Como calcular y dimensionar generadores eléctricos o grupos electrogenos. !!! PREMIUM !!!

Un grupo electrógeno es una fuente limitada de energía, tanto en caballos de potencia disponibles en el motor como los kVA disponibles del generador.

El grupo electrógeno es un acople de (motor diésel + generador eléctrico) y como tal, debe ser lo suficientemente grande para arrancar y hacer funcionar cargas generales y principalmente motores eléctricos.

Supongamos este caso: Se ha perdido la energía normal, su grupo motor-generador (grupo electrógeno) se pone en marcha y alcanza la velocidad.

Ahora se desea poner en marcha algunos motores grandes clave para su operación. De repente, las bobinas de retención del motor de arranque se caen, los contactos del motor de arranque vibran y algunos motores se detienen debido a un par insuficiente para la aceleración. ¿Te puede pasar esto a ti? Seguro que puede, si no ha dimensionado su grupo electrógeno correctamente.

Todos sabemos que los motores consumen una alta corriente de entrada durante el arranque: típicamente seis veces la corriente a plena carga. Pero, las corrientes de entrada para los motores de alta eficiencia especificados hoy en día son casi el doble de esa cantidad. Los motores con cargas de alta inercia también pueden requerir hasta tres veces la potencia nominal durante el arranque.

Es común que los requisitos de kVA de arranque del motor determinen el tamaño del conjunto. Sin embargo, los siguientes factores también juegan un papel clave en el dimensionamiento de los grupos electrógenos:

• Armónicos causados ​​por variadores de frecuencia.
• Utilización de motores de alta eficiencia.
• Arranque secuencial de motores.

Dimensionamiento de grupos electrógenos

Puede dimensionar un grupo electrógeno con cálculos manuales (usando una hoja de trabajo que puede ser en excel) o con el software para PC disponible en la mayoría de los principales fabricantes de grupos electrógenos, como ejemplo mas adelante les presentamos videos de uso del SpecSize de la compañía de generadores eléctricos CAT. El proceso básico es el mismo. Siempre es mejor utilizar datos reales (si se conocen).

Si no cuentas con mucha información, la mejor opción es usar un software de dimensionamiento, ya que gran parte de la información requerida sobre las características de carga típicas está disponible como información predeterminada.

Si utiliza el procedimiento de dimensionamiento manual, debería resultar en un voltaje de recuperación de al menos el 90% del voltaje nominal y una caída de voltaje instantánea de inicio de aproximadamente 20% a 40%.

Es probable que la caída instantánea de voltaje y de frecuencia varíe de un fabricante a otro, según las características de los grupos electrógenos. Para una estimación más cercana del rendimiento transitorio (voltaje instantáneo de inicio), use el software de dimensionamiento del fabricante.

Calculo de generadores eléctricos o grupo electrógeno usando el procedimiento de dimensionamiento manual

Paso 1: Recopile información. Necesitará saber lo siguiente para cada carga:

• • Placa de identificación hp.
  • kilovatios funcionamiento (RkW).
  • kilovoltios-amperios funcionamiento (RkVA).
  • Factor de potencia en funcionamiento (RFP).
  • Factor de potencia en arranque (SFP).
  • Rotor bloqueado kVA / hp.

Puede utilizar la siguiente ecuación para calcular RkW y RkVA de funcionamiento para motores:

• • RkW = [(hp de placa de identificación) x (0,746kW)] / eficiencia (ecuación 1)
  • RkVA = RkW / PF del motor en funcionamineto (ecuación 2)

Para calcular los kilovoltios-amperios de arranque (SkVA) y los kilovatios arranque (SkW) para motores, utilice estas ecuaciones:

• • SkVA arranque = (hp de placa de identificación) x (kVA / hp de rotor bloqueado) (ecuación 3)
  • SkW arranque = (SkVA) x (FP de arranque ) (ecuación 4)

Paso 2: Sume los números RkW, RkVA, SkW y SkVA para todas las cargas.

Paso 3: Seleccione el grupo electrógeno comparando RkW, RkVA, SkW y SkVA con las clasificaciones en las hojas de especificaciones del fabricante

Paso 4: Realice en conjunto con el fabricante la reducción adecuada de potencia por la temperatura ambiente y la altitud.

Ejemplo 1 de cálculo de grupo electrógeno o generador eléctrico

Determine el tamaño del grupo electrógeno para tres cargas que arrancan simultáneamente. La información de las cargas es la siguiente:

Dos motores de 200 hp, código G, eficiencia de funcionamiento: 92%, Factor de potencia de arranque: 0,25 , Factor de potencia de funcionamiento: 0,91.

Un total de 100 kVA de iluminación fluorescente, Factor de potencia de arranque de 0,95 y factor de potencia en funcionamiento de 0,95 (Nota: aquí estamos usando los términos Factor de potencia de arranque y funcionamiento de la carga de iluminación para comparar con las cargas del motor. En realidad, el balasto para la carga de iluminación tiene un Factor de potencia constante de 0,95.).

Paso 1: Recopilación de información y cálculos

Ejemplo 2 de cálculo de grupo electrógeno o generador eléctrico

Suponga que tiene las mismas tres cargas que en el Ejemplo 1, pero ahora está usando un arrancador de voltaje reducido de tipo autotransformador que se establece en el voltaje de arranque del 65% para arrancar los dos motores. Este ajuste reducirá los kVA de arranque al cuadrado del voltaje (0,65 ²), o 0,42 veces los kVA iniciales.

Paso 1: cálculos

Dimensionamiento de grupo electrógeno usando el software de fabricante CAT (Caterpillar)

Video de dimensionamiento 1:

Consideraciones importantes para dimensionar un grupo electrógeno

Al arrancar motores, pueden producirse grandes caídas de voltaje y frecuencia si el grupo electrógeno no tiene el tamaño adecuado. Otras cargas conectadas a la salida del generador pueden ser más sensibles a las caídas de voltaje y frecuencia que el motor o el arrancador del motor, y esto puede causar problemas.

Por ejemplo, una tasa de cambio superior a 1 Hz / seg en la frecuencia del generador puede provocar el mal funcionamiento de algunas unidades UPS estáticas.

¿Que causa la caída del voltaje en el arranque?

Cuando enciende un motor conectado a  un grupo electrógeno, el motor representa una carga de baja impedancia mientras está en el rotor bloqueado o en condición de bloqueo. Esto provoca una alta corriente de entrada.

Cómo afecta la inercia al tamaño del grupo electrógeno

El momento de inercia de una masa en rotación ofrece resistencia a la aceleración. La carga conectada al eje del motor tiene su momento de inercia, y en situaciones prácticas para equipos específicos, esta puede o no ser información disponible.

Afortunadamente, con el propósito de dimensionar un grupo electrógeno, o más específicamente para determinar la potencia del motor-diesel necesaria para arrancar y acelerar una carga de motor en rotación, el momento de inercia de la carga del motor solo necesita ser categorizado ampliamente como inercia baja o alta.

Las cargas de alta inercia se caracterizan por un alto par de arranque que requiere una aceleración prolongada. Las cargas de baja inercia se caracterizan por un par de arranque bajo en reposo, con un par creciente a medida que aumenta la velocidad del motor, lo que resulta en una rápida aceleración hasta la velocidad nominal.

El arranque con cargas de baja inercia reducirá los kW de arranque normales necesarios.

Ejemplos de inercia alta y baja

Veamos más de cerca el arranque de un motor.

Los motores de inducción tienen características de arranque típicas. La curva de la corriente del motor frente a la velocidad muestra que durante el arranque, el motor consume aproximadamente seis veces su corriente a plena carga; esta corriente permanece alta hasta que el motor alcanza aproximadamente el 80% de la velocidad.

Usando arranque de voltaje reducido.

Aunque una caída de voltaje a menudo causa varios problemas, una reducción controlada del voltaje en los terminales del motor puede ser beneficiosa, pero solo cuando la reducción del par motor es aceptable.

La reducción de kVA de arranque del motor puede reducir el tamaño requerido del grupo electrógeno, reducir la caída de voltaje y proporcionar un arranque más suave para las cargas del motor. Al dimensionar los grupos electrógenos, primero debe determinar el nivel aceptable de torque del motor requerido durante el arranque, o las cargas se acelerarán lentamente, o incluso no alcanzarán la velocidad máxima, lo que finalmente provocará daños en el motor.

Usando arrancadores de estado sólido.

Los arrancadores de estado sólido pueden ajustar el par de arranque, el tiempo de rampa de aceleración y el límite de corriente para la aceleración controlada de un motor cuando arranca. Con el propósito de dimensionar un grupo electrógeno, el ajuste del límite de corriente reduce la corriente de irrupción y puede usarse para reducir los requisitos de kW y kVA de arranque en el generador.

Los VFD requieren generadores más grandes.

Todas las versiones de variadores de frecuencia (VFD) tienen limitación de corriente y reducen los kW y kVA de arranque. La corriente consumida por estos variadores no es lineal (tiene armónicos), lo que provoca una caída de voltaje distorsionada en la reactancia del generador.

Usando una secuencia de inicio por pasos

La secuencia inicial de cargas puede tener un efecto significativo en el tamaño de un grupo electrógeno. Un enfoque comúnmente utilizado es asumir que todas las cargas conectadas comenzarán en un solo paso. Esto da como resultado una selección de grupos electrógenos mas grandes. A menos que haga algo para agregar carga de manera incremental (como múltiples interruptores de transferencia con retrasos de tiempo escalonados o un controlador de carga escalonada), entonces debe usar una carga de un solo paso para propósitos de dimensionamiento.

En aplicaciones de varios pasos, primero arranca el motor más grande para minimizar el tamaño del grupo electrógeno. Una vez colocadas todas las cargas en línea con el grupo electrógeno, puede detener y comenzar a cargar el equipo con controles automáticos. Aquí, tendrá que dimensionar el grupo electrógeno asumiendo que el motor más grande arranca en último lugar, con todas las demás cargas conectadas ya en línea.