Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Maestría en Administración Facultad de Ciencias Administrativas y Contables

1-1-2004

Instructivo gerencial para la selección de plantas eléctricas Diesel Instructivo gerencial para la selección de plantas eléctricas Diesel

Álvaro Carreño Carreño Universidad de La Salle, Bogotá

Luis Florindo Cubillos Patiño Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada Carreño Carreño, Á., & Cubillos Patiño, L. F. (2004). Instructivo gerencial para la selección de plantas eléctricas Diesel. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/maest_administracion/430

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INSTRUCTIVO GERENCIAL PARA LA SELECCIÓN DE PLANTAS ELÉCTRICAS

DIESEL

ALVARO CARREÑO CARREÑO

LUIS FLORINDO CUBILLOS PATIÑO

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

DIVISIÓN DE FORMACIÓN AVANZADA

MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN

BOGOTA D.C.

2004

2

INSTRUCTIVO GERENCIAL PARA LA SELECCIÓN OPTIMA DE PLANTAS

ELÉCTRICAS DIESEL

ALVARO CARREÑO CARREÑO

LUIS FLORINDO CUBILLOS PATIÑO

Trabajo de grado presentado como requisito para optar el título de Magíster en

Administración

Director: Magíster Ricardo Quijano

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

DIVISIÓN DE FORMACIÓN AVANZADA

MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN

BOGOTA D.C.

2004

3

Nota de aceptación

_________________________

_________________________

_________________________

_________________________

_________________________

_________________________

_______________________________

Presidente del jurado

_______________________________

Jurado

_______________________________

Jurado

Bogotá D.C., Enero de 2004

4

A Yadira, Catalina y Alvaro Fabian

Alvaro

A Sandra y Laura

Luis

5

AGRADECIMIENTOS

Al Dr. Ricardo Quijano por sus valiosos aportes en la dirección de la tesis.

Al Dr. Cesar Bernal por su colaboración y orientación en el desarrollo de la

Maestría.

Al Ingeniero Juan Vicente Saucedo por su apoyo incondicional.

Al Dr. Henry Fajardo por sus importantes aportes.

A la Dra. Nidia Jaramillo por su apoyo y entusiasmo para culminar a tiempo este

trabajo.

6

CONTENIDO

Página

RESUMEN EJECUTIVO

GLOSARIO

INTRODUCCIÓN

JUSTIFICACIÓN

OBJETIVOS

1 CONCEPTOS BÁSICOS DE GRUPOS ELECTRÓGENOS CON

COMBUSTIBLE DIESEL .......................................................................................23

1.1 GENERACIÓN ELÉCTRICA MEDIANTE MOTORES DIESEL .....................23

1.2 ANTECEDENTES DE LOS MOTORES DIESEL ..........................................24

1.3 EL MOTOR DIESEL......................................................................................25

1.4 PRINCIPIO TERMODINÁMICO ....................................................................26

1.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DIESEL......................................27

1.5.1 Tipo de inyección. ......................................................................................28

1.5.1.1 Tipo de ciclo de cuatro tiempos...............................................................28

1.5.1.2 Velocidad de rotación..............................................................................28

1.5.1.3 El regulador de velocidad ........................................................................31

1.5.2 Sistema de enfriamiento.............................................................................31

1.5.3 Tipo de alimentación del aire de combustión .............................................32

1.6 PRINCIPALES SISTEMAS EN UN MOTOR DIESEL ...................................33

1.7 EL GENERADOR..........................................................................................33

1.7.1 Construcción general .................................................................................33

1.7.2 Tipos de generadores ................................................................................34

1.7.3 Diseño ........................................................................................................35

7

1.7.4 Sistemas de excitación...............................................................................35

1.7.4.1 Autoexcitados..........................................................................................36

1.7.4.2 Excitador Piloto de Imán Permanente ó PMG: ........................................36

1.7.4.3 Funciones básicas asociadas con la excitación ......................................37

1.7.4.4 Regulador automático de voltaje .............................................................38

1.7.5 Sistemas de enfriamiento en generadores .................................................39

1.7.5.1 Enfriamiento Directo ................................................................................39

1.7.5.2 Enfriamiento Indirecto..............................................................................39

1.7.6 Sistemas de control ....................................................................................39

1.7.6.1 Controles primarios .................................................................................40

1.7.6.2 Controles de alto nivel/ sistemas automáticos.........................................40

1.7.7 Sistemas de regulación de voltaje..............................................................41

1.7.8 Control de frecuencia .................................................................................41

1.8 SISTEMAS DE ARRANQUE DE PLANTAS GENERADORAS.....................41

1.8.1 Arranque eléctrico ......................................................................................42

1.8.1.1 Arranque neumático ................................................................................42

1.9 TIPOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PLANTAS DE GENERACIÓN ......42

1.9.1 Operación en paralelo ................................................................................43

1.10 CENTRALES DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON MOTORES DIESEL .43

1.11 DISPONIBILIDAD DE LAS PLANTAS DIESEL PARA CARGAS BASE......45

1.11.1 Disponibilidad ...........................................................................................46

1.12 MANEJO AMBIENTAL EN LA GENERACIÓN DIESEL ..............................46

1.12.1 Manejo del CO2 ........................................................................................47

1.12.2 Factores de Emisión.................................................................................48

1.12.3 Métodos primarios de reducción de NOx .................................................49

1.12.4 Retardo de la inyección ............................................................................50

1.12.5 Humo visible.............................................................................................50

1.12.6 Reducción de NOx con métodos secundarios..........................................51

1.12.6.1 Reducción catalítica selectiva ...............................................................51

1.12.6.2 Filtros.....................................................................................................52

8

1.12.7 Ruido........................................................................................................52

1.12.7.1 Niveles permitidos de Ruido..................................................................53

1.12.7.2 Modificaciones o sustituciones ..............................................................54

2 SELECCIÓN DE GRUPOS ELECTRÓGENOS DIESEL..................................60

2.1 CÁLCULO DEL TAMAÑO DEL GRUPO ELECTRÓGENO...........................60

2.1.1 Clasificaciones del Generador....................................................................60

2.1.2 Clasificación según elevaciones de la temperatura....................................60

2.1.3 Voltaje del generador .................................................................................61

2.1.4 Clasificación del motor ...............................................................................61

2.1.5 Condiciones del sitio ..................................................................................62

2.1.5.1 Arranque del motor..................................................................................67

2.1.5.2 Consideraciones para la selección del tamaño del generador. ...............68

2.1.5.2.1 Perfil de carga típica.............................................................................68

2.1.5.2.2 Crecimiento futuro ................................................................................71

2.1.5.2.3 Limitaciones de caída de frecuencia y voltaje ......................................71

2.1.5.2.4 Arranque del motor...............................................................................72

2.1.5.2.5 Necesidades de puesta en servicio del cliente.....................................73

2.1.5.3 Criterios para la selección del grupo electrógeno....................................74

2.1.5.3.1 Cargas lineales.....................................................................................74

2.1.5.3.2 Carga No lineal.....................................................................................74

2.1.5.3.3 Pasos de carga ....................................................................................75

2.1.5.3.4 Carga equilibrada .................................................................................75

2.2 SOFTWARE PARA LA SELECCIÓN DE GRUPOS ELECTRÓGENOS. ......76

2.2.1 Software de Cummins ................................................................................76

2.2.2 Software de Caterpillar ...............................................................................77

2.3 COSTOS GENERACIÓN. .............................................................................81

3 PAUTAS DE INSTALACIÓN DE GRUPOS ELECTRÓGENOS.......................86

9

3.1 VISIÓN GENERAL DE LA INSTALACIÓN....................................................86

3.1.1 Aplicación e Instalación..............................................................................86

3.1.2 Consideraciones de Seguridad ..................................................................87

3.1.3 Montaje del Grupo Electrógeno..................................................................87

3.1.3.1 Consideraciones generales .....................................................................87

3.1.3.2 Sitio de instalación ..................................................................................88

3.1.3.3 Montaje....................................................................................................88

3.1.3.4 Acceso a la planta eléctrica.....................................................................90

3.1.3.5 Amortiguadores de vibración tipo resorte ................................................91

3.1.4 Conexiones Mecánicas ..............................................................................92

3.1.4.1 Consideraciones generales .....................................................................92

3.1.4.2 Sistema de combustible ..........................................................................93

3.1.4.3 Tanque de alimentación principal............................................................95

3.1.4.4 Tanque diario o de presión constante .....................................................95

3.1.4.5 Sistema de gases escape .......................................................................95

3.1.4.6 Ventilación y enfriamiento .......................................................................96

3.1.4.7 Ventiladores y ductos ..............................................................................97

3.1.4.8 Requisitos del Conjunto del Radiador .....................................................97

3.1.4.9 Precalentador del agua de las camisas del motor...................................98

3.1.4.10 Calentador del generador......................................................................99

4 CONSIDERACIONES DE MANTENIMIENTO EN GRUPOS

ELECTRÓGENOS...............................................................................................100

4.1 INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD ..........................................................100

4.1.1 Instrucciones de seguridad con el combustible ........................................101

4.1.2 Instrucciones de seguridad con los gases de escape ..............................102

4.1.3 Instrucciones de seguridad con piezas en movimiento ............................102

4.1.4 Instrucciones de seguridad en ambientes explosivos ..............................103

4.1.5 Instrucciones de seguridad con choques eléctricos .................................103

10

4.1.6 Precauciones generales de seguridad. ....................................................104

5 CREACIÓN DE EMPRESA DE ENERGÍA EN ZONA NO

INTERCONECTADA............................................................................................105

5.1 JUSTIFICACIÓN EMPRESA DE SERVICIOS PÚBLICOS ESP .................105

5.2 MARCO LEGAL. .........................................................................................106

5.2.1 Pasos para la creación de una empresa de energía de servicios

públicos................................................................................................................108

5.2.1.1 Requisitos para la creación ...................................................................108

5.2.1.2 Documentos para la creación................................................................108

5.2.1.3 Subsidios menores descripción de tarifas. ............................................109

5.2.2 Solicitud de los entes territoriales para que el Ipse ejecute y supervise las

obras de infraestructura energética .....................................................................110

5.3 FINANCIACIÓN...........................................................................................111

5.4 CONFORMACIÓN ADMINISTRATIVA........................................................113

5.4.1 Funciones del personal ............................................................................114

5.4.1.1 Gerente .................................................................................................114

5.4.1.2 Secretaria ..............................................................................................114

5.4.1.3 Técnico..................................................................................................114

5.4.1.4 Mensajero..............................................................................................114

5.5 OPERATIVIDAD..........................................................................................114

6 CONCLUSIONES...........................................................................................115

7 RECOMENDACIONES ..................................................................................117

BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................118

ANEXOS..............................................................................................................120

11

LISTA DE TABLAS

Página

Tabla 1 Consumos específicos según equipos de Generación Cummins .............45

Tabla 2 Clase del Generador contra elevación de temperatura.............................61

Tabla 3 Identificación de letras de código en los motores de Corriente alterna....73

Tabla 4 Cuadro de costos de mantenimiento ........................................................82

Tabla 5 Costos kilowatio-hora Generado..............................................................83

Tabla 6 Costos kilowatio hora en zona no interconectada....................................84

12

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Motores de diferentes tamaños para la generación eléctrica...................24

Figura 2 Ciclo Diesel..............................................................................................26

Figura 3 Paso de los diferentes sistemas por el interior de un motor diesel ..........27

Figura 4 Potencias disponibles en motores Diesel de acuerdo a su velocidad de

rotación...........................................................................................................29

Figura 5 Construcción general del generador ........................................................34

Figura 6 Sistema Autoexcitado .............................................................................36

Figura 7 Excitador Piloto de Imán Permanente......................................................37

Figura 8 Sistema típico de generación...................................................................40

Figura 9 Sistema de arranque eléctrico .................................................................42

Figura 10 Sistema de reducción catalítica selectiva ..............................................52

Figura 11 Aislamiento de la vibración ....................................................................56

Figura 12 Cerramientos totales y parciales............................................................58

Figura 13 Relación temperatura y altitud con la salida de potencia al volante en un

motor ..............................................................................................................63

Figura 14 Factor de reducción de potencia con la altitud y la temperatura............64

Figura 15 Reducción de potencia contra la temperatura en el motor y

generador. ......................................................................................................65

Figura 16 Respuesta transitoria ante un cambio de carga....................................66

Figura 17 Respuesta ante una sobretensión ........................................................67

Figura 18 Perfil de carga típica ..............................................................................68

Figura 19 Perfil de carga cronológico ...................................................................69

Figura 20 Tipos de perfiles de carga según el usuario .........................................70

Figura 21 Curva de carga en kW Promedio mensual típico...................................71

Figura 22 Diferencias en el efecto del voltaje entre cargas lineal y no lineal .......74

Figura 23 Imagen inicial del programa de Cummins..............................................77

13

Figura 24 Imagen inicial del Electric Power Design Pro de Caterpiillar..................78

Figura 25. Cuadro de cargas en el EPG Caterpillar...............................................79

Figura 26 Resultados Programa EPG Caterpillar ..................................................80

Figura 27 Composición costos kilowatio-hora........................................................83

Figura 28 Composición costos kilowatio-hora en zona no interconectada.............85

Figura 29 Diagrama de tornillos ............................................................................89

Figura 30 Instalación típica ....................................................................................90

Figura 31 Aisladores de vibración..........................................................................92

Figura 32 Instalación típica del típica del sistema de combustible.........................95

Figura 33 Barrera contra vientos...........................................................................97

Figura 34 Instalación típica de una planta eléctrica con radiador ..........................98

Figura 35 Mensaje de peligro..............................................................................100

Figura 36 Mensaje de advertencia.......................................................................100

Figura 37 Mensaje de Precaución ......................................................................101

14

RESUMEN EJECUTIVO

En este trabajo de tesis se dan las pautas generales para que un Alcalde, un

Gerente ó cualquier persona a cargo de la dirección de una empresa ó municipio

tengan las herramientas necesarias para tomar la mejor decisión orientada a

seleccionar el equipo de respaldo de energía.

Se han elaborado capítulos que contemplan los principios básicos, partes

constitutivas, bases de funcionamiento, criterios de selección e instalación de los

grupos electrógenos.

Se desarrollaron evaluaciones de costos de generación de energía tanto en la

ciudad como en una región apartada donde no existe el suministro de energía a

través del sistema de interconexión nacional.

Con base en la información obtenida a través de diferentes fabricantes de plantas

eléctricas se elaboró un resumen básico que contiene los principales tópicos en el

área de mantenimiento, los cuales se encuentran detallados en los anexos A, B, C

y D..

Seguidamente se considero la legislación vigente y la conformación de una

empresa de servicios públicos para la Generación primaria de energía mediante

plantas eléctricas diesel en las zonas no incluidas en el sistema interconectado.

15

GLOSARIO

AC: Corriente Alterna

Alternador: Es un aparato electromecánico para producir corriente alterna.

Atmósfera: capa gaseosa que rodea la Tierra.

Aire: es el fluido que forma la atmósfera de la Tierra, constituido por una mezcla

gaseosa cuya composición es, cuando menos, de veinte por ciento (20%) de

oxígeno, setenta y siete por ciento (77%) de nitrógeno y proporciones variables de

gases inertes y vapor de agua, en relación volumétrica.

Alto voltaje: Voltaje de corriente alterna superior a 15000 voltios.

Amperios: Es la unidad de medida de definida como la corriente que un (1) voltio

envía a través de una resistencia de un (1) ohmio.

Amperios-hora: Es la corriente especificada sobre una longitud de tiempo. A-h

Aspiración: Es el método usado para mover el aire en una cámara de combustión

por ejemplo, Naturalmente aspirado, Turbocargado o Turbocargado postenfriado.

Batería: Es un grupo de celdas almacenando una carga eléctrica y capaz de

suministrar una corriente desde una reacción química.

Bajo voltaje: Voltaje de corriente alterna entre 120 voltios y 600 voltios.

16

Bar: Unidad de medida de presión que equivale a un millón de dinas por

centímetro cuadrado

Calibración: Es hacer un ajuste a un medidor ú otro instrumento que permita una

precisión determinada.

Compresión: Es el proceso en la cual un gas confinado es reducido en volumen a

través de la presión.

Contaminación atmosférica: Es el fenómeno de acumulación o de concentración

de contaminantes en el aire.

Contaminación por ruido: Es cualquier emisión de sonido que afecte

adversamente la salud o seguridad de los seres humanos, la propiedad o el

disfrute de la misma

Contaminantes: Son fenómenos físicos o sustancias, o elementos en estado

sólido, líquido o gaseoso, causantes de efectos adversos en el medio ambiente,

los recursos naturales renovables y la salud humana que, solos o en combinación,

o como productos de reacción, se emiten al aire como resultado de actividades

humanas, de causas naturales, o de una combinación de éstas.

DC: Corriente Directa

Decibel (dB): Es la unidad de sonido que expresa la relación entre las presiones

de un sonido cualquiera y un sonido de referencia en escala logarítmica. Equivale

a 20 veces el logaritmo de base 10 del cociente de las dos presiones.

dB (A): Representa el nivel de presión sonora del ruido obtenido con un medidor

de nivel sonoro, en interacción y con filtro de ponderación A.

17

Emisión: Es la descarga de una sustancia o elemento al aire, en estado sólido,

líquido o gaseoso, o en alguna combinación de éstos, proveniente de una fuente

fija o móvil

Emisión de ruido: Es la presión sonora que, generada en cualesquiera

condiciones, trasciende al medio ambiente o al espacio público Emisión de ruido:

es la presión sonora que, generada en cualesquiera condiciones, trasciende al

medio ambiente o al espacio público

Fuente de emisión: Es toda actividad, proceso u operación, realizado por los

seres humanos, o con su intervención, susceptible de emitir contaminantes al aire.

Fuente fija: Es la fuente de emisión situada en un lugar determinado e inamovible,

aún cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa.

Gobernador: Es un aparato que mantiene la velocidad constante de un motor

diesel bajo condiciones de carga variable.

Hertz (Hz): Unidad de frecuencia igual a un ciclo por segundo

Kilovoltio: 1000 voltios

Kilovatio: 1000 vatios

kVA: Es la abreviatura de Kilo voltio amperio, que equivale el voltaje de operación

multiplicado por los amperios de salida.

kVAR: Es la abreviatura de kilo voltio amperio reactivo.

Medio voltaje: Voltaje de corriente alterna entre 1000 voltios y 15000 voltios.

18

Motor Diesel: Es un tipo de motor de combustión interna que quema aceite

combustible (ACPM).

Nivel de Ruido: Es aquel que medido en decibeles con un instrumento que

satisfaga los requisitos establecidos en las normas.

Ohm: Es la unidad de medida de la oposición o resistencia al flujo de una

corriente eléctrica en un circuito.

Potencia Activa: Es la potencia real suministrada por el grupo electrógeno a la

carga eléctrica, su unidad es el kilowatio (kW).

Potencia Continua: Es la potencia disponible para carga variable durante tiempo

ilimitado. Potencia continua según ISO8528. ISO3046/1, AS2789, DIN6271 y

BS5514.

Potencia de Emergencia: Es la potencia disponible para carga variable durante la

extensión de la interrupción de la potencia normal. Potencia auxiliar según

ISO8528. Potencia de parada del combustible según ISO3046/1, AS2789,

DIN6271 y BS5514.

Potencia Principal: Es la potencia disponible para carga variable por largos

periodos de tiempo entre paradas. Potencia principal según ISO8528. 10% de

sobrecarga de potencia según ISO3046/1, AS2789, DIN6271 y BS5514

Potencia Reactiva: Es la potencia que fluye entre los devanados inductivos de

motores, transformadores y que son parte de la carga eléctrica, su unidad es el

kilowatio reactivo (kVAR).

19

Pico de Carga: Es la demanda eléctrica mas alta dentro de un periodo de tiempo

particular.

R.P.M.: Revoluciones por minuto

Ruido Continuo: Es aquel cuyo nivel de presión sonora permanece constante o

casi constante, con fluctuaciones hasta de un (1) segundo, y que no presenta

cambios repentinos durante su emisión

Sobrevelocidad: Un motor diesel funcionando a una velocidad mayor a la

ajustada.

Temperatura Ambiente: Es la temperatura de un fluido (usualmente el aire) los

cuales afectan los objetos en todos los lados.

Tiempo de Exposición: Es el lapso de duración de un episodio o evento.

Vatio: Es la unidad de medida para la Potencia Eléctrica.

Voltio: Es la unidad de la fuerza que mueve una corriente de un amperio a través

de una resistencia de un ohmio.

Zonas no Interconectadas: Es el Area geográfica en donde no se presta el

servicio público de electricidad a través del Sistema Interconectado Nacional, entre

los cuales están algunas regiones de los departamentos de Choco, Meta, Vichada,

Guanía, Amazonas y Vaupés.

20

INTRODUCCIÓN

Este instructivo gerencial pretende dar los conocimientos básicos para la

selección, instalación y mantenimiento de plantas eléctricas diesel orientando a las

personas involucradas en el tema de energía de un municipio ó una empresa.

El cambio en el sector energético se inició a comienzos de la década de 1990, con

la sanción de las leyes eléctricas y de servicios públicos lo cual hizo que en el país

se produjeran cambios fundamentales en los planes de expansión del servicio

eléctrico, dándose a conocer en este documento sus condiciones básicas.

Si bien se ha avanzado un largo trecho en el proceso de modernización del sector,

acoplándolo al nuevo entorno de globalización de las economías, es necesario

profundizar las reformas iniciadas en el subsector eléctrico, aplicándolas a los

demás subsectores.

Finalmente, se encontrará en el documento la información necesaria para tomar

decisiones respecto a un sistema de suministro de energía con equipos diesel

capaces de abastecer una empresa con un consumo de energía menor a dos mil

Kilovatios o una pequeña población cercana a los 5000 habitantes. Así, este

instructivo orientará al Gerente, al Alcalde a la persona encargada de evaluar y

ejecutar el proyecto.

21

JUSTIFICACIÓN

El comportamiento del sector energético colombiano durante los últimos se ha

determinado por la combinación del débil desempeño económico y el incremento

de los atentados a su infraestructura.

La posibilidad muy cercana de un severo fenómeno del niño y sus efectos nocivos

económicos, ambientales, sociales e industriales no se recuperan en el mediano

plazo; por lo anterior, muchas empresas y municipios han optado por un equipo de

energía eléctrica de suplencia.

La experiencia obtenida en las diferentes empresas comercializadoras de equipos

de generación diesel permite a los autores entender que existe una deficiencia en

la información que oriente a los gerentes de mantenimiento y alcaldes de

municipios a adquirir un equipo de generación eléctrica diesel con un criterio

adecuado para las necesidades propias de cada empresa.

El incremento del abastecimiento de energía en zonas aisladas corresponde a

actividades difícilmente rentables, al menos en sus etapas iniciales. Esto, más los

débiles niveles y posibilidades de desarrollo de esas zonas, hacen indispensable

la consideración e implementación de esquemas de suministro de energéticos y

extensión de redes.

Este trabajo se elabora por los autores para optar el título de Magíster en

Administración

22

OBJETIVOS

• Objetivo General:

Elaborar un procedimiento Gerencial “Guía” que sirva para la selección

adecuada de las plantas eléctricas.

• Objetivos específicos:

- Formular estrategias administrativas que conduzcan a un procedimiento

que de soluciones a las deficiencias energéticas.

- Recopilar los conceptos básicos de grupos electrógenos con

combustible diesel.

- Consolidar los criterios de selección de grupos electrógenos diesel.

- Elaborar las principales pautas de instalación de grupos electrógenos

diesel.

- Diseñar un plan de Administración del mantenimiento preventivo y

correctivo de los equipos.

- Diseñar los parámetros necesarios para la creación de una empresa de

energía en las zonas no interconectadas.

23

1 CONCEPTOS BÁSICOS DE GRUPOS ELECTRÓGENOS CON

COMBUSTIBLE DIESEL

En Colombia las Zonas No Interconectadas, (ZNI), corresponden a aquellas áreas

del país que no reciben servicio de energía eléctrica a través del Sistema

Interconectado Nacional, SIN, y cuya interconexión no es económicamente

factible. El servicio de energía en estas zonas se caracteriza por baja oferta de

energéticos, baja cobertura, reducido número de horas de prestación del servicio y

bajos niveles de calidad, entre otros. Adicional a estos aspectos, la densidad de la

población hace difícil la prestación del servicio.

El abastecimiento de energía en las ZNI se realiza principalmente con base en

generación diesel. Las prácticas operativas y de mantenimiento reinantes en la

zona, han hecho que esta tecnología sea calificada como de bajo rendimiento y

baja confiabilidad. De otro lado, las características geográficas y socioeconómicas

de estas regiones dificultan y encarecen el transporte de los insumos requeridos

(combustibles, lubricantes, repuestos, etc.), lo cual redunda en que la prestación

del servicio por medio de esta tecnología sea bastante onerosa. No obstante, la

generación diesel ha sido la solución para un considerable número de localidades

y posiblemente será, en casos específicos, la solución en algunas poblaciones

durante mucho tiempo.

1.1 GENERACIÓN ELÉCTRICA MEDIANTE MOTORES DIESEL

El trabajo producido por un motor de combustión interna (diesel) es utilizado para

mover un generador, el cual convierte la energía mecánica que se le ha

24

transmitido desde el motor diesel en energía eléctrica, a la unión de motor y

generador se le denomina grupo electrógeno.

Figura 1 Motores de diferentes tamaños para la generación eléctrica

Fuente: Imágenes de hojas de especificaciones de Caterpillar y Cummins

Motor Caterpillar 3516 Motor Cummins ISB Electrónico

1.2 ANTECEDENTES DE LOS MOTORES DIESEL

Rudolf Diesel, ingeniero alemán, obtuvo en 1892 la patente del motor que lleva su

apellido y que más tarde (entre 1893 - 1897) fue construido por las firmas Man y

Krupp. El motor tuvo un rápido éxito debido a la novedad de emplear aceites

pesados de petróleo en su motor, la reducción del volumen de éste y la ausencia

de humos.

Desde 1894, año en el cual el primer motor Diesel comenzó a operar, hasta hoy, el

desarrollo de estas máquinas ha dividido su historia en varias etapas.

25

La primera etapa (1894-1945) del motor Diesel se caracterizó por los problemas

relacionados con la combustión y con la posibilidad de suministrar aire a los

cilindros del motor contrarrestando la resistencia y los esfuerzos mecánicos y

térmicos.

Durante una segunda etapa (1945-1960), se inició la sobrealimentación de aire

desde el escape del motor. Durante los siguientes años (1960-1975), existieron

problemas concernientes a la robustez de los componentes del motor que se

debió tomar debido al elevado nivel de fuerza ejercido por la combustión y la carga

del aire a los cilindros.

Después de 1975, se presentaron cambios tales como la sobrealimentación en

una doble etapa de compresión y un enfriamiento intermedio y final del aire de

alimentación; y muchos otros que a través de los años han buscado mejorar el

desempeño de estas máquinas y hacerlas más confiables y menos contaminantes.

1.3 EL MOTOR DIESEL

Es un motor de combustión interna en el cual, en la fase de aspiración, solo entra

aire en el cilindro, siendo comprimido en la fase de compresión, con lo que se

consigue elevar su temperatura.

El combustible es introducido a presión y pulverizado en el seno de la masa de

aire caliente comprimido, y se inflama espontáneamente al contacto con éste. La

combustión tiene lugar sin encendido por chispa.

Son motores de gran robustez, dadas las elevadas presiones de trabajo y con una

relación peso / potencia elevada.

26

1.4 PRINCIPIO TERMODINÁMICO

Los motores reciprocantes operan bajo el ciclo de Otto o bajo el ciclo de Diesel. En

el ciclo de Otto, la mezcla aire - combustible es comprimida en el cilindro, donde

mediante una chispa ocurre la ignición del combustible. La combustión aumenta la

presión de la mezcla lo cual hace que el pistón se desplace dentro del cilindro,

realizando trabajo.

Se observa el ciclo Diesel, en donde el aire es comprimido (1-2) hasta que alcanza

la temperatura de autoignición y en este momento se inyecta el combustible

dentro del cilindro (2-3), donde ocurre el proceso de combustión generándose el

desplazamiento del pistón (3-4). Los pistones, en ambos ciclos, van acoplados a

un cigüeñal o eje que convierte el desplazamiento lineal del pistón en rotación.

Esta rotación, en las plantas de generación de energía es transmitida a un

generador eléctrico.

Figura 2 Ciclo Diesel

Fuente: Los autores

4

P

v

1

2

3

El ciclo diesel a diferencia del ciclo Otto, utiliza como combustibles, derivados del

petróleo más pesados, por ejemplo el ACPM y/o combustibles gaseosos como el

Gas Natural, los cuales reemplazan a la gasolina, haciendo que el tipo de

combustión y la manera en que el combustible se hace encender sea diferente.

27

Ambos son motores de combustión interna y del tipo alternativo, el pistón recibe el

empuje de los gases, en la fase de combustión y lo transmite al eje del motor por

medio de las bielas.

1.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DIESEL

Los motores diesel se diferencian entre ellos de acuerdo a las siguientes

características:

- Tipo de inyección: directa o indirecta.

- Tipo de ciclo: 4 tiempos.

- Velocidad de rotación: baja, media o alta.

- Tipo de enfriamiento: con aire o agua.

- Tipo de alimentación: aspirado o sobrealimentado.

Se puede apreciar la disposición de los diferentes sistemas y el paso de los fluidos

por el interior de un motor diesel CAT de referencia 3412 de cuatro tiempos, con

inyección directa, cilindros en V, turbocargado con intercambiador.

Figura 3 Paso de los diferentes sistemas por el interior de un motor diesel

Fuente: Hoja de especificaciones de Caterpillar

28

1.5.1 Tipo de inyección.

• Inyección directa: El combustible (por ejemplo el ACPM) es inyectado

directamente sobre el pistón. En la fase de compresión, el aire llega a presiones

de 30 - 50 bar y a una temperatura de 700 ºC. Poco antes que el pistón llegue al

punto muerto superior (Ubicado en la parte superior de la camisa del motor) el

combustible es dosificado en cierta cantidad por la bomba y pulverizado por el

inyector. La cantidad de aire aspirado por el pistón es siempre la misma. Para

variar la potencia, se modifica solo la cantidad de combustible que es inyectada.

Cuando el motor trabaja a baja potencia, puede llegar a admitir 10 veces la

cantidad de aire requerida para la combustión completa del combustible.

• Inyección Indirecta: En este caso, la inyección no se hace directamente en

el cilindro, es realizada en una precámara conectada al cilindro a través de un

ducto. Esto permite aumentar la velocidad de rotación del motor hasta más de

5000 RPM (con la inyección directa no se superan las 3500 RPM); y así aumentar

simultáneamente la potencia desarrollada.

1.5.1.1 Tipo de ciclo de cuatro tiempos. En un motor de cuatro tiempos un

ciclo completo consiste en:

(i) Admisión del aire o de la mezcla aire-combustible; (ii) compresión del aire o de

la mezcla; (iii) expansión de los gases de combustión; (iv) escape de los gases de

combustión. Estos motores tienen mejor funcionamiento a carga parcial que los

motores de dos tiempos; por tal razón, se emplean en aplicaciones que requieran

una variación considerable en la carga.

1.5.1.2 Velocidad de rotación. De acuerdo a la velocidad a la que los

diferentes motores giran, varían sus características constructivas y robustez de

manera inversa; a menor velocidad, mayor será su tamaño.

29

• Motores de baja velocidad: Son aquellos motores que giran máximo a 300

r.p.m.

• Motores de media velocidad: Estos motores giran en un rango entre 300 y 900

r.p.m.

• Motores de alta velocidad: La velocidad de rotación de estos motores es

superior a las 900 r.p.m

Es necesario tener en cuenta que en Colombia se trabaja de forma generalizada

con electricidad a 60 Hz lo que limita la velocidad de rotación de estos motores a

los rangos que se muestran en la. Es recomendable no trabajar a velocidades de

rotación superiores de 1800 r.p.m debido a que en motores estacionarios, la vida

útil se verá disminuida notoriamente como consecuencia de los altos desgastes

por fricción. Las potencias que se encuentran disponibles en el mercado en este

rango de velocidades, como se muestra en la figura 4.

Figura 4 Potencias disponibles en motores Diesel de acuerdo a su velocidad de

rotación

Fuente: Los autores

30

Nótese que plantas pequeñas de menos de 400 kW se consiguen solo a 1800

r.p.m; entre 400 y 2200 se consiguen máquinas de 1800, 1200, 900 y 720 r.p.m.

respectivamente. Para potencias superiores a 2200 kW y hasta 4000 kW no se

consiguen plantas a 1800 r.p.m, solo entre 720 y 1200 r.p.m. así plantas de 4000

kW en adelante solo se consiguen a medias y bajas velocidades.

En general, para la generación de determinada potencia, a menor velocidad de

rotación, mayor será la inversión específica, su vida útil será mas larga.

A mayor velocidad de rotación, menor será la inversión específica, pero el

desgaste que va a tener el motor será mayor, a menor velocidad, mayor volumen y

peso; por lo tanto, el costo específico de la máquina será mayor y así será la obra

civil debido al mayor peso.

La cantidad de horas de mantenimiento de las partes en motores de alta será

mayor debido a los elevados desgastes. Por lo tanto, en general, los motores de

alta velocidad se usan para plantas de emergencia o de pocas horas de servicio al

año, por ejemplo para el manejo de picos de carga.

Por otro lado, las máquinas de baja velocidad son de respuesta más lenta y por lo

tanto, se prefieren para carga base, donde se requiera de un elevado número de

horas de operación al año.

La selección de los equipos adecuados será por lo tanto el resultado de un análisis

económico en cuanto a horas de servicio al año y tipo de combustible disponible.

En Colombia se ha notado una alta tendencia a seleccionar la máquina basándose

en el menor costo de inversión inicial y se olvida de los costos de operación y

mantenimiento dando como resultado una muy baja disponibilidad de los equipos

31

1.5.1.3 El regulador de velocidad. Estos dispositivos son dispuestos en los

motores con el fin de mantener constante la velocidad de rotación ante cualquier

cambio en la magnitud de la carga. Existen dos tipos de reguladores de velocidad:

• Reguladores de velocidad electrónicos: Los reguladores de velocidad

electrónicos permiten controlar la velocidad del motor de manera estable y precisa.

Su sistema está compuesto de un actuador eléctrico y de un sensor magnético.

• Reguladores de velocidad hidráulicos: Este tipo de reguladores son

utilizados en grandes motores con el fin de mantener la velocidad de rotación del

motor constante ante cualquier cambio en la carga.

1.5.2 Sistema de enfriamiento. El circuito de enfriamiento tiene la función de

mantener la temperatura de los componentes en contacto con los gases de

combustión entre los valores correctos para el funcionamiento del motor.

Este control de temperatura vela por el funcionamiento óptimo de los componentes

más delicados del motor, como son las partes interiores de los cilindros, el pistón,

las válvulas de descarga, las culatas y los inyectores.

Si las temperaturas de operación son muy elevadas, se produce la deformación de

los componentes móviles del motor (pistón, inyector, válvulas).

• Enfriamiento con agua: El agua cubre completamente los cilindros y recorre

las culatas a través de conductos extrayendo el calor de las paredes calientes. El

circuito está constituido por los siguientes elementos: una bomba, válvula de

32

regulación, radiador en el cual el agua es enfriada con aire atmosférico, tuberías

entre radiador y motor y un tanque de expansión.

Cuando se utiliza agua bruta en los circuitos de refrigeración, se producen

incrustaciones y corrosiones en las superficies alterando las condiciones de

intercambio térmico reduciendo los elementos constitutivos del motor. Para evitar

que esto ocurra, el agua deber ser tratada en todo tipo de motores

preferiblemente, siendo esto más importante en los de mayor tamaño. El agua

debe tener dureza nula y además debe ser acondicionada con anticorrosivos

como mínimo.

1.5.3 Tipo de alimentación del aire de combustión

• Alimentación natural: La potencia generada en un motor varía de acuerdo al

volumen del cilindro, ya que la cantidad de aire y de combustible inyectable por

ciclo, se limita al volumen generado por la carrera del pistón. En la alimentación

natural el aire que ingresa a las cámaras es succionado únicamente por el vacío

que genera el pistón en su desplazamiento.

• Motores sobrealimentados: El aire es enviado con presión superior a la

atmosférica al interior del cilindro, la cantidad de aire disponible para la

combustión aumenta debido al aumento de la presión. Es así como, con el mismo

volumen del cilindro, existe la posibilidad de inyectar, por cada ciclo, una mayor

cantidad de combustible debido a que la cantidad de aire disponible para la

combustión es mayor.

Por lo tanto, con la sobrealimentación se obtienen elevadas potencias específicas

(kW/cm3 de cilindrada) y una mejor relación peso / potencia.

Los dispositivos instalados con el fin de elevar la presión de alimentación, se

denominan turbocargadores. Ellos utilizan los gases de escape para comprimir el

aire de alimentación.

33

Para una selección eficiente de los motores hoy en día, en alturas superiores a

2000 metros, se prefieren motores Turboalimentados en lugar de aspiración

natural.

1.6 PRINCIPALES SISTEMAS EN UN MOTOR DIESEL

Todos los motores diesel cuentan con sistemas auxiliares que permiten su

operación correcta, entre ellos se pueden nombrar:

• Sistema de agua de enfriamiento motor

• Sistema de aceite lubricante

• Sistema de combustible

Estos sistemas serán mas o menos sofisticados dependiendo del tamaño del

motor, del tamaño de la planta, de la calidad del servicio, entre otros. Algunos

vendrán integrados a los equipos y otros serán sistemas separados.

1.7 EL GENERADOR

1.7.1 Construcción general. Un generador de corriente alterna consiste

principalmente en un circuito magnético, un devanado de campo de corriente

directa, un devanado de armadura de corriente alterna y una estructura mecánica,

e incluye sistemas de enfriamiento y lubricación.

Los devanados de campo y del circuito magnético están dispuestos de manera tal

que, al girar el eje de la máquina, el flujo magnético que eslabona el devanado de

armadura cambia de modo cíclico y, por lo tanto induce voltaje alterno en el

devanado de armadura.

34

Figura 5 Construcción general del generador

Fuente: Manual de instalación Cummins

A la fuentede CC

Devanado de armadurade corriente alterna

Devanado de campode corriente directa

Estructuramecánica

1.7.2 Tipos de generadores. Existen dos tipos de generadores de corriente

alterna: sincrónicos y asincrónicos.

En un generador sincrónico existe una relación constante entre la velocidad n y la

frecuencia de línea o red de suministro de energía eléctrica, es decir:

ƒ = pn (1)

Siendo p el número de pares de polos de la máquina. Este tipo de generadores se

excitan por corriente continua alimentada al arrollamiento de excitación de una

fuente externa de energía de c. c.

En un generador asincrónico, con una frecuencia dada ƒ, la velocidad n depende

de la carga y por tanto:

ƒ ≠ pn (2)

35

Para la generación de energía eléctrica se utilizan los sincrónicos debido a que su

velocidad de operación es constante ante los diversos cambios en la carga. Los

asincrónicos se utilizan principalmente como motores.

1.7.3 Diseño. Para garantizar la calidad de la energía generada, es importante

tener en cuenta algunos aspectos del diseño fundamental del equipo generador: la

selección de la velocidad de rotación, número de cilindros y cual debe ser

conectado al motor de manera rígida y cual de manera flexible.

La frecuencia del sistema debe ser de 50 o 60 Hz (en Colombia se trabaja a 60 Hz

debido a que la tecnología que heredamos es de procedencia de los EE.UU.

donde se desarrollo la fabricación de equipos a 60 Hz), lo que significa que el

generador debe actuar como un sistema de transmisión entre la velocidad de

rotación seleccionada y la frecuencia.

1.7.4 Sistemas de excitación. Como fuentes de alimentación de la corriente de

excitación DC necesaria para los devanados de campo en el rotor del generador,

comúnmente se han empleado generadores DC como elemento excitador, en las

formas de acople directo al generador, con acople con reductor o un motor

generador separado. Los sistemas rectificadores en estado sólido asociados a

generadores AC, presentan mejores características de operación y mantenimiento

razón por la cual es más usual encontrarlos en las máquinas actuales.

Hay dos líneas de fabricación principales: sistemas rotatorios autoexcitado y

excitador de piloto permanente o PMG, los cuales entregan una alta confiabilidad y

facilidad en el mantenimiento de acuerdo con las experiencias acumuladas. Con

estos sistemas se obtienen respuestas muy rápidas que favorecen la estabilidad

transitoria del generador permitiendo además disminuir las relaciones de

cortocircuito del generador.

36

1.7.4.1 Autoexcitados. Normalmente un generador auxiliar AC directamente

acoplado al generador principal alimenta a un módulo rectificador. La corriente

rectificada es alimentada al devanado de campo del generador principal a través

de escobillas sobre conductores en forma de anillos deslizantes conductores

montados sobre el rotor. Un esquema típico de excitación estática se muestra en

la siguiente figura.

Figura 6 Sistema Autoexcitado

Fuente: Los autores

1.7.4.2 Excitador Piloto de Imán Permanente ó PMG:

En un sistema autoexcitado, el regulador de voltaje depende de del voltaje de

entrada de los devanados del generador para obtener energía. En caso de que el

voltaje de salida en los devanados caiga a cero, debido a un cortocircuito, el

regulador de voltaje pierde su fuente de energía. Para evitar esa posibilidad, se

aplica un excitador piloto de Imán Permanente.

37

Figura 7 Excitador Piloto de Imán Permanente

Fuente: Manual de instalación de Caterpillar

1.7.4.3 Funciones básicas asociadas con la excitación

El sistema de excitación responde por las siguientes funciones principales:

• Regulación automática del voltaje en bornes del generador (AVR).

• Regulación del voltaje de campo.

• Limitación de la corriente de campo.

• Limitación voltios/hertz.

• Compensación de corriente reactiva.

• Limitación de la corriente de sub-excitación.

• Estabilización de potencia.

Al sistema de excitación también se le asignan otras funciones de control

complementarias, tales como:

• Manejo del sistema de desexcitación.

• Control manual de voltaje de bornes de generador.

38

• Control de voltaje de excitación, transferencia automática a control manual

resultante de la actuación de algunas funciones de protección. Transferencia

manual indicada por el operador.

• Control automático: Cambio especificado en el voltaje en terminales o en la

potencia reactiva generada como respuesta a un cambio especificado en el

punto de ajuste del sistema de excitación. Supervisión y control remoto de

excitación desde la sala de control de la central.

• Medios de verificación de la integridad de los enlaces de comunicación y de

prueba o diagnóstico en línea del sistema de excitación localmente o desde la

sala de control.

• Puesta en servicio o sacada de servicio automática: Medios adecuados para

poner en servicio la excitación o sacarla con un solo comando.

• Provisión de selección operación automática remota/operación automática

local/operación manual local.

• Igualación automática de voltajes: Capacidad de ajuste automático para lograr

la condición de voltajes iguales requerida por el sistema de sincronización.

• Variación del punto de ajuste mediante dispositivos accionados por motor. El

rango de variación se determinará en términos de voltaje en terminales. Incluirá

facilidades de variación local y remota del punto de ajuste y la posibilidad de

operación manual o automática.

• Seguimiento del punto de ajuste: El sistema de variación manual del punto de

ajuste efectúa el seguimiento de los requerimientos de excitación para el punto

de operación de la unidad, de modo que al producirse una falla del control

automático de excitación este pasará al control manual con el punto de ajuste

adecuado.

1.7.4.4 Regulador automático de voltaje. El sistema de control deberá usar

un dispositivo de respuesta rápida que constantemente regule los parámetros

39

eléctricos, con una alta sensibilidad al valor promedio del voltaje de las tres fases y

de cualquier otra señal, necesaria para mantener la estabilidad bajo condiciones

de operación normal o eventos transitorios.

Frente a la presencia de disturbios en el sistema o variaciones de carga, el rápido

ajuste de la corriente de campo del generador a las nuevas condiciones de

operación, exige de la regulación de voltaje tiempos de respuesta lo más breves

posibles. Cuando el generador esté operando a máxima capacidad y factor de

potencia nominal, ante una pérdida súbita de carga el equipo de regulación de

voltaje debe ser capaz de limitar los transitorios de sobrevoltaje del generador a

un valor que no exceda el 110% de voltaje nominal y dentro de los siguientes 3

segundos, deberá restablecer el voltaje con una desviación máxima del 2% del

voltaje de operación a esas condiciones.

1.7.5 Sistemas de enfriamiento en generadores. Existen dos sistemas básicos de

enfriamiento: directo e indirecto

1.7.5.1 Enfriamiento Directo. El enfriamiento Directo es el proceso que se

utiliza para disipar las pérdidas de armadura y de bobina de campo a un medio

enfriador dentro de la pared de aislamiento del conductor principal. El medio

enfriador está ya sea en contacto directo con el cobre conductor o está separado

sólo por materiales delgados que tienen poca resistencia térmica.

1.7.5.2 Enfriamiento Indirecto. Las máquinas que se enfrían en forma

indirecta disipan sus pérdidas a un medio enfriador que se encuentran totalmente

fuera del aislamiento de la bobina.

1.7.6 Sistemas de control. La figura muestra el esquema básico de un sistema

de generación con los elementos principales, compuesto por un motor Diesel o

elemento motriz acoplado a un generador que entrega energía a una carga

40

eléctrica, adjunto a ellos se tienen algunos accesorios de control, regulación y

protección.

Figura 8 Sistema típico de generación

Fuente: Los autores

GeneradorElemento

Motriz

Excitatriz

Regulacióny control

Protección

Cargaeléctrica

Existen varios tipos de sistemas de control, a saber:

1.7.6.1 Controles primarios. Los controles primarios tienen un gran impacto

en la estabilidad de la electricidad generada. Es así, como es importante

reconocer el parámetro correcto para controlar. En el caso de operación aislada, la

frecuencia (f) y el voltaje (v), son los parámetros primarios, el reparto de la carga

equitativamente (activa y reactiva) son parámetros secundarios y los controles

deben apuntar a una rápida respuesta a los cambios en los parámetros primarios.

Controlando el parámetro apropiado, el sistema de control puede responder a

cambios dinámicos del modo correcto y dar una estabilidad transitoria

satisfactoria.

1.7.6.2 Controles de alto nivel/ sistemas automáticos. Las plantas de

generación raramente operan aislada o con carga base únicamente; además ellas

41

requieren cambiar su modo de operación dependiendo de los cambios en la

operación de la planta. Un ejemplo típico es una planta de generación que está

construida para suministrar energía a una industria.

1.7.7 Sistemas de regulación de voltaje. El regulador de voltaje mantiene la

salida de voltaje del generador casi constante (excepto durante las condiciones de

transferencia de carga) durante condiciones de operación, incluido cambios en la

carga, cambios en la temperatura ambiente y cambios en el campo de la

resistencia de calefacción.

Los reguladores de voltaje proveen típicamente 0.5% o 1% de la regulación de

voltaje. Esta banda de regulación de voltaje es tanto en condiciones de carga

como sin carga.

1.7.8 Control de frecuencia. El control de frecuencia es un instrumento necesario

cuando la operación de la planta se realiza con la disposición de dos ó mas

motores en paralelo. Donde se dispone de un solo Motogenerador no es requerido

un control de frecuencia, pero si es importante utilizar medidores para conocer las

características de la generación que se esta suministrando.

1.8 SISTEMAS DE ARRANQUE DE PLANTAS GENERADORAS

Existen dos tipos básicos de arranque: neumático y eléctrico. La opción del

sistema depende de la disponibilidad de la energía. El espacio para el

almacenamiento de energía y la facilidad de recarga de los bancos de energía son

consideraciones para determinar el tipo de sistema de arranque que debe

utilizarse.

42

La capacidad de arranque se ve afectada principalmente por la temperatura

ambiental y la viscosidad del aceite lubricante.

1.8.1 Arranque eléctrico. El arranque eléctrico es el más cómodo de usar. Es el

más económico y el más adaptable para control remoto y automatización, este se

lleva a cabo a partir de un banco de baterías que proporciona la energía suficiente

con la rapidez necesaria para arrancar.

Figura 9 Sistema de arranque eléctrico

Fuente : Manual de instalación de Cummins

1.8.1.1 Arranque neumático. El arranque neumático, ya sea manual o

automático, es muy fiable. El par motor disponible de los motores neumáticos

acelera el motor al doble de la velocidad de arranque en aproximadamente la

mitad de tiempo requerido por los motores de arranque eléctrico.

1.9 TIPOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PLANTAS DE GENERACIÓN

En ciertas situaciones, es obligatorio el uso de más de un grupo electrógeno. En

instalaciones críticas en las que la fuente de alimentación principal es un grupo

electrógeno, se requiere energía de respaldo. Se debe disponer de un segundo

43

grupo capaz de asumir cargas críticas en caso de que falle el grupo principal y

para usar durante los períodos de mantenimiento fijados por el grupo principal.

Los casos en que la instalación de múltiples grupos demuestran ser más

económicas son aquéllos en que se produce una gran variación de la carga

durante el curso del día, de la semana, del mes o del año. Dicha variación es

típica en plantas en las que la operación se lleva a cabo durante el día, ya que en

las noches sólo hay cargas pequeñas. Cuanto más se aproxime un grupo a la

carga plena, menor será el costo del kW.

1.9.1 Operación en paralelo. Cuando el perfil de carga muestra variaciones

sostenidas considerablemente en el tiempo y con un diferencia de un 60% se

considera tener varios grupos en paralelo según la demanda y que no será objeto

de análisis en este estudio.

1.10 CENTRALES DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CON MOTORES DIESEL

Se llama central diesel al conjunto de máquinas en el cual se realiza el proceso

completo de transformación de la energía química del combustible en energía

eléctrica. Está compuesta por uno o más grupos electrógenos y típicamente por

los siguientes equipos auxiliares:

− Sistemas de arranque

− Planta de lubricación y combustible

− Planta de enfriamiento y ventilación

− Circuito de descarga de gas

− Sistemas de control y protección

44

Según el tipo de funcionamiento la central puede ser sencilla, es decir que un solo

grupo alimenta la red de distribución o en paralelo, en donde más grupos

alimentan conjuntamente la red. Así mismo, según el tipo de control, la central

puede ser:

− Manual: los grupos operan totalmente con mando manual, incluidos los

sistemas de control

− Semiautomática: los controles son insertados automáticamente y las demás

operaciones se realizan con mando manual

− Automática: los grupos operan con mando totalmente automático

Para la conformación de una central diesel, se deben tener en cuenta ciertos

criterios que influyen en la selección de los grupos electrógenos, entre otros, son:

− Tipo de servicio: el servicio a suministrar puede ser continuo para generación

sin limitación de tiempo, intermitente para generar determinadas horas del día

o de emergencia, para operar hasta 300 horas por año.

− Velocidad de rotación

− Tipo de enfriamiento

− Tipo de combustible: esta decisión es crítica debido a que el costo del

combustible consumido es muy elevado y adicionalmente es necesario verificar

la disponibilidad, características físico- químicas y la confiabilidad del

suministro del mismo al lugar en donde se localizará la planta

− Facilidad de mantenimiento

− Tipo de arranque

− Tipo de instalación: fija o móvil

45

Características ambientales del sitio de instalación: humedad relativa, temperatura

ambiente, altura sobre el nivel del mar, etc.

1.11 DISPONIBILIDAD DE LAS PLANTAS DIESEL PARA CARGAS BASE

La disponibilidad es reconocida desde hace mucho tiempo como factor primordial

de desempeño de las plantas de generación de energía.

El tiempo neto entre fallas es el periodo durante el cual determinado sistema o

equipo funciona satisfactoriamente antes de fallar. Este es una medida cuantitativa

de la confiabilidad. La confiabilidad, la cual está íntimamente relacionada con la

disponibilidad, es el producto más importante en el mercado de plantas diesel.

La disponibilidad sirve, adicionalmente, como una herramienta para el

mejoramiento continuo en la producción de energía. Con base en gráficas de

disponibilidad que se pueden obtener de plantas en operación, es posible

encontrar los picos de carga en la operación para sugerir la planeación de nuevas

plantas.

Tabla 1 Consumos específicos según equipos de Generación Cummins

CAPACIDAD KW (Prime)

CONSUMO GALONES POR

HORA

CONSUMO ESPECIFICO GAL/KW-HR

545 40.3 0.0739

1100 76.9 0.0699

1600 108 0.0675

1825 122 0.0668

Fuente: Hojas de especificaciones plantas eléctricas Cummins

46

1.11.1 Disponibilidad. Utilizando algunas fórmulas es posible calcular valores

numéricos para la disponibilidad. La disponibilidad puede ser adicionalmente

calculada mediante el sistema MaMa (Manejo de la Maquinaria) desarrollado

especialmente para motores diesel. Actualmente, existen sistemas de monitoreo

que incluyen el cálculo automático de la disponibilidad. Se han creado muchos

métodos para definir y calcular la disponibilidad sustentados en el hecho de

diferentes diseños de plantas.

El hecho de que estos métodos sean diferentes no significa que algunos de ellos

estén errados. Esto simplemente significa que se calculan teniendo en cuenta

diferentes aspectos.

1.12 MANEJO AMBIENTAL EN LA GENERACIÓN DIESEL

La estructura social de hoy y los estándares de vida demandan gran cantidad de

energía. Una proporción importante de energía es y será producida en el futuro

por la combustión, principalmente de hidrocarburos como aceite, gas y carbón.

Con el fin de utilizar los recursos del planeta eficientemente y mantener una

calidad del aire que permita la supervivencia del hombre, la energía debe ser

generada con la mayor eficiencia térmica posible.

La elevada eficiencia del proceso diesel es el resultado de la alta presión en el

interior del cilindro. La elevada presión es de hecho creada por la alta temperatura

resultado de la combustión de hidrocarburos.

47

Gracias a la alta temperatura de combustión, el proceso diesel es muy limpio en

muchos aspectos. El volumen de partículas contenidas es bajo y están

compuestas comúnmente por no quemados del combustible, por ejemplo metales.

Los óxidos de carbono y los hidrocarburos no quemados son componentes

relativamente insignificantes en el escape de un motor diesel, cuando este en

óptimas condiciones.

La cantidad óxidos de azufre dependen completamente de la calidad del

combustible. Los óxidos de azufre son producidos, como en muchos otros

procesos cuando el azufre es quemado.

La elevada temperatura del ciclo diesel tiene únicamente una desventaja, la

formación de óxidos de nitrógeno, NOx. Afortunadamente una eficiencia térmica

dada no conlleva a un contenido de NOx determinado. Existen muchas acciones

que se pueden seguir, en primer lugar, en los mismos cilindros del motor y

adicionalmente con métodos de limpieza de los gases de escape. Como

consecuencia, hoy en día, el ciclo diesel puede ser manejado de tal manera que

se convierta en el mas limpio y eficiente para la generación de energía eléctrica a

partir de hidrocarburos.

1.12.1 Manejo del CO2. El CO2 es un producto natural de la combustión de carbón

e hidrocarburos. No es tóxico y por mucho tiempo no fue considerado como un

gran problema. Sin embargo, ha sido centro de muchas discusiones debido al

efecto invernadero y a que el incremento de la concentración de algunos gases en

la atmósfera, se dice, ha sido la consecuencia de un clima mas caliente y seco.

Se cree que el CO2 puede ocasionar un impacto más importante del que se ha

declarado; por tal motivo, las restricciones de CO2 a partir de todo tipo de fuentes

se encuentran en consideración internacional. Algunos países como Estados

48

Unidos y Canadá han introducido impuestos por CO2. Gracias a la excelente

eficiencia térmica del ciclo diesel, sus emisiones de CO2 son menores que las de

cualquier planta térmica.

1.12.2 Factores de Emisión. De acuerdo al decreto 948 de 1995, artículo 138

sobre las normas de calidad del aire y sus métodos de medición, artículo 31:

Normas de Calidad del Aire, las normas de calidad del aire señaladas en este

artículo comprenden:

- Partículas en suspensión. El promedio geométrico de los resultados de todas las

muestras, diarias recolectadas en forma continua durante 24 horas, en un intervalo

de 12 meses, no deberá exceder de cien microgramos por metro cúbico (100

ug/m3). La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua

durante 24 horas que se puede, sobrepasar, por una sola vez en un período de 12

meses, es de cuatrocientos microgramos por metros cúbicos (400 ug/m3).

- Dióxido de azufre (SO2). El promedio aritmético de los resultados de todas las

muestras diarias recolectadas en forma continua durante 24 horas, en un intervalo

de 12 meses, no deberá exceder de cien microgramos por metro cúbico (100

ug/m3).

La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua durante

24 horas que se puede sobrepasar, por una sola vez en un período de 12 meses,

es de cuatrocientos microgramos por metro cúbico (400 ug/m3).

La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua durante

3 horas que puede sobrepasar, por una sola vez en un período de 12 meses, es

de mil quinientos microgramos por metro cúbico (1.500 ug/m3).

49

- Monóxido de carbono (CO). La máxima concentración de una muestra

recolectada en forma continua durante 8 horas es de quince miligramos por

metro cúbico (15 mg/m3).

La máxima concentración de una muestra recolectada en forma continua durante

1 hora es de cincuenta miligramos por metro cúbico (50 mg/m3).

- Oxidantes fotoquímicos expresados como ozono (O3). La máxima concentración

de una muestra tomada en forma continua durante 1 hora que se puede

sobrepasar, por una sola vez en un período de 12 meses, es de ciento setenta

microgramos por metro cúbico (170 ug/m3).

- Óxidos de Nitrógeno (medidos como Dióxido de Nitrógeno NO2). Cien

microgramos por metro cúbico (100 ug/m3), como promedio aritmético de los

resultados de las muestras diarias recolectadas en forma continua durante 24

horas, en un intervalo de 12 meses.

Las normas sobre calidad del aire señaladas en el presente artículo representan

concentraciones medidas teniendo en cuenta las condiciones de referencia tales

como 25°C y 760 mm de mercurio.

1.12.3 Métodos primarios de reducción de NOx. Los modelos de cálculo teórico y

la experiencia han mostrado que la formación de

NOx en los cilindros diesel no depende únicamente de la temperatura sino de la

duración prolongada de la combustión a elevada temperatura.

El proceso en el cilindro diesel puede ser influenciado por una gran cantidad de

parámetros, los mas importantes son:

50

• Relación aire combustible en el espacio de combustión instantánea y

localmente.

• Cantidad de aire de exceso

• Movimiento del aire relacionado con los inyectores.

• Tiempo y relación de inyección

• Relación de compresión

• Geometría de la cámara de combustión

Se pueden obtener reducciones significativas de emisiones de Nox sin

incrementar el consumo de combustible mediante una optimización cuidadosa de

los parámetros de operación.

1.12.4 Retardo de la inyección. El retardo de la inyección es el método primario

más conocido, principalmente porque es muy sencillo. La experiencia obtenida del

trabajo en gran cantidad y tipos diferentes de motores, ha comprobado que el

efecto del retardo de la inyección sobre la producción de emisiones y el aumento

de consumo de combustible dependen de cada motor. Basados en esta

experiencia, los diferentes fabricantes de motores deben buscar optimizar todos

los demás parámetros. Una vez esto se ha hecho, el retardo de la inyección será

muy efectivo, la reducción de NOx será buena y el incremento en el consumo de

combustible se disminuirá.

1.12.5 Humo visible. El humo visible en un motor diesel se presenta únicamente

cuando mucho combustible es inyectado en relación con el aire existente en los

cilindros. Las pruebas han mostrado que el motor no se acelera mas rápidamente

ni su potencia generada aumenta si esto se realiza. El exceso de combustible trae

como consecuencia únicamente humo negro.

51

El método correcto es el ajuste del suministro de combustible con el aire en el

cilindro. Los gobernadores modernos lo hacen posible y el humo visible puede ser

evitado en operación normal. En el procedimiento de arranque, un sistema asistido

de aire se utiliza en algunas instalaciones. Esto hace posible que el motor con un

alto contenido de combustible opere sin la presencia de humo visible.

1.12.6 Reducción de NOx con métodos secundarios

1.12.6.1 Reducción catalítica selectiva. Se han desarrollado y probado una

gran cantidad de métodos secundarios para la reducción de NOx. La reducción

catalítica selectiva (RCS) ha probado ser el mas factible y confiable. La

experiencia que se ha obtenido durante muchos años de trabajo con este sistema

puede ser resumida así:

• Una reducción en la producción de NOx del 90% puede mantenerse en la

operación práctica

• El método puede ser aplicado a motores diesel con cualquier tipo de

combustible, incluyendo combustibles pesados

• La reducción catalítica selectiva se encuentra en una fase importante de

desarrollo y muchos fabricantes los construyen, manteniendo aún precios

razonables

52

Figura 10 Sistema de reducción catalítica selectiva

Fuente: Los autores

Chimenea

CatalizadorUnidad de controly manejo de NOx

Inyecciónde amonio

Controlde amonio

Bombadosificadorade amonio

Control detemperatura

Motor diesel a gas

Tanque de soluciónde amonio

1.12.6.2 Filtros. La regulación de emisión de partículas se dirige

particularmente a plantas a carbón, lo que significa que los motores diesel no

tendrán problemas con estas regulaciones. Sin embargo, se están probando

diferentes tipos de filtros y en un futuro será posible reducir la emisión de

partículas.

1.12.7 Ruido. Las fuentes de contaminación sonora, de los procesos de

generación diesel, son principalmente los turbogeneradores. La presión sonora por

lo general afecta el ambiente de trabajo directo de la empresa y los alrededores.

Problemas relacionados con niveles de presión sonora estarían por lo general

asociados a tres escenarios y condiciones de diseño definidas así:

• Ambiente de trabajo: Cuando no se cuenta con programas de seguridad

laboral, industrial y medicina del trabajo.

• Área de influencia directa: Cuando el diseño e instalación de la infraestructura

no previenen el establecimiento de barreras aislantes y perímetro de

53

seguridad, para garantizar niveles permisibles de presión sonora, en áreas

adyacentes a la fuente de generación.

• Área de influencia indirecta: Cuando la localización de la infraestructura o la

utilización de los predios vecinos no está acorde con el uso de la tierra,

definido por el ente encargado de la planeación municipal, o no se previó el

establecimiento de áreas de amortiguación, aislantes o barreras protectoras.

El ruido puede ser controlado de dos maneras, la primera es el control

directamente en la fuente y la segunda es el control a lo largo de la trayectoria de

difusión de la onda sonora, en las estructuras que reciben la onda o directamente

en el receptor expuesto.

El primer grupo de métodos de control incluye el mantenimiento preventivo, ya que

partes sueltas, desalineadas o desincronizadas son una fuente de ruido

importante. Por otro lado, los fabricantes de equipos electromecánicos ajustan sus

diseños de acuerdo a las especificaciones del comprador, por lo tanto es

importante, en la fase de diseño, conocer los niveles de ruido que debe satisfacer

la planta, la localización de los receptores sensibles, los usos del suelo de los

alrededores y los costos que conlleva satisfacer los niveles de ruido exigidos.

1.12.7.1 Niveles permitidos de Ruido. Según la Resolución 8321 DEL 4 DE

AGOSTO DE 1983. Por la cual se dictan normas sobre Protección y Conservación

de la Audición de la Salud y el bienestar de las personas, por causa de la

producción y emisión de ruido para prevenir y controlar las molestias, las

alteraciones y las pérdidas auditivas ocasionadas en la población por la emisión

de ruido, se establecen los niveles sonoros máximos permisibles siguientes:

54

NIVEL DE PRESIÓN SONORA EN dB(A)

ZONAS RECEPTORAS Período diurno Período nocturno

7:01 A.M. - 9:00 P.M. 9:01 A.M. - 7:00 P.M.

• Zona I Residencial 65 - 45

• Zona II Comercial 60 - 60

• Zona III Industrial 70 - 75

• Zona IV de tranquilidad 45 – 45

La clasificación de sectores de restricción de ruido ambiental para la fijación de las

normas de ruido ambiental el Ministerio del Medio Ambiente atenderá a la

siguiente sectorización:

• Sectores A. (Tranquilidad y silencio): áreas urbanas donde estén situados

hospitales, guarderías, bibliotecas, sanatorios y hogares geriátricos.

• Sectores B. (Tranquilidad y ruido moderado): zonas residenciales o

exclusivamente destinadas para desarrollo habitacional, parques en zonas

urbanas, escuelas, universidades y colegios.

• Sectores C. (Ruido intermedio restringido): zonas con usos permitidos

industriales y comerciales, oficinas, uso institucional y otros usos

relacionados.

• Sectores D. (Zona suburbana o rural de tranquilidad y ruido moderado):

áreas rurales habitadas destinadas a la explotación agropecuaria, o zonas

residenciales suburbanas y zonas de recreación y descanso.

1.12.7.2 Modificaciones o sustituciones. Se puede reducir el ruido generado

por una máquina reemplazando las partes generadoras de ruido por componentes

silenciosos o empleando materiales alternos que atenúen el ruido, para

55

determinados componentes. Por ejemplo, el ruido producido por el impacto y la

vibración de las partes metálicas se puede reducir considerablemente por medio

de la adición de amortiguadores o sustituyendo algunas partes que no soportan

cargas por materiales plásticos u otros materiales de amortiguación.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que modificaciones mecánicas

realizadas a las partes rotatorias o vibratorias de una fuente de ruido pueden

alterar su diseño electromecánico original y afectar su rendimiento y operatividad,

por lo tanto es necesario consultar con el fabricante los cambios que se realizan al

equipo y su influencia en el sistema general. Por otro lado, es importante realizar

un análisis de los costos que conlleva el sistema de amortiguamiento.

1.12.7.3 Aislamiento de la vibración. Durante la operación de los equipos,

estos pueden emitir gran cantidad de ruido, aún cuando la vibración generada por

estos sea casi imperceptible.

Para controlar el ruido, las superficies deben aislarse del mecanismo vibratorio por

medio del montaje de aislantes de la vibración, frenos o almohadillas entre la

fuente vibratoria y la superficie de radiación (ver figura 10). Es importante tener en

cuenta que modificaciones mecánicas realizadas a las partes rotatorias o

vibratorias de una fuente de ruido pueden alterar su diseño electromecánico

original y afectar su rendimiento y operatividad.

56

Figura 11 Aislamiento de la vibración

Fuente: Manual de instalación de Cummins

Material, diseño, orientacióndel componente modificado

Tratamiento de amortiguamientoañadido al bastidor

Radiador del sonido desintonizado,perforado, con dimensiones reducidas

Componente desintonizado, amortiguado

Componente Anclado al bastidor

Bloque de inercia

Aislador de la vibración

Estructura de apoyo

Contrafuertes o masas

Tratamiento de amortiguamiento

Absorbedor dinámico en el punto de conexión

Absorbedor dinámicosobre el receptor

Bastidor rigidizado

1.12.7.4 Manteniendo apropiado. Un equipo funcionando de manera

incorrecta o con mantenimiento deficiente produce más ruido que el que produce

cuando se encuentra en buenas condiciones. Por ejemplo, las fugas de vapor

generan altos niveles de ruido. Adicionalmente pueden producir ruidos

innecesarios los cojinetes de bolas en mal estado, engranajes gastados, bandas

flojas, partes de rotación que estén desbalanceadas, partes cuya lubricación es

insuficiente, levas mal ajustadas, entre otros. Estos tipos de fuentes de ruido

tienen en común que sus emisiones de ruido pueden ser controladas fácilmente y

aunque no existe una manera simple de predecir la emisión de ruido, el control

puede lograrse a través de un mantenimiento adecuado.

1.12.7.5 Silenciadores. Los silenciadores se utilizan para reducir el ruido

asociado con el flujo de gases a gran velocidad o corrientes de chorro, a la

entrada o salida de los gases de las máquinas o el generador. Un silenciador

57

posee tres características principales en función de la velocidad de los gases: a)

pérdida por inserción (diferencia entre los niveles sonoros antes y después). b)

caída de presión y c) ruido propio, si no se reduce bastante la velocidad de los

gases a la entrada del silenciador este puede convertirse en una fuente adicional

de ruido.

Existen dos tipos de silenciadores: los primeros actúan como disipadores de

energía acústica (mediante la vibración del material del silenciador) y los segundos

confinan la energía acústica mediante el fenómeno de la reflexión y anulación de

ondas por interferencia destructiva. Es importante tener en cuenta que el material

reflectivo y su diseño específico puede actuar también de manera constructiva, es

decir sumar las ondas reflejadas, por lo que el nivel de ruido puede aumentar de

manera considerable. Revestimiento. El revestimiento de tuberías, ductos y otras

superficies que transportan fluidos o gases a alta presión y temperatura que son

fuente de presión sonora, requieren la aplicación de materiales absorbentes de

ruido. Un ejemplo de revestimiento consiste en una capa interior resiliente (2.5 a

10 cm de fibra de vidrio) y una capa exterior hermética (aluminio o acero suave).

En muchos casos, el revestimiento puede combinarse con el aislamiento térmico.

1.12.7.6 Adición de revestimiento. Un método comúnmente utilizado para la

reducción de ruido en un cuarto cerrado es revestir las superficies internas (cielo

raso y paredes) con materiales absorbentes. Cuando una onda sonora penetra en

los poros del material absorbente, la vibración de las moléculas de aire es

amortiguada por la fricción contra las superficies de las fibras o partículas de la

estructura porosa del material absorbente, atenuando el ruido y produciendo calor.

El revestimiento tiene un efecto de reducción menor cerca de las fuentes sonoras,

mientras que a mayores distancias de las fuentes se puede obtener una reducción

significativamente mayor.

58

1.12.7.7 Cerramientos. Los cerramientos totales son estructuras que

rodean por completo la fuente de ruido, reteniendo el sonido generado. Sin

embargo, éstos pueden provocar una acumulación de alto nivel de la energía

acústica, razón por la cual este control consiste en muros que proporciona la

atenuación requerida por medio de un revestimiento interior de material poroso, el

cual se emplea para disipar la acumulación de la energía acústica. El mecanismo

de reducción de ruido es el mismo que el empleado en el revestimiento para los

cuartos descrito anteriormente y se emplea para proteger cuartos de control y

otros donde el personal está expuesto durante la jornada de trabajo.

Figura 12 Cerramientos totales y parciales

Fuente: Los autores

Cerramiento Parcial Cerramiento Total

La mayoría de materiales absorbentes de ruido actúan también como aislantes

térmicos y por tanto el área aislada puede sufrir un incremento considerable de

temperatura, aspecto de importancia ya que puede ser necesario implementar

sistemas de ventilación o enfriamiento. Se debe revisar especialmente los

aspectos asociados a seguridad industrial por el aumento del riesgo de incendio.

1.12.7.8 Barreras. Una barrera es un obstáculo en la trayectoria de la onda

sonora que se utiliza como receptor de las ondas emitidas por una fuente. La

barrera puede actuar por medio de atenuación debida a la difracción o a la

absorción (dependiendo del material de construcción) y también por la atenuación

debida a la absorción por el suelo que separa la barrera de la fuente. Las barreras

59

se diseñan para proporcionar la reducción necesaria del sonido transmitido a

través de ella y para evitar que el sonido refractado alrededor de los bordes llegue

a ser significativo. Una barrera que se coloque a la mitad del camino entre la

fuente y el receptor requerirá mayores dimensiones que una barrera colocada

cerca de la fuente o cerca del receptor, para obtener una reducción de ruido

significativa.

60

2 SELECCIÓN DE GRUPOS ELECTRÓGENOS DIESEL

2.1 CÁLCULO DEL TAMAÑO DEL GRUPO ELECTRÓGENO

2.1.1 Clasificaciones del Generador. Las clasificaciones del generador se

limitadas típicamente por el factor térmico. Dentro del generador se produce calor

con disipación limitada. En otras palabras, parte del calor se retiene en la unidad,

lo cual aumenta la temperatura de la unidad. Esto generalmente se define como

elevación de temperatura. Una definición mas precisa es el aumento de

temperatura de los devanados por encima de la temperatura ambiente. La

temperatura ambiente es la temperatura del aire de enfriamiento tal como ingresa

por los orificios de ventilación del generador.

2.1.2 Clasificación según elevaciones de la temperatura. La mayoría de las

normas eléctricas tienen clasificaciones según la elevación de la temperatura,

solamente para el servicio continuo y de emergencia. Sin embargo, en la práctica

las aplicaciones de servicio primario, se usan las clasificaciones de elevación de

temperatura de servicio continuo. También hay correspondencia en las

clasificaciones de elevación de temperatura en las diferentes clasificaciones del

motor.

Una elevación de temperatura de 80° C se usa comúnmente, en aplicaciones

continuas, como medida prudente. El cuadro anexo muestra las clasificaciones del

generador de acuerdo con la elevación de la temperatura. La elevación de

temperatura es uno de los factores limitantes de la capacidad kVA del generador.

61

Tabla 2 Clase del Generador contra elevación de temperatura

Clase de Generador

Límite de elevación de Temperatura ° C

Clasificación

F 80 Continua

H 80 Continua

F 105 Principal

H 125 Principal

F 130 De emergencia

H 150 De emergencia

Fuente: Norma NEMA MG1-22.4

2.1.3 Voltaje del generador. El voltaje juega un papel importante en la

clasificación del generador. En algunos casos el voltaje diseñado para el

generador no corresponde con el voltaje de operación preferido. El regulador de

voltaje provee capacidad de ajuste, permitiendo que el generador alcance el

voltaje deseado.

Sin embargo, cuando el voltaje del generador se disminuye, la corriente

aumentará en un valor dado y por consiguiente, aumentará en un valor dado, y por

consiguiente aumentará el calor del generador requiriendo reducir la potencia del

generador.

2.1.4 Clasificación del motor. La clasificación del motor está limitada

principalmente por los límites estructurales y térmicos. Estos límites incluyen la

62

presión máxima del cilindro durante la combustión, la velocidad del

turbocompresor y la temperatura de gas de escape. Si un motor funciona con

relación a esos límites, determinará la altitud y la temperatura ambiente máxima

para una clasificación dada. Cuando un motor excede la altitud ó la temperatura

ambiente máxima, se deberá reducir la potencia del motor.

2.1.5 Condiciones del sitio. El ambiente o las condiciones del sitio pueden

impactar la clasificación de un motor o generador, lo que puede afectar la

clasificación de grupo electrógeno completo.

Las condiciones que pueden afectar la clasificación y selección el producto incluye

la altitud, la temperatura ambiente y las atmósferas corrosivas.

La altitud y la temperatura ambiente son los principales factores que influyen en la

clasificación de un motor. Mientras mayor sea la altitud, menor será la densidad

del aire.

Se necesita un aire denso limpio para lograr una combustión eficaz. Por tanto,

debe hacerse una reducción de potencia del motor en altitudes altas y/o

condiciones de temperaturas anormales, con el fin de que los grupos electrógenos

alcances las expectativas de rendimiento.

63

Figura 13 Relación temperatura y altitud con la salida de potencia al volante en un

motor

Fuente: Manual de mantenimiento de Caterpillar

La figura anterior es tomada del funcionamiento de los motores Caterpillar en la

cual se observa la tendencia de reducción de potencia a medida que aumenta la

altura, debido a la disminución de oxigeno.

Típicamente, los motores en altitudes mayores de 1000 mts requieren ajustes de

reducción de clasificación de 1% por cada 100 mts por encima del valor base de

1000 mts. La clasificación del motor se ve afectada, además de la temperatura

ambiente, por la temperatura del aire que entra al turbocompresor. La figura 13

ilustra la relación de la temperatura y la altitud en la clasificación del motor.

64

Figura 14 Factor de reducción de potencia con la altitud y la temperatura.

Fuente: Manual de mantenimiento de Caterpillar

Cuando la temperatura del aire ventilación del generador excede los 40° C puede

necesitarse reducir la potencia del generador.

Comúnmente la clasificación del motor afecta la clasificación del grupo

electrógeno completo, mas que la clasificación del generador. La altitud y la

temperatura ambiente afectan mas a un motor que a un generador como se puede

ver en la gráfica anexa.

La figura 14 muestra que la potencia del motor se reduce más rápidamente que la

del generador. La salida de potencia será inferior en el generador. La reducción de

potencia será más rápida en el motor.

65

Figura 15 Reducción de potencia contra la temperatura en el motor y generador.

Fuente: Los Autores

Los niveles de humedad y corrosión son los dos principales factores que deben

tenerse en cuenta en la selección de equipo. Estos factores no se relacionan con

la altitud ni con la temperatura pero deben considerarse. La sal y otros elementos

corrosivos pueden causar daño al aislamiento de los devanados, lo que puede

causar daño al aislamiento de los devanados, lo que puede llevar a averías del

generador.

La protección contra estos elementos incluye capas protectoras adicionales en el

aislamiento de los devanados durante el proceso de fabricación y capa de

protección epóxica final de los devanados.

Cuando un grupo electrógeno varía la velocidad del motor y/o el voltaje durante un

cambio de condición de carga, este fenómeno se llama respuesta transitoria.

66

Figura 16 Respuesta transitoria ante un cambio de carga.

Fuente: Manual de mantenimiento de Cummins

La respuesta transitoria es especialmente importante en el arranque del motor y

en las aplicaciones de las cargas eléctricas en bloque. Si el grupo electrógeno no

está clasificado correctamente para acomodar estas cargas, puede ocurrir caídas

grandes de voltaje y frecuencia.

El tiempo de respuesta y la magnitud de desviación del estado constante depende

de las características del motor y del generador. Cuando se aplica una carga

significativa al grupo electrógeno, el motor reduce su velocidad y el voltaje cae

momentáneamente. Mientras mayor sea la carga, mayores serán el cambio de

voltaje y la velocidad, o caída. Tanto la velocidad como el voltaje vuelven al estado

constante o se recuperan. El tiempo de recuperación se define como el tiempo (

en segundos) desde los cambios de carga hasta cuando el voltaje y la velocidad

en las rpm del motor vuelven al estado constante.

Cuando se quitan instantáneamente una carga ocurre lo opuesto a la caída

transitoria de voltaje. El tiempo que toman el motor y el generador en recuperarse

luego de quitar una carga se describe como sobretensión. El tiempo de respuesta

67

y la magnitud e la desviación del estado constante, los determinan las

características del motor y el generador. Mientras mayor sea la carga que se

quita, mayor será la sobretensión.

Figura 17 Respuesta ante una sobretensión

Fuente: Manual de mantenimiento de Caterpillar

2.1.5.1 Arranque del motor. La capacidad del grupo electrógeno de arrancar

motores grandes sin caídas significativas de frecuencia o voltaje dependen del

sistema completo. Los factores que incluyen en el sistema son:

-Potencia disponible en el motor

-Capacidad del generador

-Energía almacenada en la inercia de rotación del grupo electrógeno.

-Aceleración del motor y carga.

68

Un generador del tamaño apropiado soportará kVA altos de arranque que se

requieren para sostener el voltaje de salida adecuada del motor, de modo que

pueda producir el par necesario para acelerar la carga a la velocidad nominal.

2.1.5.2 Consideraciones para la selección del tamaño del generador.

• Perfil de Carga

• Crecimiento futuro

• Limitaciones de caída de frecuencia y voltaje

• Arranque de motor

• Necesidades de puesta en servicio del cliente.

2.1.5.2.1 Perfil de carga típica. Evaluar los perfiles de carga del usuario es un

componente clave para establecer el tipo gestión de carga y decidir el tamaño del

grupo electrógeno que se necesita para operar dentro de este tipo.

Figura 18 Perfil de carga típica

Fuente: Los autores

69

Debe establecerse la duración de una carga para hallar el tamaño y la operación

apropiados del grupo electrógeno. Para analizar una carga y establecer el mejor

tipo de control de carga de usuario, se necesita una familia de tablas de perfil de

carga. Los perfiles cronológicos y los de duración de carga sirven mejor para este

propósito.

Una curva de carga diaria cronológica muestra la demanda de carga a lo largo del

día. La curva cronológica establece las demandas diarias de carga máxima y el

perfil de de uso de energía, todo lo cual puede ayudar en la selección del tamaño

del motor.

Figura 19 Perfil de carga cronológico

Fuente: Los autores

Los períodos de carga máxima diaria para diferentes mercados pueden graficarse

con base en las cargas típicas. Se toma por ejemplo la gráfica de que muestra una

planta industrial. Se observa que entre media noche y la mañana siguiente, se

necesitan pocos kilovatios, debido a que las máquinas no están funcionando. A

70

medida que los trabajadores llegan se encienden las luces, computadores,

máquinas y motores eléctricos, los kilovatios alcanzan su máximo valor. A la hora

del almuerzo, las máquinas se apagan y cae su uso. El uso sube de nuevo cuando

termina la hora del almuerzo. Al final del turno, todo se apaga excepto algunas

luces y sistemas de seguridad que disminuyen los kilovatios usados al mínimo.

Figura 20 Tipos de perfiles de carga según el usuario

Fuente: Los autores

A menos que se conozca que la carga es constante, no puede usarse el promedio

para establecer los requerimientos del motor y el generador, debido a que el

promedio siempre será inferior a lo kilowatios de la demanda máxima. El propósito

del valor promedio mensual es poder graficar un año completo y determinar las

variaciones estacionarias.

71

Figura 21 Curva de carga en kW Promedio mensual típico

Fuente: Los autores

2.1.5.2.2 Crecimiento futuro. Si el usuario piensa crecer en su aplicación debido al

aumento del volumen de producción o expansión del pueblo es razonable y útil

calcular un motor de mayor tamaño ó dejar un espacio para instalar otro grupo

electrógeno posteriormente.

El crecimiento proyectado de carga para cualquier aplicación raramente es menor

del 10%. La siguiente información muestra el crecimiento de cargas típicas sobre

un período de diez años para diferentes aplicaciones.

Crecimiento estimado de carga en un periodo de 10 años

• Banco 30% - 50%

• Centro Médico 30% - 40%

• Hospital 40% - 80%

• Colegio 50% - 80%

2.1.5.2.3 Limitaciones de caída de frecuencia y voltaje. Mientras mayor la caída

de voltaje que la aplicación pueda tolerar, el grupo electrógeno puede ser mas

72

pequeño y quizá mas económico. Una caída de voltaje máxima de 30% es común

en muchas instalaciones. Cargas sensitivas pueden requerir caídas de voltaje

menores. Las UPS (sistema ininterrumpido de potencia), los mandos de velocidad

variable y el equipo médico son ejemplos de cargas que requieren menores

desviaciones de voltaje.

La caída de frecuencia se relaciona con el tamaño del grupo electrógeno y sus

cargas aplicadas asociadas. En muchas aplicaciones la caída de frecuencia puede

ser mayor de 30% pero se esta convirtiendo en un factor cada vez mas controlado,

debido a la sensibilidad de la frecuencia del equipo electrónico.

La norma internacional ISO 8528 también tiene definidos parámetros de respuesta

transitoria. Se designan cuatro clases de rendimiento en la norma IS0 8528-1-7

para describir un grupo electrógeno en términos de voltaje y frecuencia.

2.1.5.2.4 Arranque del motor. Las características del arranque del motor pueden

tener efecto en el cálculo del tamaño del grupo electrógeno. Es común que en el

arranque ocurran variaciones de voltaje y frecuencia (transitorias). Un grupo

electrógeno apropiado proporcionará las características de rendimiento transitorio.

Requeridos para la instalación.

El tipo más común de motores es el de inducción. Los motores de inducción tienen

una amplia gama de características de arranque del motor. En los Estados Unidos

la Nacional Electrical Manufacturers Association (NEMA) creó un sistema de

código de letras que incorpora una gama kVA de arranque.

73

Tabla 3 Identificación de letras de código en los motores de Corriente alterna

Fuente: Norma NEMA

2.1.5.2.5 Necesidades de puesta en servicio del cliente. El tiempo que toma iniciar

el arranque un grupo electrógeno hasta el momento de aceptar la carga se define

como requerimientos de arranque. Los requerimientos de arranque varían

dependiendo de la aplicación. Los requerimientos de arranque típicos son de 10

segundos.

La definición de arranque de diez segundos es como sigue:

El tiempo que toma iniciar el arranque de un grupo electrógeno hasta cuando está

listo para aceptar la carga.

Para el arranque de diez segundo deben darse las siguientes condiciones:

74

• El aire de combustión debe ser de 21° C o mayor

• El precalentador del agua de las camisas debe mantener un mínimo

de temperatura de agua de la camisa de 32° C.

• El sistema de baterías debe estar completamente cargado.

• El suministro de combustible debe estar limpio.

2.1.5.3 Criterios para la selección del grupo electrógeno. A continuación se

describen diferentes tipos de cargas típicas que se encuentran en un sistema

eléctrico.

2.1.5.3.1 Cargas lineales. Las cargas lineales se definen como cargas de

corriente alterna (CA) que toman corriente proporcional a su voltaje. Toman la

corriente en forma sinusoidal suave a través del ciclo. La carga puede ser

resistiva, inductiva o capacitiva. Sin importar el tipo, la corriente tomada por una

carga lineal permanecerá sinusoidal.

2.1.5.3.2 Carga No lineal. Una carga eléctrica no lineal cambia o modifica la

corriente o la forma de onda de voltaje a una no sinusoidal.

Figura 22 Diferencias en el efecto del voltaje entre cargas lineal y no lineal

Fuente: Los autores

75

Una carga que toma la corriente en pulsos se considera una carga no lineal como

son rectificadores controlados de silicio, UPS, equipos de computo, luz

fluorescente.

Las cargas no lineales causan corrientes armónicas. Desviaciones desde una

onda sinusoidal única y pura que tenga una frecuencia fundamental de 50 ó 60 Hz

pueden expresarse como ondas de frecuencias de seno adicional.

Estas ondas de seno adicional o frecuencias, son múltiplos de la frecuencia

generada y se denominan armónicos.

Los armónicos pueden causar calentamiento interno del generador y limitar su

capacidad.

2.1.5.3.3 Pasos de carga. Los pasos de carga se refieren a la manera de aplicar

la carga al grupo electrógeno. Un grupo puede aceptar la carga, toda al tiempo,

(en un solo paso), o puede dividirla en vario pasos de carga. A esto se llama

prioritización.

La prioritización es cuando se identifica que necesidades eléctricas son

prioritarias, mientras mas pequeños son los pasos mas pequeños serán las

corrientes transitorias. Cuando el grupo electrógeno arranca sin un orden

preferido, se sugieres que las cargas mas grandes arranquen primero, estas

cargas tendrán el menor efecto en el resto del sistema.

2.1.5.3.4 Carga equilibrada. Una carga equilibrada es muy importante para

calcular el tamaño del grupo electrógeno. Carga equilibrada se define como una

carga que demanda la misma energía de cada una de las fases del alternador

76

trifásico. El equilibrio se convierte en una preocupación cuando se aplican cargas

monofásicas

2.2 SOFTWARE PARA LA SELECCIÓN DE GRUPOS ELECTRÓGENOS.

Cada unos de fabricantes de grupos electrógenos en el mundo tienen establecido

un software para la selección de plantas eléctricas los cuales dan una pauta de

referencia para indicar el equipo adecuado con las cargas suministradas desde el

punto de vista técnico; sin embargo, este resultado debe someterse a un criterios

económicos de conveniencia que permitan establecer el equipo que satisfaga las

necesidades y expectativas.

A continuación, se presenta algunos resultados de dos de los principales

fabricantes de plantas eléctricas en el mundo como son Cummins y Caterpillar.

2.2.1 Software de Cummins. Este software está diseñado para trabajar en

ambiente Windows que de forma amistosa permite seleccionar la cargas y los

pasos de secuencia en los cuales operaria la carga de tal forma que los ubica e

identifica según las característica de las mismas arrojando unos datos confiables

para la selección del equipo.

Este software no se incluye en este trabajo no está autorizados por el fabricante

77

Figura 23 Imagen inicial del programa de Cummins

Fuente: Programa Power Suite versión 2.0 año 2003 de Cummins Power

Generation

2.2.2 Software de Caterpillar. Este software está diseñado para trabajar en

ambiente windows y contiene información de catálogos, planos, su nombre es el

“Electric Power Design Pro”. Analiza las cargas y dimensiona bajo la información

suministrada el equipo que suministra la energía requerida.

Este software no se incluye en este trabajo porque no está autorizado por el

fabricante

78

Figura 24 Imagen inicial del Electric Power Design Pro de Caterpiillar

Fuente: Programa Electric Power Design Pro año 2003 de Caterpillar Power

System.

La siguiente figura muestra la presentación de cuadro de cargas que se introduce

como datos iniciales antes del dimensionamiento del equipo.

79

Figura 25. Cuadro de cargas en el EPG Caterpillar

Fuente: Programa Electric Power Design Pro año 2003 de Caterpillar Power

System.

Con estos dos programas se han ejecutados los siguientes datos con el fin de

analizar los resultados que entregan, a continuación se presenta un ejemplo.

Datos del sitio de operación

Nombre del proyecto: Municipio de Tierralinda

Altura: 305 mts sobre el nivel del mar = 1000 pies

Temperatura: 30 ° C = 86° F

Frecuencia: 60 Hz

Voltaje: 220V /127 V trifásico

Caída de voltaje permitida: 25%

Cargas:

200 kW de iluminación resistiva incandescente (factor de potencia 1 en el paso 1.

5 motores de 20 HP con arranque estrella triángulo código NEMA A. en el paso 2

200 kW de iluminación fluorescente con factor de potencia corregido de 1en el

paso 3.

Los resultados se encuentran en la siguiente figura:

80

Figura 26 Resultados Programa EPG Caterpillar

Fuente: Programa Electric Power Design Pro año 2003 de Caterpillar Power

System.

La figura indica la selección optima del equipo a utilizar y para este caso es el

modelo Caterpillar 3412CTA de 500 kw, 625 kva en servicio Primario. Los otros

modelos mostrados en rojo, son equipos con menores especificaciones que las

necesarias para esta carga.

El criterio utilizado por los programas de selección de plantas eléctricas, tiene en

cuenta que el equipo elegido pueda soportar el arranque de la carga eléctrica sin

sacrificar la caída de voltaje y frecuencia. Existen otros criterios complementarios

basados en el conocimiento de los ingenieros a cargo del proyecto, como el

manejo de la carga mínima, perfil de carga y evaluación económica.

81

2.3 COSTOS GENERACIÓN.

El valor del kilowatio generado de una planta eléctrica es la sumatoria de los

costos de operación e insumos necesarios para producir la energía demandada, a

continuación se realizará un análisis del mismo.

Se evaluará el costo del kilowatio/hora así:

Para un equipo 500 kW se tienen las siguientes consideraciones en Bogotá:

Costo del combustible al 7 de septiembre de 2003: $2.900 el galón

Costo del aceite al 7 de septiembre de 2003: $21.000 el galón

Precio estimado de compra instalado del equipo: $300’000.000

Consumo de combustible al 75% de carga: 31 galones por hora

Consumo de aceite por cambio: 37 galones

Costo mano de obra por hora: $3.000

Costo de transporte: $20.000 por visita

Costo insumos (filtros) (250 horas, 500 horas): $500.000

Costo insumos (filtros, aceite y ajustes -1000 horas): $1’000.000

Costo insumos (filtros, aceite y ajustes -3000 horas): $1’200.000

Horas de operación al año (18 horas día): 6750 horas

Con los datos anteriores, los costos de operación al año, sin incluir combustible es

de $17’816.000

El costo de combustible para las 6750 horas es de $606’825.000

Si el costo del equipo, incluyendo instalación ($300’000.000) se difiere a 3 años,

se tiene que el valor a tener en cuenta en el primer año es de $100’000.000,

asumiendo una distribución de la inversión en partes iguales por año.

82

Tabla 4 Cuadro de costos de mantenimiento

Fuente: Los autores

En resumen, con los valores anteriores y llevando sus costos a valor por hora se

tiene que el kilowatio hora generado estimado es de $262,64 para la ciudad

Bogotá, este valor se incrementa cuando se le adicionan los costos de transporte

del combustible a las zonas no interconectadas.

83

Tabla 5 Costos kilowatio-hora Generado

Valor por añoN° de horas

Costo por hora

Potencia kW

Factor de carga asumido

Costo/kWh $

Valor del equipo

100,000,000 6,750

14.814,81 500 82%

36,24

Combustible

606,825,000 6,750

89.900,00 500 82%

219,94

Mantenimiento

17,816,000 6,750

2.639,41 500 82%

6,46

262,64

Fuente: Los autores

Figura 27 Composición costos kilowatio-hora

Composición costos Kilowatio-hora en Bogotá

Combustible84%

Mantenimiento2% Valor equipo

14%

84

Este mismo análisis asimilando el anterior procedimiento para las zonas no

interconectadas se tiene una alta influencia del costo del transporte.

Para el equipo:

El costo de transporte por kilo a Puerto Carreño en Aerocarga se tiene un valor de

flete de $2200 por kilo lo que ocasiona un costo para de llevar la planta de 500 kW

que tiene un peso 8000 kilos con accesorios de $ 17’600.000

La densidad del ACPM es de 3,2 kg/galón lo que ocasiona un costo adicional de

transporte de 3,2 kg/galón *$2200 /kg que corresponde a $ 7.040

En el año con la operación planteada de 6750 horas y un consumo de combustible

de 31 galones por hora tenemos un sobre costo de $ 460’350.000.

En el año con la operación de 6750, cambios de aceite cada 250 horas y un

consumo por cambio de 37 galones se tiene un costo adicional de transporte de

$ 2’197.800

Haciendo el resumen de costos se tiene:

Tabla 6 Costos kilowatio hora en zona no interconectada

Valor por añoN° de horas

Costo por hora

Potencia kW

Factor de carga asumido

Costo/kWh $

Valor del equipo

105,866,666 6,750 15,684 500 82% 38.25

Combustible

1,067,175,000 6,750 158,100 500 82% 385.61

Mantenimiento

20,013,800 6,750 2,965 500 82% 7.23

431.10

Fuente: Los autores

85

Figura 28 Composición costos kilowatio-hora en zona no interconectada

Composición costos Kilowatio-hora en zona no interconectada

Combustible89%

Mantenimiento2% Valor equipo

9%

86

3 PAUTAS DE INSTALACIÓN DE GRUPOS ELECTRÓGENOS

3.1 VISIÓN GENERAL DE LA INSTALACIÓN

Estas recomendaciones de instalación se aplican a instalaciones típicas con

grupos electrógenos de modelo estándar. Siempre que posible, estas

recomendaciones también abarcan opciones proyectadas o modificaciones

implementadas por la fábrica.

Sin embargo, debido a las muchas variables tales como ubicación y ventilación,

entre otros, en cualquier instalación, no es posible suministrar recomendaciones

específicas para cada situación.

3.1.1 Aplicación e Instalación. Un sistema de emergencia de energía debe de ser

cuidadosamente planeado y correctamente instalado para operación y

funcionamiento apropiados. Esto envuelve dos elementos esenciales: aplicación e

instalación.

La aplicación (en términos de instalaciones de grupos electrógenos) se refiere al

proyecto del sistema de emergencia completo de energía que generalmente

incluye equipos de distribución de energía, cuadros de transferencia, equipos de

ventilación, aisladores de vibración y sistemas de enfriamiento, escape y

combustible. Cada componente debe de ser correctamente proyectado para que

todo el sistema funcione como se espera. Aplicación y proyecto es una función de

ingeniería generalmente realizada por especialistas. Los ingenieros de

87

especificaciones son responsables por el proyecto del sistema de emergencia

completo y por la selección de los materiales y productos necesarios.

Instalación se refiere a la instalación real y montaje del sistema de emergencia de

energía. Los instaladores montan e instalan los varios componentes del sistema

según las especificaciones en el plan de proyecto. La complejidad del sistema de

emergencia normalmente requiere habilidades especiales de técnicos calificados,

plomeros, personas que trabajan con chapas de metal, entre otros, para concluir

los varios segmentos de la instalación. Esto es necesario para que todos los

componentes sean ensamblados usándose métodos y prácticas estándar.

3.1.2 Consideraciones de Seguridad. El grupo electrógeno es cuidadosamente

proyectado para funcionar con seguridad y eficiencia cuando se instala, se hace el

mantenimiento y opera correctamente. Entre tanto, la seguridad y confiabilidad

general del sistema depende de muchos factores fuera del control del fabricante

del grupo electrógeno. Para evitar posibles riesgos de seguridad, se deben hacer

todas las conexiones mecánicas y eléctricas del grupo electrógeno exactamente

como se especifican en los manuales del fabricante. Todos los sistemas externos

al generador (combustible, escape, eléctrico, entre otros) deben ser compatibles

con todas las normas aplicables.

3.1.3 Montaje del Grupo Electrógeno

3.1.3.1 Consideraciones generales. Las instalaciones de grupos electrógenos se

deben proyectar de manera que el equipo funcione correctamente bajo las

condiciones esperadas de carga. Se requiere usar estas instrucciones solamente

como una guía general. Se deben seguir las instrucciones del ingeniero consultor

cuando necesite localizar o instalar cualquier componente. La instalación completa

88

debe de estar en conformidad con todas las normas locales de construcción,

prevención de incendios y otras reglamentaciones aplicables.

Considere los siguientes requisitos antes de la instalación:

• Base nivelada de montaje

• Sistema de enfriamiento adecuado

• Aire de inducción adecuado

• Descarga de aire del grupo electrógeno

• Superficie de montaje no inflamable.

• Descarga de gases de escape

• Conexiones eléctricas

• Fácil acceso para operación y mantenimiento

• Niveles de ruido

• Aislamiento de vibraciones

3.1.3.2 Sitio de instalación. El lugar de instalación de los grupos electrógenos

está definido principalmente por los sistemas asociados como ventilación,

cableado, combustible y escape. El generador debe estar ubicado lo más próximo

posible del tablero de fuerza principal. Los gases de escape no deben entrar o

acumularse en áreas habitadas.

Se debe hacer la instalación del grupo electrógeno en un lugar lejos de

temperaturas ambientales extremas y condiciones adversas de clima. Como ítem

opcional, usted puede adquirir una cabina para lugares externos.

3.1.3.3 Montaje. Los grupos electrógenos vienen de fábrica montados sobre

una base de acero para permitir el soporte adecuado.

89

El conjunto motor y generador es aislado de la base por medio de aisladores de

caucho o tipo resorte que proporcionan aislamiento adecuado de vibraciones para

las instalaciones estandarizadas. El uso de aisladores no aprobados puede

resultar en resonancias perjudiciales y puede anular la garantía del grupo

electrógeno.

Se debe instalar el grupo electrógeno sobre una base adecuadamente nivelada de

concreto, se debe usar un material no inflamable para la base.

Se debe usar tornillos de anclaje de 5/8 de pul. o de 16 mm para fijar los

aisladores de vibraciones a la base.

Se sugiere instalar los aisladores como muestra el diseño del grupo electrógeno.

Figura 29 Diagrama de tornillos

Fuente: Manual de instalación de Caterpillar

90

3.1.3.4 Acceso a la planta eléctrica. Generalmente, se debe mantener una

holgura de por lo menos 1 metro en todos los lados del grupo electrógeno para

acceso de operación, servicios y mantenimiento.

La iluminación debe ser la adecuada para los servicios de operación,

mantenimiento y reparaciones y conectada en el lado de la carga del cuadro de

transferencia de modo que quede siempre disponible.

Figura 30 Instalación típica

Fuente: Manual de instalación de Cummins

91

3.1.3.5 Amortiguadores de vibración tipo resorte. Procedimiento de Instalación y

Ajuste:

• Se requiere instalar los aisladores de vibración (Figura 30) sobre la

estructura de soporte del grupo electrógeno. Los aisladores deben apoyarse sobre

calces o camada de argamasa para garantizar que todas las bases de los

aisladores estén elevadas en 0,25 pul. (6 mm) unas de las otras. La superficie

sobre la cual reposan las bases de los aisladores también deben ser planas.

• Se sugiere soltar las tuercas de fijación del amortiguador de modo que la

placa superior del aislador pueda moverse verticalmente y horizontalmente. La

placa superior debe estar alineada correctamente con la base y resortes.

• Luego se debe apoyar el grupo electrógeno sobre los aisladores mientras

alinea el montaje de la plataforma con el orificio roscado del aislador. Las placas

superiores se moverán hacia abajo y se aproximarán de la base del aislador en la

medida que la carga sea aplicada.

• Con el grupo electrógeno en posición, los aisladores pueden requerir algún

ajuste para nivelar el generador. Los aisladores deben ajustarse insertándose el

tornillo de nivelado a través de la plataforma y dentro del aislador (la tuerca de

fijación del tornillo de nivelado debe ser roscada hacia arriba en dirección de la

cabeza del tornillo).

• El tornillo de nivelado ajustará la holgura entre la placa superior y la base

del aislador. Se recomienda una holgura nominal de 0,25 pul. (6 mm) o más. Esto

proporciona holgura suficiente para la vibración que ocurre durante el arranque y

la parada del generador. Si no se consigue una holgura de 0,25 pul. (6 mm), gire

el tornillo de nivelado hasta conseguir la holgura deseada.

92

• El grupo electrógeno puede aún no quedar nivelado; por lo tanto, se debe

ajustar los tornillos de nivelado hasta que el generador esté nivelado y haya una

holgura suficiente. (La holgura en todos los aisladores debe de ser prácticamente

la misma). Después de instalar los aisladores, se debe apretar el tornillo de

nivelado juntamente con la tuerca de fijación.

• Las tuercas del amortiguador pueden permanecer sueltas y, así,

proporcionar mejor aislamiento entre el grupo electrógeno y la estructura de

soporte.

Figura 31 Aisladores de vibración

Fuente: Manual de instalación de Cummins

3.1.4 Conexiones Mecánicas

3.1.4.1 Consideraciones generales. La instalación del sistema mecánico del

grupo electrógeno incluye la conexión de los sistemas de combustible, de escape,

de ventilación y de enfriamiento. Antes de empezar cualquier tipo de instalación de

93

combustible, todas las normas locales aplicables deben de ser atendidas y la

instalación debe ser inspeccionada antes de la puesta en marcha del equipo.

3.1.4.2 Sistema de combustible. Los motores usan normalmente combustible

diesel ASTM No. 2.

En instalaciones de sistema de combustible, la limpieza es de suma importancia,

se deben hacer los esfuerzos para impedir la entrada de humedad, residuos o

elementos que puedan contaminar el sistema de combustible. Se deben limpiar

todos los componentes del sistema de combustible antes de hacer su instalación.

Un filtro separador de agua de malla 100- 120 o equivalente (aproximadamente

150 microns nominal) se debe de instalar en el tanque principal y en tanque diario,

o entre el tanque principal y el motor.

En el caso de líneas subterráneas, se debe usar solamente líneas de combustible

de metal compatibles para evitar la electrolisis. Las líneas de combustible

subterráneas deben de ser protegidas contra corrosión.

Las líneas de combustible no deben tener incluir conexiones o tanques

galvanizados.

La condensación en el tanque y en las líneas, se mezclan al azufre del

combustible diesel para producir ácido sulfúrico. La estructura molecular de líneas

o tanques de combustible galvanizados o de cobre reacciona con el ácido y

contaminan el combustible.

Para todas las instalaciones, se recomienda instalar una válvula solenoide en la

línea de combustible.

94

En una instalación de varios generadores, cada generador debe tener su propia

línea de retorno de combustible para el tanque diario o de alimentación para

impedir que las líneas de retorno de los generadores inoperantes sean

presurizadas.

Las líneas de retorno de combustible no deben contener un dispositivo de corte. El

motor podrá damnificarse si puesto en funcionamiento con las líneas de retorno

obstruidas.

No se debe instalar dispositivos de corte en las líneas de retorno de combustible.

Si las líneas de retorno están obstruidas o exceden el límite de restricción de

combustible, el motor podrá averiarse.

La restricción de drenaje de retorno del combustible entre la conexión de la línea

de retorno del inyector del motor y el tanque de combustible no debe exceder al

límite indicada por el fabricante.

Para proteger el sistema de combustible contra daños por la vibración, dilatación y

contracción, se debe de usar una manguera flexible entre el sistema de

combustible del motor y la líneas de alimentación y retorno de combustible.

95

Figura 32 Instalación típica del típica del sistema de combustible

Fuente: Manual de instalación de Cummins

3.1.4.3 Tanque de alimentación principal. Se debe instalar el tanque de

alimentación de combustible lo más próximo al grupo electrógeno y dentro de la

capacidad de elevación permitida de la bomba de combustible.

3.1.4.4 Tanque diario o de presión constante. Los tanques diarios se usan

cuando los límites de restricción de entrada de combustible no son observados, o

el tanque de alimentación es instalado en nivel más alto y presenta problemas de

alta presión de combustible en las líneas de entrada y de retorno.

3.1.4.5 Sistema de gases escape. Se debe instalar el tubo de gases de escape

fuera de cualquier ambiente cerrado e instalar las salidas de escape lejos de

cualquier entrada de aire para evitar el retorno de los gases al ambiente.

96

Las instalaciones de sistemas de escape están sujetas a varias condiciones no

comunes como calor extremo, operación no frecuente y cargas livianas.

Regularmente se debe inspecciona el sistema de escape, tanto en la apariencia

cuanto en los niveles de ruido, para verificar si todo el sistema permanece sellado

contra la emisión de humo y seguro para operación.

La inhalación de gases de escape puede resultar en graves heridas personales o

muerte. Se debe instalar las terminaciones del tubo de escape fuera de ambientes

cerrados o áreas cubiertas, y lejos de ventanas, puertas y ventiladores.

Las extremidades de los tubos verticales de escape debe equiparse con tapas de

protección contra lluvia. La tapa se apoya en la extremidad del tubo y abre debido

a la fuerza de salida del escape proveniente del grupo electrógeno. Cuando el

grupo electrógeno es desligado, la tapa se cierra automáticamente, protegiendo el

sistema de escape contra lluvia, nieve, etc.

Se debe usar una sección de tubo de escape flexible entre el motor y el restante

del sistema de escape para aislar la vibración del motor a la estructura.

Los tubos de escape son muy calientes y pueden causar graves heridas

personales o muerte, resultantes del contacto directo o incendio. Se debe instalar

un blindaje en las líneas de escape para el contacto personal o cuando estén

instaladas a través de paredes

3.1.4.6 Ventilación y enfriamiento. Los grupos electrógenos crean calor

considerable que debe removerse por medio de ventilación adecuada. Las

instalaciones externas usan la circulación natural del aire, pero las instalaciones

internas necesitan de ventilación dimensionada y posicionada adecuadamente

para el flujo de aire necesario.

97

3.1.4.7 Ventiladores y ductos. Para instalaciones internas, se debe ubicar

ventiladores de modo tal que el aire circulante pase por el área de la instalación

antes de la salida del escape. Se sugiere instalar la salida de aire en un nivel más

alto de que la entrada de aire para permitir el desplazamiento del aire por

convección.

La acción del viento limitará el flujo de aire libre si sopla directamente sobre la

ventilación de salida del aire. Se recomienda instalar la ventilación de salida de

manera a que los efectos del viento sean eliminados.

Figura 33 Barrera contra vientos

Fuente: Manual de instalación de Cummins

3.1.4.8 Requisitos del Conjunto del Radiador. El aire de enfriamiento del conjunto

del radiador es dirigido hacia la parte delantera del generador por un ventilador

impulsor que sopla el aire a través del radiador (Figura 33). Se debe instalar la

entrada de aire en la parte trasera del generador. Se debe realizar una abertura de

ventilación de entrada 1 ½ a 2 veces mayor de que la área del radiador.

98

Se debe instalar la salida del aire de enfriamiento directamente, y lo más próximo

posible, en la parte frontal del radiador. La abertura de salida debe ser tan grande

cuanto la área del radiador. El largo y la forma del ducto de salida del aire debe

ofrecer restricción mínima al flujo de aire. Se sugiere instalar un ducto de lona o

metálico en la abertura de salida del aire usando tornillos y tuercas de modo que el

ducto se pueda remover para mantenimiento. El ducto impide la recirculación del

aire caliente. Antes de instalar el ducto, remueva la protección de la colmena del

radiador.

El aire es enviado a partir del generador, pasa por el motor y sale por el radiador.

Figura 34 Instalación típica de una planta eléctrica con radiador

Fuente: Manual de instalación de Cummins

3.1.4.9 Precalentador del agua de las camisas del motor. El precalentador del

líquido de enfriamiento mantiene caliente el líquido de enfriamiento del motor

cuando el motor esté parado. El mismo calienta y circula el líquido de enfriamiento

dentro del motor. Esto reduce el tiempo de arranque y disminuye el desgaste del

99

motor causado por arranques en frío. El calentador es accionado eléctricamente y

controlado termostáticamente.

3.1.4.10 Calentador del generador. Un calentador de generador es usado

para ayudar a mantener el generador libre de condensación cuando el grupo

electrógeno no esté funcionando y durante condiciones de frío y humedad, la

condensación puede formarse dentro de un generador, creando riesgos de

cortocircuito.

100

4 CONSIDERACIONES DE MANTENIMIENTO EN GRUPOS ELECTRÓGENOS

4.1 INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD

Antes de operar un grupo electrógeno, lea los Manuales del Operador y quédese

familiarizado con el generador y con el equipo. Una operación segura y eficiente

puede conseguirse solamente si el equipo es operado y mantenido correctamente.

La principal causa de un gran número de accidentes es la no observación a las

reglas y precauciones básicas.

Los símbolos a continuación, alertan sobre condiciones potencialmente peligrosas

al operador, al técnico de mantenimiento y al equipo.

Figura 35 Mensaje de peligro

Fuente: Los autores

PELIGRO Este símbolo indica peligros eminentes que resultarán en graves

heridas y hasta muerte.

Figura 36 Mensaje de advertencia

Fuente: Los autores

101

ADVERTENCIA Este símbolo se refiere a una práctica peligrosa y insegura que

puede resultar en graves heridas y hasta muerte.

Figura 37 Mensaje de Precaución

Fuente: Los autores

PRECAUCIÓN Este símbolo se refiere a una práctica peligrosa y insegura que

puede resultar en daños al producto y a la propiedad.

El combustible y los vapores son inflamables, pueden producir fuego, explosiones,

heridas y hasta la muerte como el resultado de prácticas incorrectas.

4.1.1 Instrucciones de seguridad con el combustible. No se deben llenar los

tanques de combustible mientras el motor esté funcionando, a menos que los

tanques estén ubicados fuera del compartimiento del motor. El contacto del

combustible con el motor y el escape calientes es una fuente potencial de peligro

de incendio.

No se debe permitir que llamas, cigarrillos, lámparas piloto, equipos que producen

chispas, u otras fuentes de encendido sean puestas próximas al grupo electrógeno

y al tanque de combustible.

Las líneas de combustible deben estar seguras y libres de escapes. La

alimentación de combustible para el motor se debe hacer por una línea flexible

102

apropiada. No se debe usar líneas de combustible revestidas con zinc o cobre con

el diesel.

Se debe asegurar de que todas las líneas de alimentación de combustible tengan

una válvula de corte efectiva.

Antes de realizar un servicio próximo a las baterías, se debe asegurar que exista

ventilación adecuada. Las baterías plomo ácidas emiten un gas hidrógeno

altamente explosivo que puede ser inflamado por chispas, etc.

4.1.2 Instrucciones de seguridad con los gases de escape. Se debe instalar un

sistema adecuado de escape para eliminar gases emitidos de áreas cerradas o

cubiertas, y de áreas donde personas se puedan reunir. Una inspección adecuada

de los niveles de ruido del escape ayudará a verificar si hay escapes por lo que

debe inspeccionar que los múltiples de escape estén seguros y que no estén

torcidos.

4.1.3 Instrucciones de seguridad con piezas en movimiento. Se debe mantener

las manos, ropas y joyas a una distancia segura de piezas en movimiento.

Antes de empezar a trabajar en el grupo electrógeno, se debe desconectar el

cargador de batería de su fuente de CA y desconectar las baterías de arranque,

empezando por el terminal negativo (-), evitando arranque accidental del grupo

electrógeno.

Asegurar que los anclajes del grupo electrógeno estén seguros. Se debe apretar

los soportes, manteniendo las protecciones en posición sobre ventiladores,

correas.

103

No se debe usar ropas anchas o joyas en las proximidades de piezas en

movimiento, o cuando esté trabajando con equipos eléctricos. La ropas anchas y

joyas se pueden prender en piezas en movimiento.

En caso de que ser necesario algún ajuste mientras la unidad esté funcionando,

se debe tener extremo cuidado con múltiples calientes, piezas en movimiento, etc.

4.1.4 Instrucciones de seguridad en ambientes explosivos. El Vapor inflamable

puede provocar exceso de revoluciones del motor y dificultar su parada,

resultando en posible incendio, explosión, graves heridas y hasta muerte.

No se debe operar un grupo electrógeno en un ambiente donde el vapor

inflamable se pueda crear por derramamiento de combustible, escapes, entre

otros, a menos que el generador esté equipado con un dispositivo de seguridad

automático para bloquear la entrada de aire y parar el motor.

4.1.5 Instrucciones de seguridad con choques eléctricos. Se debe desconectar la

fuente de energía eléctrica antes de remover los blindajes de protección o tocar en

el equipo eléctrico. Use tapetes de caucho dispuestos en plataformas secas de

madera sobre pisos de metal o concreto cuando esté próximo de equipos

eléctricos. No se debe usar ropas húmedas o mojadas (principalmente zapatos), y

se debe mantener siempre la piel seca cuando maniobre equipos eléctricos. No se

debe usar joyas que puede provocar cortocircuito en contactos eléctricos y causar

choques eléctricos quemaduras en los operarios.

Se debe tener extremo cuidado cuando trabaje con componentes eléctricos. La

alta tensión pueden causar heridas o hasta muerte.

Se debe usar etiquetas para identificar los interruptores y bloqueo en la posición

abierta para evitar cierre accidental de los mismos.

104

4.1.6 Precauciones generales de seguridad. Los líquidos de enfriamiento bajo

presión tienen un punto de ebullición más alto que el del agua por lo anterior no se

debe abrir la tapa de presión de un radiador mientras el motor esté funcionando.

Espere que el grupo electrógeno enfrié y drene primero la presión del sistema.

Se debe remover toda la grasa y aceite de la unidad. El cúmulo de grasa y aceite

puede causar sobrecalentamiento y daños al motor, lo que representa un riesgo

potencial de incendio.

Se debe mantener el grupo electrógeno y las áreas vecinas limpios y libres de

obstrucciones. Se debe remover cualquier residuo del generador y mantener el

piso limpio y seco.

Se debe evitar trabajar en el equipo cuando esté mental o físicamente fatigado, o

después de consumir cualquier tipo y cantidad de alcohol o droga que torne

insegura la operación del equipo.

Se debe usar una protección para los oídos cuando se aproxime de un grupo

electrógeno en funcionamiento.

En los anexos A,B,C y D se encontraran los cuadros resumen del mantenimiento

de grupos electrógenos para mantenimiento a las 250 horas, 500 horas, 1000

horas y 3000 horas.

105

5 CREACIÓN DE EMPRESA DE ENERGÍA EN ZONA NO INTERCONECTADA

5.1 JUSTIFICACIÓN EMPRESA DE SERVICIOS PÚBLICOS ESP

El sector eléctrico colombiano ha sufrido importantes transformaciones en los

últimos diez años. Desde comienzos de la década de los noventa, y consecuente

con las nuevas tendencias mundiales, se han puesto en práctica importantes

reformas en el modelo de desarrollo económico.

Muchas de las bases de estas reformas están consignadas en la Constitución de

1991. Allí se definieron nuevos principios de relación entre el Estado y el sector

privado. Se estableció que el Estado debería concentrar su actividad en crear

condiciones que favorecieran la inversión privada y la eficiencia económica y en

garantizar la satisfacción de las necesidades básicas de la población, dando

también una mayor autonomía a las regiones y a las autoridades locales.

En este marco se adoptaron las Leyes 141, 142 y 143, Ambiental, de Regalías, de

Servicios Públicos y Eléctrica respectivamente, así como otras disposiciones

complementarias, que crearon espacios para la participación privada en la

ejecución de importantes inversiones en infraestructura, entre ellas las de la

generación y distribución de energía eléctrica, y que asignaron al Estado las

funciones de planeación, regulación y control.

La inversión privada en el sector eléctrico ha venido en aumento, inicialmente

mediante la capitalización y venta de empresas de generación y distribución de

106

energía eléctrica y posteriormente mediante la inversión en nuevos proyectos de

generación eléctrica.

La dotación de servicios energéticos adecuados, es un requisito indispensable

para facilitar los procesos de desarrollo sostenible, tanto por su impacto directo en

los niveles de vida de los pobladores, como por su contribución a la generación de

actividades económicas.

Lo anterior da un escenario para la creación de una empresa de energía de

servicios públicos que permita a una región desarrollarse y con lo expuesto en los

capítulos anteriores sirva de apoyo en el diseño organizado de un sistema de

eléctrico municipal.

5.2 MARCO LEGAL.

La constitución de 1991 en su artículo 365 consagra “que los servicios públicos

son inherentes a la finalidad social del Estado. Es deber del Estado asegurar su

prestación eficiente a todos los habitantes del territorio nacional.

Los servicios públicos estarán sometidos al régimen jurídico que fije la ley, podrán

ser prestados por el Estado, directa o indirectamente, por comunidades

organizadas, o por particulares. En todo caso, el Estado mantendrá la regulación,

el control y la vigilancia de dichos servicios. Si por razones de soberanía o de

interés social, el Estado, mediante ley aprobada por la mayoría de los miembros

de una y otra cámara, por iniciativa del Gobierno decide reservarse determinadas

actividades estratégicas o servicios públicos, deberán indemnizar previa y

107

plenamente a las personas que en virtud de dicha ley, queden privadas del

ejercicio de una actividad lícita”1.

La expedición de las leyes 142 y 143 de 1994 permitieron la conformación de un

nuevo esquema para el sector eléctrico nacional. Dentro de los aspectos más

importantes de estas dos leyes se permitió la participación del sector privado en la

prestación de los servicios públicos, la división de la cadena de producción en

segmentos (Generación, transmisión, distribución y comercialización) y se diseñó

un sistema de regulación con la creación de la Comisión de Regulación de

Energía y Gas -CREG-, además identificó mecanismos para la defensa de la

calidad y confiabilidad del servicio a través de la Superintendencia de Servicios

Públicos.

La regulación del sector es ejercida principalmente por la Comisión de Regulación

de Energía y Gas (CREG), quien a través de resoluciones ha reglamentado la ley

143 fundamentalmente en los aspectos de reglamentación y restricciones de

participación en cada actividad, tarifas, reglamento de operación y expansión de

los sistemas.

La Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios (SSPD) es la encargada

de vigilar el comportamiento de los agentes del sector.

La Unidad de Planeamiento Minero Energético es la encargada de definir los

planes de expansión de referencia del sector, identificando las obras necesarias

especialmente en Generación y Transmisión para cubrir los requerimientos de

demanda del país.

1 Constitución Política de Colombia, 1991 artículo 365

108

La expedición de las leyes 142 y 143 de 1994 permitieron la conformación de un

nuevo esquema para el sector eléctrico nacional. Dentro de los aspectos más

importantes de estas dos leyes se permitió la participación del sector privado en la

prestación de los servicios públicos, la división de la cadena de producción en

segmentos (Generación, transmisión, distribución y comercialización) y se diseñó

un sistema de regulación con la creación de la Comisión de Regulación de

Energía y Gas -CREG-, además identificó mecanismos para la defensa de la

calidad y confiabilidad del servicio a través de la Superintendencia de Servicios

Públicos.

5.2.1 Pasos para la creación de una empresa de energía de servicios públicos.

Se debe solicitar para la conformación de una empresa de servicios públicos para

la generación de energía municipal al IPSE para que ejecute y supervise las obras

de infraestructura energética en la carrera 12 No. 84-12 de Bogota, subdirección

de concesiones y Administración de Contratos- Grupo Apoyo Empresarial, piso 8.

5.2.1.1 Requisitos para la creación

• En el caso de que la iniciativa sea de las Gobernaciones: Autorización previa de

la Asamblea Departamental

• En el caso de que la iniciativa sea de los Municipios. Autorización previa de la

Asamblea general de Socios

5.2.1.2 Documentos para la creación

• Cuando el aporte es el dinero se requiere del Certificado de Disponibilidad

Presupuestal que cubra sus aportes de capital.

• Acta de reunión de socios.

109

• Documentos soportes de prioridad de activos en el caso que los aportes sean en

especie

• Inventarios de los bienes, incluyendo, estado y valorización.

5.2.1.3 Subsidios menores descripción de tarifas. La constitución en su artículo

368 determina las entidades competentes para fijar las tarifas.

“Artículo 368. La Nación, los departamentos, los distritos, los municipios y las

entidades descentralizadas podrán conceder subsidios, en sus respectivos

presupuestos, para que las personas de menores ingresos puedan pagar las

tarifas de los servicios públicos domiciliarios que cubran sus necesidades básicas”

Los entes territoriales prestadores del Servicio de Energía Eléctrica en las Zonas

No Interconectadas (Empresas de servicios Públicos, Gobernaciones o

Municipios), presentan la solicitud a la subdirección de Concesiones y

Administración de contratos - Grupo de Apoyo Empresarial, para que los incluyan

como beneficiarios de los subsidios por menores tarifas en la distribución anual

efectuada por el IPSE.

Para lo anterior se debe cumplir los siguientes requisitos

• Certificación del alcalde, que se esté presentando el servicio de energía eléctrica.

• Certificación del alcalde que la localidad hace parte de las Zonas No

interconectadas.

• Que los usuarios de los inmuebles residenciales sean de los estratos 1,2 y 3

• Que exista correlación entre la potencia instalada y el número de usuarios que

pueda soportar el grupo electrógeno.

• Diligenciamiento del Formato de Validación de la información y actualización de

nuevos usuarios para subsidios por menores tarifas.

110

Los documentos que deben allegar los beneficiarios de la distribución de subsidios

son:

EMPRESAS DE SERVICIOS PÚBLICOS.

• Escritura pública de Constitución de la empresa

• Cédula de ciudadanía del Representante Legal

• NIT

• NUIR

• Certificación de la Cuenta Bancaria, denominada "SUBSIDIOS MENORES

TARIFAS".

• Certificado actualizado del Registro de la Cámara de Comercio.

• Acto Administrativo, mediante el cuál se le otorga facultades al Gerente para

Contratar y el Monto Autorizado.

• Firma del Convenio de distribución de subsidios por menores tarifas entre el IPSE

y la Empresa de Energía Eléctrica.

5.2.2 Solicitud de los entes territoriales para que el Ipse ejecute y supervise las

obras de infraestructura energética. En el caso que los entes territoriales

requieran de la especialización y experiencia del IPSE, para que ejecute y

supervise las obras de infraestructura energética, esto se realizará a través de un

convenio entre las partes.

Se deben cumplir los siguientes requisitos:

• Que el proyecto haya sido formulado

• Que el proyecto sea viable técnica y financieramente

Se requieren los siguientes documentos

• Solicitud escrita del Representante Legal.

• Certificado de Disponibilidad Presupuestal

111

5.3 FINANCIACIÓN

El decreto No. 2884 de diciembre 24 de 2001 reglamentó el Fondo de Apoyo

Financiero para la Energización de las Zonas no Interconectadas –FAZNI, que

tiene como objetivo financiar los planes, programas y proyectos de inversión en

infraestructura energética en las zonas no interconectadas (ZNI), propuestos y

presentados por las entidades territoriales, por las empresas prestadoras del

servicio de energía eléctrica y como resultado de su gestión en la promoción de

soluciones energéticas integrales, por el Instituto de Promoción de Soluciones

Energéticas para las Zonas no Interconectadas (IPSE).

El IPSE debe cumplir con la tarea de viabilizar técnicamente los proyectos

energéticos que presenten las entidades territoriales y las Empresas Prestadoras

del Servicio de energía eléctrica en las ZNI. La Unidad de Planeación Minero

Energética (UPME) estudiará la viabilidad financiera de todos los proyectos; a los

presentados por el IPSE además les dará el concepto de viabilidad técnica.

Los procesos de viabilización de los proyectos se regirán por los procedimientos

regulados por el FAZNI, con el fin de cumplir con los requisitos establecidos para

su registro en el Banco de Programas y Proyectos de Inversión Nacional (BPIN),

del Departamento Nacional de Planeación.

Debe tenerse en cuenta que aún para el caso de proyectos a ser financiados con

aportes del presupuesto general de la nación, o cofinanciados por las autoridades

municipales a través de los recursos disponibles para las ZNI, se requiere la

aprobación previa del Comité de Administración del FAZNI (CAFAZNI), al igual

que el cumplimiento de los procedimientos establecidos para el desembolso de los

recursos por cada fuente que utilice el solicitante para cofinanciar el plan,

programa o proyecto presentado.

112

A continuación, se muestra un resumen de los procedimientos establecidos en la

financiación de un proyecto por el FAZNI

• Los entes territoriales (departamentos, municipios y resguardos indígenas) y las

Empresas Prestadoras del Servicio de Energía presentan los planes, programas o

proyectos ante el IPSE, para la revisión inicial de documentos y análisis de

viabilidad técnica. Los planes, programas o proyectos preparados por el IPSE son

presentados a la UPME.

• El IPSE realiza el análisis técnico y genera su concepto de viabilidad técnica.

• Si el concepto es favorable, el plan, programa o proyecto pasa a análisis de

viabilidad financiera a la UPME.

• En caso que el concepto sea negativo, el plan, programa o proyecto es devuelto

a la entidad que lo haya presentado.

• La UPME recibe los planes, programas o proyectos preparados por el IPSE para

estudiar su viabilidad técnica y financiera; en los demás casos, solamente evalúa

la viabilidad financiera.

• Si el concepto de la UPME es desfavorable, el plan, programa o proyecto es

regresado al IPSE, para su devolución al ente territorial o Empresa Prestadora del

Servicio de Energía que lo haya presentado.

• Todo plan, programa o proyecto que obtenga concepto favorable de viabilidad

técnica y financiera, será registrado por la UPME en el BPIN y se transmitirá su

registro al DNP.

• En forma simultánea, el plan, programa o proyecto será remitido por la UPME,

junto con los conceptos favorables emitidos y con las fichas de registro en el BPIN,

al Secretario del CAFAZNI, quien realizará la verificación y abrirá la respectiva

carpeta para ser presentada a consideración del Comité, incluyendo un formulario

con la información básica.

• El CAFAZNI, de acuerdo con los criterios de priorización y de asignación de

recursos normalizados, y los conceptos técnico y financiero, realizará el análisis de

113

los planes, programas o proyectos que sean puestos a su consideración con el fin

de determinar la asignación de recursos.

5.4 CONFORMACIÓN ADMINISTRATIVA.

La empresa de energía de servicios públicos a conformar en la zona no

interconectada debe estar constituida por un gerente, una secretaria, un técnico y

un mensajero.

Figura No. 38 Organigrama empresa de energía municipal

Fuente: Los autores

114

5.4.1 Funciones del personal

5.4.1.1 Gerente. Es el representante legal de la compañía el cual tiene como

función representar la compañía ante la junta directiva, firmar los contratos hasta

por el monto permitido por los accionistas, velar por el desarrollo, crecimiento y

sano desempeño económico acorde con la misión y la visión de la compañía.

5.4.1.2 Secretaria. Es la persona encargada de llevar la contabilidad, facturación,

compras, nómina y centraliza la información de los pagos a proveedores y cobros

a usuarios.

5.4.1.3 Técnico. Es la persona encargada de velar por el buen estado de

operación de los grupos electrógenos diesel, su mantenimiento, operación de

acuerdo a las normas del fabricante, redes de distribución, transformadores,

seccionadores etc.

5.4.1.4 Mensajero. Es la persona que toma las lecturas en caso de existir

medidores de energía, y distribuir las cuentas de cobro o factura.

5.5 OPERATIVIDAD.

La empresa encargada del servicio de energía organizará se encargará de la

planeación y coordinación de la operación de los recursos del sistema,

administrará la comercialización de energía eléctrica, con sujeción a las normas

del reglamento de operación de servicios públicos para empresas de energías

eléctrica distribuida. El servicio de energía se prestará desde las 6 am hasta las 12

pm.

Las tarifas se ajustarán a los reglamentos vigentes sobre subsidios indicados por

el gobierno nacional a través de la CREG.

115

6 CONCLUSIONES

• En Colombia las zonas no interconectadas presentan dificultades las cuales

no permiten su fácil acceso y desarrollo, por lo que se hace necesario la

generación eléctrica con grupos electrógenos Diesel.

• Este tipo de Generación tiene costos muy elevados comparados con el

mismo proceso realizado en ciudades principales debido al alto costo del

transporte del combustible como se muestra en el capitulo 2.

• Se encontró que el combustible en un proceso de generación tiene una

participación superior al 80% de los costos totales del Kilowatio-Hora

generado, convirtiéndolo en un factor sensible a políticas de precios del

estado.

• Se logró compilar una información valiosa que le facilita al lector de este

manual conocer y tomar decisiones para la ejecución de un proyecto de

generación Diesel, incluyendo procedimientos básicos de selección,

instalación y mantenimiento, cumpliendo así el objetivo general de este

trabajo.

• En este proceso de investigación encontramos que el estado estimula la

creación de empresas municipales de Generación en zonas no

interconectadas, requiriendo una alta inversión en equipos y redes llevando

progreso y bienestar a las poblaciones.

116

• En el capitulo de Anexos se diseñó unas rutinas generales de

mantenimiento preventivo y correctivo de plantas eléctricas, las cuales

orientaran la administración y adecuada operación de los equipos,

cumpliendo con uno de los objetivos específicos planteados en este trabajo.

117

7 RECOMENDACIONES

• Se recomienda una comunicación permanente con los comercializadores

de equipos de Generación eléctrica con el fin de estar al día con las

innovaciones tecnológicas en estos.

• Es importante permanecer actualizado con la legislación vigente para la

implementación de los sistemas de Generación eléctrica establecidos por el

Gobierno.

• Se sugiere asistir a los seminarios, conferencia y congresos programados

en el país por asociaciones como ACIEM, ISA, IPSE, entre otros que

permiten mantener actualizado los conocimientos en materia de energía.

• Para compra de plantas eléctricas se recomienda acudir a empresas que

sean representantes directos de fábrica, con soporte y suficiente

permanencia en el país que garanticen el suministro adecuado de

repuestos y asistencia técnica.

• Teniendo en cuenta la gran importancia del tema planteado en esta

investigación, se sugiere darle continuidad explorando sistemas alternativos

de Generación mas limpios, tales como la generación eolica, solar, Biogás,

entre otros.

118

BIBLIOGRAFÍA

BERNAL, Cesar Augusto Metodología de la investigación para administración y

economía. Prentice Hall 2000.

CATERPILLAR. Grupos electrógenos - guía de aplicación e instalación. Estados

Unidos: Caterpillar, febrero de 1996.

UPME, Unidad de planeación minero energética. Determinación del potencial de

cogeneración en el sector terciario del país. Santafé de Bogotá: Aene Consultoría,

1998. v. 2.

CUMMINS Manual de instalación de grupos electrógenos. Guahrurus, Brasil, 2001

CONGRESO DE COLOMBIA. Régimen de servicios públicos domiciliarios.

Bogotá. Ley 142 de 1994

CONGRESO DE COLOMBIA. Régimen para la generación, interconexión,

transmisión, distribución y comercialización de electricidad en el territorio nacional

Bogotá. Ley 143 de 1994

CONGRESO DE COLOMBIA. Prevención y control de la contaminación

atmosférica y la protección de la calidad del aire. Bogotá. DECRETO 948 DEL 5

DE JUNIO DE 1995

ICONTEC, Tesis y otros trabajos de grado. 2003

ICONTEC, Código eléctrico nacional. Norma 2050. 2003

119

KOHLER, Design & Application Information.2000

Normatividad del sector eléctrico desde 1994 al 2003.

<http://www.minminas.gov.co/minminas/pagesweb.nsf?opendatabase>

Normatividad para el sector eléctrico. Resoluciones de 2002 a 2003.

<http://www.upme.gov.co/energia/normas.asp>

120

ANEXOS

Anexo A

Orden de trabajoDescripción FechaSerial HorómetroLocalización Técnico

Nota: esta información es tomada de algunos manuales de operación y mantenimiento y/o servicio de esta máquina. El período es cada 6 meses o 250 horas.Esta información unicamente corresponde a rutinas de mano de obra y no compromete el suministro de repuestos.

OK NOTAS

MEDICION1 Batería V DC.

MEDICION2 Presión de aceite psi

MEDICION3 Temperatura refrigerante °F

MEDICION4 Voltaje Generación V AC.

MEDICION5 Frecuencia Generación Hz.

MEDICION6 Amperaje Generación A.

MUESTRA7 Tome una muestra de aceite

MUESTRA8 Asegúrese de marcar bien la muestra de aceite, con las horas del equipo, la serie del

equipo, la fecha de la muestra, ubicación, etc.

CAMBIO9 De aceite y filtros. ADVERTENCIA. Guarde el filtro para inspección posterior.

LIMPIAR Y/O CAMBIO10 Del filtro primario y secundario de combustible.

ADICIONAR Y/O CAMBIO11 Adicione refrigerante ELC, si es necesario.

CHEQUEAR12 Chequear el empaque de la tapa del radiador. Cámbielo si es necesario.

DRENAR13 Drenar el tanque de combustible, para eliminar residuos y agua del tanque, (si aplica)

INSPECCION14 Revise las correas del alternador y del ventilador, Cámbielas si es necesario.

CHEQUEAR15 Ajuste tornillos de sujeción del alternador

INSPECCION16 Todas las mangueras por fugas, porosidades, o quiebres. Todas las abrazaderas

sueltas o flojas. Cámbielas si es necesario.

CHEQUEAR17 Batería, ajuste tornillos de bornes. Otras baterías adicionalmente

revisar nivel de electrolito.

LIMPIEZA18 Del respiradero del cárter del motor.

INSPECCION19 Corte los filtros de aceite viejos y revise la presencia de elementos extraños

LUBRICAR20 Lubricar el rodamiento del ventilador con grasa especial para este propósito

INSPECCION21 Revisar el indicador del filtro de aire y el filtro de aire, Cámbielo si es necesario.

INSPECCION22 De todos los ajustes de la planta

HISTORICO23 En caso de detectar alguna anomalía en el equipo, realice el informe histórico

correspondiente.

Identifiación del equipo

DESCRIPCION

RUTINAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PM-1

121

Anexo B

Orden de trabajoDescripción FechaSerial HorómetroLocalización Técnico

Nota: esta información es tomada de algunos manuales de operación y mantenimiento y/o servicioEl período es 1 año o 500 horas.Esta información unicamente corresponde a rutinas de mano de obra y no compromete el suministro de repuestos.

OK NOTAS

MEDICION1 Batería V DC.

MEDICION2 Presión de aceite psi

MEDICION3 Temperatura refrigerante °F

MEDICION4 Voltaje Generación V AC.

MEDICION5 Frecuencia Generación Hz.

MEDICION6 Amperaje Generación A.

MUESTRA7 Tome una muestra de aceite

MUESTRA8 Asegúrese de marcar bien la muestra de aceite, con las horas del equipo, la serie del

equipo, la fecha de la muestra, ubicación, etc.CAMBIO

9 De aceite y filtros. ADVERTENCIA. Guarde el filtro para inspección posterior.LIMPIAR Y/O CAMBIO

10 Del filtro primario y secundario de combustible.ADICIONAR Y/O CAMBIO

11 Adicione refrigerante ELC, si es necesario. Adicione Extender ELC a los 3 años.

CHEQUEAR12 Chequear el empaque de la tapa del radiador. Cámbielo si es necesario.

DRENAR13 Drenar el tanque de combustible, para eliminar residuos y agua del tanque, (si aplica)

INSPECCION14 Revise las correas del alternador y del ventilador, Cámbielas si es necesario.

CHEQUEAR15 Ajuste tornillos de sujeción del alternador

INSPECCION16 Todas las mangueras por fugas, porosidades, o quiebres. Todas las abrazaderas

sueltas o flojas. Cámbielas si es necesario.

CHEQUEAR17 Batería, ajuste tornillos de bornes. Otras baterías adicionalmente

revisar nivel de electrolito.

LIMPIEZA18 Del respiradero del cárter del motor.

INSPECCION19 Corte los filtros de aceite viejos y revise la presencia de elementos extraños

LUBRICAR20 Lubricar el rodamiento del ventilador con grasa especial para este propósito

INSPECCION21 Revisar el indicador del filtro de aire y el filtro de aire, Cámbielo si es necesario.

INSPECCION22 De todos los ajustes de la planta

INSPECCION23 De todos los dispositivos de protección del equipo

LUBRICAR24 Chequear y lubricar el varillaje de control de combustible con gras especial para este

propósito.

RUTINAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PM-2

Identifiación del equipo

DESCRIPCION

122

Anexo C

Orden de trabajoDescripción FechaSerial HorómetroLocalización Técnico

Nota: esta información es tomada de algunos manuales de operación y mantenimiento y/o servicioEl período es 2 años o 1000 horas.Esta información unicamente corresponde a rutinas de mano de obra y no compromete el suministro de repuestos.

OK NOTAS

MEDICION1 Batería V DC.

MEDICION2 Presión de aceite psi

MEDICION3 Temperatura refrigerante °F

MEDICION4 Voltaje Generación V AC.

MEDICION5 Frecuencia Generación Hz.

MEDICION6 Amperaje Generación A.

MUESTRA7 Tome una muestra de aceite

MUESTRA8 Asegúrese de marcar bien la muestra de aceite, con las horas del equipo, la serie del

equipo, la fecha de la muestra, ubicación, etc.

CAMBIO9 De aceite y filtros. ADVERTENCIA. Guarde el filtro para inspección posterior.

LIMPIAR Y/O CAMBIO10 Del filtro primario y secundario de combustible.

ADICIONAR Y/O CAMBIO11 Adicione refrigerante ELC, si es necesario. Adicione Extender ELC a los 3 años.

CHEQUEAR12 Chequear el empaque de la tapa del radiador. Cámbielo si es necesario.

DRENAR13 Drenar el tanque de combustible, para eliminar residuos y agua del tanque, (si aplica)

INSPECCION14 Revise las correas del alternador y del ventilador, Cámbielas si es necesario.

CHEQUEAR15 Ajuste tornillos de sujeción del alternador

INSPECCION16 Todas las mangueras por fugas, porosidades, o quiebres. Todas las abrazaderas

sueltas o flojas. Cámbielas si es necesario.

CHEQUEAR17 Batería, ajuste tornillos de bornes. Otras baterías adicionalmente

revisar nivel de electrolito.

LIMPIEZA18 Del respiradero del cárter del motor.

INSPECCION19 Corte los filtros de aceite viejos y revise la presencia de elementos extraños

LUBRICAR20 Lubricar el rodamiento del ventilador con grasa especial para este propósito

INSPECCION21 Revisar el indicador del filtro de aire y el filtro de aire, Cámbielo si es necesario.

INSPECCION22 De todos los ajustes de la planta

INSPECCION23 De todos los dispositivos de protección del equipo

LUBRICAR24 Chequear y lubricar el varillaje de control de combustible con gras especial para este

propósito.

RUTINAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PM-3

Identifiación del equipo

DESCRIPCION

123

Anexo D

Orden de trabajoDescripción FechaSerial HorómetroLocalización Técnico

Nota: esta información es tomada de algunos manuales de operación y mantenimiento y/o servicioEl período es 6 años o 3000 horas.Esta información unicamente corresponde a rutinas de mano de obra y no compromete el suministro de repuestos.

OK NOTAS

MEDICION1 Batería V DC.

MEDICION2 Presión de aceite psi

MEDICION3 Temperatura refrigerante °F

MEDICION4 Voltaje Generación V AC.

MEDICION5 Frecuencia Generación Hz.

MEDICION6 Amperaje Generación A.

MUESTRA7 Tome una muestra de aceite

MUESTRA8 Asegúrese de marcar bien la muestra de aceite, con las horas del equipo, la serie del

equipo, la fecha de la muestra, ubicación, etc.CAMBIO

9 De aceite y filtros. ADVERTENCIA. Guarde el filtro para inspección posterior.LIMPIAR Y/O CAMBIO

10 Del filtro primario y secundario de combustible.ADICIONAR Y/O CAMBIO

11 Adicione refrigerante ELC, si es necesario. Adicione Extender ELC a los 3 años.

CHEQUEAR12 Chequear el empaque de la tapa del radiador. Cámbielo si es necesario.

DRENAR13 Drenar el tanque de combustible, para eliminar residuos y agua del tanque, (si aplica)

INSPECCION14 Revise las correas del alternador y del ventilador, Cámbielas si es necesario.

CHEQUEAR15 Ajuste tornillos de sujeción del alternador

INSPECCION16 Todas las mangueras por fugas, porosidades, o quiebres. Todas las abrazaderas

sueltas o flojas. Cámbielas si es necesario.CHEQUEAR

17 Batería, ajuste tornillos de bornes. Otras baterías adicionalmenterevisar nivel de electrolito.

LIMPIEZA18 Del respiradero del cárter del motor.

INSPECCION19 Corte los filtros de aceite viejos y revise la presencia de elementos extraños

LUBRICAR20 Lubricar el rodamiento del ventilador con grasa especial para este propósito

INSPECCION21 Revisar el indicador del filtro de aire y el filtro de aire, Cámbielo si es necesario.

INSPECCION22 De todos los ajustes de la planta

INSPECCION23 De todos los dispositivos de protección del equipo

LUBRICAR24 Chequear y lubricar el varillaje de control de combustible con gras especial para este

propósito.

RUTINAS DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO PM-4

Identifiación del equipo

DESCRIPCION