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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISEÑO DE UNA PLANTA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA PARA UNA FÁBRICA DE EQUIPOS PARA EL
PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS.
Presentado ante la Ilustre.
Universidad Central de Venezuela.
por el Br. Sánchez M., Juan P.
para optar al Título de
Ingeniero Electricista.
Caracas, enero 2015.
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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISEÑO DE UNA PLANTA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA PARA UNA FÁBRICA DE EQUIPOS PARA EL
PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS.
PROFESOR GUÍA: Prof. Nerio Ojeda
TUTOR INDUSTRIAL: Ing. Régulo Márquez
Presentado ante la Ilustre.
Universidad Central de Venezuela.
por el Br. Sánchez M., Juan P.
para optar al Título de
Ingeniero Electricista.
Caracas, enero 2015.
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CONSTANCIA DE APROBACIÓN
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DEDICATORIA
Le dedico este valioso trabajo con todo mi ser.
Primero que todo a Dios padre todopoderoso por ser mi guía espiritual y por
darme las fuerzas y sabiduría necesarias para enfrentar los distintos retos de mi vida.
A mis padres, Lindelia de Sánchez y Gabriel Sánchez por darme la vida y
quienes con sus valores, enseñanzas, esfuerzos y sacrificios me han orientado durante
mis estudios y a lo largo de mi vida.
A mi esposa Ritha Valles, porque ha sido fuente de inspiración y punto de
apoyo, compañera en los días tristes y felices y porque además me dio el máximo regalo
que cualquier hombre pueda desear mi primer hijo, mi pequeño Adrián Guillermo
Sánchez Reyes.
A mis hermanos Fabián Sánchez y Anthony Sánchez, a mi cuñada Erika
Palomino, por el impulso que me han brindado a través de sus valiosos consejos,
motivación y sobre todo por no perder la credibilidad en mí.
A mis sobrinos Daniel Alejandro Sánchez y Fabian Sánchez (hijo), porque
forman parte junto con mi primogénito de la nueva generación de la familia y deseo
ser siempre un buen ejemplo para todos ellos.
A todo el resto de mi familia, que a pesar de estar separados por la distancia me
han mantenido presente entres sus buenos deseos.
“La perseverancia es un esfuerzo continuo, es un valor fundamental en la vida
para obtener un resultado concreto y una capacidad para perseguir tus objetivos”
Br. Juan Pablo Sánchez Meza
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RECONOCIMIENTO Y AGRADECIMIENTOS
Al profesor Nerio Ojeda, por sus valiosas orientaciones en el trayecto de este
trabajo, por su paciencia y tolerancia la cual me permitió darle continuidad al desarrollo
y culminación de este importante trabajo.
A mi asesor Industrial Ing. Régulo Márquez, por sus enseñanzas y guías
académicas en el área de sistemas de generación eléctrica.
Al Ing. Bachir Sayes, por ser el motivador principal que me impulso a
desarrollar este tema, además de su apoyo incondicional a través de largos años de
amistad.
A mis grandes amigos, Gregory Peña, Julián Fernández, Eduardo Álvarez,
Romelt Yáñez y Samuel Chacón, por motivarme siempre a seguir adelante a pesar de
las adversidades.
A la arquitecta Madeleine Cobos, por su compresión y gran apoyo en el proceso de
elaboración de este trabajo que hizo necesario postergar importantes compromisos de
trabajo.
A la Corporación de Industrias Intermedias de Venezuela (CORPIVENSA S.
A) Empresa adscrita al Ministerio del Poder Popular para Industrias Ligeras y
Comercio (M.P.P.I), por brindarme las herramientas necesarias y por convertirse en mi
escuela de formación profesional.
A mi Querida Universidad Central de Venezuela, la cual no solo me permitió
formarme académicamente, sino que también me brindó la oportunidad de desarrollar
niveles de conciencia y sensibilidad hacia la causa de la igualdad social el respeto al
ser Humano y a la Naturaleza.
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Sánchez M., Juan P.
DISEÑO DE UNA PLANTA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA PARA UNA FÁBRICA DE EQUIPOS PARA EL
PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS
Prof. Guía: Nerio Ojeda. Tutor Industrial: Ing. Régulo Márquez. Tesis. Caracas.
U.C.V. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Ingeniero
Electricista. Opción: Potencia. Institución: CORPIVENSA, Ministerio de
Industrias. Trabajo de Grado 2015. 87h. +anexos.
Palabras Claves: Generación eléctrica, Autogeneración, Grupo electrógeno, Factibilidad.
Resumen: En la fábrica de equipos para el procesamiento de alimentos se desarrollarán
procesos metalmecánicos para producir una gran variedad de maquinarias para la
industria alimenticia.
En base a los análisis previos de la logística productiva y de las necesidades inherentes
a la función de industrias metalmecánicas de este tipo, se ha realizado en primera
instancia el levantamiento de la capacidad instalada que requerirá esta nueva unidad
fabril para su funcionamiento pleno, según los criterios definidos en la Corporación y
en las normas venezolanas.
Los análisis de estas cargas considerando el factor de simultaneidad y el factor de
demanda, permitirá conocer la capacidad necesaria del servicio eléctrico que ha de
requerir el sistema de potencia de la nueva fábrica, también considerando un porcentaje
de reserva para el futuro crecimiento, se obtendrá con mayor precisión los Términos de
Referencia (TDR) con los que se ha de describir el sistema de generación eléctrica que
alimentará el sistema de potencia de este nuevo centro productivo.
Por lo tanto, en el presente trabajo se desarrollará el análisis del diseño de una planta
de generación eléctrica que cumpla con los requerimientos exigidos por la fábrica y
que garantice una capacidad de suministro de energía confiable y suficiente para
permitir el normal funcionamiento del proceso productivo, sin riesgos de
interrupciones o cortes imprevistos del servicio eléctrico.
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ÍNDICE GENERAL
CONSTANCIA DE APROBACIÓN .................................................................................................. III
DEDICATORIA ................................................................................................................................. IV
RECONOCIMIENTO Y AGRADECIMIENTOS ............................................................................... V RESUMEN: EN LA FÁBRICA DE EQUIPOS PARA EL PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS SE DESARROLLARÁN
PROCESOS METALMECÁNICOS PARA PRODUCIR UNA GRAN VARIEDAD DE MAQUINARIAS PARA LA
INDUSTRIA ALIMENTICIA. .................................................................................................................... VI
ÍNDICE GENERAL ................................................................................................................................ VII
ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................................... X
ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................... XI
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 1
CAPÍTULO I. .......................................................................................................................................... 2
1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. ...................................................................................... 2
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: ..................................................................................... 2
1.3 JUSTIFICACIÓN: ........................................................................................................................ 3
1.4 OBJETIVO GENERAL. ............................................................................................................... 3
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................ 4
CAPÍTULO II. ........................................................................................................................................ 5
2.1 DEFINICIÓN DE GRUPO ELECTRÓGENO. ............................................................................. 5
2.2 PRINCIPALES COMPONENTES DE UN GRUPO ELECTRÓGENO. ...................................... 6 2.3 DESCRIPCIÓN DE LA FÁBRICA DE EQUIPOS PARA EL PROCESAMIENTO DE
ALIMENTOS CÓDIGO (MAQH0503). ............................................................................................ 8
2.4 MICRO-LOCALIZACIÓN Y CONDICIONES AMBIENTALES. ............................................. 9
EMPLAZAMIENTO DE LA INSTALACIÓN ................................................................................ 10
2.5 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA DE LA FÁBRICA. ...................................... 12
2.6 VARIABLES ELÉCTRICAS REQUERIDAS EN LA NUEVA UNIDAD FABRIL. ................ 13 2.7 DESCRIPCIÓN DE LAS CARGAS QUE DEBEN SER ALIMENTADAS
ELÉCTRICAMENTE POR EL SISTEMA DE AUTOGENERACIÓN. .......................................... 13
CAPÍTULO III. ..................................................................................................................................... 14
3.1 METODOLOGÍA A UTILIZAR PARA EL DESARROLLO DEL DISEÑO DE LA PLANTA
DE GENERACIÓN ELÉCTRICA A IMPLEMENTAR................................................................... 14
3.2PRIMER PASO: CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS. ........................................................... 14
3.3 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LA MAQUINARIA. ............................................................. 20 3.4 VARIABLES ELÉCTRICAS DEL SISTEMA DE SERVICIOS INDUSTRIALES Y CARGAS
AUXILIARES .................................................................................................................................. 22 3.5 PASO 2: ESTUDIO DE LAS CARGAS APLICACIÓN DE LOS FACTORES DE DEMANDA
SEGÚN CEN200:2009… [18]. ............................................................................................................. 27
3.6 PASO 3: DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE GENERACIÓN A IMPLEMENTAR . 29
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viii
3.6.1 Dimensionamiento de los generadores que conformaran el grupo electrógeno e ingeniería
de detalle. ..................................................................................................................................... 29
3.7 DEFINICIÓN DE LA INSTALACIÓN DE AUTOGENERACIÓN. ......................................... 34 3.7.1 Régimen de Servicio: Según la norma ISO8528-1:2005 según el régimen se servicios los
generadores se clasifican en… [12]: .............................................................................................. 36 3.7.2 Cálculo de la protección para el grupo electrógeno según la norma Normas IEEE Std.
C37.013-1997… [14]: ...................................................................................................................... 37
3.7.3 Corriente de cortocircuito ................................................................................................... 37
3.7.4 Cálculo de la corriente simétrica para cortocircuito trifásico: .......................................... 38
3.7.5 Cálculo de la corriente de cortocircuito asimétrica: .......................................................... 38
3.8 CRITERIO DE OPERACIÓN DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS. ..................................... 39
3.9 OTRAS CONSIDERACIONES TÉCNICAS DEL GRUPO ELECTRÓGENO ......................... 40
3.10 SOLUCIÓN TECNOLÓGICA ADECUADA. ......................................................................... 43
3.10.1Arquitectura de la topología del grupo electrogeno que se ha de escoger. ....................... 43 3.11 TÉRMINOS DE REFERENCIA (TDR) QUE INDICAN LAS ESPECIFICACIONES
TÉCNICAS MÍNIMAS QUE DEBE POSEER EL SISTEMA DE AUTOGENERACIÓN A
ADQUIRIR. ...................................................................................................................................... 47 3.13 PASO 4: ANÁLISIS DE OFERTAS Y TECNOLOGÍA QUE OFRECEN DE LOS
PROVEEDORES DISPONIBLES EN EL MERCADO NACIONAL .............................................. 52
3.13.1 OFERTA N°1. ...................................................................................................................... 52
3.13.2 OFERTA N°2. ...................................................................................................................... 54
3.13.3 OFERTA N°3. .................................................................................................................... 55
CAPÍTULO IV. ..................................................................................................................................... 56
4.2 CÁLCULO DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE DE LOS EQUIPOS DE
AUTOGENERACIÓN. .................................................................................................................... 56 4.3DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE COMBUSTIBLE PARA
UNA CONFIGURACIÓN N+1 ........................................................................................................ 59 4.4CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE
COMBUSTIBLE. ............................................................................................................................. 60 4.5 SISTEMA DE BOMBEO DE COMBUSTIBLE REQUERIDO EN BASE AL RUTEO DE
TUBERÍAS QUE SE PLANTEA ENTRE LA UBICACIÓN DEL TANQUE DE
ALMACENAMIENTO Y LOS GENERADORES ELÉCTRICOS.................................................. 62 4.7 CÁLCULO DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE DIESEL DURANTE 8 HORAS DE LA
JORNADA DE TRABAJO. .............................................................................................................. 63 4.8 CÁLCULO DEL COSTO DEL COMBUSTIBLE DIESEL DURANTE 8 HORAS DE LA
JORNADA DE TRABAJO. .............................................................................................................. 63 4.10 CÁLCULO DEL COSTO DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA PROVENIENTE DE LA
COMPAÑÍA DE SERVICIO DE CORPOELEC-ANZOATEGUI DURANTE 24 HORAS. ........... 64
CAPÍTULO V. ...................................................................................................................................... 65
5.1RECOMENDACIONES PARA LA INSTALACIÓN Y ESPECIFICACIONES PRINCIPALES.
.......................................................................................................................................................... 65
5.2 DIMENSIONES DE UN MOTOR-GENERADOR DE 1200 KVA ............................................... 67
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ix
5.2 CARACTERIZACIÓN DEL GENERADOR. ............................................................................ 68
5.3 CONDICIONES DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO SEGÚN EL FABRICANTE. ....... 70
5.3.1 PARA VERIFICACIÓN DIARIA: ........................................................................................ 70
5.3.2 PARA LAS PRIMERAS 100 Hrs DE FUNCIONAMIENTO: ............................................... 71
5.3.3 PARA LAS 500 Hrs DE FUNCIONAMIENTO: .................................................................. 72
5.3.4 PARA LAS 1000 Hrs DE FUNCIONAMIENTO:................................................................. 72
5.3.5 PARA LAS 5000 Hrs DE FUNCIONAMIENTO:................................................................. 73
5.3.6 PARA LAS 10.000 Hrs DE FUNCIONAMIENTO: ............................................................. 73
5.3.7 PARA LAS 20.000 Hrs DE FUNCIONAMIENTO: ............................................................. 74
5.3.8 PARA LAS 40.000 Hrs DE FUNCIONAMIENTO: ............................................................. 74 5.4 PARTIDAS PRESUPUESTARIAS Y CÓMPUTOS MÉTRICOS ASOCIADOS AL SISTEMA
DE GENERACIÓN ELÉCTRICA. ................................................................................................... 76
5.5 PROTOCOLO PARA LA PROCURA, CONTRATACIÓN Y ADQUISICIÓN DEL SISTEMA
DE AUTOGENERACIÓN A IMPLEMENTAR. ................................................................................. 93
5.6 OFERTAS ECONÓMICAS REALIZADAS .................................................................................. 95
5.6.1 OFERTA DE LA EMPRESA DRESSER – RAND .......................................................................... 95
5.6.2 OFERTA DE LA EMPRESA POWER TRADING C.A ........................................................................ 96
5.6.3 OFERTA DE LA EMPRESA MIVEN AMERICAN LLC ............................................................... 98
5.6.4 OFERTA SELECCIONADA ........................................................................................................... 99
CONCLUSIONES .............................................................................................................................. 100
RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 101
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 102
BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................. 103
ANEXOS ............................................................................................................................................ 105
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ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1 MEDICIONES “IN SITU” DE LOS PARÁMETROS AMBIENTALES (EL TIGRITO-EDO. ANZOÁTEGUI,
VENEZUELA) ................................................................................................................................... 9 TABLA 2 DESCRIPCIÓN DE LA FÁBRICA ................................................................................................. 10 TABLA 3 PRINCIPALES VARIABLES DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE LA FÁBRICA. ...................................... 13 TABLA 4 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ALUMBRADO
INTERIOR ÁREA DE PRODUCCIÓN. .................................................................................................. 15 TABLA 5 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS S QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ALUMBRADO
INTERIOR ÁREA ADMINISTRATIVA ................................................................................................. 15 TABLA 6 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ALUMBRADO
INTERIOR ÁREA DE SERVICIOS. ...................................................................................................... 16 TABLA 7 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ALUMBRADO
PÚBLICO. ....................................................................................................................................... 16 TABLA 8 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ALUMBRADO
PÚBLICO. ....................................................................................................................................... 17 TABLA 9 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ALUMBRADO
INSTALACIONES DEPORTIVAS. ....................................................................................................... 17 TABLA 10 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ALUMBRADO DE
LA FACHADA. ................................................................................................................................ 18 TABLA 11 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE TOMAS
GENERALES E INDUSTRIALES. ........................................................................................................ 18 TABLA 12 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN. ... 20 TABLA 13 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN .... 22 TABLA 14 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LA SUB-ESTACIÓN DE BOMBEO.
...................................................................................................................................................... 24 TABLA 15 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LA SUB-ESTACIÓN DE BOMBEO.
...................................................................................................................................................... 24 TABLA 16 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE AIRE
ACONDICIONADO. .......................................................................................................................... 25 TABLA 17 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE VENTILACIÓN
FORZADA. ...................................................................................................................................... 25 TABLA 18 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL ÁREA DE SERVICIOS
AUXILIARES. .................................................................................................................................. 26 TABLA 19 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LAS ÁREAS AUXILIARES ........ 26 TABLA 20 FACTORES DE DEMANDA APLICADOS EN LA FÁBRICA SEGÚN NORMAS. ................................. 28 TABLA 21 SUMA TOTAL DE LAS CARGAS DE MAYOR IMPORTANCIA. ..................................................... 30 TABLA 22 ESPECIFICACIONES DE LA CAPACIDAD DEL TANQUE DE COMBUSTIBLE .................................. 57 TABLA 23 PRINCIPALES ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MOTOR SEGÚN LA EMPRESA OFERTANTE
GUASCOR ...................................................................................................................................... 68 TABLA 24 PRINCIPALES ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL GENERADOR SEGÚN LA EMPRESA OFERTANTE
GUASCOR ...................................................................................................................................... 69 TABLA 26 CÓMPUTOS MÉTRICOS DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE ......................................................... 92
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ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. VISTA DE PLANTA DE LA FÁBRICA DE MAQUINARIAS PARA EL PROCESAMIENTO DE
ALIMENTOS (MAQH0503). ............................................................................................................ 9 FIGURA 2. VISTA AÉREA QUE INDICA LA MICRO-LOCALIZACIÓN DE LA FÁBRICA. ................................ 10 FIGURA 3. VISTA DEL URBANISMO DE LA FÁBRICA ............................................................................. 11 FIGURA 4. VISTA DEL URBANISMO DE LA FÁBRICA ............................................................................. 12 FIGURA 5. VISTA DEL DISEÑO DE LA ILUMINACIÓN PERIMETRAL ......................................................... 16 FIGURA 6. VISTA DE LOS POSTES DE ILUMINACIÓN PERIMETRAL ......................................................... 17 FIGURA 7. VISTA DE LA CAJA DE LAS TOMAS INDUSTRIALES UBICADAS EN EL ÁREA DE PRODUCCIÓN . 19 FIGURA 8. CAJA DE TOMACORRIENTES INDUSTRIALES ........................................................................ 19 FIGURA 9. VISTA PLANTA DE LA DISPOSICIÓN DE LA MAQUINARIA ÁREA DE PRODUCCIÓN .................. 21 FIGURA 10. VISTA DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS TANQUES DE AGUA .................................................... 23 FIGURA 11. CURVA DE CORRIENTE DE ROTOR BLOQUEADO ................................................................. 31 FIGURA 12. ESQUEMA N+2 ................................................................................................................. 44 FIGURA 13. VISTA DEL CONTROLADOR DSE 8610 UBICADO EN CADA GENERADOR DEL ESQUEMA N+1,
Y EL DSE 8660 QUE HACE EL SINCRONISMO DE TODO EL SISTEMA. ............................................... 45 FIGURA 14. ESQUEMA N+1 ................................................................................................................. 46 FIGURA 15. VISTA DEL CONTROLADOR DSE 8610 UBICADO EN CADA GENERADOR DEL ESQUEMA N+1,
Y EL DSE 8660 QUE HACE EL SINCRONISMO DE TODO EL SISTEMA. ............................................... 46 FIGURA 16. VISTA PLANTA DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE ................................................................ 58 FIGURA 17. CURVA CARACTERÍSTICA DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLE DEL GRUPO ELECTRÓGENO ... 58 FIGURA 18. ISOMETRÍA DEL TANQUE PARA COMBUSTIBLE DE GAS OIL DE 15.000 LITROS .................. 60 FIGURA 19. VISTA ISOMÉTRICA DEL TANQUE DE 4.000 LITROS DE DOTACIÓN DIARIA ......................... 63 FIGURA 20. AMORTIGUADORES PARA ATENUAR LAS VIBRACIONES. .................................................... 65 FIGURA 21. MOTOR-GENERADOR EN CABINA INSONORIZADA............................................................. 66 FIGURA 22. DIMENSIONES DEL GRUPO ELECTRÓGENO CON VISTA DERECHA, FRONTAL E IZQUIERDA. . 67
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1
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo se desarrollarán los pasos y procedimientos con el fin de
proponer la aplicación e implementación de un sistema de autogeneración eléctrica que
garantice el funcionamiento de la nueva fábrica de equipos para el procesamiento de
alimentos (código MAQH0503) ubicada en el Edo. Anzoátegui. Este planteamiento se
hace por la imperiosa necesidad de garantizar este importante servicio ya que la
empresa estatal de la zona CORPOELEC-ANZOATEGUI no puede ofrecer la
factibilidad del mismo. Por lo tanto, el diseño del sistema de autogeneración que se
desarrollará en el cuerpo de este trabajo debe satisfacer tanto la demanda requerida
como también garantizar el cumplimiento de las políticas que viene implementando el
Ejecutivo Nacional entorno al establecimiento de estrategias y lineamientos que
promuevan el ahorro y optimización de la energía eléctrica en las áreas servidas por
parte de la Corporación Eléctrica Nacional S.A. (CORPOELEC)… [22].
Es importante mencionar que una de las razones del porqué en Venezuela se hace
necesario implementar este tipo de soluciones para las nuevas fábricas que se
construyen, es que año tras año viene disminuyendo las reservas del sistema eléctrico
nacional ante el creciente aumento de la demanda, lo cual, compromete en gran medida
la confiabilidad del servicio… [3].
Por lo antes expuesto, queda claro que para garantizar el futuro funcionamiento de este
nuevo centro productivo es ineludible realizar la inversión asociada a los costos de
transporte, suministro e instalación de un sistema de autogeneración, y por ello, es
objetivo fundamental de este trabajo indicar cuál debe ser la mejor solución a
implementar teniendo en cuenta que se debe jugar un equilibrio entre el costo
económico y la confiabilidad del sistema.
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2
CAPÍTULO I.
1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.
En la Corporación de Industrias Intermedias de Venezuela, S.A. (CORPIVENSA) ente
adscrito al Ministerio del Poder Popular de Industrias se desarrolla la ejecución de un
proyecto que consiste en la construcción de una fábrica de equipos para el
procesamiento de alimentos (código MAQH0503), ubicada en la Zona Industrial San
José de Guanipa, El Tigrito, municipio San José de Guanipa, Edo. Anzoátegui. Esta
empresa producirá maquinarias de acero inoxidable para el procesamiento de hortalizas
congeladas, hortalizas crudas, pescado y pulpa de frutas.… [7].
En base al diseño de la fábrica se contempla un conjunto de maquinarias y equipos para
procesos metalmecánicos con el cual se puede estimar el suministro de energía eléctrica
necesario para garantizar el funcionamiento pleno de esta futura industria.
Es necesario disponer de una conexión directa al sistema de distribución en media
tensión (M.T. 13,8 kV @ 60 Hz) dispuesto por parte del proveedor local del servicio
eléctrico CORPOELEC-ANZOATEGUI, pero la misma estará disponible en un lapso
de tres a cinco años.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
Para garantizar el suministro de electricidad de la nueva unidad fabril se requiere
desarrollar los cálculos asociados al diseño de una planta de generación de energía
eléctrica con el fin de obtener las principales variables y parámetros eléctricos que
permitan poder especificar y definir el grupo electrógeno que se ha de adquirir teniendo
en cuenta además que será la única fuente de energía eléctrica que poseerá esta fábrica
por lo menos en los primeros 5 años de funcionamiento mientras CORPOELEC-
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3
ANZOATEGUI termina de realizar los trabajos pertinentes a la ampliación de la
subestación “El tigrito III”.
Para lograr este objetivo se debe empezar por el análisis de todas las cargas asociadas
y que se dividen principalmente en la maquinaria que conforman el proceso productivo,
las oficinas que conforman el sector administrativo, la iluminación interior y exterior,
tomacorrientes, sistemas de servicios industriales y servicios auxiliares, ventilación
forzada y reserva estimada.
1.3 JUSTIFICACIÓN:
Motivado a la poca confiabilidad y poca disponibilidad que hoy por hoy presenta el
sistema interconectado nacional que distribuye la electricidad en todo el país, se hace
prácticamente necesario e imprescindible contar con fuentes alternativas de energía
eléctrica tales como, la energía eólica, hidráulica, biomasa, geotérmica, fotovoltaica,
celdas de combustible, o a través de sistemas de autogeneración a base de motores que
funcionan a gas, a diesel o ambos inclusive. Por esta razón es que los sistemas
alternativos de generación eléctrica han tenido mayor auge en la última década y en
muchos casos en varias regiones del país se han convertido en la única fuente principal
de electricidad.
1.4 OBJETIVO GENERAL.
Diseñar una Planta de Generación de Energía Eléctrica para una Fábrica de
Equipos para el Procesamiento de Alimentos
-
4
1.5 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Calcular la demanda energética requerida, así como también, describir la
topología del sistema de potencia, y definir los parámetros y restricciones que
condicionan el dimensionamiento del sistema de generación de energía
eléctrica a diseñar en función de la demanda energética calculada.
2. Definir las premisas de diseño de sistemas de generación eléctrica a
implementar sobre la base de los aspectos regulatorios que rigen las normativas
venezolanas.
3. Seleccionar las tecnologías y arquitecturas más convenientes para el diseño del
sistema de generación eléctrica a emplear.
4. Evaluar las soluciones tecnológicas del mercado para escoger la más adecuada
y con ello definir el esquema del grupo de generadores a emplear.
5. Desarrollar la ingeniería de detalle, así como realizar la descripción de las
especificaciones técnicas y características constructivas del sistema de
autogeneración.
6. Presentar los términos de referencia del sistema de autogeneración para la
posterior procura técnica y comercial ante los diferentes proveedores.
7. Elaborar las partidas presupuestarias y cómputos métricos conforme a la
selección tecnológica escogida.
8. Presentar el protocolo para la procura, contratación y adquisición del sistema
de autogeneración a implementar.
-
5
CAPÍTULO II.
2. MARCO TEÓRICO
2.1 DEFINICIÓN DE GRUPO ELECTRÓGENO.
El grupo electrógeno es el conjunto de un motor (energía primaria) de pistón
(motor reciprocante) donde se produce la energía mecánica proveniente de la energía
térmica de los combustibles, y un generador de inducción magnética donde se convierte
esa energía mecánica en energía eléctrica. Esta doble conversión de energía térmica a
mecánica y de mecánica a eléctrica impiden que sean cien por ciento eficientes, ya que
por cada parte de combustible consumido solamente un tercio se convierte en
electricidad, el resto se pierde en calor.… [8].
Sin embargo, hoy en día alrededor del mundo se puede encontrar grandes
centrales eléctricas conformadas por grupos electrógenos y que son utilizadas para
generar electricidad para zonas residenciales, industrias, hospitales, oficinas privadas
o del gobierno, centros comerciales, etc. La energía eléctrica, tal y como la conocemos
hoy, la producen grandes generadores de corriente alterna instalados en centrales
hidroeléctricas que convierten energía mecánica en energía eléctrica, sin embargo, en
muchas ocasiones la demanda es tan grande que se hace muy necesario el uso de los
grupos electrógenos para evitar la sobrecarga del sistema interconectado y con ello un
corte de este importante servicio.
En el país, los grupos electrógenos han sido utilizados para compensar las
interrupciones de energía en las redes de distribución, evitando daños importantes por
los cortes del servicio provocados por alguna falla o también donde la red eléctrica no
se encuentra disponible ( Por ejemplo en lugares muy apartados o de difícil acceso
donde llevar electricidad de forma tradicional no es económico por las grandes
distancias), de igual manera el grupo electrógeno se ha constituido en un elemento de
extrema necesidad y seguridad en grandes fábricas, o lugares donde exista movilidad
de personas.
-
6
Aun cuando la red de alimentación de energía eléctrica se mantenga sin
problemas en el servicio, es recomendable la colocación de grupos electrógenos como
sistemas de respaldo en las fábricas para lograr incrementar la confiabilidad en el
suministro de este importante servicio y evitar incluso un sin fin de consecuencias
negativas tanto para el conjunto de maquinarias que conforman el proceso productivo
y equipos administrativos pero sobre todo para evitar cualquier daño a la integridad
física del personal que en ellas trabajan.
2.2 PRINCIPALES COMPONENTES DE UN GRUPO ELECTRÓGENO.
Motor Diesel: El motor Diesel que acciona el grupo electrógeno ha sido
seleccionado por su fiabilidad y por el hecho de que se ha diseñado específicamente
para accionar Grupos Electrógenos. La potencia útil que se quiera suministrar nos la
proporcionará el motor, así que, para una determinada potencia, habrá un determinado
motor que cumpla las condiciones requeridas.… [9].
Sistema eléctrico del motor: El sistema eléctrico del motor está constituido
comúnmente por baterías de 12 VDC, o de 24 VDC. La batería permite el
accionamiento del sistema de arranque eléctrico. Otros dispositivos que forman parte
del sistema eléctrico son los sensores y alarmas que indican cuando algún parámetro
del motor no está en sus valores normales tal como el nivel de aceite, nivel de gasoil,
temperatura, y presión.
Sistema de refrigeración: El sistema de refrigeración del motor puede ser por
medio de agua, aceite o aire. El sistema de refrigeración por aire consiste en un
ventilador de gran capacidad que hace pasar aire fresco a lo largo del motor para
enfriarlo. El sistema de refrigeración por agua/aceite consta de un radiador y un
ventilador interior para enfriar sus propios componentes.
-
7
Generador: Es un dispositivo electromagnético de conversión de energía
mecánica en energía eléctrica. La energía eléctrica de salida se produce por medio de
un generador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexictado, autorregulado
sin escobillas acoplado con precisión al motor, aunque también se puede acoplar
generadores con escobillas para aquellos grupos cuyo funcionamiento vaya a ser
limitado y, en ninguna circunstancia forzado a regímenes mayores.
Depósito de combustible y bancada: El motor y el generador están acoplados
y montados sobre una bancada de acero de gran resistencia. La bancada incluye un
depósito de combustible con una capacidad mínima de 8 horas de funcionamiento a
plena carga.
Silenciador y sistema de escape: El silenciador de escape va instalado en el
Grupo Electrógeno. El silenciador y el sistema de escape reducen la emisión de ruidos
producidos por el motor.
Sistema de Control: Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y
sistemas de control para monitorear el funcionamiento y salida del grupo para
protegerlo contra posibles fallos en su desempeño. El manual del sistema de control
proporciona información detallada del sistema que está instalado en el Grupo
Electrógeno.
Interruptor automático de salida: Para proteger al generador, se suministra
un interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del
Grupo Electrógeno con control manual. Para Grupos Electrógenos con control
automático se protege el generador mediante contactores adecuados para el modelo
adecuado y régimen de salida.
Regulador automático de velocidad: Es un dispositivo que consta de una
tarjeta electrónica de control para la señal “pick-up” y salida del “actuador”. El pick-
up es un dispositivo magnético que se instala justo en el engranaje situado en el motor,
y éste, a su vez, este acoplado al engranaje del motor de arranque. El pick-up detecta
-
8
la velocidad del motor, produce una salida de voltaje debido al movimiento del
engranaje que se mueve a través del campo magnético de la punta del pick-up, por lo
tanto, debe haber una correcta distancia entre la punta del pick-up y el engranaje del
motor. El actuador sirve para controlar la velocidad del motor en condiciones de carga.
Cuando la carga es muy elevada la velocidad del motor aumenta para proporcionar la
potencia requerida y, cuando la carga es baja, la velocidad disminuye, es decir, el
fundamento del actuador es controlar de forma automática el régimen de velocidad del
motor sin aceleraciones bruscas, generando la potencia del motor de forma continua.
Normalmente el actuador se acopla al dispositivo de entrada del fuel-oíl del motor.
Sistema de combustible: Cuando el Grupo Electrógeno se encuentra en un
lugar muy apartado del operario y funciona las 24 horas al día es necesario instalar un
mecanismo para restablecer el combustible consumido, para ello dispone de una bomba
de trasiego que consta de un motor eléctrico de 220 VCA en el que va acoplado una
bomba que es la encargada de suministrar el combustible al depósito, una boya
indicadora de nivel máximo y mínimo detecta si es necesario o no suministrar más
combustible.
Motor: Representa nuestra fuente de energía mecánica para que el generador
gire y genere electricidad. Estos equipos pueden funcionar con gasolina, Diesel y gas,
pero generalmente los motores que trabajan con Diesel son los más utilizados en los
Grupos Electrógenos por sus prestaciones mecánicas y económicas.
2.3 DESCRIPCIÓN DE LA FÁBRICA DE EQUIPOS PARA EL
PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS CÓDIGO (MAQH0503).
La Fábrica de Equipos para el Procesamiento de Alimentos (MAQH0503)
ubicada en el Estado Anzoátegui Av. Mariño, Zona Industrial San José de Guanipa,
entre terrenos municipales y planta de alimentos Granja de Oriente Gradoca, población
del Tigrito, municipio San José de Guanipa, tiene como propósito producir maquinarias
-
9
para el desarrollo del sector de alimentos. Esta empresa (figura 1) producirá
maquinarias de acero inoxidable para el procesamiento de hortalizas congeladas,
hortalizas crudas, carne de pescado y pulpa de frutas.… [7].
2.4 MICRO-LOCALIZACIÓN Y CONDICIONES AMBIENTALES.
Esta fábrica estará ubicada en la AV. Mariño, Zona Industrial San José de Guanipa,
entre terrenos municipales y la planta de alimentos Granja de Oriente Gradoca,
población del Tigrito, municipio San José de Guanipa, Edo. Anzoátegui, (Figura 2)
tendrá una extensión en terreno de 18.944𝑚2, y un área de construcción de 5.454 𝑚2.…
[7].
Tabla 1 Mediciones “In Situ” de los parámetros ambientales (El Tigrito-Edo. Anzoátegui, Venezuela)
Temperatura del aire: 𝑇𝑥 = 302 𝐾 (29°𝐶)
Humedad relativa: 𝜙𝑥 = 70%
Presión barométrica total: 𝑝𝑥 = 101 𝑘𝑃𝑎
Altitud: ℎ𝑥 = 366 𝑚𝑠𝑛𝑚
FIGURA 1. Vista de Planta de la Fábrica de Maquinarias para el Procesamiento de Alimentos (MAQH0503).
-
10
FIGURA 2. Vista aérea que indica la micro-localización de la fábrica.
EMPLAZAMIENTO DE LA INSTALACIÓN
Tabla 2 Descripción de la Fábrica
DESCRIPCIÓN DE LA FÁBRICA
Fecha: 15/06/2012
Fecha última Modificación: 15/11/2013
Consecutivo Modificación: B
Código de la Fábrica. MAQH0503
Número de Documento: TABLA DE CARGAS.V01
Nombre de la Planta: FÁBRICA DE MAQUINARIAS
PARA PROCESAR ALIMENTOS
Ubicación Física (Dirección): EDO. ANZOÁTEGUI, MUNICIPIO EL TIGRITO, PARROQUIA GUANIPA,
CENTRO POBLADO EL TIGRITO.
Coordenadas:
Suplidor Local de Energía Comercial: CORPOELEC-ANZOATEGUI
Área de Construcción m2: 5.454
Área Total: m2: 18.944
-
11
FIGURA 3. Vista del Urbanismo de la fábrica
-
12
2.5 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA DE LA FÁBRICA.
La fábrica contará con una sub-estación (figura 4 y 5) compuesta por tres
secciones. En la primera se encontrará un interruptor tripolar al vacío para media
tensión en 13,8 kV con capacidad de manejar una corriente nominal de hasta 400 A.
Este interruptor alimentará una barra común de la que se derivan dos secciones de la
sub-estación, la segunda sección contiene un interruptor tripolar al vacío con las
mismas especificaciones técnicas que el primero y que alimentará un transformador
seco de 1000 kVA en relación de transformación de 13,8 kV/ 480 V/ 277 V conexión
Dyn1 delta-estrella para energizar el área de producción y servicios industriales, y la
tercera sección contiene otro interruptor de las mismas características antes
mencionadas que alimentará un transformador seco de 150 kVA en relación de
transformación de 13,8 kV/ 208 V/120V conexión Dyn1 delta-estrella para energizar
el área administrativa… [7].
FIGURA 4. Vista del Urbanismo de la fábrica
-
13
2.6 VARIABLES ELÉCTRICAS REQUERIDAS EN LA NUEVA UNIDAD
FABRIL.
Para garantizar el normal funcionamiento de todas las actividades que se han de
desarrollar dentro de la nueva fábrica, el sistema de generación eléctrica a proponer
debe cumplir con las variables eléctricas que se presentan en la tabla 3.… [10].
Tabla 3 Principales Variables del Sistema Eléctrico de la Fábrica.
DATOS DE LAS VARIABLES ELÉCTRICAS DEL SISTEMA DE GENERACIÓN REQUERIDO
PARA LA FÁBRICA
TENSIÓN B.T.
[V] 3φ TENSIÓN B.T. [V] 1φ
FRECUENCIA
[Hz]
F.P.= COS(Φ)
MAQUINARIA
480 277 60 0,80
2.7 DESCRIPCIÓN DE LAS CARGAS QUE DEBEN SER ALIMENTADAS
ELÉCTRICAMENTE POR EL SISTEMA DE AUTOGENERACIÓN.
Como se mencionó en el punto anterior es primordial conocer el tipo de cargas que
deben ser respaldadas por el sistema de generación eléctrica a implementar, todo esto
con el propósito de aplicar los criterios de diseño según las normas venezolanas. Entre
las principales normas que se han de utilizar están: el Código Eléctrico Nacional
(CEN200:2009)… [18], normas COVENIN, normas CADAFE, criterios de
CORPIVENSA y demás normativas gubernamentales.
-
14
CAPÍTULO III.
3.1 METODOLOGÍA A UTILIZAR PARA EL DESARROLLO DEL DISEÑO
DE LA PLANTA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA A IMPLEMENTAR
Para lograr el objetivo de poder obtener las especificaciones técnicas con el fin de
obtener el dimensionamiento del sistema de generación eléctrica a implementar en la
nueva fábrica se proponen cuatro pasos principales.
Paso 1: Clasificar las cargas eléctricas que forman parte del proceso productivo de la
fábrica, así como también, de las cargas asociadas a las áreas administrativas, áreas
perimetrales, y servicios industriales.
Paso 2: Realizar el estudio de estas cargas mediante la aplicación del factor de demanda
asociado a cada una de las mismas y que permitirá obtener la capacidad total en kVA
del grupo electrógeno que se ha de adquirir.
Paso 3: Dimensionar el sistema de generación que se ha de proponer.
Paso 4: Escoger el proveedor más conveniente con el fin de garantizar la confiabilidad
del sistema con el transcurso del tiempo.
3.2PRIMER PASO: CLASIFICACIÓN DE LAS CARGAS.
Con la información suministrada por el Ing. Bachir Sayes, proyectista del diseño de las
instalaciones eléctricas de esta nueva fábrica, se puede realizar un desglose de las
cargas las cuales se clasifican principalmente en: iluminación interior, ver tablas 4,5 y
6 (producción, oficinas del edificio administrativo, cuarto de basura e hidroneumático
y garita de vigilancia); iluminación de alumbrado público, ver tabla 7 (alumbrado de
las vías de penetración); iluminación exterior, ver tablas 8, 9, y 10 (urbanismo,
alumbrado deportivo y alumbrado de fachadas); tomacorrientes, ver tabla 11(tomas de
uso industrial y general); maquinarias, ver tablas 12 y 13 (maquinarias del área de
producción); sub-estación de bombeo de agua, ver tabla 14; bomba del pozo y de
emergencia, ver tabla 15; sistema de aire acondicionado, ver tabla 16; ventilación
-
15
forzada, ver tabla 17; servicios auxiliares, ver tabla 18 ( vigilancia y cuarto de
servicio); otras cargas auxiliares a considerar, ver tabla 19.
Tabla 4 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de alumbrado interior área de
producción.
ALUMBRADO INTERIOR (PRODUCCIÓN+ÁREAS LATERALES+VESTIDORES)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria [kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal [A]
Potencia
Total [kVA]
R-07 72 REFLECTOR PARABÓLICO, MH400W 0,430 0,453 1,256 32,589
LF-32R 12 LUMINARIA FLUORESCENTE
(EMBUTIDA), 3X32W 0,126 0,133 1,105 1,592
LF-32C 8 LUMINARIA FLUORESCENTE
(EMBUTIDA), 3X17W 0,081 0,085 0,711 0,682
LF-34 70 LUMINARIA FLUORESCENTE
(EMBUTIDA), 2X32W 0,094 0,099 0,825 6,926
Nota: Para obtener las especificaciones técnicas de cada uno de estos equipos de
alumbrado fue necesario consultar el catálogo de Obralux.
.
Tabla 5 Variables eléctricas de los elementos s que componen el sistema de alumbrado interior área
administrativa
ALUMBRADO INTERIOR (EDIFICIO ADMINISTRATIVO+COMEDOR+ÁREAS COMUNES)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia [kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
R-18 15 REFLECTOR PARABÓLICO, MH400W 0,430 0,453 1,256 6,789
LF-32R 17 LUMINARIA FLUORESCENTE
(EMBUTIDA), 3X32W 0,126 0,133 1,105 2,255
LF-32C 59 LUMINARIA FLUORESCENTE
(EMBUTIDA), 3X17W 0,081 0,085 0,711 5,031
LF-34 40 LUMINARIA FLUORESCENTE
(EMBUTIDA), 2X32W 0,094 0,099 0,825 3,958
LE-26 68 LUMINARIA EMBUTIDA, 2X26W 0,082 0,086 0,719 5,869
-
16
Tabla 6 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de alumbrado interior área de
servicios.
ALUMBRADO INTERIOR (CUARTO DE BASURA-HIDRONEUMÁTICO-GARITA DE VIGILANCIA)
Código Cantidad Descripción Potencia Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente Nominal
[A]
Potencia Total
[kVA]
LF-32C 7 LUMINARIA FLUORESCENTE
(EMBUTIDA), 3X17W 0,081 0,085 0,711 0,597
LF-34 13 LUMINARIA FLUORESCENTE (EMBUTIDA), 2X32W
0,094 0,099 0,825 1,286
Total, alumbrado interior tablas 4, 5 y 6 = 67,575 kVA
Tabla 7 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de alumbrado público.
ALUMBRADO PÚBLICO VÍAS DE PENETRACIÓN
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria [kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal [A]
Potencia
Total [kVA]
EX-48 20 LUMINARIA DE EXTERIORES, SAP
TUBULAR 250W 0,310 0,326 0,906 6,526
FIGURA 5. Vista del diseño de la iluminación perimetral
-
17
Tabla 8 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de alumbrado público.
ALUMBRADO DE EXTERIORES (URBANISMO DE FÁBRICA)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria [kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal [A]
Potencia
Total [kVA]
EX-48 36 LUMINARIA DE EXTERIORES, SAP TUBULAR 250W
0,310 0,326 0,906 11,747
Tabla 9 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de alumbrado instalaciones
deportivas.
ALUMBRADO DE EXTERIORES (ALUMBRADO DEPORTIVO)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia [kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
R-15 8 REFLECTOR RECTANGULAR, MH TUBULAR 400W
0,430 0,453 1,256 3,621
FIGURA 6. Vista de los postes de iluminación perimetral
-
18
Tabla 10 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de alumbrado de la fachada.
ALUMBRADO DE EXTERIORES (ALUMBRADO DE FACHADAS)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia [kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
R-15 8 REFLECTOR RECTANGULAR, MH TUBULAR 400W
0,430 0,453 1,256 3,621
R-15 14 REFLECTOR RECTANGULAR, MH
TUBULAR 250W 0,280 0,295 0,818 4,126
Total, alumbrado exterior tablas 8, 9, y 10= 29,642 kVA.
Tabla 11 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de tomas generales e industriales.
CAJA DE DISTRIBUCIÓN DE TOMAS DE USO INDUSTRIAL Y GENERAL (208/120V @ 60Hz)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia [kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
4TC 16 CAJA DE DISTRIBUCIÓN 4TC 6,148 7,685 21,332 122,965
3TC 3 CAJA DE DISTRIBUCIÓN 3TC 4,608 5,760 48,000 17,280
2TC 7 CAJA DE DISTRIBUCIÓN 2TC 3,072 3,840 32,000 26,880
TC-G 100 TC`S DE USO GENERAL (2P+T) 0,144 0,180 1,500 18,000
Total, Tomacorriente tabla 12 = 185,25 kVA
-
19
Es importante mencionar que según el CEN200:2009… [18], en la sección 220.11 se
indica que el factor de demanda para las cargas de iluminación es del 100%, este valor
será reflejado más adelante para poder obtener la tabla 21.
Estos tomacorrientes (Figura 8 y 9) están distribuidos en el área de producción y están
colocados en cajas de distribución de dos, tres y cuatro tomacorrientes para diferentes
FIGURA 7. Vista de la caja de las tomas industriales ubicadas en el área de producción
FIGURA 8. Caja de Tomacorrientes industriales
-
20
tensiones para tomas monofásicas 120 V y 277 V, monofásicas de dos hilos 240 V, y
trifásicas para 208V y 480V
3.3 VARIABLES ELÉCTRICAS DE LA MAQUINARIA.
El tipo de maquinaria que se ha de instalar en esta fabrica es del tipo metalmecánico
tal como se especifica en las tablas. Es importante hacer notar que al no conocer con
exactitud el proceso productivo de la futura fábrica se debe entonces realizar la
totalización de la carga correspondiente a la maquinaria para luego al total aplicarle los
factores de diseño según corresponda con la norma indicada en el CEN200:2009… [18].
Tabla 12 Variables eléctricas de los elementos que componen la línea de producción.
PRODUCCIÓN (MAQUINARIAS)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
M-1 1 Cizalla Hidráulica 9,000 11,250 13,532 11,250
M-2 1 Cortadora por Chorro de Agua para
Lámina 45,000 56,250 67,658 56,250
M-3 1 Suavizador de Agua -- -- -- --
M-4 1 Punzadora CNC 15,000 18,750 22,553 18,750
M-5 1 Plegadora Hidráulica 9,000 11,250 13,532 11,250
M-6 1 Cilindradora (Calandra) 9,000 11,250 13,532 11,250
M-7 1 Sierra para Corte (cinta horizontal) 3,200 4,000 4,811 4,000
M-8 1 Tronzadora de Disco Abrasivo (Sierra
Sensitiva) 3,000 3,750 4,511 3,750
M-9 1 Dobladora Hidráulica de Tubos. 3,000 3,750 4,511 3,750
M-10 1 Dobladora Hidráulica de Tubos y Perfiles. 3,000 3,750 4,511 3,750
M-11 1 Cizalla Punzadora 9,000 11,250 13,532 11,250
M-12 12 Soldadora MIG-MAG 350 A 12,000 15,000 18,042 180,000
M-13 6 Soldadora TIG 350 A. 18,000 22,500 27,063 135,000
M-14 1 Pulidora Mecánica de Pie. 2,500 3,125 3,759 3,125
M-15 1 Taladro Radial (de Bandera). 3,000 3,750 4,511 3,750
M-16 8 Taladro de Banco. 1,000 1,250 1,504 10,000
M-17 1 Torno Paralelo 1 m entre Puntos, 458 mm
volteo. 5,000 6,250 7,518 6,250
-
21
FIGURA 9. Vista planta de la disposición de la maquinaria área de producción
-
22
Tabla 13 Variables eléctricas de los elementos que componen la línea de producción
PRODUCCIÓN (MAQUINARIAS)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
M-18 1 Torno Paralelo 1,5 m entre Puntos, 458 mm
volteo. 5,000 6,250 7,518 6,250
M-19 1 Prensa Hidráulica manual 30T. -- -- -- --
M-20 1 Fresadora Universal. 10,000 12,500 15,035 12,500
M-21 1 Rectificadora Tangencial Plana. 6,000 7,500 9,021 7,500
M-22 1 Rectificadora Universal. 8,000 10,000 12,028 10,000
M-23 1 Tablero de Prueba Eléctrico. -- -- -- --
M-24 1 Cuarto de Granallado. 12,000 15,000 18,042 15,000
M-25 1 Puente Grúa. 7,000 8,750 10,525 8,750
M-26 1 Compresor a Tornillo. 56,000 70,000 84,197 70,000
M-27 3 Transpaleta Hidráulico. -- -- -- --
M-28 2 Montacargas Diesel 2,5T. -- -- -- --
M-29 1 Máquina de Soldar Puntos. 45,000 56,250 67,658 56,250
M-30 7 Esmeril de Banco. 1,000 1,250 1,504 8,750
M-31 2 Soldadora SMAW 350 A. 27,000 33,750 40,595 67,500
M-32 2 Cortador por Plasma Portátil. 18,000 22,500 27,063 45,000
M-33 1 Horno de Mufla de Tratamiento Térmico. 3,000 3,750 4,511 3,750
M-34 1 Rebordeadora de Láminas Hidráulica
(Bombeadora) 2,250 2,813 3,383 2,813
Total, carga de maquinaria tablas 13 y 14 = 787,438 kVA.
3.4 VARIABLES ELÉCTRICAS DEL SISTEMA DE SERVICIOS
INDUSTRIALES Y CARGAS AUXILIARES
Se observa que el sistema de bombeo de agua (figura 11), funciona de manera
permanente pero las bombas destinadas a sistema contra incendio prácticamente no
operan a menos que ocurra una eventualidad que precise de su funcionamiento, las
bombas del pozo profundo funcionaran de manera intermitente siempre que el nivel
del tanque de almacenamiento este por debajo de lo estimado. Por lo antes mencionado
se desprende que el conocimiento detallado del funcionamiento de los equipos y
maquinarias aporta información valiosa para los criterios de diseño que se han de
utilizar para determinar la cantidad de carga total que ha de considerarse.
-
23
.
FIGURA 10. Vista de la distribución de los tanques de agua
-
24
Tabla 14 Variables eléctricas de los elementos que componen la Sub-Estación de Bombeo.
SUB-ESTACIÓN BOMBEO AGUA (HIDRONEUMÁTICO)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
BOMB-
HIDR 2
BOMBAS TRIFÁSICAS 7,5
HP 6,000 7,500 9,021 15,000
Tabla 15 Variables eléctricas de los elementos que componen la Sub-Estación de Bombeo.
BOMBEO+TANQUE DE AGUA
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
BOMBA ÚTIL 2 BOMBAS MONOFÁSICAS 3,0 HP 2,237 2,796 23,300 5,592
BOMBA-EMERGENCIA 2 BOMBAS TRIFÁSICAS
EMERGENCIA, 25HP 20,000 25,000 30,070 50,000
Es importante tomar en cuenta que el factor de carga a implementar para el sistema de
aire acondicionado contempla un factor de carga del 100% según CEN200:2009… [18],
sección 220.30 apartado (c).
-
25
Tabla 16 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de aire acondicionado.
AIRE ACONDICIONADO
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
UCA-01 1 UNIDAD COMPACTA DE
HORIZONTAL 7,5TR 11,500 14,375 39,901 14,375
UCA-02 1 UNIDAD DE DESCARGA VERTICAL
(ROOFTOP) 7,5TR 11,500 14,375 39,901 14,375
UCA-03 1 UNIDAD COMPACTA DE DESCARGA
HORIZONTAL 11,500 14,375 39,901 14,375
UCA-04 1 UNIDAD DE DESCARGA
HORIZONTAL 6TR 8,710 10,888 30,221 10,888
UE-01
/UC-01 1 UNIDAD SPLIT 1.5 TR (18000BTU/H) 2,800 3,500 9,715 3,500
UE-02
/UC-02 1 UNIDAD SPLIT 3 TR (36000BTU/H) 5,120 6,400 17,765 6,400
UE-03
/UC-03 1 UNIDAD SPLIT 1.5 TR (18000BTU/H) 2,800 3,500 9,715 3,500
UE-04
/UC-04 1 UNIDAD SPLIT 2 TR (24000BTU/H) 3,440 4,300 11,936 4,300
Total, aire acondicionado tabla 17 = 71,713 kVA
Tabla 17 Variables eléctricas de los elementos que componen el sistema de ventilación forzada.
VENTILACIÓN FORZADA
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
HF-P4 10 HONGO (V.E.1-10) 1,491 1,864 2,242 18,638
HGD/HKD 6 HONGO HELICOIDAL (V.E 11-
12-13-17-18-19) 0,018 0,023 0,062 0,135
AFP 2 DE ASPA (V.E 14 Y 15) 0,011 0,014 0,038 0,028
AFP 1 DE ASPA (V.E 16) 0,011 0,014 0,038 0,014
AF P4 10 DE ASPA (V.I 1-10) 1,491 1,864 2,242 18,638
AFP 1 DE ASPA-BAÑOS OFICINA 0,037 0,046 0,128 0,046
BSF 1 VENTILADORES
CENTRÍFUGOS-COCINA 0,515 0,644 1,787 0,644
Total, ventilación forzada tabla 18 = 38,141 kVA
-
26
Tabla 18 Variables eléctricas de los elementos que componen el área de servicios auxiliares.
SERVICIOS AUXILIARES (VIGILANCIA, CUARTOS DE SERVICIO, ETC.)
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
LF-32 10 LUMINARIA FLUORESCENTE,
T8 3X32 W 0,126 0,133 1,105 1,326
LF-34 4 LUMINARIA FLUORESCENTE,
T8 2X32 W 0,094 0,099 0,825 0,396
TC-GEN 6 TC`S DE USO GENERAL (2P+T) 0,144 0,180 1,500 1,080
Total, servicios auxiliares tabla 19 = 2,802 kVA
Tabla 19 Variables eléctricas de los elementos que componen las áreas auxiliares
OTRAS CARGAS AUXILIARES
Código Cantidad Descripción
Potencia
Unitaria
[kW]
Potencia
[kVA]
Corriente
Nominal
[A]
Potencia
Total
[kVA]
CARGAS 10 TC`S DE USO GENERAL (2P+T) 0,144 0,180 1,5 1,8
CARGAS 5 DEMÁS CARGAS PASIVAS O
DÉBILES 0,050 0,063 0,521 0,313
Total, otras cargas auxiliares tabla 20 = 2,113 kVA
-
27
3.5 PASO 2: ESTUDIO DE LAS CARGAS APLICACIÓN DE LOS FACTORES DE
DEMANDA SEGÚN CEN200:2009… [18].
SEGÚN EL CÓDIGO ELÉCTRICO NACIONAL (C.E.N): 2009
Tabla 220.13 Factores de Demanda (F.D) para Cargas de Tomacorrientes en
Unidades no Residenciales:
Primeros 10 kVA 100% F.D
Resto sobre 10 kVA 50% F.D
Sección 220.30 parte (C) Cargas de Aire Acondicionado
F.D = 100 % Del valor nominal de la placa de características de aire acondicionado y
enfriamiento.
Sección 220.40 Método para calcular la carga en granjas que no sean unidades
vivienda.
F.D = 60 % Para cargas que se espera que funcionen sin diversidad superiores a 60 A,
este factor se asume para la maquinaria.
Tabla 220.11 Factores de Demanda para Cargas de Iluminación:
F.D = 100 % a partir de 12,5 kVA.
Criterios utilizados por el equipo de ingeniería eléctrica de Corpivensa.
F.D = 100 % para ventilación forzada.
F.D = 100 % para servicios Auxiliares.
F.D = 25 % para otras Cargas.
-
28
Tabla 20 Factores de demanda aplicados en la fábrica según normas.
FACTORES DE DEMANDA APLICADOS A LOS
DIFERENTES GRUPOS DE CARGAS
Potencia de
la carga
instalada
[kVA]
F.D (Factor de demanda)
[kVA]
1.-MAQUINARIA DEL ÁREA DE PRODUCCIÓN 787,438 0,6 472,463
2.-ALUMBRADO INTERIOR 67,575 1 67,575
3.-ALUMBRADO DE EXTERIORES 29,642 1 29,642
4.-CAJA DE DISTRIBUCIÓN DE TOMAS DE USO INDUSTRIAL Y
GENERAL (208/120V @ 60Hz) 185,125 0,5 92,562
5.-SUB-ESTACIÓN BOMBEO AGUA (HIDRONEUMÁTICO) 15 0,5 7,5
6.-UTILIDADES (BOMBEO+TANQUE DE AGUA) 55,592 0,5 27,796
7.-AIRE ACONDICIONADO 71,713 1 71,713
8.-VENTILACIÓN FORZADA 38,141 1 38,141
9.-SERVICIOS AUXILIARES (COMEDOR, VIGILANCIA, etc.) 2,802 1 2,802
10.-OTRAS CARGAS AUXILIARES 2,113 0,25 0,078
TOTAL (CONSIDERANDO LOS FACTORES DE DEMANDA
DE LAS CARGAS)
810,272
Total, de carga considerando los factores de demanda = 810,272 kVA.
Reserva de 20 % para futura expansión de la fábrica = 162, 05 kVA
Total, de carga considerando la reserva del 20% = 972,326 kVA
Como se puede verificar en la tabla los análisis de carga arrojan la necesidad de instalar
un sistema de autogeneración continua cuyo rango de capacidad no esté por debajo de
los 1000 kVA, de esta manera se podrá satisfacer tanto la demanda actual de la fábrica
como la demanda futura estimada por los analistas en procesos productivos que estiman
un porcentaje aproximado de 5% para los primeros 10 años de funcionamiento
-
29
3.6 PASO 3: DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE GENERACIÓN A
IMPLEMENTAR
La aplicación y uso de grupos electrógenos como sistemas de suministro
alternativo de electricidad deben cumplir con criterios técnicos para garantizar su
continuidad operativa, por ello debe conocerse los regímenes de operación del grupo
electrógeno a elegir para con ello estar seguro de que se estén cumpliendo los criterios
propuestos, a continuación, se detallan los tres regímenes de funcionamiento:
3.6.1 Dimensionamiento de los generadores que conformaran el grupo electrógeno e
ingeniería de detalle.
Se debe destacar que los datos referentes a los históricos de carga no existen para esta
fábrica, ya que se trata de una obra que todavía no ha finalizado su etapa de
construcción, es por ello que realizarse un estimado y clasificación de la carga como
ya ese especifico en las tablas mostradas anteriormente
Con el fin de conocer la capacidad del generador que estará asociado a la planta de
energía eléctrica a adquirir se deben utilizar el valor de la carga total considerando la
reserva del 20%, este valor se obtuvo de la tabla 21 y fue de 972,326 kVA.
Con este valor podemos entonces decidir que la potencia que debe tener el generador
que se ha de implementar debe ser de 1200 kVA. Teniendo en cuenta que este
generador debe trabajar en régimen continuo (Base Power) y en atención a la norma
IEEE Std 446-1995… [11]. chapter 3 “Los factores de demanda para el generador deben
estar entre el 70% y 80% de su capacidad nominal”, tenemos que:
Pnominal = 1200 kVA
-
30
Pnominal al 80 % = 960 kVA
Pcarga total más 20% reserva = 972,326 kVA.
Como se puede observar la Pnominal al 80% y Pcarga total más el 20 % difieren en
solo 1%, por esta razón se verifica que un generador con capacidad nominal de 1200
kVA cumple con los requerimientos exigidos.
Al no conocer con exactitud el proceso productivo de la fábrica no es posible calcular
con exactitud cuál debe ser las condiciones para el arranque del equipo, sin embargo,
se puede hacer una estimación considerando las cargas de mayor importancia, esto se
puede verificar en la tabla 22
Tabla 21 Suma total de las cargas de mayor importancia.
CARGAS DE MAYOR IMPORTANCIA
Potencia de
la carga
instalada
[kVA]
F.D (Factor de demanda)
[kVA]
1.-MAQUINARIA DEL ÁREA DE PRODUCCIÓN 787,438 0,6 472,463
2.-ALUMBRADO INTERIOR 67,575 1 67,575
3.-ALUMBRADO DE EXTERIORES 29,642 1 29,642
5.-SUB-ESTACIÓN BOMBEO AGUA (HIDRA) 15 0,5 7,5
7.-AIRE ACONDICIONADO 71,713 1 71,713
8.-VENTILACIÓN FORZADA 38,141 1 38,141
TOTAL (CONSIDERANDO LOS FACTORES DE
DEMANDA DE LAS CARGAS)
687,034
-
31
De esta manera se observa que el valor total de las cargas de mayor importancia
asciende a 687,03 kVA.
Con este valor se puede estimar de manera aproximada las condiciones de arranque del
equipo.
Iarranque < Inominal generador
En donde:
Iarranque = 𝐼𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝐵𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒𝑎𝑑𝑜 + 𝐼𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
Para el cálculo de la corriente de rotor bloqueado no apoyamos de la figura 11.
FIGURA 11. Curva de corriente de rotor bloqueado
Hay que destacar que la carga a considerar para el caso de rotor bloqueado debe ser aquella
que toma en cuenta exclusivamente el consumo de corriente de energización
fundamentalmente aquella que tiene que ver con el funcionamiento de motores y maquinaria,
por esta razón, para una potencia 𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 687,03 kVA debe restársele la carga
concerniente a la iluminación exterior e interior.
-
32
Por lo tanto:
𝑃𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒𝑎𝑑𝑜 = 𝑃𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 - 𝑃𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 - 𝑃𝑖𝑙𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
𝑃𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒𝑎𝑑𝑜 = 687,03 – 67,575 – 29,642
𝑃𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒𝑎𝑑𝑜 = 589,81 kVA.
De la figura 11 se desprende:
Percent Transient Voltage Dip (589,81kVA) = 6%.
𝑉(7%)= 451,2 V
Para este valor de tensión se tiene:
𝐼𝑟𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒𝑎𝑑𝑜 = 589,81 kVA
451,2 V∗√3 = 754,71 A
Para el caso de estudio de rotor bloqueado se considera que los motores se encuentran en
reposo previamente al arranque.
Cuando se toma en cuenta la carga de iluminación exterior e interior, tomando la información
referente a las tablas 4, 5, 6, 7, 8 y 9, iluminación en tensión de 277V, tendremos:
𝐼𝐼𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 350,96 A
Iarranque = 𝐼𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝐵𝑙𝑜𝑞𝑢𝑒𝑎𝑑𝑜 + 𝐼𝐼𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟
Iarranque = 754,71 A + 350,96
Iarranque = 1105,67 A
-
33
Y teniendo en cuenta que
Inominal generador = Pnominal
480∗√3=
1200
480∗√3 = 1443,37 A
Finalmente se verifica
Iarranque < Inominal generador
Se verifica que ante una condición de arranque en donde esta conectada toda la
maquinaria, alumbrado interior, exterior, sub estación de bombeo, aire acondicionado
y ventilación forzada no se supera la corriente nominal del generador.
-
34
3.7 DEFINICIÓN DE LA INSTALACIÓN DE AUTOGENERACIÓN.
Como ya se mencionó al principio del presente trabajo la planta de autogeneración que
es el objeto de este proyecto, debe cubrir la demanda eléctrica total de toda la fábrica,
es así que se hace necesario proponer un sistema de autogeneración en servicio
continuo para satisfacer las necesidades de potencia eléctrica.
Revisando documentos bibliográficos referentes a sistemas de autogeneración se pudo
encontrar que los motores diesel reciprocantes presentan una eficiencia de conversión
de energía mecánica a eléctrica entre el 32 % y 42 %, por otra parte, el costo del
generador asociado, así como su instalación son más competitivos que otras
tecnologías tales como motores a gas reciprocante, turbina a gas, microturbina, celda
de combustible, y turbina eólica. Por lo tanto, se escoge la tecnología que más se
encuentra en el mercado, de esta manera se propone como selección para el sistema de
autogeneración generadores a base de grupo electrógeno constituido por el conjunto
motor mas generador, con motores reciprocantes diseñados termodinámicamente
mediante ciclo Otto de 4 tiempos de tipo dual, lo que significa que puede funcionar con
la combinación de gas y diesel, o diesel exclusivamente. La razón de escoger
generadores de tipo dual es mantener la posibilidad futura de lograr el suministro de
gas por parte del servicio gubernamental y con ello disminuir el impacto ambiental
ocasionado por las emisiones de gases.… [11].
Según la norma IEEE Std 446-1995 chapter 3 “Los factores de demanda para el
generador deben estar entre el 70% y 80% de su capacidad nominal”… [11].
Según la Norma NEMA Standards Publication MG-1998, Revision 3, 2002. Motors
and Generators:
La variación de los valores nominales de voltaje y frecuencia deben ser… [12]:
-
35
o Los motores de corriente alterna deberán operar con éxito bajo
condiciones de funcionamiento a carga nominal con una variación en el
voltaje o la frecuencia hasta la siguiente:
o Más o menos el 10 por ciento de la tensión nominal, con una frecuencia
nominal de los motores de inducción.
o Más o menos el 6 por ciento de la tensión nominal, con una frecuencia
nominal de los motores universales.
o Más o menos el 5 por ciento de la frecuencia nominal, con tensión
nominal.
o Una variación combinada de tensión y frecuencia de 10 por ciento
(suma de los valores absolutos) de los valores nominales, siempre que
la variación de la frecuencia no exceda más o menos el 5 por ciento del
nominal de la sección II MG 1-1998, Revisión 2
Según la norma ISO 8528_1:2005 Clasificación de los Generadores según la
potencia a suministrar a la carga… [12]:
o Clase G1: Generadores donde solo se requiere la especificación de voltaje
y frecuencia de la carga a conectar. Se utilizan generalmente para alimentar
cargas de iluminación y cargas eléctricas simples.
o Clase G2: Generadores utilizados para alimentar cargas de centros
públicos, edificios y centros comerciales con valores de tensión y corriente
estándar para este tipo de equipos. Se utilizan generalmente para alimentar
cargas de iluminación, bombas, ventiladores y ascensores.
o Clase G3: Generadores utilizados para alimentar cargas cuyas
características de voltaje y frecuencia tienden a deformar la onda de voltaje
y frecuencia del generador. Se utilizan generalmente para alimentar cargas
en servicios de telecomunicaciones, sistemas de control basados en
tiristores que requieren una consideración especial ya que inducen una
distorsión muy importante que es reflejada al generador.
-
36
o Clase G4: Generador utilizados para alimentar cargas que inducen mayor
distorsión en la forma de onda y frecuencia del generador. Se utilizan
generalmente para alimentar cargas de quipos en computación y
procesamiento de datos, servidores, equipos de respaldo informático como
los UPS.
Según la norma ISO 8528_1:2005 las condiciones de referencia estándar para el
funcionamiento de los grupos electrógenos son… [12]:
Presión barométrica: Pt = 100 kPa.
Temperatura ambiente: Tt = 25 ºC.
Humedad Relativa: Φ = 30 %.
3.7.1 Régimen de Servicio: Según la norma ISO8528-1:2005 según el régimen se
servicios los generadores se clasifican en… [12]:
Régimen Continuo (Temperatura 40 °C): El generador funciona a la potencia
nominal durante un período indefinido de tiempo (24 horas/día). El esquema de
operación en régimen continuo, se aplica sobre todo donde no hay otras fuentes de
energía disponible o no se cuenta con la factibilidad del servicio eléctrico por
suministro directo desde la red pública.
Régimen Prime (Temperatura 40 ° C): El generador funciona de forma continua en
aplicaciones de recortes de pico de demanda eléctrica, pueden trabajar con cargas
variables en una condición de sobrecarga (hasta un 10% de la potencia nominal)
durante 1 hora cada 12 horas sin sufrir ningún daño en los devanados. Es decir, en
un estado transitorio de exigente carga 1.1xPn podrá operar sólo (2horas/día) 5 días
por semana.
Régimen Stand-by (Temperatura Ambiente 40ºC): El generador funciona como un
sistema de respaldo de energía eléctrica para cargas que exijan una potencia un poco
mayor que la del régimen Prime y sin que esto signifique una elevación del gradiente
-
37
de temperatura en los devanados por encima de los 150ºC (de acuerdo a NEMA MG
1), pero con ella la vida útil del generador se reduce de 2 a 6 veces. Esto puede
ocurrir en un tiempo máximo de (300horas/año).
3.7.2 Cálculo de la protección para el grupo electrógeno según la norma Normas
IEEE Std. C37.013-1997… [14]:
Para un grupo electrógeno de capacidad nominal 1200 kVA funcionando en régimen
continuo 928 kWe/1160 kVA (Base Power) se tiene:
Sg = 1160 kVA, V= 480V.
Ig = Sg
V∗√3=
1160
480∗√3 = 1395,26 A
Para régimen de funcionamiento de sobrecarga en 10% (Régimen Prime Power) se
tiene:
Sg = 1320 kVA, V= 480V.
Ig = Sg
V∗√3=
1320
480∗√3 =1587,71 A
Por lo tanto, la capacidad del breaker de protección no debe ser menor a 1600 A.
3.7.3 Corriente de cortocircuito
Evaluando para un tiempo t=1/2 (medio ciclo)
𝐼𝑝 =√2(𝐼𝑐𝑐.𝑠𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎)𝑥 (1 + 𝑒−
2𝜋∗𝑡
𝑋
𝑅 ) , para X/R = 7,5
Cabe destacar que el valor (X/R = 7,5) representa la tasa de decaimiento de la
componente continua.
-
38
Para
∅ = tan−1 𝑋/𝑅 = 82,4 °
El ángulo representa el mayor valor de la tasa de decaimiento de la curva.
3.7.4 Cálculo de la corriente simétrica para cortocircuito trifásico:
Donde:𝐼𝑐𝑐.𝑠𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐸𝑡ℎ(𝑝𝑢)
X”d(𝑝𝑢)x Ig (prime Power), (Corriente Simétrica)
Evaluando para Ig = 1587,71 A (Prime Power) y X”d(𝑝𝑢) = 0,15 (dato del
fabricante)
𝐼𝑐𝑐.𝑠𝑖𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 10,58 𝑘𝐴
𝐼𝑝 = 24,80 𝑘𝐴
3.7.5 Cálculo de la corriente de cortocircuito asimétrica:
𝐼𝑐𝑐.𝑎𝑠𝑖𝑚 = 𝑘 𝑥 𝐼𝑐𝑐.𝑟𝑚𝑠,𝑠𝑖𝑚
Donde
𝐾=1
3∗ (√1 + 2𝑒−
2𝜋𝑡
7.5 + 2√1 +1
2𝑒−
2𝜋𝑡
7.5 ) = 1.39(t=1/2)
𝐼𝑐𝑐.𝑎𝑠𝑖𝑚 = 1,39 ∗ 10,58 = 14,73 𝑘𝐴
𝐼𝑝 > 𝐼𝑐𝑐.𝑎𝑠𝑖𝑚
Por lo tanto, como
Que se recomienda: 𝐼𝑏𝑟𝑒𝑎𝑘𝑒𝑟 = 2000 𝐴 con capacidad de corriente de cortocircuito
mayor a 25 kA
-
39
3.8 CRITERIO DE OPERACIÓN DE LOS GRUPOS ELECTRÓGENOS.
Basado en las normas mencionadas anteriormente se puede indicar que las principales
funciones que debe desempeñar el sistema de autogeneración compuesto por los dos
(02) grupos de electrógenos se mencionan a continuación… [14]:
Este sistema de autogeneración debe ser capaz de funcionar a carga variable, es
por ello que se recomienda el uso de motor reciprocante.
La carga máxima de operación deberá estar entre 60% y 80% de la capacidad
máxima dentro del régimen de continuidad.
Para cargar el grupo electrógeno en vacío debe procederse en pasos de no más
del 20 % de la capacidad nominal y después del 50% se puede colocar toda la
carga hasta el 100 %.
No es recomendable operar un grupo electrógeno por debajo del 20 % de su
capacidad nominal como tampoco debe superarse la capacidad máxima
indicada en placa, para ello se debe incorporar un módulo de sincronización
automático con el cual se monitoree los parámetros de la carga y las condiciones
de la red externa.
Arranque automático en función de la discriminación horaria o por
programación específica.
El grupo electrógeno debe poder funcionar en paralelo con la red de la
compañía eléctrica en forma interconectada para con ello poder hacer
intercambios a través de la celda de transferencia con la red externa.
El grupo electrógeno se sincronizará con la red a través del dispositivo de
sincronización automática ubicado en el cuadro de control.
La operación del grupo electrógeno será totalmente automática, no requiere de
personal para su funcionamiento, sin embargo, es importante mantener una
vigilancia regular y supervisión periódica para llevar a cabo los mantenimientos
-
40
requeridos en las horas indicadas, con ello se garantizará el buen
funcionamiento del equipo y durabilidad.
En el tablero de control se dispondrá de dispositivos de alarma visual y acústica
que permitan registrar variables con los cuales si indica el buen funcionamiento
o no de las unidades de generación.
El sistema de autogeneración estará diseñado para trabajar de forma
ininterrumpida durante todas las horas del año, y como se dispone del criterio
N+2 o N+1, se contará con la posibilidad de realizar paradas para el
mantenimiento sin por ello interrumpir el servicio de generación eléctrica.
El sistema de autogeneración debe poseer un sistema de atenuación de ruido
que no supere los 75 dB a una distancia de 7 m, para evitar incumplir el decreto
2217 “Norma sobre control de la contaminación generada por ruido” aprobada
el 23 de abril de 1992, Gaceta Oficial Nº4418 que fija los niveles de ruido
permitidos.
3.9 OTRAS CONSIDERACIONES TÉCNICAS DEL GRUPO ELECTRÓGENO
Teniendo en cuenta que se requiere respaldar de manera continua una potencia
nominal aproximada a los 820 kVA (ver tabla 20), es muy importante conocer el
máximo pico en kVA en el momento del arranque, para ello se estiman las siguientes
consideraciones… [15]:
Si la Pmax del motor de mayor capacidad es mayor que un tercio de la Potencia
nominal del generador se debe instalar un arrancador progresivo en este motor.
Si el valor de ∑Pmotores es mayor que un tercio de la Potencia nominal del
generador entonces el arranque en cascada del motor debe ser gestionado por
un PLC.
-
41
Si el valor de ∑Pmotores es menor que un tercio de la Potencia nominal del
generador entonces no habrá problemas en el arranque.
Dicho lo anterior se puede extraer de la tabla 20 que la potencia correspondiente a
la maquinaria ubicada el área de producción y en la que se encuentra el mayor
número de motores representa un total de 472 kVA. Esto representa prácticamente
un tercio de 1200 kVA que es la potencia nominal del grupo electrógeno que se ha
planteado, por lo tanto, se cumple la tercera condición con respecto al arranque.
La corriente (𝐼𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛) de operación no debe sobrepasar el doble de la corriente
nominal del generador.
De la tabla 20, se tiene que el total de la carga aplicando los factores de demanda es
de 810,27 kVA, si analizamos la condición más crítica que significa que toda esta
carga se aplica al mismo tiempo se tendría que:
𝐼𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝑆(𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛)[𝑘𝑉𝐴]
√3 ∗ 480[𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠]=
810,27[𝑘𝑉𝐴]
√3 ∗ 480[𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠]= 974,46 [𝐴]
Por otra parte, la corriente nominal del grupo electrógeno de 1200 kVA es:
𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝑆𝑔[𝑘𝑉𝐴]
√3 ∗ 480[𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠]=
1200[𝑘𝑉𝐴]
√3 ∗ 480[𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠]= 1443,37 [𝐴]
Lo cual satisface la condición:
Ioperación < 2In
Ioperación < 2886,74 A
-
42
La caída de tensión ( ∆𝑉) instantánea en la carga, en el momento del arranque, debe
ser inferior a 20% para cargas motóricas con llaves mecánicas y 15% para cargas
motóricas con llaves electrónicas.
Para verificar esta condición calculamos la caida de tensión ( ∆𝑉) de la siguiente manera:
∆𝑉 =(
𝐼𝑡𝐼𝑔
)∗X´d
1+ (𝐼𝑡𝐼𝑔
)∗X´d para generadores de 1200 kVA el valor de X´doscila entre 20% a
30%
Para X´d = 0,3 y teniendo en cuenta que toda la carga esta conectada se tiene que.
𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)[𝑘𝑉𝐴] = 810,27 𝑘𝑉𝐴
𝐼𝑡 =𝑆(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)[𝑘𝑉𝐴]
√3 ∗ 480[𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠]=
810,27 [𝑘𝑉𝐴]
√3 ∗ 480[𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠]= 974,46 [𝐴]
𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝑆𝑔[𝑘𝑉𝐴]