Dimensionar un generador diésel consiste en sumar los kW de funcionamiento de todas las cargas, tener en cuenta la corriente adicional que consumen los motores al arrancar, convertir el resultado a kVA con el factor de potencia de 0.8 del generador y, después, elegir un grupo cuya potencia de emergencia o principal según ISO 8528-1 cubra esa demanda con un margen razonable. Por ejemplo, una carga mixta de 100 kW con un motor grande suele necesitar un grupo de al menos 125 kVA, y a menudo mayor cuando se incluyen el arranque del motor y un margen del 10–25 por ciento.
Puntos clave
- Los kVA representan la potencia aparente y los kW la potencia activa; en un grupo electrógeno trifásico, los kVA equivalen a los kW divididos por el factor de potencia, normalmente 0.8, por lo que 100 kW equivalen a 125 kVA.
- Según ISO 8528-1, la potencia de emergencia se limita a unas 200 horas al año con una carga media no superior al 70 por ciento; la potencia principal permite horas ilimitadas con una carga variable cuya media no supere el 70 por ciento.
- Los motores de inducción con arranque directo suelen consumir al arrancar unas seis veces su corriente de funcionamiento, lo que a menudo determina el tamaño del grupo electrógeno más que la carga de funcionamiento.
- Hacer funcionar un grupo electrógeno diésel durante periodos prolongados por debajo de aproximadamente el 30 por ciento de carga entraña el riesgo de acumulación de combustible sin quemar en el escape, por lo que el sobredimensionamiento tiene consecuencias.
- La altitud y las temperaturas ambiente elevadas reducen la potencia; consulte siempre la tabla de reducción de potencia de la ficha técnica.
kW frente a kVA: ¿cuál es la diferencia?
Los kW (kilovatios) representan la potencia activa que realiza trabajo, mientras que los kVA (kilovoltamperios) representan la potencia aparente total que debe suministrar el alternador, incluida la corriente reactiva consumida por motores y transformadores. Ambas se relacionan mediante el factor de potencia (PF): kW = kVA × PF.
Los generadores trifásicos casi siempre se especifican con un PF de 0.8, por lo que un grupo de 500 kVA entrega 400 kW. Las unidades portátiles monofásicas suelen especificarse con un PF de 1.0, razón por la que sus valores de kW y kVA coinciden. El motor se dimensiona en kW, porque esa es la potencia mecánica que debe proporcionar, mientras que el alternador se dimensiona en kVA y corriente.
En los sistemas trifásicos, la corriente se calcula así: amperios = kVA × 1000 ÷ (1.732 × tensión de línea). La tabla muestra tamaños habituales de generadores con un PF de 0.8.
| Potencia nominal (kW) | Potencia nominal (kVA con PF de 0.8) | Amperios a plena carga a 400 V | Amperios a plena carga a 480 V | Uso habitual |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 25 | 36 | 30 | Pequeño comercio, instalación de telecomunicaciones, estación de bombeo |
| 50 | 62.5 | 90 | 75 | Pequeño edificio comercial, casetas de obra |
| 100 | 125 | 180 | 150 | Taller, cámara frigorífica, pequeña línea de producción |
| 200 | 250 | 361 | 301 | Fábrica mediana, hotel, obra de construcción |
| 400 | 500 | 722 | 601 | Gran edificio comercial, planta de cantera |
| 600 | 750 | 1,083 | 902 | Ala de hospital, planta de procesos |
| 2,000 | 2,500 | 3,608 | 3,007 | Módulo de centro de datos, mina, apoyo a la red eléctrica |
Emergencia, principal o continua: ¿qué potencia nominal necesito?
Elija la categoría de potencia según las horas de funcionamiento del generador y la estabilidad de la carga. ISO 8528-1 define las categorías siguientes; cada fabricante puede añadir las suyas, como una categoría para centros de datos, por lo que debe leer la definición de la ficha técnica.
| Categoría de potencia según ISO 8528-1 | Horas anuales | Perfil de carga | Sobrecarga | Uso habitual |
|---|---|---|---|---|
| Potencia de emergencia (ESP) | Hasta unas 200 h/año | Variable, con una media de hasta el 70% en 24 h | Ninguna | Respaldo durante cortes de la red eléctrica |
| Potencia de funcionamiento por tiempo limitado (LTP) | Hasta unas 500 h/año | Constante, hasta el 100% | Ninguna | Reducción de picos de demanda, cortes programados |
| Potencia principal nominal (PRP) | Ilimitadas | Variable, con una media de hasta el 70% en 24 h | Normalmente el 10% durante 1 h de cada 12 h | Instalaciones sin conexión a la red, construcción, minas |
| Potencia de funcionamiento continuo (COP) | Ilimitadas | Constante, hasta el 100% | Ninguna | Centrales de carga base, funcionamiento en paralelo con la red |
Un mismo grupo tiene una potencia de emergencia superior a su potencia principal, a menudo en torno al 10 por ciento. Por tanto, un grupo de "100 kW" de emergencia es una máquina más pequeña que un grupo de "100 kW" de potencia principal. Al comparar cotizaciones, compare siempre la misma categoría de potencia.
¿Cómo se dimensiona un generador diésel paso a paso?
Un dimensionamiento correcto sigue la misma secuencia tanto para un generador eléctrico de 20 kW como para una planta de 2000 kW:
- Enumere todas las cargas con sus kW o kVA nominales, tensión, número de fases y factor de potencia. Utilice placas de características o datos medidos, en lugar de la capacidad de los interruptores automáticos.
- Separe las cargas de funcionamiento de las cargas de arranque. Los motores, compresores, bombas y ascensores necesitan kVA adicionales durante el arranque; la iluminación, los calefactores y los equipos electrónicos no.
- Decida qué cargas funcionan simultáneamente. Aplique un criterio realista de simultaneidad, pero considere siempre activas las cargas de seguridad de las personas y las críticas para el proceso.
- Planifique la secuencia de conexión de cargas. Si el conmutador de transferencia o el controlador puede conectar las cargas por etapas, el grupo electrógeno solo necesita absorber de una vez el mayor escalón, no la carga total.
- Compruebe el mayor escalón frente a la respuesta transitoria. El grupo debe recuperar la tensión y la frecuencia dentro de los límites tolerados por las cargas. ISO 8528 define para ello las clases de comportamiento G1 a G4, siendo G2 habitual para suministros comerciales y G3 para cargas sensibles.
- Tenga en cuenta las cargas no lineales. Los sistemas UPS, los variadores de frecuencia (VFD) y los controladores LED generan armónicos; a menudo se sobredimensionan los alternadores para alimentarlos.
- Aplique la reducción de potencia por las condiciones del emplazamiento debida a la altitud, la temperatura ambiente y la calidad del aire.
- Añada un margen de aproximadamente el 10–25 por ciento para futuras ampliaciones y, después, elija la categoría de potencia correspondiente al servicio.
El software de dimensionamiento del fabricante realiza los pasos 2 a 7 de forma detallada. Una estimación manual aproximada resulta útil, pero en instalaciones críticas utilice el software o recurra a un ingeniero eléctrico.
¿Cómo afectan las cargas de arranque de los motores al tamaño del grupo electrógeno?
El arranque de motores suele ser el factor decisivo al dimensionar un generador diésel. Un motor de inducción con arranque directo suele consumir al arrancar unas seis veces su corriente a plena carga, con un factor de potencia bajo, por lo que un motor de 50 kW puede demandar brevemente varios cientos de kVA. Si el generador no puede suministrarlos, la tensión cae considerablemente, los contactores se desactivan y el motor puede bloquearse.
Formas de reducir el tamaño del grupo electrógeno necesario para alimentar motores:
- Utilice arrancadores suaves o variadores de frecuencia, que pueden reducir considerablemente los kVA de arranque.
- Arranque primero el motor más grande, mientras el grupo tenga poca carga.
- Escalone los arranques de los motores mediante temporizadores en el controlador.
- Elija un alternador con mayor capacidad de arranque de motores; el tamaño de la carcasa del alternador, más que el tamaño del motor diésel, suele limitar los kVA de arranque.
¿Generador trifásico o monofásico?
La mayoría de los grupos electrógenos industriales y comerciales de más de unos 20 kW son trifásicos. Un generador trifásico entrega potencia de forma más uniforme, utiliza menos cobre para la misma potencia y alimenta directamente motores trifásicos. Los grupos monofásicos son adecuados para viviendas, pequeños comercios y herramientas ligeras.
Las tensiones trifásicas habituales son 400/230 V a 50 Hz en Europa, China, gran parte de Asia y África, y 480/277 V o 208/120 V a 60 Hz en Norteamérica. Un generador de 480 V para una planta estadounidense y uno de 400 V para exportación pueden compartir el mismo motor, pero necesitar devanados del alternador, ajustes de velocidad del regulador y ajustes de tensión diferentes, ya que un grupo de cuatro polos funciona a 1500 rpm para 50 Hz y a 1800 rpm para 60 Hz.
¿Cómo produce electricidad un generador?
Un generador produce electricidad por inducción electromagnética. El motor diésel hace girar el rotor del alternador, que lleva un campo magnético alimentado por una excitatriz; al pasar este campo frente a los devanados del estator, induce en ellos una tensión alterna. En un alternador trifásico, los tres devanados del estator están separados 120 grados, lo que genera tres ondas de tensión superpuestas. El regulador automático de tensión ajusta la excitación para mantener estable la tensión, y el regulador del motor mantiene constante la velocidad y, por tanto, la frecuencia cuando cambia la carga.
¿Por qué es un problema un generador diésel sobredimensionado?
Un grupo sobredimensionado cuesta más y puede dañarse por funcionar con una carga demasiado baja, por lo que un buen dimensionamiento de un generador diésel busca que el grupo trabaje con una carga adecuada la mayor parte del tiempo. Los motores diésel que funcionan durante periodos prolongados por debajo de aproximadamente el 30 por ciento de carga pueden no alcanzar la temperatura de combustión completa, por lo que se acumulan combustible sin quemar y hollín en el escape, un fenómeno conocido como acumulación húmeda en el escape. Esto provoca acumulación de carbonilla, dilución del aceite y obstrucción del sistema de postratamiento.
Si las cargas varían considerablemente, pueden utilizarse dos o más grupos en paralelo, a veces denominados conjunto doble, para ajustar el funcionamiento a la demanda. En servicio de potencia principal, un objetivo habitual es que el grupo funcione en torno al 50–80 por ciento de su potencia principal la mayor parte del tiempo.
Selección del motor según la potencia nominal
Los fabricantes de grupos electrógenos seleccionan primero el motor por su potencia principal y de emergencia a 1500 o 1800 rpm. Los motores de seis cilindros, como el motor 6BTA para grupos electrógenos con potencia nominal de 92 kW o la familia 6CTA8.3, son habituales en grupos de aproximadamente 100–250 kVA, mientras que motores mayores, como la plataforma KTA19 de 19 litros, son una base común para grupos de mayor potencia. Confirme la potencia específica para grupos electrógenos, y no una potencia para construcción o uso marino, antes de seleccionar un alternador compatible. Consulte más información en la página de motores diésel, nuestra guía de generadores diésel industriales y la guía de dimensionamiento de generadores marinos para embarcaciones.
MARS suministra motores para grupos electrógenos con una prueba de funcionamiento, un informe escrito y un video antes del despacho. Para obtener ayuda en la selección de un motor adecuado a su lista de cargas, envíe los detalles.
Preguntas frecuentes
¿Cómo convierto kW a kVA para un generador?
Divida los kW por el factor de potencia. Con el factor de potencia estándar de 0.8, 100 kW equivalen a 125 kVA y 400 kW equivalen a 500 kVA.
¿Qué tamaño de generador necesito para alimentar un motor de 3 fases?
Depende del método de arranque del motor. Con arranque directo, el grupo electrógeno suele necesitar una capacidad de dos a tres veces los kW del motor o más, mientras que un arrancador suave o un VFD reduce considerablemente este requisito; compruébelo con un software de dimensionamiento.
¿Puedo utilizar un generador de emergencia como fuente de potencia principal?
No a su potencia de emergencia. Si el grupo va a funcionar muchas horas, utilice su potencia principal, que suele ser aproximadamente un 10 por ciento menor, y mantenga la carga media dentro de los límites de potencia principal.
¿Cuál es el tamaño de generador más habitual para una pequeña empresa?
Muchos edificios comerciales pequeños utilizan grupos de 20–100 kW, pero el tamaño correcto solo puede determinarse con una lista de cargas. Dimensionar según la superficie del edificio o por estimación intuitiva suele dar lugar a equipos demasiado grandes o demasiado pequeños.
¿Afecta la altitud a la potencia de un generador diésel?
Sí. El aire menos denso reduce la potencia del motor, por lo que la mayoría de las fichas técnicas indican la potencia plena solo hasta una altitud y temperatura ambiente determinadas, y especifican una reducción por encima de esos valores.
