TMAG 4005 - 11 de mayo de 2014 Proyecto del Curso Introducción El estudio del uso de la electricidad no está completo sin una mirada a las plantas generadoras de emergencia. Esta planta puede ser lo que se denomina de carga completa o de carga parcial. Carga completa – Estas son las que tienen algunas empresas que encienden automáticamente cuando falla el sistema principal (en otras palabras, “cuando se va la luz”). Estos sistemas tienen un controlador que detecta cuando falla el sistema principal y enciende y transfiere la carga al generador de emergencia. En estos sistemas toda carga conectada a la fuente principal se transfiere al generador, por esto se llaman de carga completa. Carga parcial – En estos sistemas no se transfiere toda la carga al generador de emergencia, sino que sólo se transfiere parte de ella. Típicamente, requieren la interacción de alguien que encienda la planta y vaya transfiriendo la carga de forma secuencial, dando oportunidad a que la planta estabilice antes de transferir la próxima carga. Para determinar la capacidad que requiere una planta de carga completa, tenemos que contabilizar la potencia de arranque de todas las cargas que están conectadas al sistema. Para muchas cargas, la potencia de arranque es la misma que la nominal (o de diseño), es decir, la que aparece en la placa del equipo. Esto no es así para cargas que tienen motores. Como sabemos, cuando un motor arranca, necesitamos más corriente, por tanto, más potencia. Estimados de esta potencia de arranque la podemos obtener de tablas de acuerdo a los caballos de fuerza del motor. Luego de hacer el listado de la potencia de arranque de las cargas, sumamos todo y añadimos un 10 a 20% de capacidad para crecimiento futuro. Este total aumentado lo utilizamos como base para determinar el generador que nos funcione de los disponibles en el mercado. A modo de ejemplo, digamos que la suma de todas las cargas el 25kW. Luego de añadir un 15% de capacidad adicional tenemos un total aumentado de (25kW*1.15) 28.8kW. Esta sería la capacidad mínima estimada que debería tener la planta. Definición La planta generadora de emergencia de carga parcial, como el nombre sugiere, es una planta generadora de energía eléctrica para usar en caso de emergencia. Al igual que con el generador de carga completa, no se recomienda su uso por períodos extensos debido su alto costo de operación y mantenimiento (relativo a usar energía de la AEE) y su nivel de contaminación de ruido. Recuerde, se le llama de carga parcial porque no se pretende que tenga la capacidad para operar todos los equipos de la localidad, sino parte de ellos. Procedimiento de estimación de capacidad 1. Identificar las cargas críticas. - Cargas críticas son aquellos equipos que es imperativo mantener en funcionamiento aún si la Autoridad deja de suplir energía. Ejemplo: el refrigerador 2. Preparar una tabla que incluya todas las cargas críticas con su potencia de arranque y de carga completa. - Recuerden que la potencia de arranque es para maquinaria que incluye motores ya que estos requieren una gran cantidad de corriente para poder comenzar el movimiento. 3. Determinar la secuencia de encendido. - La planta va a ser de carga parcial. La pregunta es, ¿cuánta es la mínima capacidad que necesito para operar las cargas críticas? Para hallar esta capacidad mínima, como veremos mas adelante, necesitamos determinar una secuencia para encender las cargas. Esto es, las cargas no se encienden todas a la vez como en el generador de carga completa. Lo que haremos en vez, es encender una carga a la vez y esperar que llegue a estabilidad antes de encender la siguiente. De esta manera buscaremos que la planta pueda absorber los picos de demanda de potencia durante el arranque de los equipos. Para esto, lo que haremos será encender los equipos en orden descendente de potencia de arranque. 4. Hacer el análisis de carga incremental y determinar el pico máximo de demanda. 5. Aumentar el pico máximo del paso anterior por 10 a 15% para añadir un poco de capacidad adicional para imprevistos o futuras expansiones. Esto nos da la capacidad mínima requerida de la planta. Ejemplo Las cargas de cierta finca están listadas en la tabla a continuación. Se desea determinar la capacidad que debe tener un generador de carga parcial. Equipo Potencia de arranque (W) Potencia de Carga Completa (W) 1 Abanico #1, /6 hp 1,000 215 Abanico #2, 1/6 hp 1,000 215 Abanico #3, ¼ hp 1,500 300 Abanico #4, 1/3 hp 2,000 400 Calefacción, ¼ hp 1,500 300 Calentador de oficina 1,466 Calentador de agua 3,000 Refrigerador, ¼ hp 1,500 300 Lámparas de calor 2,500 Iluminación 2,510 1. Identificar cargas críticas Equipo ¿Crítica? Abanico #1, 1/6 hp Abanico #2, 1/6 hp Abanico #3, ¼ hp Abanico #4, 1/3 hp Calefacción, ¼ hp Calentador de oficina Calentador de agua Refrigerador, ¼ hp Lámparas de calor Sí Sí No No Sí No No Sí Sí Parte (solo 600W) Iluminación Potencia de arranque (W) 1,000 1,000 1,500 2,000 1,500 1,500 Potencia de Carga Completa (W) 215 215 300 400 300 1,466 3,000 300 2,500 2,510 2. Preparar tabla Potencia de arranque (W) Equipo Abanico #1, 1/6 hp Abanico #2, 1/6 hp Calefacción, ¼ hp Refrigerador, ¼ hp Lámparas de calor Iluminación 1,000 1,000 1,500 1,500 Potencia de Carga Completa (W) 215 215 300 300 2,500 600 3. Secuencia de encendido Equipo Abanico #1, 1/6 hp Abanico #2, 1/6 hp Calefacción, ¼ hp Refrigerador, ¼ hp Lámparas de calor Iluminación Potencia de arranque (W) 1,000 1,000 1,500 1,500 Potencia de Carga Completa (W) 215 215 300 300 2,500 600 Secuencia de Encendido 3 4 1 2 5 6 4. Análisis de carga incremental Equipo Secuencia de encendido Potencia de arranque (W) Potencia de Carga Completa (W) Carga de arranque acumulada (W) Carga completa acumulada (W) Calefacción, ¼ hp 1 1,500 300 1,500 300 Refrigerador, ¼ hp 300 + 1,500 300 + 300 2 1,500 300 = 1,800 600 + 1,000 = 1,600 815 + 1,000 = 1,815 = 600 600 + 215 = 815 815 + 215 = 1,030 1,030 + 2,500 = 3,530 3,530 + 600 = 4,130 Abanico #1, 1/6 hp Abanico #2, 1/6 hp Lámparas de calor Iluminación 3 1,000 215 4 1,000 215 5 2,500 6 600 El valor máximo de potencia según el análisis es 4,130W. Nótese que, aunque pueda parecer que es lo mismo que sumar las potencias de carga completa de todas las cargas, no siempre será así. En este caso en particular es así debido a que las lámparas de calor añaden mucha carga. Sin embargo, si esta carga no estuviera, y solo tuviésemos los motores con los 600 W de iluminación, el resultado sería según la tabla a continuación. Equipo Calefacción, ¼ hp Refrigerador, ¼ hp Abanico #1, 1 /6 hp Abanico #2, 1 /6 hp Iluminación Secuencia de encendido Potencia de Potencia de Carga Carga de arranque Carga completa arranque (W) Completa (W) acumulada (W) acumulada (W) 1 1,500 300 2 1,500 300 3 1,000 215 4 1,000 215 5 600 1,500 300 300 + 1,500 = 1,800 600 + 1,000 = 1,600 815 + 1,000 = 1,815 300 + 300 = 600 600 + 215 = 815 815 + 215 = 1,030 1,030 + 600 = 1,630 En este caso, la demanda máxima es 1,815W lo cual es mayor que la simple suma de todas las cargas estables (1,630W). 5. Proveer capacidad para crecimiento Asumiendo una capacidad de crecimiento de 10%, la capacidad resultante de la planta de carga parcial debe ser de aproximadamente (4,130 * 1.10 = 4,543W) 4.5KW.