Cómo dimensionar una planta de emergencia industrial

Paso a paso

1. Defina qué cargas se respaldan

   Separe las cargas que deben operar durante un corte de las que pueden esperar. Respaldar toda la planta y respaldar solo lo crítico llevan a equipos muy distintos.

2. Mida la carga en operación

   Use el historial de demanda o un analizador en el tablero principal para conocer la potencia real en kW y su factor de potencia. La suma de placas casi siempre sobreestima la carga.

3. Identifique el arranque más exigente

   Liste los motores grandes, su potencia y su método de arranque. El motor de arranque directo de mayor tamaño suele definir el generador más que la carga en régimen.

4. Elija el régimen de uso

   Estime cuántas horas al año operará el equipo. Si solo respalda cortes, se especifica en standby; si operará como fuente principal o muchas horas, en prime.

5. Diseñe la secuencia de carga

   Defina en qué orden entran las cargas al generador. Arrancar primero el motor más grande o escalonar la transferencia puede permitir un equipo menor.

6. Verifique con los datos del fabricante

   Compare la carga en régimen y los kVA de arranque con la capacidad del modelo propuesto y la caída de voltaje que admite su carga. Agregue el margen de crecimiento previsto.

En detalle

El error más común es sumar las placas de todos los equipos y comprar un generador de esa capacidad. Muchos equipos nunca operan a plena carga y no todos operan al mismo tiempo, así que el resultado suele ser un equipo sobrado que trabaja con poca carga, algo que en un motor diésel produce acumulación de combustible sin quemar en el escape. El error opuesto es dimensionar solo con la carga en régimen y descubrir en el primer corte que el generador no puede arrancar el compresor.

La razón es la corriente de arranque de motores. Un motor de inducción con arranque directo toma al arrancar varias veces su corriente nominal, con un factor de potencia muy bajo. Para la red de CFE es un evento menor; para un generador es un escalón que hace caer su voltaje. Si la caída es grande, los contactores se abren, los variadores se disparan o el motor no alcanza velocidad.

También importa la diferencia entre kVA y kW. El motor del generador entrega kW; el alternador entrega kVA. Una carga con factor de potencia bajo puede llegar al límite del alternador antes que al del motor.

Ejemplo ilustrativo. Una planta quiere respaldar: un compresor de 100 HP con arranque directo, dos bombas de 30 HP con arrancador suave, 60 kW de iluminación y control, y 120 kW de cargas diversas. La carga en régimen ronda los 310 kW con factor de potencia de 0.85, es decir, unos 365 kVA. El compresor, al arrancar en directo, pide del orden de 600 kVA de arranque. Supongamos, como dato hipotético del fabricante, que un modelo de 400 kW admite 550 kVA de arranque con 20 % de caída de voltaje y que el modelo siguiente, de 500 kW, admite 800 kVA. Por carga en régimen bastaría el de 400 kW; por el arranque, no. Hay dos caminos: subir al modelo de 500 kW, o instalar un arrancador suave en el compresor, que reduce su arranque a una fracción y permite quedarse con el de 400 kW. Cuál conviene depende del costo de cada opción y de cuántos motores similares hay.

Al final, el tamaño se valida con el software o las hojas del fabricante, que modelan la caída de voltaje y frecuencia en cada escalón. Las opciones se revisan en plantas de emergencia.