La POTENCIA en los generadores eléctricos

La POTENCIA en los generadores eléctricos

La POTENCIA en los generadores eléctricos

La POTENCIA en los generadores eléctricos:

El Par motor o TORQUE es la primera característica de un motor que permite conocer su potencia. El Par está vinculado al tamaño del motor. Su valor cambia ligeramente a distintas velocidades de giro, se expresa en mkg (metros x kilogramos) para un determinado valor de velocidad.

La velocidad de giro o velocidad angular de su eje o volante de salida es el segundo parámetro esencial para conocer la potencia de un motor. Se expresa usualmente en r.p.m. (revoluciones por minuto). El producto de ambos parámetros par x velocidad determina la potencia de todos los motores siguiendo la expresión:

P(Kw) = M(mKg) x n(rpm) / K(970,65)

Veamos dos ejemplos:

MOTOR Nº 1

(M) Par: 3,23 mkg

(n)Velocidad: 3000 rpm

K=(970,65) KW, (716,40) CV

Potencia: 10 KW (13,58 CV)

MOTOR Nº 2

Par: 6,46 mkg

Velocidad: 1500 rpm

K=(970,65) KW, (716,40) CV

Potencia: 10 KW (13,58 CV)

En el gráfico que sigue nos sorprenderá como dos motores muy diferentes en tamaño pueden ofrecer la misma potencia. El Par de alto valor se obtiene de motores lentos que habitualmente se fabrican para trabajar a 1500 rpm. Por el contrario motores de alta velocidad están destinados a pequeños generadores diésel o gasolina con uno o 2 cilindros a 3000 RPM.

potencia y par en los motores diesel

¿A que velocidad giran los generadores eléctricos?

La construcción de los generadores eléctricos o tambien denominados grupos electrógenos ha experimentado una evolución histórica hacia velocidades de giro que favorezcan máquinas más económicas y eficientes. Actualmente se ha universalizado la fabricación de generadores con alternador exclusivamente de 2 o de 4 polos.

En la ilustración de este Post podemos ver un histórico grupo electrógeno de emergencia ubicado hasta hace poco tiempo en un céntrico hotel. La velocidad de giro de esa máquina era muy lenta y por tanto su tamaño muy grande. Trabajaba a 500 rpm (6 pares de polos) para producir 600 KVA a 50 Hz y 230 V trifásica.

Las velocidades universalizadas en el mercado actual (con redes a 50 Hz), son: para pequeños generadores a gas, gasolina y diésel: 3000 rpm. Para máquinas mayores 1500 rpm.

Velocidades usuales a nivel internacional fuera de Europa

En el mercado americano, en parte del asiático y en la marina a nivel mundial, se utiliza la frecuencia de 60 Hz.

Esta frecuencia es exactamente un 20% superior a la de 50 Hz. Para obtenerla de la misma máquina basta con acelerar el motor en la misma medida, es decir un 20%. Este cambio lo comprobaremos con la formula que relaciona velocidad y frecuencia:

N(rpm)=F(frecuencia)x60(constante)/p(pares de polos)

EJEMPLO-1, a 50 Hz: (máquina 1 par de polos):

50x60/1=3000 rpm

EJEMPLO-1, a 60 Hz: (máquina 1 par de polos):

60x60/1=3600 rpm

EJEMPLO-2, a 50 Hz: (máquina 2 pares de polos):

50x60/2=1500 rpm

EJEMPLO-2, a 60 Hz: (máquina 2 pares de polos):

60x60/2=1800 rpm

Como consecuencia paralela cambia también la tensión obtenida que sube un 20% y finalmente la potencia, en teoría también un 20%.

¿Que normativa de POTENCIA cumplen los grupos electrógenos?

Conviene familiarizarnos con la terminología de uso internacional aceptada por todos los fabricantes para definir la potencia de los generadores eléctricos:

Potencia de reserva (STANDBY POWER)

Potencia máxima para utilización como emergencia. Limitada a 500 horas al año. No admite sobrecarga. Destinada a cargas variables. Factor de utilización: 70%. Potencia con combustible bloqueado (fuel stop power) de acuerdo con ISO 3046/1, AS2789, DIN 6271 y BS5514.

PRP, potencia primaria nominal (PRIME POWER)

Potencia para servicio continuo sin límite de tiempo. Sobrecargable un 10% durante una hora cada doce. Los periodos de sobrecarga no superaran las 400 horas al año. Destinada a cargas variables. Factor de utilización: 70%. Potencia con combustible bloqueado (fuel stop power) de acuerdo con ISO 3046/1, AS2789, DIN 6271 y BS5514.

LTP, potencia por tiempo limitado (LIMITED TIME RUNNING POWER)

Potencia máxima para cargas no variables del 100% , limitadas a un máximo de 700 horas al año. No admite sobrecarga. Factor de utilización 100%. Potencia LTP de acuerdo con ISO8528, ISO 3046/1, AS2789, DIN 6271 y BS5514.

COP, Potencia continua nominal (CONTINUOS POWER)

Potencia máxima para cargas no variables del 100%, utilizada sin límite de tiempo. . No admite sobrecarga. Factor de utilización 100%. Potencia LTP de acuerdo con ISO8528, ISO 3046/1, AS2789, DIN 6271 y BS5514

¿Como calcular la potencia de un generador de emergencia?

Resulta difícil elaborar un cálculo matemático exacto y universal. Las variables son importantes: arranques que se suman aleatoriamente a la masa ya conectada (por ejemplo ascensores o compresores de frío), conexión generalizada sin retraso en cascada tras un corte de red (todo lo que estaba conectado ... quiere seguir estando), incluso bombas contraincéndios de las que nadie se acordaba aprovechan que ha arrancado el generador para ponerse en marcha.

Como quiera que la suma de los receptores elegidos como prioritarios no es infinita se impone evaluar su cuantía elaborando al menos dos listas, una para receptores “tranquilos y otra para sumar los de fuerte consumo en el arranque o “agresivos. En el gráfico que sigue, figuras 1 y 2 observamos que la suma vectorial de la potencia real en KVA de los receptores ejemplo, afectados cada uno con su respectivo cos phi, es inferior en general la que resulta de suponer un cos phi unificado de 0´8 (utilizado universalmente para definir potencia en KVA de un generador) lo cual simplifica enormemente el cálculo y además nos aseguramos de cubrir por exceso la demanda.

diagrama de potencias

receptores "TRANQUILOS"

Aquí construiremos una lista de los receptores prioritarios con la característica común de presentar el mismo consumo en el arranque que en servicio. Deben figurar sus potencias y factor de simultaneidad, para establecer una suma final de potencia demandada:

receptores "AGRESIVOS"

En este colectivo situaremos los receptores prioritarios con la característica de incorporar motor de inducción. La normativa exige utilizar para la puesta en marcha de motores superiores a 5 CV (4 KW) un sistema que limite la corriente de arranque directo (6 a 8 veces la nominal). En la práctica el tradicional estrella-triángulo, los arrancadores electrónicos SOFT START, incluso otros ya en desuso, limitan dichas corrientes a 3-4 veces. Aun asi estas extracorrientes naturalmente las debe suministrar el generador. Un motor por ejemplo de 30 KW, durante el arranque (3-10 seg) puede convertirse para el generador en un “monstruo“ consumidor de 4x30=120 KW.

Afortunadamente esto no es cierto del todo. Hay dos fenómenos que limitan la potencia punta. El primero, el cos phi durante el arranque que baja al 0´35 de promedio. Como sabemos la potencia en KW=V3 x V x I x cos phi, por tanto el resultado del producto reduce considerablemente los KW. El segundo tiene que ver con la aparición brusca de la sobrecorriente en el bobinado del generador. La reactancia subtransitoria del alternador (X“d) provoca una caida de tensión breve pero inevitable con el resultado de una reducción de tensión en torno al 15%, la cual vuelve a bajar en la misma medida el resultado en la fórmula anterior. En consecuencia vamos a preveer un aumento del 20% en los KVA/ud para receptores en “situación de arranque“.

No olvidemos que la potencia nominal de un motor eléctrico es la útil en el eje, no es la absorbida del generador que es mayor, como sabemos esta segunda se obtiene afectando a la primera con el rendimiento indicado por el fabricante (75-95%).

Las SAI´S que abastecen a ordenadores pueden constituir el principal consumidor en algunas empresas. Tras un corte de red y conectadas al generador vuelven a suministrar a los ordenadores y además ponen en carga sus baterías, la suma de ambas potencias puede llegar al 130% de su potencia nominal.

LA ELECCIÓN DEL GENERADOR

Yá conocemos las necesidades de nuestra instalación. Ahora dirigimos nuestra atención al catálogo-tarifa de precios. El generador puede ser abierto o insonorizado, pero cualquiera que sea nuestra preferencia debemos elegir un tamaño, una potencia concreta. ¿cual de las cuatro citadas mas arriba?.
- Salvo unidades especiales (centrales térmicas, cogeneración), los fabricantes identifican universalmente sus generadores por estas dos potencias:

PRP, potencia primaria nominal (PRIME POWER):

La máquina queda definida íntegramente por la primera (PRP) la cual permite una sobrecarga temporal del 10%.

LTP, potencia por tiempo limitado (LIMITED TIME RUNNING POWER):

La potencia de emergéncia (LTP), no sobrecargable, en la práctica coincide con la PRP + 10%.
En el lenguaje técnico es habitual designarlas como potencia en servicio continuo/emergencia, refiriéndose a la potencia PRP/LTP.

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