Cómo instalar un generador trifásico para uso industrial

Instalar un generador trifásico industrial es un asunto complejo que exige un alto nivel de precisión, profesionalismo y un buen conocimiento de las complejidades de la instalación eléctrica. Ya sea para mejorar la energía de respaldo de la planta o para establecer un nuevo sistema de respaldo que pueda soportar operaciones pesadas, un generador trifásico bien instalado puede distribuir la energía adecuadamente. Este manual explicará los pasos necesarios para instalar una fuente de alimentación trifásica de forma segura y exitosa. Abarca, entre otros aspectos, todos los pasos necesarios antes de instalar un generador eléctrico, las restricciones pertinentes y las mejoras de rendimiento. Este artículo le garantiza la información detallada necesaria para una instalación fluida y eficaz que se ajuste a sus necesidades industriales.

Sección 01

Comprensión de los generadores trifásicos

Un generador trifásico es un dispositivo eléctrico que genera tres voltajes separados, pero iguales en fase, con un desfase de 120 grados entre cada fase. Debido a que la energía generada es uniforme e invariable, este generador es ideal para usos industriales y de alta intensidad. Al convertir las ventajas mecánicas, a menudo mediante un motor o una rueda metálica, en energía eléctrica mediante electromagnetismo, la energía generada por el generador es la que genera. Por último, las unidades fiables y de alta potencia son más eficaces para diversas aplicaciones, como el suministro de energía a motores, aires acondicionados y otras máquinas pesadas en aplicaciones comerciales.

Beneficios de la energía trifásica

1. 01

   Mayor densidad de potencia

   Existen razones prácticas para utilizar sistemas trifásicos en lugar de monofásicos. Además, permiten transmitir más potencia con menos material. Comparativamente, los sistemas trifásicos son aproximadamente 1.5 veces más eficientes que los monofásicos (que utilizan el mismo conductor de cobre o aluminio) al suministrar la misma cantidad de voltaje, lo que reduce drásticamente los costos de instalación para aplicaciones de alta potencia.

2. 02

   Entrega de energía consistente

   A diferencia de un sistema monofásico, que sufre variaciones de potencia, la alimentación trifásica se mantiene constante y continua. Este suministro constante es esencial para el funcionamiento y el mantenimiento de maquinaria delicada, así como de cualquier equipo sensible a fluctuaciones.

3. 03

   Mejora de la eficiencia de los motores

   El rendimiento mecánico de los motores de inducción trifásicos es superior en todos los aspectos al de sus homólogos monofásicos. Además, estos motores ofrecen un arranque más potente y mayor seguridad durante su funcionamiento, lo que los hace ideales para industrias con altas exigencias de rendimiento y fiabilidad.

4. 04

   Distribución de carga equilibrada

   El uso de un motor trifásico genera una corriente dividida en tres fases a lo largo del sistema. Esto ayuda a evitar el exceso de corriente por unidad de área al distribuirla entre tres conductores. Esto estabiliza el voltaje y permite que el flujo de corriente sea normal/estable, mejorando así la seguridad operativa.

5. 05

   Transmisión de larga distancia rentable

   La transmisión trifásica ofrece ventajas sobre los sistemas monofásicos en cuanto a la distancia a la que debe transportarse la energía. Gracias al menor desperdicio de energía y a la posibilidad de utilizar conductores menos masivos y más gruesos para la misma potencia máxima, los sistemas reducen los costos de infraestructura y de operación, y limitan los costos de inversión en infraestructura que deben asumir las empresas de servicios públicos.

6. 06

   Escalabilidad para necesidades energéticas en expansión

   Los sistemas trifásicos son, por regla general, modulares, lo que implica que son discretos y su rendimiento se puede modificar fácilmente. Además, pueden adaptarse al aumento del consumo de energía sin necesidad de cambiar la mayoría de sus componentes, lo que los hace muy prácticos para sectores y aplicaciones en auge.

Aplicaciones de los generadores trifásicos en la industria

Diferencias entre generadores trifásicos y otros

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Sección 02

Cómo elegir el tamaño correcto del generador

La selección adecuada del tamaño de un generador siempre requiere prestar especial atención a la potencia de salida necesaria. Para ello, es preciso determinar la potencia en vatios que produce cada componente y elemento con el que el generador trabajará. Al instalar motores, se deben documentar tanto la potencia continua como la de arranque. Asimismo, es importante considerar las fluctuaciones de carga y la necesidad de una potencia superior a la mínima disponible.

Para aplicaciones menos críticas, como en el hogar, se puede usar un generador de 5,000 a 7,500 vatios para alimentar algunos artículos, como refrigeradores, bombas de sumidero e iluminación. Por otro lado, en áreas industriales o comerciales se utilizan generadores grandes de más de 20 000 vatios para operar numerosas máquinas pesadas, así como otros equipos. Consulte siempre el manual del usuario para averiguar la potencia nominal exacta del fabricante; si no puede hacerlo, se recomienda recurrir a profesionales en ese campo.

Cálculo de los requisitos de potencia (kVA)

Para determinar la potencia nominal en kilovoltiamperios (kVA), es importante comprender cómo la potencia aparente (kVA) se relaciona con la potencia real (kilovatios o kW) mediante el factor de potencia (FP). El factor de potencia (FP) es la proporción de la potencia total que se utiliza para realizar trabajo útil, mientras que la parte restante se pierde debido a transitorios de la red o potencia reactiva.

La potencia real, sin embargo, es la carga o potencia real absorbida por el equipo en kilovatios (kW). El factor de potencia, por otro lado, representa la eficiencia del sistema eléctrico, generalmente en forma de cifra, dentro del rango de 0 a 1. Para cargas resistivas, por ejemplo, circuitos, generalmente dispositivos de iluminación o calefacción, su factor de potencia es bastante cercano a 1. Sin embargo, para cargas inductivas, como motores o transformadores, su factor de potencia correspondiente tiende a ser menor, estimándose generalmente en torno a 0.8.

Además, cuando hay varios dispositivos en el sistema, se deben promediar las potencias nominales individuales en kW de todos los aparatos conectados y multiplicar la suma de los kW individuales por el factor de potencia promedio para obtener el total de kVA. Calcular los kVA correctamente es esencial para operar la máquina de forma segura, y además, es necesario un mantenimiento adecuado para evitar la carga de los generadores o la superación de los valores nominales de los circuitos eléctricos.

Evaluación de tipos de carga: monofásica vs. trifásica

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Factores que influyen en la selección del generador

1. 01.

   Requisitos de salida de energía

   Es importante que los generadores cumplan con los requisitos de la carga prevista, considerando las condiciones críticas de la demanda máxima y las posibles ampliaciones futuras de la carga. En el caso de usuarios domésticos, los generadores monofásicos de menor capacidad podrían ser suficientes, mientras que para aplicaciones industriales, generalmente se utilizan generadores trifásicos que pueden operar con equipos eléctricos pesados.

2. 02.

   Tipo de combustible y disponibilidad

   Huelga decir que el diésel, la gasolina, el gas natural y el GLP (o propano) son opciones de combustible importantes en este contexto. En la mayoría de los casos, los generadores diésel se utilizan en condiciones adversas debido a su gran resistencia y capacidad. Sin embargo, la dinámica del mercado externo también influye considerablemente en las razones que justifican esta elección.

3. 03.

   Tiempo de funcionamiento y eficiencia de combustible

   Los generadores diésel y de gasolina más antiguos difieren en consumo de combustible y durabilidad. Se recomienda que el generador se construya para que cumpla con los criterios de funcionamiento durante un período prolongado con un alto consumo de energía. Un generador con mayor eficiencia de combustible no solo reduce los costos operativos, sino que también garantiza que los usuarios no tengan que dedicar largas horas a repostar.

4. 04.

   Nivel de ruido e impacto ambiental

   En zonas residenciales y urbanas, la preocupación por el ruido, cuya unidad de medida son los decibelios (dB), cobra una importancia considerable. En situaciones sensibles al ruido, esto implicará un uso más amplio de generadores silenciosos. Además, será necesario abordar todos los problemas relacionados con el cumplimiento de las normas y órdenes de los grupos electrógenos cuando los generadores diésel sean la principal fuente de energía.

5. 05.

   Sistemas de control y características

   Los modelos recientes de generadores se están equipando con sistemas de control cada vez más complejos, que incluyen interruptores de transferencia automáticos, protección contra sobrecargas y dispositivos de monitoreo digital. Esto reduce la posibilidad de confusión sobre los detalles específicos de la aplicación de un generador mal diseñado, sumado al hecho de que dichos dispositivos representan un peligro innecesario para las personas.

6. 06.

   Tamaño y portabilidad

   Para aplicaciones móviles, el diseño debe ser lo más compacto posible y se debe priorizar la portabilidad. Por el contrario, para su uso en la industria u otras aplicaciones comerciales, un generador inmóvil requiere más que robustez; también requiere una instalación rigurosa.

Sección 03

Consideraciones del sitio para la instalación del generador

Ubicación y accesibilidad

Al seleccionar una ubicación adecuada para un generador, se deben considerar los requisitos de acceso para futuros trabajos de mantenimiento y reparación. Debe ser tal que no sea necesario perder tiempo buscando la ubicación de un técnico de servicio. Se debe considerar el ancho del camino, la disponibilidad de vehículos de servicio y la portabilidad del equipo y/o los repuestos.

La ubicación del generador debe mejorar el flujo de aire para evitar su sobrecalentamiento. Un lugar con una circulación de aire adecuada mejora la eficiencia del generador y reduce el impacto en la salud, ya que no se acumularán gases de escape con un sonido áspero. El local también debe estar libre de escombros, basura o plantas que puedan bloquear el acceso o provocar incendios.

Finalmente, el uso de tecnología avanzada facilita y mejora la planificación de distancias y la distribución del terreno, minimizando los riesgos y brindando comodidad. Esta tecnología facilita la elaboración de planos del terreno, siempre que características como las distancias se conviertan en medidas físicas y se consideren factores imprecisos, como peligros u otras deficiencias, para garantizar la seguridad y la capacidad operativa del lugar elegido.

Conexiones eléctricas y requisitos de tierra

Las conexiones eléctricas y su correcta conexión a tierra son cruciales para la seguridad y la economía del sistema, dependiendo de su funcionamiento. Es importante adquirir cables, conectores y carcasas de protección de calidad, recomendados en este sector. Los de alta calidad son los mejores, ya que minimizan los riesgos de cortocircuito, barrido o incluso interferencias. Por ejemplo, es necesario utilizar maquinaria eléctrica que cumpla con las normas vigentes en cada región, como los artículos pertinentes del Código Eléctrico Nacional (NEC) o la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en caso de exportaciones.

Las instalaciones de puesta a tierra, o sus propósitos, deben planificarse adecuadamente para minimizar el impacto de las corrientes de cortocircuito y las descargas eléctricas. Otra alternativa para lograr esto puede ser la ejecución de un sistema de puesta a tierra aceptable, diseñado enterrando varillas, rejillas o placas conductoras a cierta profundidad que permita alcanzar la efectividad adecuada del sistema. La resistividad del suelo, su contenido de humedad y el grado de corrosión que se espera que presente cada estructura también deben considerarse antes de realizar el diseño de la puesta a tierra. Existen tecnologías innovadoras, como el modelado computacional y los instrumentos de medición de resistencia, para estudiar la calidad de un sistema de puesta a tierra. Además, es evidente que al aplicar equipos de protección contra sobretensiones y una puesta a tierra adecuada, se pueden evitar pérdidas y accidentes graves causados ​​por aumentos de voltaje a corto plazo.

Medidas de seguridad y cumplimiento de los códigos locales

Es fundamental la seguridad de todos los usuarios, especialmente de las superficies de polímero de puesta a tierra, ya que también deben cumplir con la normativa local. Las directrices establecidas según la normativa local, como el Código Eléctrico Nacional (NEC) de EE. UU. o las normas IEC internacionales, proporcionan los procedimientos correctos para la instalación, el dimensionamiento de los conductores y las especificaciones de los materiales. Se requieren inspecciones y comprobaciones puntuales del sistema a intervalos regulares para garantizar que cumpla con las normas requeridas durante un período adecuado.

Para mejorar la seguridad, también es recomendable realizar un mantenimiento regular de los componentes conectados a tierra para detectar la degradación causada por la intemperie o la corrosión. Para un mayor rendimiento como medida permanente, se recomienda el uso de materiales de alta pureza, como cobre o aleaciones especiales. Asimismo, una distancia razonable entre los conductores de tierra y los materiales combustibles elimina el riesgo de propagación rápida del fuego en caso de fallos en los sistemas eléctricos.

Últimamente, los avances en sistemas de monitorización en tiempo real se han generalizado en áreas como la salud y la seguridad. La adherencia al suelo y su control eficaz son aspectos que se abordan para mejorar la seguridad de la maquinaria y los sistemas. El alto riesgo de no controlar completamente los riesgos se considera una amenaza y se tiene en cuenta al considerar la aplicación del modelo desarrollado.

Sección 04

Procedimiento de instalación paso a paso

1. 01

   Preparación Del Sitio

   Identifique y asegure una base nivelada y sólida para el generador, evitando cualquier obstáculo alrededor del mismo y asegurándose de que se cumplan las normas locales sobre ubicación y seguridad. Limpie el lugar de trabajo y retire cualquier residuo, si lo hubiera.

2. 02

   Evaluación de carga eléctrica

   Calcule la suma de los requisitos energéticos de todas las cargas que se conectarán al generador y asegúrese de que la potencia nominal del generador coincida con la carga total. Marque los equipos necesarios para que la asignación de energía vaya de lo más importante a lo inútil.

3. 03

   Posicionamiento del generador

   Lleve el generador a una posición nivelada y colóquelo allí tras asegurarse de que esté en un plano paralelo. Además, sujételo para que no se mueva durante el funcionamiento.

4. 04

   Conexión a un interruptor de transferencia

   Instale un interruptor de transferencia automática (ATS) en el circuito que se conectará al generador o conecte manualmente el generador al circuito del panel de distribución cuando falle el suministro eléctrico. Asegúrese de que el equipo cumpla con los límites establecidos por los códigos eléctricos.

5. 05

   Conexión a tierra del generador

   Siga las instrucciones del fabricante y la normativa nacional de instalación eléctrica y conecte una varilla de puesta a tierra al generador. Es importante contar con una conexión conductora de baja impedancia para evitar los riesgos eléctricos.

6. 06

   Configuración del sistema de combustible

   Use una manguera flexible para conectar el tanque de gasolina al carburador del generador. Asegúrese de que todas las conexiones estén selladas y sin fugas. Si el generador funciona con combustible como la gasolina, verifique la capacidad del tanque y la calidad del combustible.

7. 07

   Cableado eléctrico

   Simplemente conecte los cables a la salida del generador a un interruptor de transferencia o panel de carga. Inspeccione también el generador de gasolina para verificar si la carga es correcta o excesiva. Se deben tomar precauciones de seguridad, especialmente al cambiar de generador.

8. 08

   Inspección previa a la operación

   Revise el generador para detectar piezas dañadas, cableado suelto y fugas de aceite u otras fugas. Revise los niveles de aceite, refrigerante y combustible según las instrucciones del fabricante.

9. 09

   Prueba inicial del sistema

   Arranque el generador según los procedimientos del manual del usuario. Después, aumente la carga gradualmente y observe los parámetros de funcionamiento del dispositivo, como el voltaje y la frecuencia de la potencia generada.

10. 10

    Operación final y mantenimiento

    Compruebe que no haya problemas evidentes con el generador funcionando bajo carga. Desarrolle un conjunto de actividades de mantenimiento que incluyan revisiones periódicas, lubricación adicional y pruebas de los componentes instalados para garantizar la longevidad del generador.

Preparación del sitio de instalación

La instalación del generador requiere que el sitio esté completamente preparado para su uso y que se mantenga funcional durante un tiempo. Lo primero que debe decidirse es dónde está legalmente permitido erigir o instalar una estructura. El lugar debe ser plano, sin cavidades y con buena circulación de aire para evitar la acumulación de humedad debido al aire estancado y la falta de espacio para el intercambio de aire. Mantenga el espacio alrededor del generador despejado para que, al momento de realizar reparaciones o mantenimiento, se pueda ubicar y evitar que se sobrecaliente.

Al colocar el generador en un área exterior, coloque una base o soporte resistente de concreto u otro material duradero que soporte o resista las características del generador y minimice la generación de ruido cuando el sistema finalmente entre en funcionamiento. Para proteger el espacio interior de la contaminación por CO, este debe estar alejado de ventanas, puertas y rejillas de ventilación de retorno. De lo contrario, se requerirá una carcasa impermeable para protegerlo de la humedad, la nieve y las bajas temperaturas ambientales en el exterior. Debe haber una conexión a tierra disponible, ya que esto es crucial en caso de emergencias relacionadas con descargas eléctricas, y el generador debe estar protegido con un fusible.

Se debe hacer todo lo posible para garantizar que la conexión esté al alcance de la electricidad y el suministro de combustible. Es fundamental contar con un suministro adecuado de combustible, ya sea diésel, propano o gas natural, así como con dispositivos de seguridad para evitar fugas o sabotajes en dicha conexión. Además, se debe prestar la debida atención al cumplimiento de todas las instalaciones eléctricas con la normativa aplicable, lo que implica el uso de interruptores de transferencia automáticos u otros dispositivos de protección.

Montaje del generador y del ATS (interruptor de transferencia automática)

El montaje correcto del generador y del ATS determina su eficiencia y la vida útil de todo el sistema. El generador necesita una plataforma de montaje resistente, pero que no produzca vibraciones. De hecho, se suele utilizar una plataforma de hormigón para este fin, ya que es duradera, nivelada y resistente a los agentes externos. Las instalaciones exteriores requieren carcasas protectoras que protejan contra la intemperie, los escombros y cualquier impacto, lo que también garantiza el cumplimiento de las normas NEMA o las que se especifiquen para cada sitio.

Es fundamental instalar el preamplificador verticalmente en la pared para facilitar el acceso a las conexiones del cableado. El aparato debe ubicarse cerca del cuadro eléctrico principal para reducir la longitud de los cables y, en consecuencia, las conexiones de mezcla. Todas las conexiones que conectan el generador, el ATS y la electricidad del edificio deben cumplir con el Código Eléctrico Nacional (NEC) o el código de prácticas aplicable. El tipo de aislamiento de los cables, el tamaño de los conductos y los extremos del sistema de puesta a tierra deben cumplir con los principios de las normas relacionadas mencionadas para garantizar el flujo correcto de corriente y los dispositivos de fallo de funcionamiento. Además, se recomienda que haya suficiente espacio para despejar el generador y el ATS para su reparación y disipación de calor.

Sección 05

Comprobaciones y pruebas finales

Verificación de conexiones eléctricas

Es fundamental realizar pruebas e inspecciones exhaustivas de todas las conexiones eléctricas para evitar ineficiencias operativas y situaciones peligrosas. Esto incluye la comprobación de cada conexión y terminal para detectar defectos, como aislamiento agrietado, suelto o faltante; signos de corrosión o un ajuste flojo o apretado. Es importante utilizar un multímetro digital calibrado para comprobar la resistencia al flujo eléctrico en las secciones donde debería haber corriente, ya que esto es típico de terminales sueltos o mal ajustados. Todos los sistemas trifásicos deben someterse a pruebas de continuidad para confirmar la correcta conexión y proteger los contactos contra fallos de aislamiento.

Asimismo, las fallas resistivas pueden provocar un aumento de la temperatura en los puntos de contacto, lo que puede observarse mediante monitoreo termográfico, lo cual no suele ser sencillo durante la puesta en servicio. Se deben utilizar conductores con el tamaño suficiente para soportar las pérdidas de hierro-silicio en condiciones óptimas de operación, sin riesgo de sobrecalentamiento ni deterioro del sistema de aislamiento en caso de falla. Todas las pruebas realizadas deben archivarse con todos los datos y las acciones tomadas para resolver el problema en caso de falla; de lo contrario, el equipo de mantenimiento no realizará los cambios requeridos según las normas.

Prueba de la funcionalidad del generador

Para garantizar el rendimiento confiable del generador, primero debe someterse a las pruebas funcionales requeridas. Opere bajo diferentes condiciones de carga. Verifique la facilidad de arranque del generador y luego verifique la transición suave a la velocidad de operación, sin ruidos ni retrasos molestos. Asegúrese de tener las lecturas de voltaje y frecuencia tanto en vacío como a plena carga para confirmar si las mediciones se realizaron dentro de las configuraciones normales. Además, verifique y mantenga la potencia de salida o cualquier cambio en ella, lo que ayudará a verificar el funcionamiento mecánico o eléctrico de la máquina y a diagnosticar fallas y posibles causas de accidentes, como la desalineación y el grado de desgaste.

Los métodos de prueba avanzados incluyen el uso de herramientas de adquisición de datos en tiempo real, lo que permite estudiar el contenido armónico, el factor de potencia y los perfiles de temperatura durante un período prolongado. Es necesario evaluar el sistema de calefacción de combustible, la carga de refrigeración, el aceite lubricante y el uso de mecanismos especiales para evitar la pérdida de eficiencia del motor o del generador en condiciones de funcionamiento estables. También se puede incluir la simulación de la reacción del generador ante una pérdida de potencia y el funcionamiento de los esquemas de fallo de la red eléctrica. De esta manera, se posibilita una evaluación adecuada de todos los componentes del grupo electrógeno sin demoras, y resulta eficaz incluso en situaciones de contingencia.

Fuentes de referencia

• [ 1 ]

  Filtro activo de potencia en derivación alimentado por energía solar mediante una topología de inversor avanzada ZSI: una revisión — ieeexplore.ieee.org

• [ 2 ]

  Interacción optimizada entre TSO y DSO en redes desequilibradas mediante clústeres de vehículos eléctricos con respuesta a la frecuencia en centrales eléctricas virtuales — ietresearch.onlinelibrary.wiley.com