Es lo opuesto al flujo de corriente en los circuitos CA causada
por las inductancias y las capacitancias. Se expresa en términos
de ohmios y su símbolo es X.
Redes
Es el término usado ampliamente fuera de los Estados Unidos
para describir el servicio de energía normal (servicio público).
Regulación de Frecuencia
Es una medida que establece la diferencia entre la frecuencia
sin carga y a plena carga como un porcentaje de la frecuencia
a plena carga.
Regulación de Voltaje
Es una medida que establece la diferencia entre el voltaje de
estado estable máximo y mínimo como un porcentaje del
voltaje nominal.
Rev. mayo 2010
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Regulador de Voltaje
Es un dispositivo que mantiene el voltaje de salida de un
generador cerca de su valor nominal en respuesta a las
cambiantes condiciones de la carga.
Relevador Diferencial
Es un dispositivo de protección el cual es alimentado por los
transformadores de corriente localizados en dos diversos
puntos de la serie en el sistema eléctrico. El relevador diferencial
compara las corrientes y actúa cuando existe una diferencia
en los dos lo que significa que hay una falla en la zona de
protección. Estos dispositivos se usan típicamente para proteger
los devanados en los generadores o transformadores.
Resistencia
Es la oposición al flujo de corriente en circuitos CD. Se expresa
en ohmios y su símbolo es R.
Retorno de Tierra
Es un método de detección de falla a tierra que emplea un
solo sensor (CT) rodeando el puente de conexión principal
entre el neutro del sistema de potencia y la tierra. Este dispositivo
por sí mismo no es capaz de localizar el circuito con falla pero
cuando se usa junto con los sensores de falla a tierra en todos
los alimentadores y las conexiones de la fuente, pueden ofrecer
protección de falla a la barra cuando se coordinan (atraso)
apropiadamente.
Rigidez Dieléctrica
Es la habilidad del aislamiento de soportar el voltaje sin ruptura.
RMS (Raíz de la Media al Cuadrado)
Los valores RMS de una cantidad medida como el voltaje,
corriente y potencia CA se consideran los valores “efectivos”
de las cantidades. Vea Vatio.
Rotación de fases
O secuencia de fases, describe el orden (A–B–C, R–S–T o
U–V–W) de los voltajes de fase en las terminales de salida de
un generador trifásico. La rotación de fases de un conjunto
generador debe concordar con la rotación de fases de la fuente
de potencia normal para las instalaciones y debe revisarse
antes de la operación de las cargas eléctricas en las
instalaciones.
Rotor
Es el elemento giratorio de un motor o generador.
RPM
Revoluciones Por Minuto.
SCR (Rectificador Controlado de Silicón)
Es un dispositivo de estado sólido de tres electrodos que
permite que la corriente fluya sólo en un sentido y lo hace sólo
cuando se aplica un potencial adecuado al tercer electro
do, llamado compuerta.
Secuencia Cero
Es un método de detección de falla a tierra que utiliza un sensor
(CT) que incluye todos los conductores de fase así como los
conductores neutros. El sensor producirá una salida proporcional
al imbalance de la corriente de falla de tierra del circuito. Esta
salida se mide entonces con un relevador para iniciar un disparo
del interruptor o una falla de corriente a tierra.
Servicio
Es una fuente de potencia comercial que suministra energía
eléctrica a instalaciones específicas desde una planta de energía
central grande.
Sincronización
En una aplicación en paralelo, se obtiene cuando un conjunto
generador entrante se hace concordar y al paso de la misma
frecuencia, voltaje y secuencia de fase como la fuente de
potencia en operación.
Sistema de Emergencia
Es un equipo de generación de energía independiente que se
requiere legalmente para alimentar equipo o sistemas cuya
falla puede presentar un peligro a la seguridad de la vida a las
personas o a la propiedad. Opera en caso de una falla de la
energía normal.
Sobre-corrección (Sobre disparo)
Se refiere a la cantidad por la cual el voltaje o la frecuencia
exceden el valor nominal mientras que el regulador de voltaje
o el gobernador responden a los cambios en la carga.
Sonido
Se considera tanto en términos de las ondas de presión de
sonido que viajan por el aire (presión sobrepuesta a la presión
atmosférica) y la correspondiente sensación del oído. El sonido
puede ser "estructural", o sea, transmitido a través de algún
medio sólido elástico, pero se oye sólo en los puntos donde
el medio sólido "irradia" las ondas de presión en el aire.
Sub-corrección (Bajo disparo)
Se refiere a la cantidad por la cual el voltaje o frecuencia caen
a menos del valor nominal mientras que el regulador de voltaje
o el gobernador responden a los cambios en la carga.
Rev. mayo 2010
G-8
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Supresión de Radio Interferencia
Se refiere a los métodos empleados para minimizar la radio
interferencia.
Supresor de Impactos
Son dispositivos capaces de conducir altos voltajes transitorios.
Se usan para proteger a otros dispositivos que pudieran
destruirse con los voltajes transitorios.
TC (Transformador de Corriente)
Son transformadores para instrumentos usados junto con
amperímetros, circuitos de control y relevadores de protección.
Normalmente tienen secundarios de 5 A.
Tierra
Es una conexión, bien sea intencional o accidental, entre un
circuito eléctrico y la tierra o algún cuerpo conductor que sirve
en lugar de la tierra.
Transformador
Es un dispositivo que cambia el voltaje de una fuente CA de
un valor a otro.
Transición sin impacto
Es la transferencia sin interrupción de una carga eléctrica de
una fuente a otra donde los transitorios de voltaje y frecuencia
se mantienen al mínimo.
Vatio
Es una unidad de energía eléctrica. En circuitos de corriente
directa (CD), el wataje es igual al voltaje por el amperaje. En
circuitos de corriente alterna (CA), el wataje es igual al voltaje
efectivo (RMS) por el amperaje efectivo (RMS) por el factor de
potencia por una constante que depende del número de fases.
1,000 watios equivalen a un kW.
Voltaje de Línea a Neutro
En un generador trifásico, 4 hilos conectado en Y, es el voltaje
entre una fase y el neutro común donde las tres fases están
conectadas.
Voltaje Entre Líneas
Es aquel entre cualesquiera dos fases de un generador CA.
Voltio
Es una unidad de potencial eléctrico. Un potencial de un voltio
origina que una corriente de un amperio fluya a través de una
resistencia de un ohmio.
Zonas de Protección
Son áreas definidas dentro de un sistema de distribución que
están protegidas por grupos específicos.
G-9
Rev. mayo 2010
APÉNDICE H ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE H
Lista de Figuras
H-2
H-2
Rev. mayo 2010
H-1
APÉNDICE H
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Lista de Figuras
Figura 2–1.
Figura 2–2.
Figura 2–3.
Figura 2–4.
Figura 2–5.
Figura 3–1.
Figura 4–1.
Figura 4–2.
Figura 4–3.
Figura 4–4.
Figura 4–5.
Figura 4–6.
Figura 4–7.
Figura 4–8.
Figura 4–9.
Figura 4–10.
Figura 4–11.
Figura 4–12.
Figura 4–13.
Figura 4–14.
Figura 4–15.
Figura 4–16.
Figura 4–17.
Figura 4–18.
Figura 4–19.
Figura 4–20.
Figura 4–21.
Figura 5–1.
Figura 5–2.
Figura 5–3.
Figura 5–4.
Figura 5–5.
Figura 5–6.
Figura 5 – 7.
Figura 5 – 8.
Figura 5 – 9.
Figura 5–10.
Figura 5–11.
Figura 5–12.
H-2
Diagrama Típico Unifilar de un Sistema de Distribución Eléctrico
Capacidad de Potencia En Standby
Potencia Primaria con Tiempo de Operación Ilimitado
Potencia Primaria con Tiempo de Operación Limitado
Potencia de Carga Base
Caída de Voltaje en Aplicaciones de Imagen Médica
Sección Transversal del Generador de Cuatro Polos
Generador Auto-Excitado
Generador Excitado por Separado (PMG)
Perfil de Voltaje Típico en Aplicación y Retiro de Carga
Curvas Típicas de Saturación del Generador
Características de Respuesta del Sistema de Excitación
Caída de Voltaje Transitorio
Características Típicas de Arranque del Motor con toda la línea
(Asume 100% de Voltaje Nominal en las Terminales del Motor)
Caída de Voltaje Sostenida
Gráfica Típica NEMA de Generador de Caída de Voltaje Transitorio vs. kVA de Arranque del Motor
Respuesta de Corto Circuito Trifásico Simétrico
Capacidad de Corto Circuito
Temperaturas Aproximadas del Devanado con Corto Circuito
Conexiones Típicas del Motor con Arrancador Eléctrico (Se Muestra Sistema de 24 Voltios)
Resistencia vs. Longitud para Varias Medidas de Cable AWG
Arreglo Típico de Tubería para una Marcha de Aire
Interface con el Panel de Control de Dos Cables
Interface con el Panel de Control del Detector 12t
Sistema de Microprocesador Power Command
Electrónica de Autoridad Total Power Command
Instalación del Calentador de la Camisa de Agua. Note el aislamiento de la
Válvula del Calentador, Tipos de Manguera y ruta de la Manguera
Conjunto Generador Sirviendo a Cargas Comunes
Conjuntos Generadores Múltiples Sirviendo a Cargas Comunes
Un solo Conjunto Generador para Aplicaciones En Standby
Conjuntos Generadores Múltiples, para Aplicaciones de ATS Múltiples
Sistema Generador MV/HV Sencillo para Potencia Primaria
Esquema de HV/MV para Generadores Múltiples / Suministros de red pública Y Cargas
Generador de Bajo Voltaje para Aplicación MV/HV
Generadores en Paralelo
Muestra de Sistema de Distribución HV/MV/LV
Control del Típico del Conjunto Generador y Cableado de Accesorios
Ampacidad del Alimentador
Carga Monofásica Desbalanceada Permisible (Generador Trifásico
Típico de Cummins Power Generation)
Rev. mayo 2010
2–4
2–5
2–5
2–5
2–6
3–11
4–6
4–6
4–7
4–7
4–8
4–9
4–9
4–9
4–10
4–10
4–10
4–10
4–11
4–12
4–13
4–13
4–14
4–14
4–14
4–15
4–21
5–5
5–5
5–6
5–7
5–7
5–7
5-8
5–12
5–17
5–19
5–20
5–21
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 5–13.
Figura 5–14.
Figura 5–15.
Figura 5–16.
Figura 5–17.
Figura 5–18.
Figura 5–19.
Figura 5–20.
Figura 6–1.
Figura 6–2.
Figura 6–3.
Figura 6–4.
Figura 6–5.
Figura 6–6.
Figura 6–7.
Figura 6–8.
Figura 6–9.
Figura 6–10.
Figura 6–11.
Figura 6–12.
Figura 6–13.
Figura 6–14.
Figura 6–15.
Figura 6–16.
Figura 6–17.
Figura 6–18.
Figura 6–19.
Figura 6–20.
Figura 6–21.
Figura 6–22.
Figura 6–23.
Figura 6–24.
Figura 6–25.
Curva Típica de la Capacidad de Potencia Reactiva del Alternador de Estado Sólido
Diagramas Típicos Unifilares de Métodos Alternativos para Aterrizado del Sistema
Sistema de Aterrizado Típico de Baja Resistencia para un Conjunto
Generador de Medio Voltaje y Equipo de Transferencia de Carga
Conexiones Típicas del Sistema de Aterrizado del Equipo en el Equipo de
Servicio del Servicio Público
Efecto de Falla en un Interruptor de 100 A con Característica de Disparo “A”
Efecto de Falla en un Interruptor de 100 A con Característica de Disparo “B”
Curva Característica de Tiempo-Sobrecorriente Control Power Command AmpSentry
más Curva de Daño del Alternador. (Nota: Esta curva es aplicable para todos
los Conjuntos Generadores PowerCommand)
Esquema de Protección Típico
Medidas Típicas de Anti-Vibración para un Conjunto Generador
Cimentación de Aislamiento de Vibración Típica
Aisladores de Vibración Típicos de Resorte de Acero
Un Conjunto Generador Montado en Aisladores de Vibración Tipo de Resorte
Características Típicas de un Sistema de Escape
para un Generador Instalado Dentro de un Edificio
Sistema de Escape Típico
Características del Sistema de Escape del Conjunto Generador.
Se Muestran el Silenciador de Entrada Lateral Doble, Conectores Flexibles,
protecciones de Escape y los Tirantes de Montaje
Construcción Típica de las protecciones para Instalaciones de Pared Combustible
Un Sistema de Escape Sencillo con una Tapa de Lluvia para Evitar que la Lluvia Entre al Escape
Una Coraza para Lluvia en un Tubo de Escape vertical del Generador.
Las Dimensiones Mostradas son para un escape Típico de 14 Pulgadas
Ejemplo de cálculo del Sistema de Escape
Contrapresión de Escape Típica del Silenciador vs. La Velocidad de los Gases de combustión
Contrapresión del Escape en Diámetros Nominales de Tubo en Pulgadas (mm)
Balance de Calor Típico del Conjunto Generador
Instalación Típica de un Sistema de Post-enfriamiento Aire-a-Aire (el
sistema de camisa de agua se omite por claridad)
Flujo del Refrigerante en 2P2L con Termostato Lta Cerrado
Enfriamiento de Radiador Montado en Conjunto, Suministrado por Fabrica
Enfriamiento con intercambiador de calor montado en el conjunto
Hoja de Especificación de Conjunto Generador DFXX Mostrando el
‘Cabezal Estático Máximo de Refrigerante’
Hoja de Especificación de Conjunto Generador DFXX Mostrando el
‘Cabezal de Fricción Máximo de Refrigerante’
Ejemplo de un sistema con radiador remoto
Hoja de Especificación del Conjunto Generador DFXX mostrando el
‘Rango de Flujo de Refrigerante’
Pérdidas de Presión por Fricción para Tubos de Diámetro en Pulgadas (mm)
Sistema Típico de Radiador Remoto
Ejemplo de radiador remoto horizontal
Rev. mayo 2010
5–22
5–23
5–24
5–26
5–28
5–28
5–30
5–31
6–5
6–6
6–8
6–8
6–9
6–10
6–11
6–11
6–12
6–12
6–13
6–13
6–14
6–18
6–19
6–19
6–20
6–20
6–22
6–22
6–23
6–24
6–24
6–25
6–26
H-3
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–26.
Figura 6–27.
Figura 6–28.
Figura 6–29.
Figura 6–30.
Figura 6–31.
Figura 6–32.
Figura 6–33.
Figura 6–34.
Figura 6–35.
Figura 6–36.
Figura 6–37.
Figura 6–38.
Figura 6–39.
Figura 6–40.
Figura 6–41.
Figura 6–42.
Figura 6–43.
Figura 6–44.
Figura 6–45.
Figura 6–46.
Figura 6–47.
Figura 6–48.
Figura 6–49.
Figura 6–50.
Figura 6–51.
Figura 6–52.
Figura 6–53.
Figura 6–54.
Figura 6–55.
Figura 6–56.
Figura 6–57.
Figura 6–58.
Figura 6–59.
Figura 6–60.
Figura 6–61.
Figura 6–62.
Figura 6–63.
Figura 6–64.
Figura 6–65.
Figura 6–68.
H-4
Sistema con Intercambiador de Calor Doble (con radiador remoto Secundario)
Configuración Integral Típica del Tanque de Desaeración
Configuración Integral Típica del Tanque de Desaeración (núcleo del radiador omitido)
Sistema de Radiador Remoto con Tanque de Desaeración No-Integral
Instalación del Calentador de Refrigerante (note el aislamiento de la
válvula del calentador, el tipo de manguera y la ruta de la manguera)
Temperatura de Ebullición del agua como una Función de la Altitud y La Presión del Sistema
Temperatura “Ambiente” vs. “Aire-sobre-Núcleo”
Tipo de Desaeración en el Tanque Superior del Radiador
Enfriamiento con Radiador Montado en Fábrica
Enfriamiento con Radiador Remoto (Sistema de Tipo de Desaeración, Vea la Figura 6–33)
Radiador Remoto con Bomba de Refrigerante Auxiliar y Tanque Auxiliar
Radiador Remoto con Pozo Caliente y Bomba Auxiliar de Refrigerante
Un Radiador Remoto Horizontal y Radiador de Post-enfriador
Enfriamiento con Intercambiador de Calor Montado en Fábrica
Sistema de Intercambiador de Calor Doble (con Enfriador Secundario Líquido-a-Aire)
Diagrama Representativo de la Aplicación con Torre de Enfriamiento
Pérdidas de Presión de Fricción para Tubos de Diámetro en Pulg. (mm)
Calor Emitido al Cuarto por un Conjunto Generador (QGS)
Ejemplo de la Hoja de Especificación del Conjunto Generador DFXX
Calor Emitido al Cuarto por el Silenciador y la Tubería de Escape
Máximas Temperaturas Aceptables en el Cuarto y Ambiente
Ejemplo de Hoja de Especificaciones de Conjunto Generador DFXX
Ejemplo de Hoja de Especificaciones de Conjunto Generador DFXX
Ejemplo de Sistema de Ventilación para Radiador y Ventilador Instalados en Fábrica
Ejemplo del Sistema de Ventilación para Enfriamiento Remoto, Radiador
y Ventilador Remoto, No instalado en Planta (NOTA: el sistema de
Enfriamiento no se muestra en esta ilustración)
Vistas “Superiores” de la Distribución del Cuarto del Conjunto Generador
Vistas “Laterales” de la Distribución del Cuarto del Conjunto Generador
Ejemplo de Hoja de Especificación de Conjunto Generador DFXX
Restricción del flujo de aire a la entrada y salida del cuarto
Ejemplo del Sistema de Enfriamiento en la Hoja de Datos DXXX
Instalación Múltiple de Conjuntos Generadores
Sistema de Recirculación al Cuarto
Muro de Bloqueo y Difusor de Desviación
Midiendo la Restricción del Flujo de Aire
Midiendo la Restricción del Flujo de Aire
Enfriamiento con Radiador Montado en Fábrica
Temperatura Típica del Aire que Rodea al Generador en Operación
Instrumentación Recomendada p. Medir la Restricción al Flujo de Aire
Figura de la Capacidad de Enfriamiento en Ambientes Elevados
Ventilación en un Sistema de Enfriamiento con Intercambiador de Calor
Sistema Típico de Combustible Gaseoso
Rev. mayo 2010
6–26
6–27
6–27
6–27
6–30
6–30
6–31
6–33
6–33
6–35
6–36
6–37
6–39
6–39
6–40
6–41
6–42
6–44
6–44
6–44
6–46
6–46
6–47
6–48
6–48
6–50
6–50
6–50
6–51
6–51
6–52
6–52
6–52
6–53
6–53
6–54
6–55
6–58
6–58
6–58
6–70
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Figura 6–69.
Figura 6-70.
Figura 6-71.
Figura 6-72.
Figura A-1.
Figura A-2.
Figura A-5.
Tamaño Mínimo de Tanque de LPG (50% lleno) Requerido para Mantener
5 psig al Índice de retiro Específico y a la Temperatura Mínimo de Invierno Esperada
Niveles de Ruido Típicos
Gráfica de Valores para Sumar Niveles de Ruido
Disminución en Sonoridad al Aumentar la Distancia (Campo Libre)
GenSize–Diálogo del Cuadro de Parámetros en un Proyecto Nuevo
Ventana de Aplicación del Proyecto de GenSize
Reporte de Generador Recomendado en Modo Ver
Rev. mayo 2010
6–72
6–74
6–74
6–75
A–4
A–12
A–18
H-5
APÉNDICE I ÍNDICE
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
APÉNDICE I
Lista de Tablas
I-1
I-2
I-2
Rev. mayo 2010
APÉNDICE I
Manual de Aplicación - Conjuntos Generadores Enfriados con Líquido
Lista de Tablas
Tabla 2–1.
Tabla 2–2.
Tabla 2–3.
Tabla 3–1.
Tabla 3–2.
Tabla 3–3.
Tabla 3–4.
Tabla 3–5.
Tabla 3–6.
Tabla 3–7.
Tabla 3–8.
Tabla 3–9.
Tabla 5–1.
Tabla 6–1.
Tabla 6–2.
Tabla 6–3.
Tabla 6–4.
Tabla 6– 5.
Tabla 6–6.
Tabla 6–7.
Tabla 6–8.
Tabla 6– 9.
Tabla 6–10.
Tabla 6–11.
Tabla 6–12.
Tabla 6–13.
Tabla 6–14.
Tabla 6–15.
Tabla 6–16.
Tabla 6–17.
Tabla B–1.
Tabla E–1.
Capacidad y Tipos de Sistemas
Niveles de Ruido Representativos en el Exterior
Emisiones Típicas de Escape Diesel
Factores de Potencia para Iluminación (Arrancar y Operar)
Potencia de Balastro
Resumen de Inercia Giratoria
Métodos y Características del Arranque con Voltaje Reducido
Factores de Multiplicación Correspondientes al Código de Letras
Predeterminados del Motor Trifásico: Código NEMA, EFF, SPF, RPF
Predeterminados del Motor Monofásico: Código NEMA, EFF, SPF, RPF
Requerimientos del Conjunto Generador para Aplicaciones de Imagen Médica
Tolerancias Típicas de Voltaje y Frecuencia
Configuraciones del Devanado
Aberturas en Secciones Transversales de Varios Diámetros
Longitudes Equivalentes de Conexiones de Tubo en Pies (m)
Longitudes Equivalentes de Conexiones de Tubo y Válvulas en Pies (m)
Propiedades de Mezclas de Anticongelante
Longitudes Equivalentes de Conexiones de Tubo y Válvulas en Pies (m)
Calor Estimado Emitido por la Tubería y Silenciadores del Escape No Aislados
Puntos de Ebullición y Congelamiento y vs. Concentración de Anticongelante
Pérdidas de Calor de Tubos y Mofles de Escape Sin Aislamiento
Especificaciones del Combustible Diesel
Medidas Mínimas de Manguera y Tubo de Combustible; Hasta 50 Pies (15 m) Longitud Equivalente
Porcentajes Máximos Permisibles para los combustibles del Combustible del motor
Porcentajes Máximos Permisibles de Gases Constituyentes Antes de
Bajar Potencia a los Motores Turbocargados
Dimensionamiento de Tubo de Acero Cédula 40 para Gas Natural
Dimensionamiento de Tubería de Cobre Semi-Rígido para Gas Natural
Dimensionamiento de Tubo de Acero Cédula 40 para Vapor de Propano
Dimensionamiento de Tubería de Cobre Semi-Rígido para Vapor de Propano
Dimensionamiento de Tubo de Acero Cédula 40 para Propano, Retiro
Líquido – Capacidad Máxima del Tubo en Pies Cúbicos de Gas por Hora.
Las recomendaciones de medida de tubo se basan en el tubo de acero cédula 40
Comparación de Arranque de Motor con Voltaje Reducido
Temperaturas del Tubo de Escape Mínimas Recomendadas. (La temperatura
de los gases de escape se mide con termopar. El uso de la detección de la
Temperatura externa no es lo suficientemente exacta para verificar la temperatura del escape).
Rev. mayo 2010
2–4
2–11
2–14
3–4
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3–7
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5–11
6–13
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6–69
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6–73
6–73
B–2
E–3
I-2
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CD Brien Spanier
AD Benson Hardy
CWDon Flanagan
DS
AMChristie Graham
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