Introducción.- Cuando encendemos una bombilla, una televisión o cualquier aparato que funcione con electricidad, estamos haciendo uso de una de las fuentes de energía más apreciadas e importantes que la humanidad a podido “crear”, y es que sin la electricidad, la civilización que hoy conocemos no seria posible, es decir progreso y calidad de vida.
Hoy en día las centrales eléctricas son las que generan la energía para nuestro uso personal en el hogar, en las infraestructuras y las industrias.
La energía eléctrica, tal y como la conocemos hoy en día, la producen grandes alternadores de corriente alterna instalados en las centrales eléctricas, y estas a su vez, necesitan de otro tipo de energía, la mecánica, para que pueda contribuir al movimiento del alternador. Por eso cuando la demanda de electricidad es tan grande, en determinadas circunstancias, se hace el uso de maquinas para que suplan ese déficit o, por otra parte, cuando sufrimos un corte de suministro eléctrico.
Estas maquinas son conocidas como grupos electrógenos o de emergencia, y son maquinas que mueven un generador a través de un motor de combustión interna.
Utilidades de un grupo electrógeno.- Una de las utilidades más comunes es la de generar electricidad en aquellos lugares donde no hay suministro eléctrico, como son las zonas apartadas con pocas infraestructuras y muy poco habitadas.
Otro caso seria en los locales de pública concurrencia, como son, los hospitales, frabricas, etc., que cuando se produzcan faltas de energía eléctrica de la red, tengan otra fuente de energía para abastecerse.
Partes de un grupo electrógeno.- Un grupo electrógeno consta de las siguientes partes:
Motor diesel.- El motor diesel es el que acciona el grupo electrógeno, ha sido seleccionado por su fiabilidad y por el hecho de que se ha diseñado específicamente para este fin. La potencia útil que se quiera suministrar nos la proporciona el motor, por lo tanto, si queremos una determinada potencia, tendremos que elegir el motor que cumpla las condiciones que nosotros queremos.
Sistema eléctrico del motor.- El sistema eléctrico del motor es de 12 Vcc, excepto aquellos motores los cuales son alimentados a 24 Vcc, el negativo siempre a masa. El sistema consta de un motor de arranque, unas baterías libres de mantenimiento (acumuladores de plomo), sin embargo, es posible la instalación de otros tipos de baterías si se así se especifica, además de los sensores y dispositivos de alarmas de los que disponga el motor.
Normalmente, el motor dispone de un monocontacto de presión de aceite, un termocontacto de temperatura y de un contacto en el alternador de carga del motor para detectar un posible fallo de carga en la batería.
Sistema de refrigeración.- El sistema de refrigeración del motor puede ser de varias formas por agua, por aceite o aire.
Sistema de refrigeración por aire.- Consiste en un ventilador de gran capacidad que hace pasar aire frío a lo largo del motor para enfriarlo.
Sistema de refrigeración agua/aceite.- Consta de un radiador, y un ventilador para enfriar sus propios componentes.
Alternador.- La energía eléctrica saliente se produce por medio de un alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas acoplado con precisión al motor, también se pueden acoplar alternadores con escobillas para aquellos grupos cuyo funcionamiento vaya a ser limitado, y en ninguna circunstancia, forzado a regimenes mayores.
Deposito de combustible y bancada.- El motor y el alternador están acoplados y montados sobre una bancada de acero de gran resistencia.
La bancada incluye un depósito de combustible con una capacidad minima de 8 h de funcionamiento a plena carga.
Aislamiento de la vibración.- El grupo electrógeno esta dotado de tacos antivibrantes diseñados para reducir las vibraciones transmitidas por el grupo motor-alternador. Estos aisladores están colocados entre la base del motor, del alternador, del cuadro de mando y la bancada.
Silenciador y sistema de escape.- El silenciador de escape va instalado en el grupo electrógeno. El silenciador y el sistema de escape reducen la emisión de ruidos producidos por el motor.
Sistema de control.- Es posible instalar diferentes tipos de paneles y sistemas de control, para controlar el funcionamiento y salida del grupo y para protegerlo contra posibles fallos en el funcionamiento. El manual del sistema de control proporciona la información detallada del sistema que esta instalado en el grupo electrógeno.
Interruptor automático de salida.- Como protección al alternador, se suministra un interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del grupo electrógeno mediante control manual.
Para los grupos electrógenos con control automático se protege el alternador mediante unos contactores adecuados al modelo y régimen de salida.
Otros accesorios instalables en un Grupo Electrógeno.- Además de lo anteriormente citado, existen otros dispositivos que nos ayudarían a controlar y mantener, de una forma automática, el correcto funcionamiento del mismo.
Para la regulación automática de la velocidad del motor se emplea una tarjeta electrónica de control para la señal de entrada “pick up” y salida del “actuador”.
El pick-up es un dispositivo magnético que se instala justo en el engranaje situado en el motor, y este, a su vez, esta acoplado al engranaje del motor de arranque, detecta la velocidad del motor, produce una salida de voltaje debido al movimiento del engranaje que se mueve a través del campo magnético de la punta del pick-up, por lo tanto, debe haber una correcta distancia entre la punta del pick-up, y el engranaje del motor.
El actuador sirve para controlar la velocidad del motor en condiciones de carga, cuando la carga es muy elevada la velocidad del motor aumenta para proporcionar la potencia requerida y, cuando la carga es baja, la velocidad disminuye, es decir, el fundamento del actuador es la de controlar de forma automática el régimen de velocidad del motor sin aceleraciones bruscas, generando la potencia del motor de forma continua.
Normalmente el actuador se acopla al dispositivo de entrada del fuel-oil del motor.
Cuando el grupo se encuentra en un lugar muy apartado del operario y funciona las 24 h del día es necesario instalar un mecanismo para reestablecer el combustible gastado.
Consta de los siguientes elementos:
Una bomba de trasiego.- Es un motor eléctrico de 220 Vca en el que va acoplado una bomba que es la encargada de suministrar combustible al deposito.
Una boya indicadora de nivel máximo y mínimo.- Cuando detecta un nivel muy bajo de combustible en el depósito activa la bomba de trasiego.
Cuando las condiciones de frío en el ambiente son intensas se dispone de un dispositivo calefactor denominado resistencia de precaldeo que ayuda al arranque del motor.
Los grupos electrógenos refrigerados por aire suelen emplear un radiador eléctrico, el cual se pone debajo del motor, de tal manera que mantiene el aceite a una cierta temperatura. En los motores refrigerados por agua la resistencia de precaldeo va acoplada al circuito de refrigeración, esta resistencia se alimenta de 220 Vca y calienta el agua de refrigeración para calentar el motor.
Esta resistencia dispone de un termostato ajustable, en el seleccionamos la temperatura adecuada para que el grupo arranque en breves segundos.
El motor.- El motor representa nuestra fuente de energía mecánica para que el alternador gire y genere electricidad. Existen dos tipos de motores, de gasolina y de gasoil o diesel. Generalmente los motores diesel son los más utilizados en los grupos electrógenos por sus prestaciones mecánicas, ecológicas y económicas.
Regulación del motor.- El regulador del motor es un dispositivo mecánico diseñado para mantener una velocidad constante del motor con relación a los requisitos de carga. La velocidad del motor esta directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variación de la velocidad del motor afectara a la frecuencia de la potencia de salida.
El alternador (fuente de energía eléctrica).- Si hacemos girar una espira, donde los extremos estén unidos a dos anillos, bajo un campo magnético Norte-Sur, se genera un f.e.m alterna, el valor de dicha frecuencia dependerá de la velocidad de giro para un determinado número de polos. Dado que el uso de los Grupos electrógenos es la corriente trifásica, a continuación se explicara su funcionamiento.
Si se montan tres bobinas, desfasadas 120º entre si, y se les hace girar dentro de un campo magnético Norte-Sur, se crea una f.e.m alterna en cada una de ellas desfasadas 120º.
Los alternadores reales disponen, en el inducido, de bobinados de corriente alterna monofásicos o trifásicos, según ser generen 1 ó 3 f.em.s. Cada bobinado, por ser abierto tiene un principio y un final, en los bobinados trifásicos los principios se designan con las letras U,V,W y los finales con X,Y,Z.
En los monofásicos el principio es U y el final es X.
Existen dos tipos fundamentales de conexión de un alternador, que son los siguientes:
Conexión estrella.- Para conectar el bobinado en estrella se unen los finales XYZ de las tres fases formando un punto común que es el neutro, dejando libres los tres principios UVW. Con esta conexión se consigue 380 V entre dos fases y 220 V entre fase y neutro.
Conexión triangulo.- En la conexión en triangulo se une el final de cada fase con el principio de la siguiente X con V, Y con W y Z con U. La diferencia potencial que existe entre fase y fase es de 220 V.
Existen generadores con 12 cables de salida para permitir diferentes valores de tensión (230, 400,460,800 V). Los generadores deber ser siempre conectados a tierra con un conducto de sección adecuada (normalmente suele ser la mitad de la sección de los cables principales de alimentación), utilizando uno de los dos bornes (interno/externo) previstos para la misma. La potencia suministrada por un alternador trifásico ya este conectado entre estrella o en triangulo: P=RC (raíz cuadrada)3*V*I.
De forma general y para potencias más o menos elevadas se utilizan alternadores auto excitados sin escobillas que eliminan el mantenimiento relacionado con las escobillas y los anillos colectores.
El sistema de control consta de un regulador automático de voltaje, circuitos de protección y los instrumentos necesarios para poder controlar la salida del Grupo Electrógeno.
La energía eléctrica producida por el grupo electrógeno proviene de un sistema de bucle cerrado que consiste principalmente en el rotor inductor, el campo de inducción giratorio y el regulador automático. El proceso comienza cuando el motor empieza a girar los componentes internos del alternador. El magnetismo remanente en el rotor principal produce un pequeño voltaje alternante en el estator principal. El regulador automático de voltaje (AVR [RAV]) rectifica este voltaje y lo aplica al estator de la excitación. Esta corriente continua en el estator de hesitación crea un campo magnético, que a su vez, induce un voltaje en corriente alterna en el rotor de excitación.
Este voltaje en C.A se convierte otra vez en C.C, por medio de los diodos giratorios (conjunto rectificador).Cuando este voltaje de C.C. aparece en el rotor principal, se crea un campo magnético mas fuerte que el campo remanente original lo que induce un voltaje mayor en el estator principal.
Este mayor voltaje circula a través del sistema induciendo aun mayor voltaje c.c. de vuelta al rotor principal.
Este ciclo se repite para acumular un voltaje próximo al nivel de salida adecuado del grupo electrógeno. En este punto el regulador automático de voltaje comienza a limitar el voltaje que pasa al estator de excitación que, a su vez, limita la potencia de salida del alternador.
Generadores controlados por transformador.- El estator principal proporciona energía para excitar el campo de excitación por medio del transformador rectificador.
El transformador combina elementos de tensión y corriente derivados de la salida del estator principal para formar la base de un sistema de control de circuito abierto, el cual es de naturaleza autorregulador.
El propio sistema compensa las magnitudes de intensidad y factor de potencia, mantiene la corriente de cortocircuito y tiene adicionalmente buenas características de arranques de motores eléctricos.
Los alternadores trifásicos suelen estar controlados por un transformador trifásico para mejorar el comportamiento con cargas desequilibradas.
Arranque manual o automático.
Arranque manual.-Se produce a nuestra voluntad, esto quiere decir que cuando queramos disponer de electricidad generada por el grupo electrógeno lo haremos arrancar de forma manual.
Generalmente el accionamiento de arranque se suele realizar mediante una llave de contacto o pulsador de arranque de una centralita electrónica con todas las funciones de vigilancia.
Cuando se produzca un calentamiento del motor, cuando falte combustible o cuando la presión de aceite del motor sea muy baja, la centralita lo detectara parando el motor automáticamente.
Existen centrales automáticas que funcionan tanto en modo manual o automático, estas centralitas o cuadros electrónicos detectan un fallo en la red de suministro eléctrico, obligando el arranque inmediato del grupo electrógeno.
Normalmente en los grupos automáticos se instalan cajas predispuestas que contienen básicamente un relé de paro y otro de arranque, además de tener instalados en el conector todos los sensores de alarma y reloj de los que disponga el grupo electrógeno.
Instalando aparte un cuadro automático en el que van instalados los accionamientos de cambio de red a grupo electrógeno.
Mantenimiento del motor.- Aunque cada motor incluye un manual de operación para su correcto mantenimiento, destacaremos los aspectos principales para un buen mantenimiento del motor.
Controlar el nivel de aceite.- El motor debe estar nivelado horizontalmente, se debe asegurar que el nivel esta entre las marcas MIN y MAX de la varilla. Si el motor esta caliente se habrá de esperar entre 3 y 5 minutos después de parar el motor.
Aceite y filtros de aceite.- Respete siempre el intervalo de cambio de aceite recomendado y sustituya el filtro de aceite al mismo tiempo. En motores parados no quite el tapón inferior.
Utiliza una bomba de drenado de aceite para absorber el aceite.
Limpia las fijaciones del filtro para que no caiga dentro suciedad al instalar el filtro nuevo.
Quita el tapon inferior con una junta nueva.
Quita el o los filtros. Comprueba que no quedan las juntas en el motor.
Llena los nuevos filtros con aceite del motor y pulverice las juntas. Atornilla el filtro a mano hasta que la junta toque las superficies de contacto. Después gira otra media vuelta. Pero no más.
Añade aceite hasta el nivel correcto. No sobrepases el nivel de la marca MAX.
Arranca el motor. Comprueba que no hay fugas de aceite alrededor del filtro. Añade mas si es necesario.
Haz funcionar el motor a temperatura normal de funcionamiento.
Filtro del aire. Comprobación/sustitución.- El filtro del aire debe sustituirse cuando el indicador del filtro así lo indique. El grado de suciedad del filtro del aire de admisión depende de la concertación del polvo en el aire y del tamaño elegido del filtro. Por lo tanto los intervalos de limpieza no se pueden generalizar, si no que es preciso definirlos para cada caso individual.
Correas de elementos auxiliares. Comprobación y ajuste.- La inspección y ajuste deben realizarse después de haber funcionado el motor, cuando las correas están calientes. Afloje los tornillos antes de tensar las correas del alternador. Las correas deberán ceder 10 mm entre las poleas. Las correas gastadas que funcionan por pares deben cambiarse al mismo tiempo. Las correas del ventilador tienen un tensor automático y no necesitan ajuste. Sin embargo, el estado de las correas debe ser comprobado.
Sistema de refrigeración.- El sistema de refrigeración debe llenarse con un refrigerante que proteja el motor contra la corrosión interna y contra la congelación si el clima lo exige. Nunca utilice agua sola. Los aditivos anticorrosión se hacen menos eficaces con el tiempo. Por tanto, el refrigerante debe sustituirse. El sistema de refrigeración debe lavarse al sustituir el refrigerante, para ello consulte el manual del motor el lavado del sistema de refrigeración.
Filtro de combustible. Sustitución.- Limpieza: no deben entrar en suciedad o contaminantes al sistema de inyección de combustible. La sustitución del combustible debe llevarse a cabo con el motor en frío para evitar el riesgo de incendio causado al derramarse combustible sobre superficies calientes. Quita los filtros. Lubrica la junta del filtro con un poco de aceite. Enrosca el filtro a mano hasta que la junta toque la superficie de contacto. Después aprieta otra media vuelta, pero no más. Purga el sistema de combustible y deshazte del filtro antiguo de forma apropiada para su eliminación.
Mantenimiento del alternador.- Durante el mantenimiento rutinario, se recomienda la atención periódica al estado de los devanados (sobre todo a los que han estado inactivos durante mucho tiempo)y de los cojinetes.
Para los generadores con escobillas se habrá de revisar el desgaste de las escobillas y la limpieza de los anillos rozantes.
Cuando los generadores estén provistos de filtros de aire, se requiere una inspección y mantenimiento periódico de los mismos.
Estado de los devanados.- Se puede determinar el estado de los devanados midiendo la resistencia de aislamiento a tierra, es decir, la resistencia ohmica que ofrece la carcasa de la maquina respecto a tierra.
Esta resistencia se altera cuando hay humedad o suciedad en los devanados, por lo tanto, la medición de aislamiento del generador nos indicara el estado actual del devanado.
El aparato utilizado para medir aislamientos es le megohmetro o megger. La AVR debe estar desconectado en el caso de que le generador sea del tipo autoexcitado. Para que las medidas tengan su valor exacto la maquina debe estar parada.
Es difícil asegurar cuanto es el valor de la resistencia de aislamiento de un generador, pero como norma a seguir se utiliza la siguiente formula:
R (resistencia en megaohmios)=Tensión nominal en V. /Potencia nominal en KW+1000. Siempre y cuando la maquina este en caliente, es decir, en pleno funcionamiento.
Para medir la resistencia de aislamiento se conecta el polo positivo del megohmetro a uno de los bornes del motor y el negativo a su masa metálica, hacemos mover la manivela del megohmetro si la tuviera, ya que existen megohmetros digitales, y se observara que la aguja se mueve hacia una posición de la escala hasta que se nota que resbala y en ese mismo momento se lee directamente la resistencia de aislamiento en la escala del aparato.
Durante la medida, el generador debe separarse totalmente de la instalación, desconectándose de la misma. Si la resistencia de aislamiento resulta menor que la propia resistencia del devanado, seria imprescindibles secarlos.
Se puede llevar a cabo el secado dirigiendo aire caliente procedente de un ventilador calentador o aparato similar a través de las rejillas de entrada y/o salida de aire del generador, aunque otro método rápido y eficaz seria el secado mediante un horno por calentamiento de resistencias.
Alternativamente, se pueden cortocircuitar los devanados del estator principal, provocando un cortocircuito total trifásico en los bornes principales con el grupo electrógeno en marcha.
Con este método se consigue secar los bobinados en muy poco tiempo, aunque para ello debe consultarse el método y la forma de realizarlo según el tipo de alternador en el manual correspondiente.
Cojinetes.- Todos los cojinetes son de engrase permanente para un funcionamiento libre de mantenimiento.
Durante una revisión general, se recomienda, comprobarlos por desgaste o perdida de aceite y reemplazarlos si fuera necesario. También se recomienda comprobar periódicamente si se recalientan los cojinetes o si producen excesivo ruido durante su funcionamiento útil. En caso de verificar vibraciones excesivas después de un cierto tiempo.
Esto seria debido al desgaste del cojinete, en cuyo caso conviene examinarlo por desperfectos o perdidas de grasa y reemplazarlos si fuese necesario.
En todo caso se deben reemplazar los cojinetes después de 40000h en servicio.
Los cojinetes en generadores accionados por polea están sometidos a mas fuerzas que cojinetes en generadores accionados directamente. Por lo tanto, los cojinetes deben ser reemplazados después de 25000h en servicio.
Anillos rozantes y escobillas.- Muy a menudo el chisporroteo en las escobillas se debe a la suciedad en los anillos rozantes, o a alguna otra causa mecánica, para ello, hay que examinar la posición de las escobillas de manera que han de tocar los anillos rozantes en toda su superficie, así mismo, deben reemplazarse cuando se ha gastado una cuarta parte de su longitud.
Además se han de limpiar a fondo los anillos rozantes de forma cíclica, quitándoles todo el polvo o suciedad que los cubra, y en especial cuando se cambian las escobillas.
Mantenimiento de las baterías.- Consta de las siguientes partes.
Llenado.- Se tendrá que añadir electrolito, previamente mezclado, el cual se suministra junto con el grupo electrógeno.
Quitar los tapones y llenar cada celda con el electrolito hasta que el nivel del mismo este a 8 mm por encima del borde de los separadores.
Dejar reposar la batería durante 15 min.
Comprobar y ajustar el nivel si fuese necesario.
Transcurridos 30 min. después de haber introducido el líquido electrolítico en la batería esta se encuentra preparada para su puesta en funcionamiento.
Rellenado.- El uso normal y la carga de baterías tendrá como efecto una evaporación del agua. Por tanto, tendrá que rellenarse la batería de vez en cuando.
Primero.- limpiar la batería para evitar que entre suciedad y después quitar los tapones.
Añadir agua destilada hasta que el nivel este a 8 mm por encima de los separadores.
Volver a colocar los separadores.
Comprobación de la carga.- Para comprobar la carga de una batería se emplea un densímetro el cual comprueba la densidad del electrolito, este deberá medir de 1,24 a 1,28 cuando este totalmente cargada, de 1,17 a 1,22 cuando esta medianamente cargada y de 1,12 a 1,14 cuando esta descargada.
