t030-Es -Manual Generadores Cummings

c2

T-030 AppMAnuAl cover

M Y K

InITIAls dATeJOB # cnA110027 DATE 2.10.11CLIENT cummins power Generation

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CD Brien spanier

AD Benson Hardy

CW don Flanagan

DS

AM christie Graham

PM Katie desmet

CLIENT

COLOR cMYK | pMs 485

pMs485

Manual de AplicacinConjuntos Generadores enfriados con LquidoNuestra energa trabajando para ti.

North America1400 73rd Ave. NEMinneapolis, MN 55432USAPhone 1 763 574 5000Fax 1 763 574 5298

Asia Pacific10 Toh Guan Road, #07-01,TT International TradeparkSingapore 608838Phone 65 6417 2388Fax 65 6417 2399

BrazilRua Jati, 310, CumbicaGuarulhos, SP 07180-900BrazilPhone 55 11 2186 4195Fax 55 11 2186 4729

China8 Wanyuan Street, Beijing Economicand Technological Dev. AreaBeijing 100176P.R. ChinaPhone 86 10 6788 2258Fax 86 10 6788 2285

Europe, CIS, Middle East and AfricaManston Park Columbus Ave.Manston Ramsgate, Kent CT 12 5BFUnited KingdomPhone 44 1843 255000Fax 44 1843 255902

India35A/1/2, Erandawana,Pune 411 038IndiaPhone 91 020 6602 7525Fax 91 020 6602 8090

Latin America3350 SW 148th Ave., Suite 205 Miramar, FL 33027USAPhone 1 954 431 5511Fax 1 954 433 5797

MexicoEje 122 No. 200 Zona IndustrialSan Luis Potos, S.L.P. 78395MexicoPhone 52 444 870 6700Fax 52 444 824 0082

www.cumminspower.com

2011 Cummins Power Generation Inc.All rights reserved. Cummins Power Generation and Cummins are registered trademarks of Cummins Inc. PowerCommand is a registered trademarkof Cummins Power Generation. Other company, product, or service names may be trademarks or service marks of others. Specifications are subject to change without notice. T-030G (Rev 01/11)

CNA110027_T-030 App Manual Cover_Spa 1-2 2/10/11 2:33 PM

Manual de Aplicacin - Conjuntos Generadores Enfriados con Lquido

Rev. mayo 2010

GARANTA vii1 INTRODUCCIN 1-2

Generalidades 1-2Acerca de Este Manual 1-2Manuales Relacionados a la Aplicacin 1-3Seguridad 1-4

2 DISEO PRELIMINAR 2-2Generalidades 2-2Requerimientos de Potencia 2-2

Requerimientos Generales 2-2Requerimientos Especficos 2-2Tipos y Capacidades del Sistema 2-3

El Diagrama Unifilar 2-4Lineamientos para los Rangos de Potencia del Conjunto Generador 2-4

Potencia En Espera 2-4Potencia Primaria 2-5Potencia de Carga Base (Potencia Continua) 2-6

Dimensionamiento 2-6Consideraciones de la Ubicacin 2-6

Consideraciones para la Ubicacin en el Exterior 2-7Consideraciones para la Ubicacin en el Interior 2-8

Consideraciones para la Seleccin del Combustible 2-9Combustible Diesel 2-9Combustible Biodiesel 2-10Gas natural 2-10LPG (Gas Licuado de Petrleo) 2-10Gasolina 2-10Combustibles Sustitutos 2-10

Consideraciones Ambientales 2-11Ruido y Tratamiento del Ruido 2-11Niveles y Regulaciones del Ruido 2-11Regulaciones para las Emisiones del Escape del Motor 2-11Regulaciones para el Almacenamiento del Combustible 2-11Proteccin contra Incendios 2-12

Cuestionario del Diseo Preliminar 2-133 IMPACTO DE LA CARGA ELCTRICA EN LA DIMENSIN DEL GENERADOR 3-2

Generalidades 3-2Aplicaciones y Rangos de Servicio 3-2

Rangos de Servicio del Conjunto Generador 3-2Aplicaciones Obligatorias y Opcionales 3-2

Entendiendo las Cargas 3-3Requerimientos de Arranque y funcionamiento de las Cargas 3-3Secuenciado la carga por pasos 3-4Tipos de Cargas 3-4

Caractersticas de la Carga 3-12

NDICE

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Rev. mayo 2010

4 SELECCIN DEL EQUIPO 4-3Generalidades 4-3Alternadores 4-3

Voltaje 4-3Aislamiento y Capacidades 4-3Devanados y Conexiones 4-5Fundamentos y Excitacin 4-5

Motores 4-11Gobernadores 4-11Sistemas de Arranque del Motor 4-11

Controles 4-13Basados en Relevadores 4-13Con Base Electrnica (Microprocesador) 4-14Electrnicos de Autoridad Total 4-14Opciones de Control 4-15

Accesorios y Opciones 4-15Seguridades de los controles y Anunciadores 4-15Interruptores de Circuito de la Lnea Principal 4-15Bateras y Cargadores de Batera 4-16Sistemas de Escape y Silenciadores 4-17Casetas (Cabinas) 4-18Configuraciones de Enfriamiento y Ventilacin Alternas 4-18Sistemas de Mantenimiento del Nivel de Aceite Lubricante 4-19Dispositivos de Calentamiento para Conjuntos Generadores En Espera 4-19Tanques de Combustible (Diesel) 4-21Montaje de Aisladores de Vibracin 4-22Equipo de Conmutacin de Energa 4-22Necesidades Adicionales del Equipo 4-23

5 DISEO ELCTRICO 5-3Generalidades 5-3Diseos Tpicos del Sistema Elctrico 5-3

Lineamientos Generales 5-3Requerimientos 5-4Recomendaciones 5-4Sistemas Tpicos de Bajo Voltaje 5-5Sistemas Tpicos de Medio y Alto Voltaje 5-7Elegir un Transformador para el Generador 5-8Generadores Sencillos versus Paralelos 5-12Sistemas Combinados de Generador y Servicios 5-14Distribucin de Energa 5-16

Conexiones Elctricas 5-17Generalidades 5-17Conexiones de Energa CA al Generador 5-18Conductores de Energa CA 5-19Carga con Factor de Potencia Adelantado 5-21

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Rev. mayo 2010

Aterrizado del Sistema y el Equipo 5-22Coordinacin Selectiva 5-23

Falla y Proteccin de Sobre-Corriente con Conjuntos Generadores 5-25Dimensionar un Interruptor de Circuito del Generador de Lnea Principal 5-25Fuentes del Conjunto Generador 5-26Proteccin de Sobrecargas de los Generadores 5-27Voltaje Medio, Todas las Aplicaciones 5-30

6 DISEO MECNICO 6-5Cimentacin y Montaje 6-5

Montaje del Generador y Aislamiento de Vibraciones 6-5Medidas de la Cimentacin 6-5Cimentacin para el Aislamiento de la Vibracin 6-6Aisladores de Vibracin 6-7Resistencia a Terremotos 6-9Proteccin Contra Tirones del Cableado de Energa y Control 6-9

Sistema de Escape 6-9Lineamientos Generales del Sistema de Escape 6-9Clculo del Sistema de Escape 6-12

Enfriamiento del Motor 6-15Requisitos 6-15Recomendaciones 6-17Generalidades 6-17Tipos de Sistemas de Enfriamiento 6-18Sistemas de Enfriamiento Suministrados de Planta 6-19Sistemas de Enfriamiento Suministrados No-de-Planta 6-19Refrigerante 6-29Altitud y Temperatura Ambiente 6-31Enfriamiento del Alternador 6-31Obstruccin del Sistema de Enfriamiento 6-31Calidad del Servicio 6-32Aplicaciones Mviles 6-32

Enfriamiento del Motor 6-32Radiador Montado en Patn 6-33Radiador Remoto 6-33Sistema de Radiador Remoto con Tipo de Deaereacin 6-35Radiador Remoto con Bomba de Enfriamiento Auxiliar 6-35Radiador Remoto con Pozo Caliente 6-36Enfriamiento del Motor de Circuito Mltiple Radiadores Remotos 6-37Radiadores para Aplicaciones de Radiador Remoto 6-38Enfriamiento de Combustible con Radiadores Remotos 6-40Clculos de Dimensionamiento para Tubera de Enfriamiento 6-41

Ventilacin 6-42Generalidades 6-42Requisitos 6-43Recomendaciones 6-43

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Rev. mayo 2010iv

Determinando los Requisitos de Flujo de Aire 6-47Requisitos del Diseo de Entrada y Salida de la Ventilacin del Cuarto 6-47Calculando el rea de Flujo Efectivo de Entrada/Salida 6-48Lineamientos para el Diseo de la Entrada y la Salida 6-49Presin Negativa en el Cuarto del Conjunto Generador 6-49Ventilacin del Crter del Motor 6-50Restriccin del Flujo de Aire 6-50Ventilando Conjuntos Generadores Mltiples 6-51Operacin de las Persianas 6-52Muros de Bloqueo 6-52Filtrado del Aire de Ventilacin 6-52Altitud y Temperatura Ambiente 6-53Verificacin del Sistema 6-53Lineamientos Generales 6-54Clculos del Flujo de Aire 6-55Prueba en Campo de los Sistemas de Ventilacin 6-56Ventilacin del Radiador Montado en el Patn 6-56Ventilacin con Aplicaciones de Intercambiador de Calor o Radiador Remoto 6-58Ejemplo del Clculo del Flujo de Aire de Ventilacin 6-58

Suministro de Combustible 6-59Suministro de Combustible Diesel 6-59Tubera de Combustible Diesel 6-65Tanque de Combustible Sub-Base 6-66Tanques de Da 6-66Suministro de Combustible Gaseoso 6-66Calidad del Combustible Gaseoso 6-67Diseo del Sistema de Combustible del Conjunto Generador 6-69Diseo del Sistema de Combustible del Sitio 6-69Clculos de Presin del Combustible Sistema de Combustible Gaseoso 6-71

Reducir el Ruido en Aplicaciones del Conjunto Generador 6-73La Ciencia del Ruido 6-73Ruido del Conjunto Generador 6-75Estructura de Reduccin Ruido Transmitido 6-76Reducir el Ruido en el Aire 6-76Casetas con Atenuacin del Sonido (Cabinas) 6-76Desempeo del Silenciador del Escape 6-77

Proteccin Contra Incendios 6-77Diseo del Cuarto del Equipo 6-78

Consideraciones Generales 6-78Instalaciones Arriba del Techo 6-79


Rev. mayo 2010v

7 Cuestionario de Salud, Seguridad y Medio Ambiente 7-2

Cuestionario para el Proyecto e Instalacin 7-2

Cuestionarios de Instalacin Abierto 7-6

Cuestionarios de Instalacin Cerrado 7-8

Cuestionario de Pre - Arranque 7-11

Cuestionario de Arranque 7-13


Rev. mayo 2010vi

APNDICE A A-3Dimensionamiento de Conjuntos Generadores con GenSizet A-3

Generalidades A-3Parmetros del Proyecto A-4Metiendo las Cargas A-6Definicin de Trminos A-7Clculos Detallados de la Carga A-8Clculos Miscelneos de la Carga A-11Metiendo las Cargas en Pasos A-12Consideraciones de los Pasos de la Carga A-12Lineamientos de la Secuencia en Pasos A-12Recomendaciones y Reportes A-13Reportes A-17

APNDICE B B-2Arranque del Motor con Voltaje Reducido B-2Una Comparacin de los Mtodos para el Arranque del Motor B-2

Arranque del Motor con Voltaje Pleno B-2Arranque del Motor con Autotransformador, Transicin Abierta B-3Arranque del Motor con Autotransformador, Transicin Cerrada B-3Arranque del Motor con Reactor, Transicin Cerrada B-4Arranque del Motor con Resistencia, Transicin Cerrada B-4Arranque del Motor Delta-Estrella, Transicin Cerrada B-5Arranque del Motor con Devanado Partido, Transicin Cerrada B-5Arranque del Motor con Rotor Devanado B-6Arranque del Motor Sncrono B-6Nota de Aplicacin General B-7

APNDICE C C-2Voltajes y Suministros Mundiales C-2

APNDICE D D-2Frmulas tiles D-2

APNDICE E E-2Mantenimiento y Servicio E-2

Diario E-2Semanal E-2Mensual E-2Semestral E-3Anual E-3

APNDICE F F-2Cdigos y Estndares F-2

Estndares de Productos Relacionados F-2Modificacin de Productos F-2

APNDICE G G-2Glosario G-2

APNDICE H H-2Lista de Figuras H-2

APNDICE I I-1Lista de Tablas I-2


Rev. mayo 2010

Garanta: Este manual se publica nicamente para propsitosde informacin y no debe considerarse que incluya todo. Sise requiere de ms informacin, consulte a Cummins PowerGeneration. La venta del producto mostrado o descrito en estaliteratura est sujeta a los trminos y condiciones descritos enlas polticas apropiadas de venta de Cummins Power Generationu otros convenios contractuales entre las partes. Esta literaturano est pensada para ningn contrato ni lo ampla o se agregaa l. La nica fuente que gobierna los derechos y reparacionesde cualquier comprador de este equipo es el contrato entre elcomprador y Cummins Power Generation.

NO SE HACE NINGUNA GARANTA, EXPRESA O IMPLCITA,INCLUYENDO LAS GARANTAS DE COMPATIBILIDAD PARAUN PROPSITO O COMERCIALIZACIN EN PARTICULAR,O LAS GARANTAS QUE SURJAN DEL CURSO DEL TRATOO USO, CON RELACIN A LA INFORMACIN,RECOMENDACIONES Y DESCRIPCIONES CONTENIDAS ENEL PRESENTE. Cada cliente es responsable del diseo yfuncionamiento de los sistemas de su edificio. No podemosgarantizar que las especificaciones de los productos deCummins Power Generation son los apropiados y suficientespara sus propsitos. Usted debe estar satisfecho en cuantoa ese punto.

vii

Garanta

En ningn caso Cummins Power Generation ser responsablecon el cliente o el usuario en el contrato, de agravio (incluyendonegligencia), estricta responsabilidad legal o por otro lado deningn dao especial, indirecto, incidental o resultante o prdidasea la que fuere, incluyendo pero no limitado al dao o prdidadel uso del equipo, planta o sistema de potencia, costo ocapital, prdida de potencia, gastos adicionales en el uso deinstalaciones de energa existentes, o reclamaciones contra elcomprador o usuario por sus clientes resultantes del usode la informacin, recomendaciones y descripciones contenidasen la presente.


Rev. mayo 2010

CAPTULO 1 NDICE

1 INTRODUCCIN 1-2Generalidades 1-2Acerca de Este Manual 1-2Manuales de Aplicacin Relacionados 1-3Seguridad 1-3

1-1


Rev. mayo 2010

GeneralidadesEl mundo est haciendo ms y ms dependiente de laelectricidad. Los suministros de energa elctrica son crticoscasi para cualquier instalacin y un suministro elctrico confiablees vital a un nmero de instalaciones en aumento. Lasinstalaciones como los grandes edificios de oficinas y plantas,as como las instalaciones de telecomunicaciones, centros dedatos y proveedores de servicio de Internet, dependen que laenerga elctrica est disponible las 24 horas del da, siete dasa la semana esencialmente sin interrupciones. Esta necesidadtambin est estimulada por la continua proliferacin decomputadoras electrnicas para el procesamiento de datos,control de procesos, sistemas de apoyo a la vida y lascomunicaciones mundiales de las cuales todas exigen unflujo continuo e ininterrumpido de energa elctrica. Ms allde las preocupaciones por la confiabilidad, existen incentivoseconmicos en crecimiento que favorecen la instalacin deconjuntos moto-generadores en el lugar. Como resultado, losconjuntos moto-generadores rutinariamente estn siendoespecificados para la construccin de edificios nuevos ascomo para actualizaciones. Proporcionan energa deemergencia en el caso de la falla del servicio de energa y sepueden usar para reducir el costo de la electricidad donde laestructura y poltica de la tarifa del servicio local, los hacenuna opcin viable. Debido a su importante papel, los conjuntosgeneradores deben especificarse y aplicarse de tal maneraque proporcionen energa elctrica confiable de la calidad ycapacidad requeridas.

El suministro elctrico de energa primaria, tanto paracomunidades remotas que no tienen el servicio de la red deenerga elctrica comercial, como para aquellos sitios dondela red de energa comercial por alguna razn no est disponiblepor periodos prolongados, tambin se est convirtiendo enun requisito, en lugar de un lujo, para muchos usuarios.

Sin importar para qu se piensa usar la energa en el sitio, laconfiabilidad del servicio del equipo en el sitio, el desempeoy la efectividad en costos son preocupaciones primarias delos usuarios. El propsito de este manual es el de proporcionaruna gua para los diseadores del sistema y las instalacionespara la seleccin del equipo apropiado para una instalacinespecfica y, el diseo de las instalaciones, para que sesatisfagan las necesidades de estos sistemas comunes.

1-2

1 - INTRODUCCIN

Acerca de este ManualEste manual describe la especificacin y la aplicacin deconjuntos generadores estacionarios, enfriados con lquido, adiesel y encendidos por chispa conocidos en este manualcomo conjuntos generadores. Este manual consiste de sietesecciones principales: Diseo Preliminar, Impacto de la CargaElctrica en el Dimensionamiento del Generador, Seleccin delEquipo, Diseo Elctrico, Diseo Mecnico y el Apndice.

El Diseo Preliminar describe las consideraciones preliminarespara un proyecto de conjunto generador. Los requisitos parael equipo y la instalacin varan dependiendo de las razonespara tener el conjunto generador y la intencin de su uso.Cuando se disea una instalacin de conjunto generador,revisar y entender estas razones es til como el punto de iniciopara el diseo del sistema y las opciones del equipo.

El Impacto de la Carga Elctrica en el Dimensionamiento delGenerador explica los varios tipos de carga, sus caractersticasy su impacto en el tamao del generador, operacin y opcionesde equipo del conjunto generador. Tambin se cubre el tpicode la secuencia de la conexin de la carga.

La Seleccin del Equipo explica las partes fundamentales deun conjunto generador y el equipo relacionado, sus funcionesy las interrelaciones y los criterios para las opciones. Se tratanlas caractersticas funcionales, los criterios para las opcionesy el equipo opcional necesario.

El Diseo Elctrico cubre el diseo de la instalacin del generadory los sistemas elctricos relacionados, su interfaz con lasinstalaciones junto con los tpicos de la proteccin a la cargay al generador. El diseo elctrico y la planeacin del sistemade generacin en el sitio es crtico para la operacin apropiadadel sistema y su confiabilidad.


Rev. mayo 2010

El Diseo Mecnico cubre el diseo de la instalacin delconjunto generador y los sistemas mecnicos relacionadosjunto con su interfaz con las instalaciones. El diseo mecnicoy la planeacin del sistema de generacin en el sitio es crticopara la operacin del sistema y su confiabilidad. Los tpicosincluyen la cimentacin y el montaje, sistemas de escape,sistemas de enfriamiento, ventilacin, sistemas de combustible,reduccin del ruido, proteccin contra incendios y el cuartodel equipo.

El Apndice contiene numerosos tpicos tiles que incluyenun resumen del programa para el dimensionamiento GenSizey el contenido del Power Suite. Tambin se incluye unaexposicin del arranque del motor a voltaje reducido y tilesreferencias de los voltajes en el mundo, referencias demantenimiento, frmulas, referencias de Cdigos y Estndaresy un glosario de trminos.

Este manual describe la aplicacin de generadores estacionarios.Este manual no cubre la aplicacin de generadores comercialesdiseados como estacionarios en aplicaciones mviles, loscuales generalmente se consideran ser una aplicacin noanunciada. Cummins Power Generation (CPG) no apruebaninguna aplicacin mvil de sus generadores comercialesexcepto en aquellas aplicaciones especficamente diseadasy probadas por CPG. Si los distribuidores o clientes de CPGdesean aplicar los generadores comerciales diseados comoestacionarios en otras aplicaciones mviles, entonces debenhacerlo slo despus de un extenso anlisis, prueba y claracomunicacin con el cliente usuario final con relacin a lasposibles limitaciones en la vida de uso o de diseo del generador. CPG no puede asegurar que los atributos del producto sonlos propios y suficientes para las aplicaciones mviles delcliente, por lo tanto, cada cliente debe quedar satisfecho pors mismo en ese punto. Cada cliente es responsable del diseoy funcionamiento de su propia aplicacin e instalacin.

Una barra negra colocada a la izquierda del prrafo es unaseal que el texto en ese prrafo ha cambiado o que el prrafoes nuevo desde la ltima versin.

Manuales Relacionados a la AplicacinToda instalacin de conjunto generador requiere del equipo detransferencia de energa, bien sea interruptores de transferenciao conmutadores de paralelismo. El sistema apropiado parael trabajo y su aplicacin apropiada son cruciales para obteneruna operacin confiable y segura. Los siguientes manualesde aplicacin de Cummins Power Generation tratan los aspectosrelacionados a los sistemas de energa en emergencia. Puestoque estos manuales cubren aspectos que exigen de decisionesque deben tomarse a principios del proceso del diseo, debernrevisarse junto con este manual.

Manual de Aplicacin T011Sistemas de Transferencia dePotencia Automticos. Muchas aplicaciones utilizan mltiplesfuentes de energa para mejorar la confiabilidad del sistema deenerga elctrica. stos a menudo incluyen tanto el serviciode la red pblica como el conjunto generador para las cargascrticas. El T011 cubre lo diferentes tipos de sistemas detransferencia de energa disponibles y las consideraciones parasu uso y aplicacin. Una cuidadosa consideracin del sistemade conmutacin de energa al inicio del proyecto le permitiral diseador ofrecer el servicio viable ms econmico y msconfiable al usuario de las instalaciones.

Manual de Aplicacin T016Paralelismo y Conmutador deParalelismo. El equipo de paralelismo hace que dos o msconjuntos generadores se comporten como un conjunto grande. Esto puede ser ventajoso econmicamente, en especial cuandola carga total es mayor a 1000 kW. La decisin de usarconjuntos en paralelo debe hacerse en las etapas oportunasdel diseo, especialmente si el espacio y la necesidad deexpansiones futuras son factores crticos.

1-3


Rev. mayo 2010

SeguridadLa seguridad debe ser la preocupacin primaria del ingenierodiseador de las instalaciones.

La seguridad involucra dos aspectos: la operacin segura delpropio conjunto generador (y sus accesorios) y la operacinconfiable del sistema. La operacin confiable del sistema serefiere a la seguridad porque el equipo que afecta la vida y lasalud a menudo depende del conjunto generador como lossistemas de apoyo a la vida de los hospitales, iluminacin deegreso de emergencia, ventiladores del edificio, elevadores,bombas contra incendio, vigilancia y comunicaciones.Consulte la seccin de Referencias Tcnicas para obtenerinformacin sobre los cdigos elctricos y de incendio paraNorte Amrica, Centroamrica y Europa. Los estndares y,los cdigos en que se hace referencia a ellos, se actualizanperidicamente, exigiendo una revisin continua. El acatamientode todos los cdigos pertinentes es la responsabilidad delingeniero de diseo de las instalaciones. Por ejemplo, algunasreas pueden exigir un certificado de necesidad, permiso deuso del suelo, permiso de construccin u otros certificadosespecficos del sitio. Asegrese de revisar con las autoridadesgubernamentales locales al principio del proceso de planeacin.

NOTA: Si bien la informacin en este manual y los relacionadosestn pensados que sean exactos y tiles, no existe sustitutopara el juicio de un profesional de diseo de instalaciones aptoy con experiencia. Todo usuario final debe determinar si elconjunto generador seleccionado y el sistema de emergencia/en-espera es apropiado o no para la aplicacin.

1-4


Rev. mayo 2010

CAPTULO 2 NDICE

2-1

2 DISEO PRELIMINAR 2-2Generalidades 2-2Requerimientos de Energa 2-2

Requerimientos Generales 2-2 Requerimiento Especficos 2-2 Tipos de Sistemas y Rangos 2-3 Sistemas de Emergencia 2-3 Standby Requeridos Legalmente 2-3 Standby Opcional 2-3 Potencia Primaria 2-3 Rasurado de Picos 2-3 Recorte de Tarifa 2-3 Carga Base Continua 2-3 Co- Generacin 2-3 El Diagrama Unifilar 2-5

Lineamientos para los Rangos de Potencia del Conjunto Generador 2-6Potencia Standby 2-6Potencia Primaria 2-6

Potencia Primaria con tiempo Ilimitado de horas 2-6 Potencia Primaria con tiempo Limitado de horas 2-6

Potencia de Carga Base (Potencia Continua) 2-6Dimensionamiento 2-8Consideraciones para la Ubicacin 2-9

Consideraciones para la Ubicacin en el Exterior 2-9Consideraciones para la Ubicacin en el Interior 2-10

Consideraciones para la Seleccin del Combustible 2-11Combustible Diesel 2-11Combustible Biodiesel 2-12Gas natural 2-12LPG (Gas Licuado de Petrleo) 2-12Gasolina 2-13Combustibles Sustitutos 2-13

Consideraciones Ambientales 2-13Ruido y Tratamiento del Ruido 2-13Niveles y Regulaciones del Ruido 2-14Regulaciones para las Emisiones del Escape del Motor 2-14Regulaciones para el Almacenamiento del Combustible 2-14Proteccin contra Incendios 2-15

Cuestionario del Diseo Preliminar 2-16


Rev. mayo 2010

GeneralidadesDisear una instalacin para un conjunto generador exigeconsiderar los requerimientos del equipo y la instalacin. stosvaran dependiendo de las razones para tener el conjuntogenerador y la intencin de su uso. Revisar y entender estasrazones es un punto de inicio apropiado para las opciones dediseo y equipo del sistema.

Requerimientos de Potencia

Requerimientos GeneralesLa necesidad de generacin de electricidad en el sitio deemergencia y Standby normalmente es inducida porinstalaciones obligatorias para satisfacer los requerimientosdel cdigo de construccin y/o el riesgo de prdida econmicadebida a la prdida de la energa elctrica.Las instalaciones obligatorias para energa de emergencia yStandby, acatan desde los requerimientos del cdigo deconstruccin a los que hacen referencia los reglamentos delas autoridades federales, estatales, locales hasta de cualquierotro gobierno. Estas instalaciones se justifican en base a laseguridad de la vida humana, donde la prdida del suministrode energa normal representara peligros para la seguridad dela vida o la salud. Las instalaciones voluntarias de energaStandby por razones econmicas tpicamente se justifican conla atenuacin del riesgo de la prdida de servicios, datos yotros activos valiosos. Las instalaciones obligatorias y voluntariasde la generacin en el sitio se pueden justificar en base a lareduccin favorable de tarifas ofrecidas por los servicioselctricos. El mismo sistema de generacin en el sitio puedenusarse para ambas de estas necesidades generales, con talque las necesidades de la seguridad de la vida tengan prioridad,p.ej. la capacidad del generador y las disposiciones detransferencia de carga.

Requerimientos EspecficosUna amplia gama de requerimientos especficos resultan enla necesidad de sistemas de generacin de electricidad en elsitio. Algunas necesidades comunes se describen enseguida.

Iluminacin: Iluminacin de salida para la evacuacin, sealesde salida iluminadas, iluminacin de seguridad, luces deadvertencia, iluminacin en salas de operacin, iluminacin enelevadores, iluminacin del cuarto del generador, etc.

Energa de Control: Energa para el control de calderas,compresores de aire y otros equipos con funciones crticas.

Transporte: Elevadores para el uso del departamento debomberos.

Sistemas Mecnicos: Control de humo y ventiladores depresurizacin, tratamiento de agua residual, etc.

Calentamiento: Calor critico para procesos.Refrigeracin: Bancos de sangre, almacenamiento de alimentos,etc.

Produccin: Energa crtica para procesos en laboratorios,procesos de produccin farmacutica, etc.

Acondicionamiento del Espacio: Enfriamiento para cuartos deequipo de computacin, enfriamiento y calentamiento paragente vulnerable, ventilacin de atmsferas peligrosas, ventilacinde contaminantes o contaminacin biolgica, etc.

Proteccin Contra Incendios: Bombas contra incendio, bombasde baja presin, alarmas y anuncios.

Procesamiento de Datos: Sistemas UPS y de enfriamiento paraevitar la prdida de datos, prdida de memoria, corrupcin delprograma.

Apoyo a la Vida: Hospitales, casas de cuidado y otrasinstalaciones al cuidado de la salud.

Sistemas de Comunicaciones: Servicio de emergencia (911),polica y estaciones de bomberos, sistemas de llamado pblicoen edificios altos, etc.

Sistemas de Seales: Control de Trnsito de ferrocarriles,barcos y areo.

2-2

2 - DISEO PRELIMINAR


Rev. mayo 2010

Tipos y Capacidades del SistemaLos sistemas de generacin de energa en el sitio se puedenclasificar por el tipo y la capacidad del equipo de generacin.El equipo de generacin se clasifica usando las capacidadesen-emergencia, primaria y contina. Las definiciones de lascapacidades son importantes para entender cuando aplicarel equipo. Por favor consulte los lineamientos de capacidadque siguen. El tipo del sistema de generacin en el sitio y lacapacidad apropiada a usar se basa en la aplicacin. Vea laTabla 2-1 y las descripciones de lo siguiente.

Sistemas de EmergenciaLos sistemas de emergencia generalmente se instalan segnse exijan para la seguridad pblica y sean obligatorios por ley. Tpicamente estn pensados para proporcionar energa eiluminacin por periodos cortos para tres propsitos: permitiruna evacuacin segura de edificios, para equipo de apoyo ala vida y crtico para gente vulnerable o para sistemas decomunicaciones crticos e instalaciones usadas para seguridadpblica. Los requisitos del cdigo tpicamente especifican lacarga mnima del equipo al que se le va a dar servicio.

Standby Exigido LegalmenteLos sistemas Standby legalmente exigidos, generalmente seinstalan como lo ordenan los requisitos legales para la seguridadpblica. Estos sistemas tpicamente estn pensados paraproporcionar energa e iluminacin por periodos cortos dondeson necesarios para evitar peligros o para facilitar las operacionesde combate de incendios. Los requisitos del cdigonormalmente especifican la carga mnima del equipo al quese le va a dar servicio.

Standby OpcionalLos sistemas Standby opcionales generalmente se instalandonde la seguridad no est en riesgo, pero la prdida deenerga podra causar una prdida econmica comercial o deingresos, interrumpir un proceso crtico o causar unainconveniencia o incomodidad. Estos sistemas tpicamentese instalan en centros de datos, granjas, edificios comercialese industriales y residencias. Al propietario del sistema se lepermite seleccionar las cargas que se conectaran al sistema.Adems de proporcionar una fuente de energa Standby encaso de la prdida de un suministro de energa normal, lossistemas de generacin en-sitio tambin se usan para lossiguientes propsitos.

Potencia PrimariaLas instalaciones de potencia primaria usan la generacin en-sitio en lugar de un suministro de red pblica, tpicamentedonde no se dispone de la energa de servicio. Un sencillosistema de energa primaria utiliza cuando menos dos conjuntosgeneradores y un interruptor de transferencia para transferirel suministro a las cargas entre ellos. Uno u otro de losconjuntos generadores opera continuamente con una cargavariable y el segundo conjunto generador sirve como respaldoen caso de una falla y para permitir el tiempo muerto para elmantenimiento requerido. Un reloj de conmutacin entre elinterruptor de transferencia alterna el conjunto generador ldera un intervalo predeterminado.

Rasurado de PicosLas instalaciones para el rasurado de picos utilizan la generacinen-sitio para reducir o allanar los picos de electricidad con elpropsito de ahorrar dinero en los cargos por demanda deenerga. Los sistemas de rasurado de picos requieren de uncontrolador que arranque y opere el generador en-sitio en losmomentos apropiados para allanar las demandas pico delusuario. La generacin instalada para propsitos Standbytambin puede usarse para el rasurado de picos.

Reduccin de TarifaLas instalaciones para reduccin de la tarifa usan generacinen-sitio de acuerdo con los convenios de la tarifa de energaelctrica con los servicios de electricidad pblicos. A cambiode tarifas de energa favorables el usuario conviene operar losgeneradores y asume una cantidad de carga (kW) especificadapor ao. La generacin instalada para propsitos de Standbytambin puede usarse para la reduccin de tarifa.

Carga de Base ContinuaLas instalaciones para carga de base continua usan generacinen-sitio para suministrar energa (kW) constante tpicamentepor medio de equipo de interconexin con una red de servicio. Estas instalaciones normalmente son de los servicios deelectricidad o estn bajo su control.

Co-GeneracinA menudo, la generacin para carga de base continua se usaen la aplicacin de Co-Generacin. Puesto simplemente, laCo-Generacin utiliza tanto la generacin de electricidad directacomo el calor de los desechos del escape para sustituir la

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energa suministrada por el servicio pblico. El calor de desechose captura y cualquiera de los dos se usa directamente o seconvierte en electricidad.

Figura 2-1. Diagrama Unifilar Tpico de un Sistema deDistribucin Elctrico.

El Diagrama UnifilarUn diagrama unifilar del sistema elctrico es un elementoimportante para entender el sistema y el arreglo de lasconexiones. Puede ser especialmente crtico para comunicaresa informacin durante la planeacin, instalacin, arranque

y/o al darle servicio al sistema. Estos diagramas describen loscomponentes principales como generador(es), equipo detransferencia de energa, relevadores de proteccin, proteccina sobre-corriente y el esquema de conexiones en general.Debe desarrollarse un diagrama unifilar tan pronto como seaposible durante la planeacin del proyecto para ayudar en eldiseo del sistema. La Figura 2-1 es un diagrama unifilar tpicode un sistema de generacin bsico.

Lineamientos para los Rangos de Potenciadel Conjunto GeneradorLos rangos de potencia de los conjuntos generadores laspublican los fabricantes11. Estos rangos describen lascondiciones mximas permisibles de carga de un conjuntogenerador. El conjunto generador ofrece un desempeo y vidaaceptables (tiempo entre reparaciones) cuando se aplica deacuerdo con las capacidades publicadas. Tambin es importanteoperar los conjuntos generadores a una carga mnima suficientepara lograr las temperaturas normales y quemar apropiadamenteel combustible. Cummins Power Generation recomienda queun conjunto generador se opere a un mnimo del 30% de sucapacidad mostrada en la placa de datos.

Las siguientes explicaciones describen los tipos de capacidadusados por Cummins Power Generation. Las Figuras 2-2 a 2-5, asociadas, describen los niveles de carga (P1, P2, P3, etc.)y el tiempo a ese nivel de carga (T1, T2, T3, etc.) permitidobajo las diferentes capacidades.

Rango de Potencia en StandbyLa capacidad de potencia en Standby se aplica para energade emergencia donde la energa se suministra por la duracinde la interrupcin de energa normal. ste no dispone de lacapacidad de sobrecarga sostenida (equivalente a Potenciade Paro de Combustible de acuerdo con ISO3046, AS2789,DIN6271 y BS5514). Esta capacidad se aplica en instalacionesa las que les da servicio una fuente de servicio pblico normalconfiable. Esta clasificacin slo es aplicable a cargas variablescon un factor de carga promedio de 70 por ciento durante 24horas de la capacidad Standby por un mximo de 200 horasde operacin por ao. En instalaciones donde la operacin esprobable que exceda las 200 horas por ao a carga variableo 25 horas por ao al 100% de la capacidad, la capacidad depotencia primaria deber ser aplicada. La capacidad Standby


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slo es aplicable en emergencia y Standby donde el conjuntogenerador sirve como respaldo a la fuente de servicio pbliconormal. Con esta capacidad no se permite la operacinsostenida en paralelo con el servicio. Para las aplicaciones querequieran una operacin sostenida en paralelo con el servicio,debe utilizarse la capacidad de potencia primaria o de cargabase.

Rango de Potencia PrimariaLa capacidad de potencia primaria se aplica cuando sesuministra energa elctrica en lugar de la energa compradacomercialmente. El nmero de horas de operacin permisiblespor ao es ilimitado para aplicaciones de carga variable peroest limitada para aplicaciones de carga constante como sedescribe enseguida. (Equivalente a la Potencia Primaria deacuerdo con ISO8528 y Potencia de Sobre-Carga de acuerdocon ISO3046, AS2789, DIN6271 y BS5514).

Potencia Primaria Tiempo de Operacin IlimitadoLa potencia primaria est disponible para un nmero ilimitadode horas de operacin al ao en aplicaciones de carga variable.Las aplicaciones que requieren de la operacin en paralelocon algn servicio pblico con carga constante estn sujetasa limitaciones de tiempo de operacin. En aplicaciones decarga variable, el factor de carga promedio no debe excederdel 70 por ciento durante 24 horas de la Capacidad de PotenciaPrimaria. Se dispone de una capacidad de sobrecarga del 10por ciento por un periodo de 1 hora en un periodo de operacinde 12 horas, pero no debe exceder de 25 horas al ao.

Potencia Primaria Tiempo de Operacin LimitadoLa potencia primaria est disponible para un nmero limitadode horas de operacin al ao en aplicaciones de carga constantecomo la intermitente, reduccin de carga, rasurado de picosy otras aplicaciones que normalmente involucran la operacinen paralelo con los servicio pblicos. Los conjuntosgeneradores pueden operar en paralelo con la fuentede servicio pblico a niveles de potencia que noexcedan la Capacidad de Potencia Primaria. Debehacerse notar que la vida del motor se reduce enla operacin de carga alta constante. El tiempo defuncionamiento total de una capacidad de PotenciaPrimaria no debe superar las 500 horas por ao.

Figura 2-2. Capacidad de Potencia Standby.

Figura 2-3. Potencia Primaria con Tiempo de OperacinIlimitado.

Figura 2-4. Potencia Primaria con Tiempo de OperacinLimitado.

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1 Las capacidades para los conjunto generadores de Cummins Power Generation se publican en el paquete delprograma Power Suite.


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Figura 2-5. Potencia de Carga Base.

Rango de Potencia de Carga Base(Rango de Potencia Contnua)La capacidad de potencia de carga base se aplica parasuministrar potencia continuamente a una carga hasta el 100por ciento de la capacidad base por horas ilimitadas. En estacapacidad no se dispone de capacidad de sobrecarga sostenida(equivalente a Potencia Contnua de acuerdo a ISO8528,ISO3046, AS2789, DIN6271 y BS5514). Esta capacidad seaplica en la operacin de carga base del servicio pblico. Enestas aplicaciones, los conjuntos generadores se operan enparalelo con una fuente de servicio pblico y se operan bajocargas constantes por periodos prolongados.

DimensionamientoEs importante armar un programa de carga razonablementeexacto tan pronto como sea posible para presupuestar loscostos del proyecto. Si no se dispone de toda la informacindel equipo de carga al principio del proyecto, se harnestimaciones y suposiciones para los primeros clculos deldimensionamiento. Estos clculos deben repetirse al disponerde informacin ms exacta. Grandes cargas de motor,suministros de carga ininterrumpible (UPS, iniciales en ingls),impulsores de frecuencia variable, (VFD, sic ant.), bombascontra incendio y equipo de imgenes de diagnstico mdicotienen un efecto considerable en el dimensionamiento delconjunto generador y deben de observarse con detenimiento.Especificaciones estrictas en el desempeo de los transitorios,cadas de voltaje y frecuencia y tiempos de recuperacin,durante el arranque del motor y la aceptacin de la carga enbloque, tambin tienen un efecto considerable en eldimensionamiento. Vea la seccin 3, Impacto de la CargaElctrica en el Dimensionamiento del Generador en este manual

con relacin al clculo del dimensionamiento y las clases deinformacin necesaria para los diferentes tipos de equipo decarga.

Para propsitos de la estimacin preliminar se pueden aplicaralgunas reglas de oro conservadoras:

Motores 1/2 HP por kW. UPS 40% sobredimensionado para 1 y 6 pulsos, o 15%sobredimensionado para 6 pulsos con filtros de entrada y12 pulsos UPS.

VFD 100% sobredimensionado a menos que sea de anchode pulso modulado, entonces 40% sobredimensionado.

Cuando se aplica carga al conjunto generador, la divisin delas cargas en pasos o bloques discretos de carga puedentener un efecto favorable en el tamao del conjunto generadorrequerido. El uso de interruptores de transferencia mltiples oalgn otro medio (relevadores de retraso de tiempo, PLC, etc.)seran necesarios para permitir que el voltaje y frecuencia delconjunto generador se estabilicen entre los pasos.

Dependiendo de la carga total (generalmente arriba de los 500kW), puede ser ventajoso poner conjuntos generadores enparalelo. Aunque es tcnicamente posible, normalmente noes econmicamente posible poner en paralelo conjuntosgeneradores cuando la carga total es de 300 kW o menos.

Consideraciones para UbicacinUna de las primeras decisiones del diseo ser determinar sila ubicacin del conjunto generador ser dentro de un edificioo fuera en un cuarto propio. El costo total y la facilidad deinstalacin del sistema de potencia depende de la distribuciny el lugar fsico de todos los elementos del sistema conjuntogenerador, tanques de combustible, ductos de ventilacin ypersianas, accesorios, etc. Tanto para lugares interiores comoexteriores, considere estos puntos:

Montaje del conjunto generador. Localizacin del tablero de distribucin y los interruptoresde transferencia.

Circuitos ramales para calentadores de refrigerante, cargadorde batera, etc.

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Seguridad contra inundacin, incendio, congelamiento yvandalismo. Contencin de combustible y refrigerante accidentalmentederramado o fugas. Posible dao simultneo de los servicios normales y deemergencia. Acceso de servicio para el mantenimiento e inspeccionesgenerales. Acceso y espacio de trabajo para trabajo mayor comoreparaciones o desmontaje/cambio de componentes.

Acceso para prueba con banco de carga cuando se requierapor mantenimiento, el propio ejercicio o certificacin.

Consideraciones de la Localizacin Externa Ruido areo y tratamiento. Barreras de sonido pueden serrequeridas. Adems, aumentar la distancia entre el conjuntogenerador y el rea sensible al ruido disminuye el ruidopercibido. A menudo se dispone de cubiertas acsticas yse pueden requerir para satisfacer las expectativas del clienteo las ordenanzas de ruido locales. Se puede requerir de una cubierta de proteccin deintemperie, como su nombre lo sugiere, para la proteccincontra el medio ambiente pero que tambin puedeproporcionar un cierto nivel de seguridad as como un lmiteesttico del conjunto generador.

Arrancar y aceptar la carga y, hacerlo dentro de restriccionesespecficas de tiempo, en temperaturas de ambiente fropuede ser un problema. Los sistemas de emergencia comolos definen los cdigos requieren que se mantenga unatemperatura ambiente alrededor del conjunto generador aniveles mnimos. Los ejemplos son el NFPA 110 que exigeque la temperatura ambiente mnima alrededor del conjuntogenerador sea de 40 F (4 C) y, el CSA 282 el cual exigeque esta temperatura mnima sea de 10 C (50 F). Mantenerestos requisitos de temperaturas mnimas en una cubiertamuy ajustada o algo similar puede ser difcil o imposible.Se puede requerir una caseta aislada o tal vez con calefaccin.Una caseta que est diseada estrictamente para eltratamiento acstico contiene material de aislamiento peropuede no proporcionar suficiente aislamiento trmico. Lascubiertas unitarias de una sola pieza o las casetas conentrada normalmente estn disponibles con aislamiento,persianas motorizadas o por gravedad y, calefactores si esnecesario.

Se podran requerir varios dispositivos de calefaccinauxiliares para el arranque o para mejorar la aceptacin dela carga, an si la aplicacin no es un sistema de emergencia. Se pueden necesitar calefactores para el refrigerante, baterasy hasta el aceite. Consulte la seccin en este manual tituladaDispositivos de Calefaccin Estndar para ConjuntosGeneradores en la seccin 4, Seleccin de Equipo paraobtener informacin ms detallada. Acondicionamiento y calentamiento del combustible. Atemperaturas ambientales fras el combustible diesel se hacenebuloso, tapa los filtros y bombas o no fluye lo suficiente. Los combustibles mezclados se usan a menudo para tomaren cuenta este problema, sin embargo, el calentamiento delcombustible puede exigir de una operacin confiable. El aire salado en las regiones costeras puede causarproblemas de corrosin en casetas de acero parageneradores, bases patn y tanques de combustible instaladosal aire libre. El uso de una caseta y patn de aluminio puedenser una opcin para el conjunto generador, siempre que losofrezca CPG, se considera ser una prctica de instalacinapropiada debido a la resistencia a la corrosin adicional, ypor lo tanto, se requiere en aplicaciones en el exterior enregiones costeras, definidas como lugares a 60 millas o mscercanas a los cuerpos de agua salada. El acceso para servicio en reparaciones mayores, cambiode componentes (como el radiador y el alternador) oreparacin general, debe considerarse en el diseo de lascubiertas y la localizacin de los conjuntos generadorescerca de otro equipo o estructuras. Si se requiere de trabajomayor debido a las muchas horas de operacin o el dao/fallade componentes mayores, el permitir el acceso es crtico.Estos accesos incluyen las cubiertas de acceso, paredesdesmontables de la cubierta, espacios adecuados aestructuras cercanas y el acceso del equipo de apoyorequerido. Cercas de seguridad y barreras de visibilidad. Distancias a los lmites de la propiedad. El escape del motor debe dirigirse lejos de las ventilas yaberturas del edificio. Aterrizado Se pueden requerir de electrodos o anillos deaterrizado para un sistema por separadoderivado y/o elaterrizado del equipo. Proteccin contra rayos.

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Consideraciones de la Localizacin Interna Cuarto dedicado al generador Para sistemas de potenciade emergencia, ciertos cdigos pueden exigir que el cuartodel generador sea dedicado slo para ese propsito. Tambinconsidere el efecto que tendra el gran flujo del aire deventilacin en otro equipo en el mismo cuarto, como elequipo de calefaccin del edificio. Capacidad a incendio de la construccin del cuarto Loscdigos especifican de una capacidad de resistencia al fuegomnimo de 1 a 2 horas. Consulte a las autoridades localespara ver los requisitos aplicables.

Espacio de trabajo El espacio de trabajo alrededor delequipo elctrico normalmente se especifica por cdigo. Enla prctica, debe haber cuando menos tres pies (1 m) deespacio alrededor de cada conjunto generador. El alternadordebe poder cambiarse sin desmontar todo el conjunto oalgn accesorio. Tambin, el acceso para el trabajo mayor(como la reparacin general o el cambio de componentescomo el radiador) debe permitirse desde el diseo de lainstalacin.

Tipo de sistema de enfriamiento Se recomienda un radiadormontado en planta, sin embargo, el ventilador del radiadorpuede crear una significativa presin negativa en el cuarto. Las puertas de acceso, por lo tanto, deben abrirse haciaadentro del cuarto o ser de persiana para que se puedanabrir cuando el conjunto est operando. Ver Enfriamientodel Generador en la seccin Diseo Mecnico para ver lasopciones adicionales de enfriamiento. La ventilacin involucra grandes volmenes de aire. Undiseo ptimo del cuarto toma aire de admisin directamentedel exterior y lo descarga directamente al exterior a travsde la pared opuesta. Se requerirn ventiladores paraventilacin del cuarto en configuraciones de enfriamiento delconjunto generador opcionales que involucranintercambiadores de calor o radiadores remotos. Escape del motor La salida de escape del motor debeestar tan alta como sea prcticamente posible en el lado delos vientos dominantes del edificio y dirigido lejos de lasventilas y aberturas de entrada del edificio. Almacenamiento y tubera de combustible Los cdigoslocales pueden especificar mtodos de almacenamiento decombustible dentro de los edificios y restringir las cantidades

de almacenamiento de combustible. Se recomiendaconsultarlo al principio con el concesionario de CumminsPower Generation o el jefe de bomberos local. Se requieredel acceso para llenar los tanques de almacenamiento. VerSeleccin de Combustible enseguida. Se recomienda incluir las medidas en el sistema dedistribucin elctrica para la conexin de un banco de cargatemporal para el generador.

La localizacin dentro de un edificio debe permitir el accesotanto para la entrega inicial del producto como para lainstalacin y, para darle servicio y mantenimientoposteriormente. El lugar lgico preferido de un conjuntogenerador en un edificio basndose en esto, es el piso, cercade un lote de estacionamiento o el carril de acceso o en unarampa de estacionamiento abierta. Entendindose que stees el mejor espacio del edificio, si est forzado a un lugaralterno, recuerde que se puede necesitar de equipo pesadopara la colocacin o el servicio mayor de la unidad. Tambin,se necesitan las entregas de combustible, refrigerante, aceite,etc. a diversos intervalos. Un sistema de combustible esmuy posible que se disee con tanques de suministro,bombas, lneas, tanques diarios, etc. pero los cambios deaceite lubricante y refrigerante pueden ser difciles si losmateriales tienen que llevarse a mano en barriles o cubetas.

Las instalaciones en el techo, si bien son comunes, requierende ms consideracin en la planeacin y el diseo estructural. La vibracin y el almacenamiento/entrega del combustiblepueden ser problemticos con instalaciones en el techo. Los lugares en el interior generalmente requieren de uncuarto dedicado con una construccin resistente al fuego. Proporcionar el flujo de aire requerido a un cuarto interiorpuede ser difcil. Los amortiguadores de fuego en la ducteraa los cuartos interiores generalmente no se permiten.Idealmente el cuarto deber tener dos muros opuestos paraque el aire de admisin fluya sobre el conjunto generador yse descargue por el muro opuesto, en el lado extremo delradiador de la unidad.

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Las instalaciones de generador tienden a tener una ampliagama de condiciones climticas. Si bien el producto puededisearse para funcionar efectivamente en la mayora de estascondiciones, se requeriran algunas consideraciones adicionalespara condiciones climticas adversas. Como un ejemplo:

Ambiente costero: La salinidad en el aire y la condensacin debida a la mayorhumedad pueden exigir de una atencin adicional. Los calentadores para el alternador son indispensables enambientes hmedos para mantener la humedad a raya.Debe hacerse notar que el propsito de un calentador dealternador es mantener fuera la humedad y no un artculoslo para clima fro. Es importante evitar que se acumule al agua alrededor delgenerador. Se puede usar un diseo especial de persianaso deflectores para garantizar la vida y desempeo generador.

Por favor consulte acondicionamiento del ambiente despusde la seccin 4-3 de este manual.

Climas ridos/Polvorientos: El cuarto del generador debe mantenerse sin suciedad nidesechos. Las partculas de polvo y arena tambin planteanamenazas para el mantenimiento y operacin de ungenerador. Se recomiendan caractersticas de proteccincomo los filtros de tamizado para el aire de ventilacin enel sitio de la instalacin. Esto podra evitar el efecto de chorrode arena causado por la alta velocidad de las partculas dearena al fluir sobre el generador y a travs del radiador.Debe hacerse notar que tales filtros agregaran restriccinal flujo de aire y requerira de aberturas ms grandes paraque el aire entre y salga del sitio de la instalacin. Larestriccin total, incluyendo los filtros, deben permanecerabajo de la restriccin total permitida mencionada en lainformacin tcnica del generador. (Ver Restriccin del Flujode Aire, pgina 6-76).

Si se instalan filtros en el sistema de ventilacin, es apropiadoun sistema para detectar filtros tapados. Si se usan filtros,debe haber medidas adecuadas para monitorear su condiciny detectar filtros tapados. Se pueden instalar indicadoresde cada de presin en el sistema de ventilacin del cuarto. Tambin pueden ser aceptables otras medidas. El espaciamiento de aletas en el ncleo del radiador y elnmero de hojas tambin se convierten en un criterio enclimas polvorientos. Un alto nmero de aletas por pulgada

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Altitud: Las grandes altitudes dan como resultado densidades deaire ms bajas. Estas densidades ms bajas disminuyen elrendimiento de los motores, alternadores, sistemas deenfriamiento por nombrar los ms importantes. Por favorconsulte la literatura especfica del modelo para obtenerinformacin exacta de la disminucin de la potencia. Los alternadores de medio y alto voltaje pueden estarrestringidos a ciertas altitudes para evitar la descarga de lacorona.

Por favor pngase en contacto con su distribuidor Cumminspara obtener una lista completa de opciones que se puedenrecomendar para su sitio de trabajo.

Consideraciones para la Seleccin de CombustibleLa seleccin de combustible de gas natural, diesel o LPGafectar la disponibilidad y dimensionamiento del conjuntogenerador. Considere lo siguiente:

Combustible Diesel El combustible diesel se recomienda para aplicaciones deemergencia y Standby. Se recomienda el combustible dieselASTM D975 Grado No. 2-D para obtener un buencomportamiento en el arranque y una vida mxima del motor.Consulte al distribuidor del fabricante del motor con relacinal uso de grados alternos de combustible diesel para variosmotores.

Debe proporcionarse el almacenamiento de combustible enel sitio, sin embargo, el tanque no debe ser muy grande. Elcombustible diesel dura hasta dos aos en almacenaje, porlo que el tanque de suministro debe dimensionarse parapermitir la rotacin del combustible basndose en el ejercicioy prueba programados en ese periodo. Puede necesitarseagregar un microbicida si la rotacin del combustible es bajao si las condiciones de alta humedad estimulan el crecimientode microbios en el combustible. Los microbios en elcombustible pueden tapar los filtros y desactivar o daar almotor. Climas fros Se debe usar combustible Premium GradoNo. 1-D cuando las temperaturas ambiente estn abajo delcongelamiento. El calentamiento del combustible puederequerirse para evitar que los filtros se tapen cuando latemperatura cae a menos del punto de nebulizacin del


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generar la potencia nominal y garantizar una vida del motorptima.

La estabilidad de la frecuencia de los conjuntos generadorescon motor de chispa puede no ser tan buena como losconjuntos generadores con motor diesel. La buena estabilidadde la frecuencia es importante cuando se suministra a cargasde UPS. Climas fros En temperaturas ambiente abajo de 20 F(7C) los motores con encendido de chispa generalmentearrancan ms fcil y aceptan la carga ms pronto que losmotores diesel.

NOTA: Cummins Power Generation no recomienda entubargas natural de alta presin (5 psig [34 kPa]o ms a los edificios.

LPG (Gas Licuado de Petrleo) La disponibilidad local de LPG debe investigarse y confirmarseantes de seleccionar un conjunto generador de LPG. Se debe contar con almacenamiento de combustible en elsitio. El LPG se puede almacenar indefinidamente.

La estabilidad de la frecuencia de conjunto generadores conmotor de chispa puede no ser tan buena como los conjuntosgeneradores con motor diesel. Esta es una consideracinimportante cuando se suministra a cargas UPS. Climas fros Bien sea que el tanque de almacenamientode LPG se tenga que dimensionar para proporcionar el ndicede vaporizacin requerido a la temperatura ambiente msbaja esperada, o que se tenga que proporcionar una tomade lquido con un calentador de vaporizacin.

NOTA: Cummins Power Generation no recomienda entubarLPG de alta presin (20 psig [138 kPa o ms], lquido o vapor,adentro de los edificios.

Gasolina La gasolina no es un combustible adecuado para conjuntosgeneradores Standby estacionarios debido a la volatilidady la vida en almacenaje.

Combustibles SustitutosEn general, los motores diesel pueden operar con combustiblessustitutos con lubricidad aceptable durante periodos cuandoel suministro de combustible diesel No. 2-D est limitadotemporalmente. El uso de combustibles sustitutos puede

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 lasConsideraciones Ambientales.

Combustible Biodiesel Los combustibles biodiesel se derivan de una amplia variedadde fuentes renovables como los aceites vegetales, grasasanimales y aceites para cocinar. Colectivamente, estoscombustibles se conocen como steres de Metilo cidoGraso (FAME, iniciales en ingls). Cuando se usa en motoresdiesel, tpicamente se reducen el humo, la potencia y laeconoma de combustible. Si bien el humo se reduce, elefecto u otras emisiones varan, con la reduccin de algunoscontaminantes mientras otros aumentan. El combustiblebiodiesel es un combustible sustituto, queriendo decir queel desempeo y las emisiones del motor no se puedengarantizar cuando se opera con este combustible2. Una mezcla de combustible biodiesel de hasta el 5% deconcentracin por volumen con combustible diesel de calidadno debe causar problemas graves. Con una concentracinarriba del 5% se serios problemas de operacin podran seresperados. Cummins ni aprueba ni desaprueba el uso demezclas de biodiesel. Consulte a Cummins para obtenerinformacin adicional.

Gas Natural Para la mayora de los sitios no se requiere de ningnalmacenaje de combustible en sitio. El gas natural puede ser una opcin de combustibleeconmica donde sea pertinente, al flujo y presin requeridos. Un suministro de combustible LPG de respaldo en el sitiopuede requerirse para sistemas de suministro de energa deemergencia.

El gas natural de campo se puede usar con ciertos conjuntosgeneradores. Sin embargo, el anlisis del combustible y laconsulta con el fabricante del motor se requieren paradeterminar la eventual disminucin de la potencia y si lacomposicin del combustible llevara a daar el motor debidoa una mala combustin, detonaciones o la corrosin. La detonacin y el dao del motor pueden resultar cuandoalgunos servicios ocasionalmente agregan butano paramantener la presin de la lnea. Los motores de gas naturalexigen que est limpio, seco y de tubera de calidad para

2-102 Cummins Power Generation no asume ninguna responsabilidad de la garanta por reparaciones o el aumento de costos con la operacin con combustible biodiesel.


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Niveles de Ruido y ReglamentosEn Norte Amrica, los cdigos estatales y locales establecenniveles de ruido mximos para reas especficas. La mayorade los reglamentos comunitarios especifican el nivel de ruidomximo permisible en la lnea de propiedad. La Tabla 2-2muestra algunos reglamentos de nivel de ruido externorepresentativos. El cumplir con los reglamentos de ruido exigeentender el nivel de ruido ambiental y el nivel de ruido resultantecon el conjunto generador operando a plena carga en eseambiente.

Los reglamentos de ruido tambin existen para proteger laaudicin del trabajador. Las personas que trabajan en cuartosde generador siempre deben usar proteccin auditiva mientrasun conjunto generador est operando.

Reglamentos de Emisiones de Escape del MotorLos conjuntos generadores, sin importar la aplicacin, puedenestar sujetos a los reglamentos de emisiones de escape delmotor en un nivel local o nacional o en ambos. El cumplimientode los reglamentos de emisiones normalmente requiere depermisos especiales. Ciertas localidades pueden tenerdesignaciones especiales que requieren de motores concombustible gaseoso y/o estrategias de postratamiento deescape para diesel. Revise con la agencia de calidad del airelocal a principios de la fase de diseo de cualquier proyectopara obtener los requisitos del permiso.

La Tabla 2-3 muestra las regulaciones de emisin de losgases de escape de EPA para aplicaciones fuera de carretera.Observe por favor que estos valores de emisiones son loslmites mximos basados en una prueba cargada de 5 ciclosy no son representativos de emisiones de ningn nivel de carga.Para valores de emisiones al 100%, 75%, 50% y 25% decarga, contacte por favor a su distribuidor local. Tambinobserve que los valores de las emisiones varan grandementedependiendo de las condiciones del lugar tales comotemperatura, humedad relativa, calidad del combustible, etc.Los factores de correccin convenientes pueden ser necesariospara predecir las emisiones en el lugar de la instalacin, de losdatos obtenidos en pruebas de experimentacin.

Reglamentos para el Almacenamiento de CombustibleEl diseo e instalacin del tanque de suministro de combustibleen muchas reas estn controlados por reglamentos que

afectar la cobertura de la garanta, desempeo del motor y lasemisiones. Los siguientes combustibles sustitutos generalmenteestn dentro de los lmites prescritos:

Combustible diesel 1-D y 3-D. Combustleo Grado No. 2 (combustible para calefaccin) Combustible para turbina de aviacin grado Jet A y Jet A-1 (combustible para jet comercial) Combustible para turbina de gas no de aviacin grado No.1 GT y No. 2 GT Queroseno grado No. 1-K y No. 2-K.

Consideraciones AmbientalesLo siguiente es un enfoque breve para evaluar problemasambientales relacionados con el ruido, emisiones del escapey almacenamiento de combustible. Consulte el captulo DiseoMecnico para obtener informacin ms completa.

Ruido y Su TratamientoEl tratamiento del ruido, si se requiere, necesita considerarseal principio del diseo preliminar. Generalmente, los mtodosde tratamiento del ruido agregan un costo considerable yaumentan el rea fsica requerida para la instalacin. Un conjuntogenerador es una fuente de ruido compleja que incluye el ruidodel ventilador de enfriamiento, el ruido del motor y el ruido delescape. Un tratamiento del ruido efectivo tiene que tocar todasestas fuentes de ruido. Para la mayor parte, los mtodos detratamiento del ruido recomendados modifican o redirigen laruta del ruido de la fuente del conjunto generador a la genteque lo escucha. Usar simplemente un silenciador de gradocrtico puede o no hacer nada para reducir el nivel de ruido enun lugar especfico. Como el ruido es direccional, se necesitaconsiderar con cuidado el lugar, orientacin y la distancia delconjunto generador con respecto a las lneas o lugares de lapropiedad donde el ruido pueda ser objetable.

Tabla 2-2. Niveles de Ruido Exterior Representativos

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An cuando una instalacin est exenta del reglamento debereconocerse que los gastos de limpieza pueden ser muy altosan para pequeas cantidades de derrame de combustibleque resulten de fugas, llenado de ms, etc. La tendencia enel almacenamiento de combustible diesel para conjuntosgeneradores en el sitio tanto interiores como exteriores, hasido hacia tanques certificados por terceros, de doble paredsobre el piso, en sub-base con deteccin de fuga y proteccinde sobre-llenado. Vea la Seccin 6, Diseo Mecnico, paraobtener ms informacin sobre el diseo del sistema decombustible.

Proteccin Contra IncendioEn Norteamrica, los reglamentos de proteccin contra incendiotpicamente adoptan o hacen referencia a uno o ms de losestndares de la National Fire Protection Association (NFPA).Estos estndares cubren los requisitos para la capacidad dealmacenamiento de combustible en interiores, lugares para eltanque de combustible, diques y las medidas de drenadoseguro. Consulte el Estndar No. 37 NFPA, Instalacin deMotores Estacionarios. Las autoridades de bomberos localespodran tener ms requisitos restrictivos o interpretaciones delos requisitos en los estndares nacionales.

generalmente se redactan para dos propsitos por separado:proteccin ambiental y proteccin contra incendios. Debidoa los reglamentos, su aplicacin y excepciones del reglamentovaran con el lugar, es necesario investigar y entender losrequisitos locales.

En Norte Amrica, los reglamentos de proteccin ambientalgeneralmente existen a niveles tanto federal como estatal.Diferentes reglamentos se aplican a los tanques dealmacenamiento de combustible subterrneo v.s. sobre elsuelo. Estos reglamentos cubren los estndares de diseo yconstruccin, registro, prueba del tanque y deteccin de fugas.Tambin cubren requisitos de cierre, preparacin de los planesde prevencin de derrames, medidas de responsabilidadfinanciera y cobertura del fondo fiduciario. Como regla generalsujeto a la verificacin local, las excepciones al reglamento seconceden para tanques de almacenamiento subterrneos ysobre el suelo que sirven a conjuntos generadores en-sitiodonde 1) la capacidad de los tanques de almacenamiento delas instalaciones sea de 1,320 galones (500 Lts) o menos, 2)ningn tanque tiene una capacidad de ms de 660 galones(250 Lts), y 3) el combustible se consume en las instalaciones(no se despacha).

De la tabla siguiente los requisitos en negro son iguales quepara fuera de carretera; los requisitos en rojo son nicos paraestacionarios.

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Gas Natural

LPG

Suministro de Combustible Diesel

Tanque Diario

Tanque Sub-Base

Tanque Exterior

Suministro de Combustible LP

Extraccin de Vapor

Extraccin de Lquido

Caseta

Proteccin contra Medio Ambiente

Acstica

Gabinete con Entrada

Sobrepuesta

Regin Costera

Accesorios

Conmutador de Paralelismo

Interruptor Automtico de Transferencia

Cargadores de Batera

Interfase con la Red

Alarmas/Monitoreo Remoto

Interruptor(es) de Circuito

Mdulos de Control de Paralelismo

Silenciador

Aisladores de Vibracin

Requerimientos Especiales del Alternador

Capacidad de Temperatura Reducida, 105 C 80 C

RTD o Termistores

Sistema de Enfriamiento

Radiador Montado en la Unidad

Radiador Remoto

CUESTIONARIO DE DISEO PRELIMINAR

Tipo de Sistema

Emergencia

Standby Legalmente Exigido

Opcional Standby

Opcional Standby

Potencia Primaria

Rasurado de Picos

Reduccin de Carga

Carga Base

Rango del Conjunto Generador

Standby

Primaria

Continua

Tamao del Conjunto Generador

Unidad Sencilla ___ kW ___ kVA ___ FP

Unidades en Paralelo ___# ___kW ___ kVA ___ FP

Voltaje y Frecuencia del Conjunto Generador

___ Voltaje ___ Hz

Monofsico

Trifsico

Ubicacin

Interior

Nivel de Piso

Nivel Superior

Subterrneo

Exterior

Nivel de Piso

Techo

Acceso Directo para Instalacin/Servicio

S ___ No ___

Combustible

Diesel

2-13

CUESTIONARIO DE DISEO PRELIMINAR


Rev. mayo 20103-1

CAPTULO 3 NDICE

3 IMPACTO DE LA CARGA ELCTRICA EN EL DIMENSIONAMIENTO DEL GENERADOR 3-2Generalidades 3-2Aplicaciones y Capacidades de Servicio 3-2

Capacidades de Servicio del Conjunto Generador 3-2Aplicaciones Obligatorias y Opcionales 3-2

Mandatario por Cdigo 3-2En-Espera (Standby) Opcional 3-3Primaria y Continua 3-3

Entendiendo las Cargas 3-3Requerimientos para el Arranque y Operacin de las Cargas 3-3Secuenciando por Pasos la Carga 3-4Tipos de Cargas 3-4Cargas de Iluminacin 3-4Cargas de Aire Acondicionado 3-5Cargas de Motores 3-5

Alta y Baja Inercia 3-5Ms de 50 HP 3-5Mtodos de Arranque Trifsicos 3-6Mandos de Frecuencia Variable (VFD) 3-7Letras del Cdigo NEMA para Motor 3-7Diseo de Motor Trifsico 3-8Diseo de Motor Monofsico 3-8

Suministro de Potencia Ininterrumpible a las cargas 3-8Cargas del Cargador de Batera 3-11Equipo Mdico de Imgenes (Rayos X, escner CAT, MRI) 3-12Aplicaciones de Bomba contra Incendio 3-12

Caractersticas de la Carga 3-14Tolerancias del Voltaje y Frecuencia de la Carga 3-14Potencia Regenerativa 3-14

Factor de Potencia (FP) de la Carga 3-15Cargas Monofsicas y Balanceo de Cargas 3-16


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(Standby). La capacidad de poder con la carga del conjuntogenerador es una funcin de la vida esperada o del intervaloentre reparaciones mayores.

Aplicaciones Obligadas y OpcionalesFundamentalmente, las aplicaciones del conjunto generadorse pueden englobar en dos categoras bsicas, las que sonobligatorias por ley (exigidas legalmente) y aquellas que sedesean por razones econmicas (generalmente asociadas conla disponibilidad y confiabilidad de la energa). Estas categorasinducen un juego de opciones completamente diferentescuando se tienen que tomar las decisiones con relacin a qucargas aplicar al conjunto generador.

Mandatorias por Cdigo.Estas aplicaciones tpicamente son aquellas consideradas porlas autoridades como de emergencia o en-espera (Standby)legalmente exigidas, donde la seguridad de la vida y el respaldopara la vida son lo ms importante. Estos tipos de aplicacionespueden estipularse en los cdigos de edificios o cdigosespecficos para la seguridad de la vida y tpicamente involucranlas instalaciones tales como el cuidado de la salud (hospitales,sanatorios, clnicas), construcciones de alto riesgo y lugaresde reunin (teatros, pasillos, instalaciones deportivas, hoteles).Tpicamente, el conjunto generador proporciona energa derespaldo a las cargas como la iluminacin de las salidas,ventilacin, deteccin de incendios y sistemas de alarma,elevadores, bombas contra incendio, sistemas de comunicacinde seguridad pblica y an procesos industriales donde laprdida de energa crea un peligro a la seguridad de la vida oa la salud. Otros sistemas legalmente exigidos son obligatorioscuando se determina que la prdida de la energa del serviciopblico normal constituye un peligro o impide las operacionesde rescate o del combate a incendios. Para determinar lascargas mnimas que el conjunto generador debe soportar,consulte con la autoridad local, los cdigos y los estndaresrelacionados. En la mayora de las aplicaciones se puedenaplicar cargas opcionales adicionales al generador, si lasaprueba la autoridad local.

En-Espera (Standby) Opcional Este tipo de instalacin del sistema se ha convertido en el msfrecuente al hacerse ms crtica la disponibilidad de la energa.Estos sistemas energizan instalaciones como edificios

GeneralidadesEsta seccin se enfoca en el impacto de las cargas en eldimensionamiento del conjunto generador. Es importanteensamblar un programa de la carga razonablemente exactoal principio de la fase del diseo de los proyectos de generacinde potencia, porque la carga es el factor ms importante enel dimensionamiento del generador. Si al principio del diseodel proyecto no se tiene disponible toda la informacin delequipo de carga necesaria para el dimensionamiento, losprimeros clculos del dimensionamiento se tendrn que basaren estimaciones y suposiciones. Esto debe continuarse conel re-clculo cuando se disponga de informacin ms real yprecisa. Los diferentes tipos de cargas motores, suministrode energa ininterrumpible (UPS), mandos de frecuencia variable(VFD), equipo de imgenes para diagnstico mdico y bombascontra-incendio, tienen influencias considerables y diferentesen el dimensionamiento del conjunto generador.

Aplicaciones y Capacidades de Servicio

Capacidades de Servicio del ConjuntoDeterminar las cargas que se requieren respaldar con unconjunto generador es una funcin del tipo de aplicacin y elservicio requerido. Generalmente, existen tres clasificacionesde servicio para las aplicaciones de un conjunto generador,En-Espera (Standby), Primaria o Continua. Estas clasificacionesse definen en la Seccin 2-6 de este manual vase DiseoPreliminar. Las capacidades disponibles para los conjuntosgeneradores varan de acuerdo con estas clasificaciones. Unconjunto generador usado en aplicaciones En-Espera (Standby)se usa como un respaldo para la fuente de energa primaria(servicio pblico) y se espera que no se use frecuentemente,por lo que la capacidad En-Espera (Standby) es la capacidadmas alta disponible para el conjunto generador. Los conjuntosde capacidad primaria se espera que operen durante horasilimitadas y el conjunto generador se considera la fuente primariade energa para cargas variables, por lo que la capacidadPrimaria tpicamente es cerca del 90% de la capacidad En-Espera (Standby). En las aplicaciones de servicio Continuo, seespera que el conjunto produzca la capacidad de salida porhoras ilimitadas a carga constante (aplicaciones en las que elconjunto puede operarse en paralelo con una fuente de serviciopblico y con carga base), por lo que la capacidad Continuatpicamente es cerca del 70% de la capacidad En-Espera

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3 IMPACTO DE LA CARGA ELCTRICAEN EL DIMENSIONAMIENTO DEL GENERADOR


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por carga, para limitar la distorsin armnica donde se daservicio a cargas no-lineales como las computadoras, UPS yVFD.

Los programas de computadora para dimensionar generadoresahora permiten la seleccin precisa de conjunto generadoresy proporcionan un mayor nivel de confianza para comprar unsistema lo suficientemente grande para sus necesidades yno ms grande. Si bien la mayora de los ejercicios dedimensionamiento de conjunto generadores se llevan a cabomejor con programas de dimensionamiento como el GenSizede Cummins Power Generation (Ver Apndice A) o con laayuda del representante del fabricante sigue siendoaleccionador saber de qu se trata el seleccionar el conjuntogenerador correcto para su aplicacin.

Adems de la carga conectada, muchos otros factores afectanel dimensionamiento del conjunto generador, los requisitos dearranque de las cargas tales como motores y sus cargasmecnicas, desbalance de cargas monofsicas, cargas no-lineales como equipo UPS, restricciones en la cada de voltaje,cargas cclicas, etc.

Entendiendo las Cargas

Requisitos de Arranque y funcionamiento de las cargasLa potencia requerida por muchos tipos de cargas pueden serconsiderablemente mayores cuando se arranca la carga quela requerida para la operacin de estado estable continuo (lamayora de las cargas manejadas con motor que no empleanalgn tipo de equipo de arranque suave). Algunas cargastambin requieren de potencia pico mayor durante la operacinque mientras funcionan (equipo de soldadura y de imgenesmdicas, por ejemplo). Otras cargas (cargas no-lineales comoUPS, computadoras, VFD y otras cargas electrnicas) causanexcesiva distorsin al generador a menos que el generadorest dimensionado ms grande de lo que se requiere paraenergizar la carga. La fuente de energa debe ser capaz desuministrar todos los requerimientos de energa para operacinde la carga.

Durante las condiciones de operacin de arranque o de cargapico, las transiciones repentinas de la carga pueden causarperturbaciones en el voltaje y la frecuencia, dainos para lacarga conectada o ser lo suficientemente grandes para evitar

industriales y comerciales y le dan servicio a cargas comocalefaccin, refrigeracin, comunicacin, procesamiento dedatos y procesos industriales crticos. Los generadores amenudo se justifican donde la prdida de la energa del serviciopblico podra causar incomodidad o la interrupcin de procesoscrticos amenazando los productos o el equipo de proceso.

Primaria y ContinuaLas aplicaciones para los conjuntos generadores que suministranenerga de servicio primario o continuo estn prevaleciendocada vez ms en los pases en desarrollo y en muchasaplicaciones de generacin de energa distribuida. Existenmuchas oportunidades con el servicio pblico por el lado dela generacin y con los clientes del servicio por el lado delconsumo. La desregulacin y los reglamentos ambientalesms estrictos tienen a las redes de servicio elctrico buscandoalternativas de produccin de energa y las alternativas dedistribucin a la construccin de nuevas plantas centrales degeneracin como el rasurado de picos y estructuras de detarifas interrumpibles para satisfacer el aumento en la demanda.Los clientes del servicio pblico estn utilizando la generacinen-sitio para reducir la demanda pico y continan buscandolas oportunidades de co-generacin donde existe la demandasimultnea tanto de energa elctrica como de trmica.

En cualquier caso, uno debe estar consciente que los conjuntosgeneradores son una pequea fuente de energa comparadoscon la fuente de servicio pblico normal y que las caractersticasde operacin de la carga pueden tener un profundo efecto enla calidad de la energa si el generador no se dimensionaapropiadamente. Dado que un generador es una fuente deenerga limitada, siempre que las cargas se conecten odesconecten de un generador, se deben esperar alteracionesdel voltaje y la frecuencia. Estas alteraciones deben demantenerse dentro de los lmites aceptables para todas lascargas conectadas. Adems, habr distorsin de voltaje en lasalida del generador cuando se conectan cargas no-linealesque producen corrientes armnicas. Esta distorsin puede serconsiderablemente ms grande cuando se opera con elgenerador que cuando la carga se alimenta del servicio/red ycausar calentamiento adicional tanto en el generador comoen el equipo de la carga si no se revisa. Por consiguiente, senecesitan generadores ms grandes de lo requerido parasuministrar energa adecuada a la carga operando para limitarlas alteraciones de voltaje y frecuencia durante las transiciones

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Con esos antecedentes bsicos, se tratan enseguida lascaractersticas de operacin de las cargas individuales.

Tipos de Carga

Cargas de IluminacinLos clculos de iluminacin son muy directos, una suma delwattaje de la lmpara o dispositivo o el wattaje requerido paralos circuitos de iluminacin, ms el wattaje requerido para losbalastos. Los tipos comunes de iluminacin comnIncandescente ensamble de lmpara tipo foco estndar quetpicamente usan filamento de tungsteno, Fluorescente unalmpara de gas ionizado inducida con balastra tambin aplicapara iluminacin con descarga de gas, y de descarga de sodiode baja presin, sodio de alta presin, etc. Las Tablas 3-1 y3-2 tienen algunos datos tiles y representativos.

Tabla 3-1. Factores de Potencia de Iluminacin (Arranque yOperacin)

Tabla 3-2. Energa con Balasto

Cargas de Aire AcondicionadoLas cargas de aire acondicionado generalmente se especificanen toneladas. Para estimar los requisitos de carga en kilovatios,se utiliza una conversin de 2 HP/ton como una estimacinmuy conservadora de la carga total para una unidad de bajaeficiencia. Si quiere un tamao ms exacto y conoce las cargasdel motor del componente individual en el equipo de A/A,smelas individualmente y obtenga un factor de demanda paralas cargas que es posible que arranquen simultneamente.

un arranque con xito o la operacin apropiada de la carga siel generador est sub-dimensionado. Si bien algunas cargasson muy tolerantes con las perturbaciones de voltaje y frecuenciatransitorias en un corto tiempo, otras cargas son muy sensibles. En algunos casos, el equipo de carga puede tener controlesde proteccin que hacen que la carga se apague bajo estascondiciones. Aunque no es crtico, otros efectos como laatenuacin de luces o la subida momentnea de los elevadores,puede ser, cuando menos, inquietante.

Un conjunto generador es una fuente de energa limitada tantoen trminos de la potencia del motor (kW) como de losvoltamperios (kVA) del generador, sin importar el tipo de sistemade excitacin. Debido a esto, los cambios en la carga causanexcursiones de transitorios tanto en el voltaje como en lafrecuencia. La magnitud y duracin de estas excursiones seven afectadas por las caractersticas de la carga y el tamaodel generador con relacin a la carga. Un conjunto generadores una fuente de impedancia relativamente alta cuando secompara con el tpico transformador del servicio publico. Veams informacin en la Seccin 4, Seleccin del Equipo.

Secuenciado por Pasos de la CargaEn muchas aplicaciones, puede ser recomendable limitar lacantidad de carga que se conecta al conjunto generador o searranca con l, en un momento determinado. Las cargas seescalonan comnmente en secuencia de pasos para reducirlos requerimientos de arranque y, as, el tamao del generadorrequerido. Esto exige el control de la carga y del equipo paraconmutar la carga al generador1. Para este propsito,comnmente se usan interruptores de transferencia mltiples.Los interruptores de transferencia individuales se pueden ajustarpara conectar las cargas en momentos diferentes usando losajustes de transferencia de retraso de tiempo estndar paraescalonar las cargas. Se recomienda un retardo de tiempo deunos cuantos segundos entre los pasos de la carga, parapermitir que el generador estabilice el voltaje y la frecuencia.Esto, por supuesto, querr decir que cualquier emergencia ocargas legalmente requeridas necesitarn conectarse primeropara satisfacer los requerimientos legales. Las cargas querequieran de una potencia de arranque mayor, como las cargasde motores grandes, deben arrancarse mientras se conectauna carga mnima. Las cargas de UPS se pueden dejar al finalya que la carga de UPS se est soportada por bateras.

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1 Cummins Power Generation ofrece sistemas de control de cargaen cascada con base en la red.


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Ms de 50 HPUn motor grande que se arranca a travs de la lnea con unconjunto generador representa una carga de baja impedanciamientras est en la condicin de rotor bloqueado o en lacondicin inicial de parado. El resultado es una corriente altarepentina, tpicamente seis veces la corriente nominal (enoperacin). La alta corriente repentina hace que el voltaje delgenerador caiga. Esta cada de voltaje est compuesta de lacada de voltaje transitoria instantnea y la cada de voltaje derecuperacin.

La cada de voltaje transitoria instantnea ocurre en el instanteen que el motor se conecta a la salida del generador y esestrictamente una funcin de las impedancias relativas delgenerador y del motor. La cada de voltaje instantnea es lacada de voltaje predicho por las curvas de cada de voltajepublicadas en las hojas de datos del alternador2. Estas curvasde cada dan una idea de lo que se puede esperar para lacada instantnea, suponiendo que la frecuencia sea constante.Si el motor del generador se hace lento debido al altorequerimiento de kW de arranque, la cada del voltaje transitoriopuede exagerarse mientras la caracterstica de igualacin depar del regulador de voltaje atena la excitacin del alternadorpara ayudar al motor del generador a recuperar la velocidad.

Enseguida de la deteccin de la cada de voltaje transitorioinstantneo, el sistema de excitacin del generador respondeaumentando la excitacin para recuperar el voltaje nominal al mismo tiempo que el motor est acelerando a la velocidadde operacin (asumiendo que el motor desarrolla suficientepar). El par del motor, para motores de induccin, esdirectamente proporcional al cuadrado del voltaje aplicado.La aceleracin del motor es una funcin de la diferencia entreel par del motor y los requisitos de par de la carga. Para evitartiempo de aceleracin excesivos, o que el motor se pare, elgenerador debe recuperar el voltaje nominal tan rpido comosea posible.

La manera en la cual el voltaje del generador se recupera esuna funcin de los tamaos relativos del generador y del motor,la potencia del motor de combustin (capacidad en kW) y lacapacidad de forzar la excitacin del generador. Variosmilisegundos despus de la cada de voltaje transitorio inicial,el regulador de voltaje aplica el voltaje de fuerza total al excitadordel generador resultando en una acumulacin de la corriente

Cargas de MotoresExiste una amplia variedad de tipos de motor y tipos de cargasconectadas a esos motores, cada una de las cuales afecta lascaractersticas de arranque y operacin del motor. Enseguidase tratan las cuantiosas diferencias y caractersticas y susefectos en la definicin del dimensionamiento del conjuntogenerador.

Baja y Alta InerciaEl momento de inercia de una masa rotatoria, como la de unmotor y su carga, es una medida de su resistencia a laaceleracin con el par motor de arranque. El par motor (torque)de arranque exige ms potencia (SkW) del conjunto generadorque la carga en la operacin. Sin embargo, en lugar de tenerque hacer clculos, normalmente es suficiente el caracterizarlas cargas de manera amplia como cargas de alta inercia ocargas de baja inercia con el propsito de determinar la potencianecesaria para arrancar y acelerar las cargas de motor. Por lotanto, las cargas con baja inercia son aquellas que se puedenacelerar cuando se puede asumir un factor de servicio de 1.5o menos, mientras que las cargas con alta inercia son aquellasen donde se debe asumir un factor de servicio mayor de 1.5.Tambin debe asumirse un factor de servicio mayor para cargasmecnicamente desbalanceadas o pulsantes. La Tabla 3-3muestra las categoras de las cargas comunes.

Tabla 3-3. Resumen de Inercia rotatoria

* Ventiladores o bombas excepcionalmente grandes quetrabajan contra altos cabezales, pueden no calificar comocargas de baja inercia. Si no est seguro, asuma que son dealta inercia.

** Las cargas con alta inercia incluyen cargas mecnicamentepulsantes y desbalanceadas.

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2 Las curvas de cada de voltaje para el equipo de Cummins Power Generationestn disponibles en el CD de la Biblioteca Power Suite.


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pequeo. Sin embargo, se debe tener cuidado cuando seaplican estos mtodos de arranque de voltaje reducido. Comoel par del motor es una funcin del voltaje aplicado, cualquiermtodo que reduzca el voltaje del motor tambin reduce elpar durante el arranque. Estos mtodos de arranque slo sedeben aplicar a cargas de motor de baja inercia a menos quese pueda determinar que el motor produzca el par adecuadopara acelerar durante el arranque. Adicionalmente, estosmtodos de arranque pueden producir muy altas corrientesrepentinas cuando hacen la transicin de arranque a operacin(si la transicin ocurre antes que el motor alcance la velocidadde operacin), resultando en requerimientos de arranque quese aproximan a un arranque con toda la lnea. Si el motor noalcanza la velocidad de operacin cerca de la nominal antesde la transicin, pueden ocurrir excesivas cadas de voltaje yfrecuencia cuando se emplean estos arrancadores con losconjuntos generadores. Si est inseguro cmo reaccionarnel arrancador y la carga, asuma un arranque a travs de lalnea.

Mandos de Frecuencia Variable (VFD)De todas las clases de carga no lineal, los mandos de frecuenciavariable, que se usan para controlar la velocidad de motoresde induccin, inducen la mayor distorsin en el voltaje de salidadel generador. Se requiere de alternadores ms grandes paraevitar el sobrecalentamiento del alternador debido a las corrientesarmnicas inducidas por el mando de frecuencia variable, ypara limitar la distorsin del voltaje del sistema al bajar lareactancia del alternador.

Por ejemplo, las cargas convencionales de VFD de tipo deinversor de fuente de corriente en un generador deben sermenos de aproximadamente el 50 por ciento de la capacidaddel generador para limitar la distorsin de harmnicos total amenos del 15 por ciento. Ms recientemente, los VFD de tipode Ancho de Pulso Modulado se han hecho ms efectivos enlos costos e inducen sustancialmente armnicas ms bajas.El alternador slo necesita sobredimensionarse cerca de un40% para estos mandos.

del campo principal de acuerdo con el excitador y las constantesde tiempo del campo principal. Los componentes del conjuntogenerador estn diseados y empatados para lograr el tiempode respuesta ms corto posible mientras se mantiene laestabilidad del voltaje y evitar la sobrecarga del motor decombustin. Los sistemas de excitacin que responden muyrpido o que son muy rgidos en realidad pueden sobrecargaral motor de combustin cuando se arrancan motores elctricosgrandes. Dependiendo de la severidad de la carga, el generadordebe recuperar el voltaje nominal en varios ciclos, o cuandomucho, en pocos segundos.

Para aplicaciones de arranque de motores, tanto la cada devoltaje transitorio inicial como el voltaje de recuperacin necesitanconsiderarse. Un generador debe dimensionarse para que noexceda la cad

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t030-Es -Manual Generadores Cummings