Una empresa realiza su levantamiento de cargas, suma los equipos que necesita respaldar y selecciona una planta de emergencia con una capacidad aparentemente suficiente. Durante un apagón, el generador arranca correctamente, alimenta la instalación y todo parece funcionar… hasta que entra una bomba, un compresor o determinada maquinaria.
En ese momento pueden aparecer caídas de tensión, variaciones de frecuencia, actuación de protecciones o dificultades para que el motor acelere correctamente.
El problema puede estar en un factor que no siempre se contempla al realizar un cálculo básico: los picos de arranque en generadores.
La potencia que consume un motor mientras funciona normalmente no necesariamente representa la exigencia que producirá al momento de arrancar. Por eso, dimensionar una planta de emergencia utilizando únicamente la suma de los kW nominales de los equipos puede resultar insuficiente en instalaciones comerciales e industriales.
¿Qué son los picos de arranque en generadores?
Cuando determinados equipos eléctricos comienzan a funcionar, especialmente aquellos que utilizan motores, pueden demandar temporalmente una corriente superior a la requerida una vez que alcanzan su condición normal de operación.
Esta demanda transitoria es uno de los aspectos que deben analizarse al estudiar los picos de arranque en generadores.
Una vez que el motor alcanza su velocidad de operación, la corriente normalmente disminuye hacia sus condiciones de funcionamiento estable. El generador, sin embargo, debe ser capaz de responder también al periodo de arranque.
Por esta razón existen dos escenarios distintos que deben considerarse:
Carga en operación: demanda que presentan los equipos mientras funcionan normalmente.
Demanda durante el arranque: condición transitoria que aparece cuando determinados equipos, especialmente motores, entran en funcionamiento.
Un cálculo basado exclusivamente en el primer escenario puede pasar por alto el segundo.
¿Qué equipos pueden presentar una demanda elevada al arrancar?
Los motores eléctricos son especialmente importantes al dimensionar sistemas de respaldo.
Dependiendo de la instalación, pueden encontrarse en:
- Bombas.
- Compresores.
- Sistemas de refrigeración.
- Aires acondicionados.
- Bandas transportadoras.
- Ventiladores.
- Maquinaria industrial.
- Sistemas hidráulicos.
- Diferentes equipos electromecánicos.
Esto no significa que todos presenten exactamente el mismo comportamiento.
La corriente de arranque depende de factores como el diseño del motor, potencia, carga mecánica, método de arranque y características del sistema.
Por eso no es recomendable utilizar un único multiplicador genérico para todos los motores de una empresa.
¿Por qué sumar los kW puede dar un resultado incorrecto?
Supongamos un ejemplo hipotético.
Una instalación determina que las cargas que necesita respaldar demandan 50 kW durante su funcionamiento normal.
Seleccionar directamente un generador basándose exclusivamente en esos 50 kW ignoraría otros factores importantes, como el factor de potencia, voltaje, número de fases y comportamiento transitorio de las cargas.
Imagine ahora que dentro de esos 50 kW existe un motor importante.
Mientras ese motor opera normalmente, su demanda ya está contemplada dentro del cálculo. Pero cuando necesita arrancar, el generador puede enfrentarse temporalmente a una exigencia mayor.
Por ello, una planta puede parecer correctamente dimensionada cuando todas las cargas están funcionando y, al mismo tiempo, tener dificultades para llevarlas hasta esa condición de operación.
Esta diferencia es fundamental para comprender los picos de arranque en generadores.
¿Qué puede pasar si el generador no soporta el arranque?
Cuando la respuesta del sistema de generación no es adecuada para la demanda transitoria, pueden presentarse diferentes síntomas.
Entre ellos pueden encontrarse:
- Caídas de tensión.
- Variaciones de frecuencia.
- Dificultad para acelerar determinados motores.
- Actuación de protecciones.
- Desconexión de cargas.
- Comportamiento inestable de otros equipos conectados.
Los síntomas concretos dependen del generador, las protecciones, controles, características de la instalación y magnitud de la carga.
Esto también explica por qué un generador que aparentemente “funciona bien” con iluminación, computadoras y otras cargas puede presentar problemas justo cuando intenta entrar un compresor o una bomba.
No necesariamente significa que el generador tenga una falla. Primero debe analizarse si fue dimensionado considerando adecuadamente el comportamiento de las cargas.
Los picos de arranque en generadores no se calculan con una regla universal
Es frecuente encontrar recomendaciones generales que proponen multiplicar la potencia de cualquier motor por una cifra determinada.
Aunque estos métodos pueden utilizarse para algunas estimaciones preliminares, no deberían convertirse en una regla universal para dimensionar una planta de emergencia empresarial.
Dos motores con la misma potencia nominal pueden presentar condiciones de arranque diferentes.
Entre los aspectos que deben revisarse están:
- Potencia del motor.
- Corriente nominal.
- Corriente o características de arranque.
- Tipo de carga mecánica.
- Método de arranque.
- Voltaje.
- Número de fases.
- Factor de potencia.
- Tiempo de aceleración.
- Capacidad y respuesta del generador.
- Otras cargas conectadas durante el arranque.
Cuando se dispone de la información técnica del motor y del equipo accionado, el dimensionamiento puede realizarse con mayor precisión.
El método de arranque también importa
No todos los motores entran en funcionamiento de la misma manera.
Un arranque directo puede producir una condición eléctrica diferente a sistemas que utilizan métodos destinados a controlar el proceso de aceleración.
Dependiendo de la aplicación pueden existir arrancadores estrella-triángulo, arrancadores suaves, variadores de frecuencia u otras configuraciones.
Esto puede modificar considerablemente la demanda que observará el generador.
Sin embargo, tampoco debe asumirse que instalar un arrancador suave o un variador resuelve automáticamente cualquier problema de dimensionamiento. La interacción entre motor, carga, dispositivo de arranque y generador debe analizarse como un sistema.
¿Qué pasa cuando varios motores arrancan simultáneamente?
Este es otro escenario importante.
Una planta de emergencia puede tener capacidad suficiente para arrancar individualmente cada motor y presentar problemas cuando varios intentan entrar al mismo tiempo.
Esto puede ocurrir después de un apagón.
Cuando el generador comienza a alimentar nuevamente la instalación, diferentes controles y equipos pueden solicitar arranque prácticamente al mismo tiempo.
Imagine una instalación con refrigeración, climatización, bombas y compresores. Aunque todos puedan mantenerse funcionando una vez estabilizados, la combinación de sus condiciones de arranque puede representar una exigencia mucho mayor.
Por eso, analizar los picos de arranque en generadores también implica estudiar la simultaneidad.
La secuencia de cargas puede ser parte de la solución
No siempre es necesario solucionar una demanda elevada simplemente seleccionando un generador considerablemente mayor.
Dependiendo del proyecto, puede analizarse una estrategia de entrada escalonada de cargas.
El concepto consiste en evitar que determinados equipos entren simultáneamente.
Por ejemplo, después de que el generador alcanza condiciones adecuadas de operación, pueden incorporarse primero las cargas prioritarias y posteriormente otras cargas según una secuencia previamente definida.
Esto permite administrar mejor la demanda transitoria.
La viabilidad y configuración de esta estrategia dependen de la instalación, controles, sistema de transferencia y necesidades de operación, por lo que debe diseñarse técnicamente para cada proyecto.
¿El motor más grande determina la capacidad del generador?
Es un factor importante, pero no puede analizarse de forma aislada.
Durante un levantamiento de cargas conviene identificar cuál es el motor que representa una mayor exigencia durante su arranque y qué otras cargas estarán conectadas cuando esto ocurra.
El generador no estará respondiendo únicamente a ese motor.
Puede existir simultáneamente iluminación, servidores, sistemas de control, refrigeración, otras máquinas y motores que ya se encuentren funcionando.
Por ello, el análisis debe contemplar la carga que ya está conectada más la condición transitoria generada por la nueva carga que entra en operación.
kW y kVA también deben considerarse
Otro error consiste en analizar los picos de arranque en generadores únicamente desde los kW.
Los kW representan potencia activa, mientras que los kVA representan potencia aparente. El factor de potencia establece la relación entre ambas magnitudes.
Durante el dimensionamiento de una planta de emergencia deben analizarse tanto las necesidades de potencia de las cargas como la capacidad del sistema para responder a sus características eléctricas.
Esto resulta especialmente importante cuando existen motores y otras cargas que producen condiciones transitorias importantes.
Por esa razón, simplemente sumar los kW indicados en las placas y agregar un margen arbitrario no sustituye un análisis de cargas.
¿Cómo considerar los picos de arranque al dimensionar un generador?
El proceso puede comenzar identificando todas las cargas que deberán respaldarse.
Después, conviene separar aquellas que contienen motores o presentan características especiales de arranque.
Para estas cargas es importante recopilar datos como:
- Potencia nominal.
- Voltaje.
- Número de fases.
- Corriente nominal.
- Información de arranque disponible.
- Método de arranque.
- Equipos que estarán funcionando previamente.
- Equipos que podrían arrancar simultáneamente.
Con esta información puede analizarse qué escenarios representan la mayor exigencia para el sistema de generación.
En instalaciones industriales complejas, este análisis debería ser realizado o validado por personal técnicamente capacitado.
¿Qué hacer si mi generador actual presenta problemas al arrancar maquinaria?
Si una planta de emergencia funciona correctamente hasta que entra determinado equipo, no conviene concluir inmediatamente que se necesita reemplazar el generador.
Primero debe diagnosticarse el sistema.
Entre los aspectos que pueden revisarse están las características de la carga, corriente de arranque, secuencia de conexión, configuración y protecciones, estado del generador y condiciones generales de la instalación.
También es necesario verificar el mantenimiento del equipo.
Un problema que aparece durante el arranque de una carga puede estar relacionado con dimensionamiento, configuración, condiciones de operación o alguna falla que requiera diagnóstico.
La solución debe determinarse después de identificar la causa.
Dimensionar para arrancar, no solamente para mantener funcionando
Una planta de emergencia debe poder responder a los escenarios reales que enfrentará durante una interrupción eléctrica.
Por eso, conocer los picos de arranque en generadores es especialmente importante cuando una empresa necesita respaldar motores, bombas, compresores, refrigeración, climatización o maquinaria.
El cálculo no debería limitarse a sumar la potencia nominal de los equipos. Es necesario estudiar qué cargas son críticas, cómo arrancan, cuáles estarán funcionando previamente y qué equipos pueden entrar simultáneamente.
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