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PROYECTO EVALUACION DE I-A AUTOGENERACION DE ENERGIA
ELECTRICA EN LA INDUSTRIA A NIVEL NACIONAL
EDUARDO CARVAJAL R.
MARCO TULIO CUELLAR M.
Univcrsidad Ailt6nom¡ de CcciúrntlSECCION B¡BLIOTECA
c3 300?CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRAffIA DE INGENIERIA ELECTRICANrñll
oo|.ct-
SANTIAGO DE CALI
rse6 l8l "'SiY¿?;o"o- ilil[|uuturututuuturil
PROYECTO EVALUACION DE LA AUTOGENERACION DE ENERGIA
ELECTRICA EN LA INDUSTRIA A NIVEL NACIONAL
EDUARDO CARVAJAL R.
MARCO TULIO CUELLAR M.
Trabajo de grado presentado para optar al títulode Ingeniero Electricista
DirectorDIEGO YUGUEROS I.I ngeniero Electricista
AsesorHENRY MAYA S.
Ingeniero Electricista
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
DIVISION DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRICA
SANTIAGO DE CALI
1996
6Jl 3/"2/e 33//
2¡'
NOTA DE ACEPTACION
Aprobado por el comité de grado
en cumplimiento de los requisitos
exigidos por la Comoración
Universitaria Autónoma de
Occidente para optar altítulo de
I ngeniero Electricista.
Cali, Diciembre de 1996
Director de la Tesis
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar sus agradecimientos al Director del Proyecto el
Ingeniero Diego Yugueros y al asesor del proyecto el Ingeniero Henry Maya.
A todas aquellas personas que de una u otra forma colaboraron con la
culminación del proyecto.
CONTENIDO
INTRODUCCION
1. CONCEPTOS GENERALES SOBRE AUTOGENERACION
1.1. AUTOGENERACION DE ELECTRICIDAD
1.2. AUTOGENERACION A NIVEL NACIONAL
1.2.1 Capacidad Instalada de equipos para autogeneración en la
industria nacional.
1.3. AUTOGENERACION SINCRONIZADA
1.3.1. Metodología.
1.3.1.1. Proyectos nuevos
1 .3.1 .2. Proyectos existentes
1.4. GRUPOS DE GENERACION DIESEL
1.4.1. Fac{ores de instalación para los generadores Diesel
1.4.2. Ubicación y montaje mecánico de generadores Diesel
1.4.3. Ventilación
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1.4.4. Circulación - respiraderos
1.4.5. Escape del motor
1.4.6. Aislamiento del tubo de escape y reducción del flujo
1 .4.7 . Abastecimiento de combustible
1.4.8. Capacidad de los tanques de almacenamiento
1.5. DIMENSIONAMIENTO DE PLANTAS ELECTRICAS
1.5.1. Conceptos básicos
1.5.2. Siete pasos para calcufar y seleccionar una planta eléctrica
1.5.3. Todas las cargas son requeridas por el código de protección
1.5.4. Cargas esenciales a proteger
1 .5.5. Consideraciones especiales
1.5.6. Secuencia de arranque de motores
1.5.7. Factor de Potencia
1.5.8. Pérdida por el medio ambiente
1.5.9. Altitud
1.5.10. Alta temperatura ambiente
1.5.1 1. Validación final de la selección de la planta
1.5.12. Arranque de motores
1.5.13. Motores de arranque directo
1.5.14. Secuencia de arranque de motores
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1 .5.15. Motores de arranque a tensión reducida 39
1.5.16. Tipos de arranque a tensíón reducida 40
1.5.16.1. Reactor primario 40
1.5.16.2. Resistencia primaria 40
1.5.16.3. Estrella triángulo 41
1.5.16.4. Bobinado partído 42
1 .5.16.5. Arranque por autotransformador 43
1.5.17. f nformación del codigo del motor 44
1.5.18. Procedimiento para calcular la secuencia de arranque de motores 45
requerida
1.6. OTRAS ALTERNATIVAS PARA AUTOGENERACION - GAS 57
NATURAL
1.6.1. Diseño de quema de mezcla pobre
1.6.2. Velocidad alta o baja en los motores a gas
1.6.3. Operación de motores a gas de baja presión
1.6.4. Motores a gas de aspiración natural o turboalimentados y
posenfriados
1.6.5. Componentes específicos para rellenos sanitarios
1.7. EVOLUCION Y PERSPECTIVAS DEL GAS NATURAL
1.7 .1. Antecedentes
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1.7.2. Gas natural
1.8. VENTAJAS TECNICAS DE LOS DIFERENTES SISTEMAS DE
GENERACION
1 .8.1. Funcionamiento de un motor de encendido por chispa
1.8.2. Funcionamiento de un motor de encendido por compresión
1.8.2.1. Confiabilidad del Diesel
1.8.2.2, Durabilidad de un Diesel
1.8.2.3. Rentabilidad total del motor Diesel
1.8.2.4. Características de servicio de los motores Diesel
1.8.2.4.1. Diesel para servicio mediano
1.8.2.4.2. Diesel para servicio severo
1.8.2.5. Diseños de dos y cuatro tiempos
1.8.2.6. Ventajas del diseño de dos tiempos
1.8.2.6.1. Peso y potencia
1.8.2.6.2. Reacción y aceleración
1.8.2.6.3. Durabilidad
1.8.2.6.4. Suavidad
1.8.2.6.5. Temperatura y escape más bajas
1.8.2.7. Bombeo de aire Vs Banido de los Diesel
1.8.2.7,1. Bombeo de aire
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1.8.2.7.2. Barrido 84
1.8.2.7.3. Enfriamiento interno 85
1.8.2.8. Sistemas de inyección de combustible 85
1.8.2.8.1. Sistema de Bombas múltiples 85
1.8.2.8.2. Sistema de presión sincronizada 86
1.8.2.8.3. Sistema de inyector unitario 87
1.8.3. Ventajas de la generación por gas 88
2. EVALUACION ECONOMICA DE LOS DIFERENTES TIPOS DE 90
AUTOGENERACION
2.1. ANALISIS ECONOMICO PARA LA AUTOGENERACION POR 90
GRUPOS DIESEL O GAS NATURAL
2.1.1. Factores incidentes en la evaluacíón de un proyecto de
autogeneración sincronizada - lngeniería del proyecto
2.1 .2. Consideraciones operativas
2.2 . PROYECTO DE REDUCCION DE COSTOS POR CONSUMO
DE ENERGIA ELECTRICA CON AUTOGENERACION
SINCRONIZADA EN EL CIAT
2.2.1. Objetivos
2.2.2. Plantemiento del proyecto
2.2.3. Inversíón
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2.2.4. Justificación de la inversión
2.2.5. Costo de generación con planta Diesel
2.2.6. Costos de operación por planta
2.2.6.1. Traslado a gastos mensuales
2.2.7. Consumo de energía eléctrica del CIAT
2.2.8. Resultados finales
2.3. RESULTADOS REALES SOBRE LA AUTOGENERACION
SINCRONITADA EN EL CIAT
2.3.1. Cambios en los niveles de generación
2.3.2. Funcionamiento de los generadores
2.3.3 Mantenimiento del sistema de generación CIAT
2.3.4. Análisis de resultados estadísticos
2.3.5. Tensiones y tarifas en el sistema CIAT
2.3.6. Análisis de resultados
2.3.7. Costos de generación para 1995
2.3.7.1. Costo de combustible
2.3.7 .2. Costos adicionales
2.3.7.3. Mano de obra
2.3.8. Costo de facturación EPSA
2.3.9. Facturación consumo CIAT
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2.3.9.1. Consumo de energía EPSA (34.5 lry)
2.3.9.2. Costo del consumo EPSA (34.5. lC/)
2.3.9.3. Consumo de energía EPSA (13.2 KV)
2.3.10 Resultados finales sobre generación y costos del sistema CIAT
2.3.11. Costo total del consumo de energía
2.3.12. Evaluación del Proyecto CIAT
2.3.12.1 Costo de consumo a tarifa sencilla 13.200 Voltios
2.3.12.2 Diferencia de costos
2.3.13 Comparación de resultados
3. ASPECTOS GENERALES DEL SISTEMA CIAT
3.1. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS
3.1.1 . Manual de revísiones y mantenimiento programado de plantas
Diesel eléctricas 3516 subestación eféctrica del CIAT
3.1.1.1. Mantenimiento A. Diariamente
3.1.1.2. Mantenimiento B. Cada 500 Horas
3.1 .1 .3. Mantenimiento C. Cada 1000 Horas
3.1.1.4. Mantenimiento D. Cada 3000 Horas
3.1.2. Hojas de operaciones Vs Cambios de repuestos
3.1.3. Personal de mantenimiento
3.2. CAPACITACION TECNICA DEL PERSONAL
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4. RESULTADOS DE I.A AUTOGENERACION SINCRONIZADA 146
4.1. RESULTADOS ECONOMICOS 146
4.2. PERSPECTIVAS EN VENTA DE ENERGIA DEL SISTEMA EPSA 147
4.3. RESULTADOS EN LOS NIVELES DE PRODUCCION 148
4.4, AUToGENERAcIoN SINCRoNIZADA EN I-A peoueÑR y 148
MEDIANA INDUSTRIA
4.5. RESULTADOS EN EL MANEJO DEL SISTEMA Y
MANTENIMIENTO
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
149
150
154
LISTA DE CUADROS
CUADRO 1.1. Distribución muestral de la Autogeneración de laelectricidad por subsector.
CUADRO 1.2. Rangos típicos para la generación Diesel. 17
CUADRO 1.3. Cargas de motores trifasicos. 54
CUADRO 1.4. Cargas de motores no trifasicos. 54
CUADRO 1.5. Sumatoria de cargas tritásicas. 54
CUADRO 1.6. Tabulación de cargas monofásicas a 208 Voltios. 55
CUADRO 1.7. Tabulación de cargas monofásicas a 120 Voltios. 55
CUADRO 1.8. Total de cargas monofásicas. 56
CUADRO 1.9. Carga total del sistema. 56
CUADRO 1.10. Estimación del Mercado Potencial de gas natural en el 66año 2000 y la demanda sectorial y su participaciónporcentual.
Pág
LISTA DE TABLAS
Pág
TABf-A 1.1. Característica de los motores trifásicos según normas NEMA 48E,F,G,H,JyK.
TABIá 1.2. Codigos NEMA en I(/A/HP para motores trifásicos.
TABLA f .3 Métodos de ananque de los motores.
TABLA 1.4. Características típicas de los motores monofásicos.
TABI-A 1.5. Motores monofásicos de repulsión.
TABI-A 1.6. Motores monofásicos código L y M.
TABLA 1.7. Fac{or de Potencia de las cargas más comúnes.
TABLA 1.8. Ananque a voftaje reducido, características.
TABLA 1.9. Comparación de los ananques a voltaje reducido.
TABLA 1 .10. Designación de motores según codígo.
TABTA 2.1. Generación Ciat
TABIA2.2. Generación Total y Consumo de Combustible CIAT
TABI-A 2.3. Costo de Facturación EPSA
TABLA2.4. Facturación EPSA 1995 a 34,5 l(/
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TABIA 2.5. Fac{uración EPSA 1995 a 13,2 l(/TABIA 2.6. Generación CIAT 1995
TABI,A 2.7. Total Energía CIAT 1995
TABLA 2.8. Evaluación Proyecto CIAT
HOJA DE TRABAJO No. 1. Análisis de Carga.
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53
LISTA DE FIGURAT¡
FIGURA 1. Principio del funcionamiento por compresión.
FIGURA 2. Cido de cuatro tiempos y Giclo de dos tiempos.
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LISTA DE GRAFICOS
Pág
CnAflCO 1. Distribución de Equipos para Autogeneración segúnPotencia instalada. 11
GRAFICO 2. Distribución de Equipos para Autogeneración según fuente. 12
GRAFICO 3. Comportamiento del consumo de Energía Eléctrica en el 99CIAT.
GRAFICO 4. Evaluación Proyecto Autogeneración Eléctrica 1995. 134
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Inventario de equipos que conforman el proyecto CIAT.
Anexo B. Censo de cargas del sistema CIAT.
Anexo C. Facturación EPSA al sistema CIAT durante el año 1995.
Anexo D. Fotos del proyecto CIAT.
Anexo E. Detalle Unifilar del sistema CIAT.
RESUMEN
Motivados por la crisis energétíca vivida desde principios del año de 1992, el
gobierno nacional otorga vía libre para que la industria busque alternativas
más estables y económicas en el autoabastecimiento de energía.
Sístemas tales como la autogeneración sincronizada, son puestos en macha
por los grandes industriales permitiendo incluso la generación en paralelo con
las redes de las empresas electrificadoras.
Con la investigación pretendemos dar una muestra de la metodología aplicada
en la optimización de la generación propia con grupos diesel en la industria,
los resultados positivos con equipos actualmente en operación, y la posibilidad
de hallar otras alternativas como por ejemplo el gas para el desarrollo futuro
de los proyectos de esta naturaleza.
con base en lo anterior, justificar de una manera valedera si se debe
autogenerar o no y, mediante que sistema motriz.
Académicamente deseamos que nuestro proyec{o contribuya ampliando las
fronteras del conocimiento en áreas tan importantes como reduccíón de
costos, el desarrollo, planeación y evaluación de proyectos de generación
propia así como en la operación y mantenimiento.
INTRODUCCION
La vinculación de la universidad con el sector industrial y en especial con el
empresarial, debe ser cada día más eshedta, comprometedora y eficaz para
no escapar al devenir nacional. Aunque es necesario aceptrar que los
programao de pregrado donde debido a las discipfinas que se enseñan y que
exigpn una alta participación presencial del estudiante de la universidad
dificultan una mayor posibilidad de pÉctica y desanollo en la industria antes
de iniciar la vida profesional. S€ hace entonces indispensable que nuestm
universidad impulse con ahínco a sus estudiantes a través de convenios y
acr¡erdos interinstitucionales que lé permitan sin desvincularse de la
academia, salir a realizar su práctica industrial.
Los realizadores del PROYECTO EVALUACION DE LA AUTOGENERACION
DE ENERGIA ELECTRICA EN tA INDUSTRIA A NIVEL NACIONAL
vinculados laboralmente en el campo industrial buscan asociarse al mismo, a
través de empresas como, el Cenbo lntemacional de Agrlcuttura Tropical,
'CIAT' de Palmira quien se proporciono para brindar la colaboración
necesar¡a, esperando contribuir de este modo al acercamiento efectivo del
estudiante con la industria y a permitir que la Universidad aporte soluciones
reales y concretas al medio en el cual se vive.
r. CONCEPTOS GENERALES SOBRE AUTOGENERACION
I..| AUTOGENERACION DE ELECTRICIDAD
La autogeneración de energla eléctrica en la industria ha sido un factor
importante en la historia de la electricidad, desde comienzos de las empresas
de generación tranto en Europa @mo en los Estados Unidos y en general en
los paÍses industrializados. Debido a la altra confiabilidad y bajo costo de
potencia, la autogeneración a través de la industria ha ido reemplazando parte
de la generación la cual debían haber aportado las empresas generadoras
convencionales.
Hoy, la autogeneracón de la electricidad por la industria, compite ampliamente
con las empresas generadoras cuando la industria necesita tanto de
electricidad como de cada proceso. A esta producción coincidente de
electricidad y vapor de proceso más adelante se denominó cogenenación.
I.2 AUTOGENERACION A NIVEL NACIONAL
La energía eléctrica que utiliza la gran industria nacional representia
actualmente un 7,2o/o del consumo total de energía consumida por este sector
de la cual de acuerdo con los resultados de este esfudio, el 30,57o es
autoproducida según las proposiciones subsecforiales del cuadro No. 1.1
estudios realizados por el sistema de información energética del ministerio de
minas y energía SIE alrededor del año 90, se obtuvieron resuftados similares
a estos el9,7o/o de la energía que utilizaba la gran industria en esa época er:a
electricidad de la cual más del28o/o era autogenerada.
El tamaño muestra empleado en este caso no permite establecer con buena
precisión, otro tipo de resultados al respecto con mayor nivel de
desagregación ( por subsector, tipo de equipo y fuente energética utilizada).
Sin embargo, s€ pueden señalar los siguientes aspectos generales pana la
muestra: La autogeneración de electricidad en la industria se hace
principalmente con vapor (91o/o en este estudio y 77o/o en el estudio SIE del
año 90) y los principales subsectores autoproductores son el de alimentos,
papel, químicos y hierro, según esta muestra.
Pero se debe tener presente que el valor que presentamos para textiles en el
cuadro 1.1 está muy por debajo de lo que en realidad le conesponde y que es
similar al de el subsector de alimentos.
Cuadro l.l Dlstribución Huestral de la Autogoneración de la eléc{ricidad
por cubrector.
SUBSECTOR MUESTRAL (ifTurru) PARTICIPAC|ON (%)
Alimentos 97117 18,599
Textil 41 0,009
Calzado 12 0,002
Maderas 67 0,013
Papel 63123 12,083
Químicos I 14539 21,924
Cemento 38957 7,457
Piedra 32929 6,303
Hieno r75010 33,499
Maquinaria 615 0,118
Otros 23 0,004
Total 522433 100 (%)
1.2.1 capacidad instalada de equipos para autogeneración en la
Industria Nacional. Los equipos utilizados para autogeneración ( gráfica
No.1) están de acuerdo a nuestra investigación principalmente en el rango de
200 a 400KW (28%o). Más del 60% de éstos están entre 400 l(\ / y 7600 t(VV
teniendo en la muestra como valor máximo 7s00 l(A/ instarados.
De acuerdo a su edad, para los equipos utilizados en autogeneración de
efectricidad, más del 32o/o tienen edades por debajo de los 10 años sin
embargo, más del 35% tiene edades superiores a los 25 años.
Con base en la clasilicación de características adicionales hemos encontrado
que en los equipos para autogeneración el 68,40/o son diesel, el 28% son
turbinas a vapor, 2,4o/o son tuÉinas hidÉulicas y el 1,2o/o son turbinas a gas.
(gráfica No. 2).
I.3 AUTOGENERACION SINCRONIZADA
La concepción modema exige abordar de manera integral, el estudio, del
sistema energético. El carácter de integral transciende más allá de los
subsectores de oferta y productos energéticos y llega hasta el sistema
económico y social en su conjunto.
Por esta razón la denominada optimización del sistema ekÉctrico, corduce
solamente a un óptimo parcialdesde el punto de vista delconjunto.
Declarada esta salvedad, se tratará de encauzar al lestor en la generacón y
uso racional de energía eléctrica, especialmente en el sector industrial, que
por lo tanto permite avanzar en la solución del problema de la optimización
global.
El pesente documento muestra la mstodología utilizada en la aplicación de la
generación propia con grupos diesel en la industria, los rcsultados positivos
obtenidos con equipos actualmente en operación, y los aspectos más
representativos para el desanollo fi¡turo de proyectos de esta naturaleza.
En la situación de racionamiento de energía de años anteriores se llegó al
esquema de autogeneración en elfuncionamiento de algunas fábricas, para la
cual se adquirieron grupos elecfrógenos diesel, y se destinarcn a la
alimentación de ciertas cargas dunante períodos prolongados.
Debido a que la energía gener:ada con grupos diesel bajo este sistema era
costqsa y además producía intemrpciones en el servic¡o a raíz de las
maniobras sobre las cargas a ser alimentadas tanto de la red como de la
generación propia, se mejoró el sistema autogenerativo.
Lo anterior se consiguió mediante la conexión sincronizada de los
generadores propios a la red de energía, generando electricidad únicamente
en los perfodos de tarifa alta con lo cual el proyecto resultaría ser más
atractivo económicamente. A esta altemativa se le denominó autogeneración
sincronizada.
La autogeneración sincronizada requiere sin embargo de ciertos equipos
adicionales y un sistema de protecciones eláfricas más confiable, pero los
beneficios obtenidos compensan ampliamente las inversiones a que haya
lugar. lgualmente, ante fallas en la red de energía se obtiene el gran beneficio
de poder alimentar cargas ubicadas en diferentes banajes, sin necesidad de
transferencias automáticas. De esta furma, las cargas consideradas
prioritarias pueden pertenecer a varios transformadores de voltajes dibrentes.
De acuerdo a lo anterior , en el esquema de autogeneración sincronizada se
ha previsto la operación en dos situaciones principales :
a.- Normal : La generación propia trabaja en brma sincronizada con la red,
durante las horas de tarifa alta, para reducir costos por con@pto de demanda
máxima y energía de tarifa alta.
,ffiI sEccron BrBuorEcA f
10
b.- Emergencia : Ante falla en el suministro extemo, se atenderán las
cargas más importantes, pera que est¡as puedan funcionar normalmente.
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13
1.3.1 tletodología. Los tnabajos a ser realizadoe en un proyecto de
autogeneración sinqonizah se desanollan de acuerdo a lo siguiente :
l.3.l.l Proyectoe nuevos. En el caso de proyectos nuevos, para determinar
la potencia de los gener:adorcs a instalar, se consideran los siguientes
aspectos más importantes que son .
a.- Facfuración histórica de energía y proyección de aumento en el
@nsumo de la lábrica.
b.- Voltaje de generación, sitio de ubicación de las plantas y puntos de
conexión de las mismas alsistema eléctrico existente en la fábrica.
c.- Existencia de motores gnandes, qJyo arranque puede abctar la
operación de los genenadores.
d.- Estabilidad del sistema, ocunencia de oscilaciones de fecuencia y
voltaje, y operación de las protecciones.
e.- Equipos de protección y maniobra existentes y elementos adicionales
requeridos.
f.- Inversiones previstas y eficiencia económica del proyecto.
1,3.1.2 Proyectos existentes. En muchas fabricas ya el cliente ha adquirido
grupos elecfrógenos por lo cual no es aplicable la realización de algunas de
las etapas antes mencionadas.
14
sin embargo, considerando que se trata de adecuar un proyecto de
generación aislada, para su oper:ación sinsonizada, se requiere especiaf
énfasis en otras actividades, para utilizar de la mejor forma el equipo
existente, garantizar la seguridad y confiabilidad de la operación, minimizar la
inversión, y establecer los beneficios económicos a ser obtenidos.
Para ilustrar los beneficiós de la generación sincronizÁda, se mostraÉ en los
capítulos venideros una evaluación económica real, ajustada al sistema
industrial y con ello establecer las bondades de este tipo de proyectos.
I,4 GRUPOS DE GENERACION DIESEL
Estas unidades se utilizan principalmente como máquinas para generación de
emergencia (Stand-by) y en rangos mayores, para generación a rfuimen
permanente. Estos grupos de generación se hayan desde unidades pequeñas
de I l(/A hasta unidades grandes deloden de los 1000 l(/A.
Para los grupos de generación diesel o régimen permanente son necesarios
algunos equipos adicionales, tales como reguladores de voltaje, frecuencia, y
elementos para eliminación de disturbios causados por armónicos así como
operaciones sistematizadas para soporüar las condiciones de carga critica en
los generadores, lo cual hace de este sistema represent¡ativo en cuanto a sus
costos de montaje.
15
Los rangos típicos de los generadores diesel han sido representados en el
cuadro 1.2.
Estos equipos generalmente presentan diferencias entre si, según la
compañía productora, y según los modetos. Aunque comparados con los
generadores a gasolina, los diesel presentan menones riesgos por incendio y
conflagraciones.
1.4.1 Factores de instalación para los gener:adorcs diesel. Una vez que se
establezca el tamaño del grupo electrógeno y el tablero de control e
intem.lptores rclacionados, se pueden prepamr los planes para la instalación.
La atención debída a los detalles de ingeniería mecánica y eléctrica garantiza
una instialación satisfactoria del sistema de eneryía eléctrica.
Los factores a considerar en la instalación de generadores diesel son :
a.- El espacio requerido y la ubicación.
b.- La carga sobre el piso .
c.- La vibración transmitida al edificio y equipo.
d.- La ventilación de la sala .
e.- La tubería y aislamiento del escape delmotor.
f.- La reducción del ruido.
g.- El método de enfriamiento del motor.
16
h.- Eltamaño y ubicación deltanque de combustible.
i.- Los reglamentos locales, del estado o del séguro.
j.- Los requisitos pana ef humo y las emisiones.
RANGOS TIPICOS PARA LOS GENERADORES DIESEL
CUADRO ,|.2
Potencia
Nominal
(rff,
Potencia Potencia
Real de Salida Stand by
(]ff) (]ff}
Factor de Velocidad
(rpml
25
100
250
7ffi
1000
25
90
225
665
30
100
2fi
7fi
0,8 1800
0,8 1800
0,8 1800
0,8 1800
0,8 1800875 1000
18
1.4.2 Ubicación y montaje mecánico de generadoree diesel. El grupo
electrógeno puede ser ubicado en el sótano o en cualquier otro piso del
edificio, por r¿vones económicas y para conveniencia del personal. La sala del
generador debe ser lo suficientemente grande para proporcionar circr.¡lación
de aire adeuada y abundante espacio de trabajo alrededor del motor y
generador.
Un grupo electr@eno debidamente proyectado sorá despachado, armado
sobre una base rígida que alinee prccisamente el generador y el motor, y que
solo necesite ser puesta en su lugar y nivelada sobre cojines aisladores de la
vibración.
Se recomienda que la base del grupo electrógeno quede montada sobre
cojinetes aisladores de la vibración para prevenir que éste reciba o tmnsmita
vib¡aciones pefiudiciales u objetables. Los cojinetes deben ser ajustrables par:a
igualar la carga y nivelar el grupo sobre pisos desnivelados. Algunas veces se
usan cojinetes de aislamiento de cauctro o corcho cuando es aceptable que
haya alguna transmisión da la vibración a otros equipos. Sin embargo, dichos
cojines tienen una eficiencia relativamente baja de aislamiento de la vibración
y debe considerarse la disminuc¡ón posible de su vida util cr¡ando se exponen
alcombustible, aceite y compuestos para limpieza del piso.
19
Para contranestar las vibraciones figeras y fuertes se usan resortes de acero
que son muy recomendados para todas las instalaciones, porque estos son
alüamente elicientes para el aislamiento de las vibraciones, retienen sus
propiedades de soporte y aislamiento, y pueden ajustarse para igualar la
carga y nivelar el grupo electrógeno.
Otros efectos de la vibración del motor pueden reducirse al mínimo mediante
fa provisión de conexiones flexibles entre el motor y la tubería del combustible,
sistema de escape, conducto de descarya del aire del radiador, los tubos por
los cables de control y de energía eléctrica, y otros sistemas de apoyo
conectados extemamente.
1.4.3 Venülación. Todos los motores de combustión intema requieren un
buen suministro de aire fresco y limpio para la combustión. Si el aire que entra
por la admisión del motor está demasiado caliente o es demasiado
contaminado, es posible que el motor no pueda producir su potencia nominal.
La operación del rnotor y generador inadia calor en la sala y aumenta la
temperatura del airc de la sala. Por lo tanto la ventitación de la sala del
generador es ne@saria para limitar el aumento de temperatura en la sala y
para que el motor disponga de aire de admisión limpio y fresco.
cuando se enfía el motor por medio de un radiador montado en el grupo
electrfueno, el ventilador del radiador tiene que mover grandes cantidades de
llrlwrcld¡¿ Aut6nom¿ dc 0cc¡a.nbsEccroN BrELrortcA
20
aire a través del núdeo del radiador. Tiene que haber suficiente dibrencia de
temperatura entre el aire y el agua en el radiador para enfriar el agua lo
suficientemente antes de que esta recircule por el motor. El proveedor del
grupo electrogeno puede proporcionar el limite máximo de la temperatura del
aire para lo cual se ha diseñado el sistema de enftiamientó. La temperatura
del aire en la entrada del radiador depende del aumento de temperatura del
aire que fluye por la sala proveniente del respiradero de entrada.
Aspirando aire a la sala y expulsando al exterior por un conducto de descarga,
el ventilador del radiador ayuda a mantener la temperatura de la sala dentro
de los límites deseables.
El objetivo de proveer ventilación es el de mantener el aire de la sala a una
temperatura 'confortable que sea la suficientemente fresca para el
funcionamiento y disponibilidad de potencia plena, perc no debe ser tan fría
en inviemo como para ser que se dificulte el aranque del motor. Aunque el
proveer ventilación adecuada raravez crea problemas serios, cada instalación
debe ser analizada tanto por el proveedor del grupo electrfueno corrcl por el
cliente para asegurar que se provea ventilación satisfactoria.
1.4.4 Circulación-respiraderos. La buena circulación requiere un flujo de aire
adecuado hacia adentro y afuera de la sala y circulación librc dentro de la
2L
sala. La anterior para que haya circulación libre del aire, las temperaturas
sean igualadas y no haya bolsas de airc estarrcado.
Para admitir aire fresco, debe haber un respiradero de entnada con cobertura
al exterior para que pueda entrar la cantidad de aire requerida.
ldealmente se construyen respiraderos de entrada y de salida, estos últimos
opuestos en su localización a los primeros y en lo posible, altos pam lograr la
salida de aire caliente. Ambos, los respiraderos de entrada y de salida deben
tener persianas para protección contra intemperie.
1.4.5 Escape del motor. El escape del motor üene que ser dirigido al exterior
a través de un sistema de escape debidamente diseñado gue no cree
contrapresión excesiva en el motor.
Un silenciador de escápe adecuado debe ser conectado en la tubería del
escaps, ya s€a dentro o fuera del edificio. Los componentes del sistema de
escape ubicados dentro de la sala del motor deben ser aislados para reducir
la inadiación delcalor. Elextremo exterior del tubo debe tener un codo o debe
ser en forma de U y debe estar equipado con una tapa contra la lluvia para
impedir que la misma entre en el sistema de escape. Si el edificio está
equipado con un sistema detec'tor de humo, la salida del escape debe ser
situada de modo que no pueda activar la alarma de detección de humo.
22
Generalmente el tubo de escape se extiende a través de una pared exterior
del edificio y continúa hacia aniba por fuera de la pared hasta el techo.
Debe haber un collar en la abertura de la pared para absorber la vibracién y
una unión de expansión en el tubo para compensar por la expansión o
contracción térmica longitudinal.
'4.4.6 Aislamiento del tubo de escape y rcducción del flujo. Ninguna parte
expuesta del sistema de escape deberá quedar cerca de madera u otro
material inflamable. La tubería de escape y su silenciador, si está montado
dentro del edificio, deberá estar cubierta con materiales de aislamiento
apropiados para proteger al personal y para reducir la temperatura de la sala.
El flujo libre de los gases del escape a través del tubo es esencial para reducir
al mínimo la contrapresión del escape. La contrapresión del escape excesiva
afecla seriamente el caballaje, durabilidad y consumo de combustible del
motor. Al resistir la descarga de los gases de los cilindros, esta es causa de
una combustión pobre y de temperaturas de funcionamiento más elevadas.
Los principales factores de diseño que pueden causar contrapresión alta son :
a.- Diámetro deltubo de escape demasiado pequeño.
b.- Tubo de escape demasiado largo.
c.- Demasiados dobleces agudos en el sistema de escape.
23
d.- Demasiada restricción en el eitenc¡ador del escape.
e.- A ciertas fongitudes críticas, las ondas estacionarías de
presión pueden causar contrapresión alta.
1.4.7 Abaetecimiento de combusüble. un sistema confiable de
abastecimiento de combustible tiene que as€gurar dísponibilidad instantánea
de combustible para facilitar el aranque y tiene que mantener el motor
funcionando durante el tiempo requerido.
Los elementos esenciales del sistema de combustible de un grupo
electrógeno son :
a.- Tanque de almacenamiento de combustible.
b.- Tubería de combustible con secciones fiexibles al motor.
c.- Bomba de transÉrencia de combustible ( parte de{ rnotor ).
d.- Coladores y liltros de combustible (usualmente suministrado
con el grupo electrogeno).
Además, pudiera requerirse un tanque de diario de combustible y bomba
auxiliar de combustible.
Normalmente es seguro almacenar el combustible diesel en la misma sala en
que está ef motor debido a que hay menos pefigro de incendio o de vapores
que con la gasolina.
24
Para ananques rápidos, el nivel de combustible ideal en el tanque debe ser
mantenido igual al nivel de la entrada de la bomba de transferencia del
combustible. Sin embargo, cuando el motor no esté funcionando, el nivel de
combustible no debe estar más afto que las boquillas de los inyectores de
combustible en el motor.
Si el nivel de combustible está por debajo de la entrada de la bomba, una
válvula de retención impedirá que el combustible se drene de regreso al
tanque durante los períodos inactivos.
Un sistema auxiliar de abastecimiento consiste de un tanque de día, una
bomba auxiliar, colador y tubería necesaria. El tamaño del tanque de día es
opcional pero puede variar hasta I veces el consumo de combustible por hora
del motor a carga y velocidad nominales.
El tanque de día debe quedar ubicado tan cerca como sea posible para que
satisfaga su función primordial de reducir a un mlnimo la restricción a la
entrada de la bomba auxiliar de combustible.
La bomba auxiliar de combustible abastece al tanque de día desde el tanque
de almacenamiento. La bomba de transferencia del motor aspira el
combustible deltanque de día para el sigtema de inyección de combustible del
motor y retorna el combustible excedente al tanque del día.
25
Aun cuando el combustible es bombeado al tanque de día más rápidamente
que lo que @nsume el motor, el nivel del combustible en el tanque de día se
mantiene constante mediante el retomo continuo del exceso de combustible
del tanque de día altanque de almacenamiento.
1.4.8 Gapacidad de los tanques de almacenamiento. La capacidad del
tanque principal de almacenamiento se basa en el régimen de consumo de
combustible que se espera y en el número de horas de operación que tiene
que ser posible entre rellenos de combustibles.
Al especificar la capacidad del tanque, se calcula la cantidad mínima de
combustible que se requiera para asegurar una operación continua bajo las
condiciones que se anticipen.
Dos fiactores influencian la capacidad mínima del combustible requerida para
el tanque de día. Una es la necesidad de reducir al mínimo la turbulencia
causada por el flujo de abastecimiento y retomo del combustible para que el
aire presente en el mismo pueda separarse libremente del combustible más
caliente retomado por el motor. El otrc factor es la necesidad de una cantidad
adecuada de combustible en el tanque de día para proporcionar un tiempo
mínimo de operación del grupo electrogeno en caso de que fallen la bomba
auxiliar o los conductos de combustible o el intem¡ptor de control para
26
flotador. Las capacidades pueden variar hasta ser octro veces el consumo de
combustible por hora del motor a carga y velocidad nominales.
I.5 DITIENSIONAMIEI{TO DE PIáNTAS ELECTRICAS
1.5.1 Gonceptoo Ms¡cos, Et valor def tamaño conecto de una ptanta no
debe ser sobrcentendido.
El modo conecto de calcularla es el siguiente:
1- la planta no puede ser sobredimensionada, ní subdimencionada en
relrción con la carga que debe manejar.
La planta y el equipo de soporte debe ser conectamente fabricada para
los requerimientos deltrabajo, y requerimiento de voltaje de las cargas.
La planta , a@esorios, instrumentos y controre que forman el sistema
genenador debe ser completo. Pero no excesivamente complejo.
Las guías de cálculo proveen un método seguro para seleccionar fa
planta; el númerc de rcquerimientos de cada aplicación, deb€ ser
especflica.
1.5.2 Siete pasoo para calcular y seleccionar una planta elóctrica, El
análisis de cargas respectiva, hoja de trabajo y carta de cálcr¡lo de la planta
deben ser cornpletados para demostrar como el cálculo de la planta puede
2-
27
proveer el mejor servicio para las condiciones dadas; después Usted , se
refiere a ellas. Estos son unos cuantos otrcs factores a considerar.
RUNNING LOAD (cargas continuas) se refiere a todos los ítems, incluidas
luces, dispositivos, equipo de procesos y motores eléctricos. Así este
encendido o apagado y requieran fuerza para opera[ esto incluye aparatos de
interupción y toda protección o circuitos futuros en acción con omlquiera de
los anteriores.
Induidas en esta definición tan general están los cargas que necesitan
protección por intem.rptor como las que no lo necesitan.
28
1.5.3 Todas las cargas son requerldas por el código de protección. Estas
son enumeradas en los siguientes codigos americanos:
National Electric code, NFPA-70.
sistemas eléctricos esenciales para elcuidado de la salud, NFpAz6A.
código de seguridad NFPAS-101.
NFPA 110 niveles 1 y 2.
1.5.4 Gargas eoenciales a probger. Todas las cargas se deben proteger en
un sistema de distribución, pero hay cargas que sori importantes, mmo por
ejemplo :
a.- Salidas , vías de acceso e iluminación de cofiedores.
b.- Sistemas de alarmas.
c,- Bombas contra incendio.
d.- Sistemas de comunicación.
e.- Sistemas de Calefacción.
f.- Bombas y Sumidores de bombas.
g.- Ascensores.
h. - Puertas oper:adas automáticamente.
En caso de motores las características y aranque de estos debe ser
considerada.
29
Cuando los motores an€ncan, ellos directamente aGctan una caída de voltaje
en el generador por lo tanto estas son siemprc ne@sarias par:a determinar las
peores condiciones de ananque (máxima carga). Contrariamente, algunos
rnotores nunca pueden ser operados al mismo tiempo con otras cargas. Por
ejemplo: motorcs para aire acondicionado no pueden ser op€rados cuando
estia encendida la calefacción.
Cuando varios motores monofásicos son anancados en un generador trifásico
de modo que ellos presentan aproimadamente una carge balanceada en
todas las 3 fases, el procedimiento para el cálculo es el mismo para cargas de
motores trifásicos.
En el caso de transformadores, incluir los dispositivos que reciben carga del
transformador y el mismo transformador, con el fin de obtener resultados más
aproxímados de carga instalada.
Cargas monofásicas deben ser ingresadas bajo conecta fase; después el
rango del generador debe ser basado en las fases que porta la carga más
elevada. Esta información puede ser usualmente obtenida de los diagramas
eláÍricos y datos de los equipos a instalar en el sistema de generación.
Cuando todas las cargas son monofásicas y conectadas a una sola fase del
generador, solamente las 2/3 partes del bobinado del generador son usadas
U¡lwrsidad Autónomr rtc OcdlüsEcctoN 8t&,¡ofEc^
30
efectivamente y con esto las 213 partes de los máximos l(vA, que han sido
detallados en la tabla 1€ pueden ser aprovechables sea cual sea el
generador instalado.
Así mismo si una gran carga monofásica es aplicada a una o dos f;ases de un
generador trifásico, se disminuye su eficiencia en 1/6 del generador cuando
este ha sido conectado en delta o una l/3 parte, cuando su conexión se hace
en estrelfa mejorando entonces bajo estas condiciones.
El voltaje de cargas monofásicas indica si la carga es conectada entre la fase
y neutro o entre dos fiases. En el caso de sistemas 1201208 voltios, cargas
monofásicas operando a 208 voltios son conectadas entre fases, mientras
cargas a 120 voltios están conectadas entre fase y neutro.
Cargas de iluminación usualmente son monofásicas Lámparas
incandescentes pueden ser consideradas como una sola entrada a menos
que sean tolerantes a caídas de voltaje
La iluminación fluorescente normalmente usa un balasto transformador y
entonces tiene que @nsiderarse su factor de potencia. Si la iluminación
fluorescente es una carga considerablemente grande la placa de
características del balasto debe ser chequeada para determinar este factor de
potencia.
31
Le iluminación fluorescente es más suceptible a la caída de voltaje que la
iluminación inéndesoente. Los tube lluorcscentee pueden apagarse cuando
se presentan caídas de voltaje bajo los 100 voltios, en cualquier inetrante de
tiempo.
La mayoría de los artículos eléctricoe (motores, eledrodomesticos y equipos
industriales), tienen una placa donde están zus caracterfsticas de demanda.
Estos detos son suficientes para la puesta en marcfia de las cargas e menos
que haya otra información que se indique como necesaria si estos datos no
están en la placa, chequee el manual de instruccir¡nes, catálogo o consulte al
fabricante del artícr¡lo. Si del equ¡po es conocido su conformación y
especificaciones de norma (NEMA, NFPA, SAE, etc) refiérase a estas
especificaciones para sus cálculos.
Si usted esta calculando un generador para una instalación eistente, su
demanda de carga puede ser medida dircctamente.
Para la selección apropiada del generador, deben ser tenklos en cuenta dos
puntos adicionales:
a.- Las característlcas de ananque de los motores son diferentes según el
tiamaño y según el fabricante, corrc, también el mismo tramaño
producido por dibrentes fabricantes, puede ser notoriamente dibrente.
32
b.- El principal factor en la vida de un generador es inverso al aislamiento
térmico del bobinado; entonces, las cargns pequeñas y el menor caror,
determina una mayor expectativa de vida. ESTE No ES EL cAso
DEL MOTOR DIESEL QUE IMPULSA EL GENERADOR, debido a que
la vida del motor se disminuye reducida por la operación tanto de una
mÍnima como de una maxima carga. La vida óptima @ría
generalmente ser obtenida con cargas entre el S0% y el goo/o
Entonces es importante que el generador seleccionado no sea ni muy
grande ni muy pequeño en cuanto a su capacidad.
El ejemplo que ilustramos a continuación seleccionará los siguientes 5
elementos:
1- Ventilador 25HP , 208v, 3 fases aranque por autotransbrmador con
tap x 65%.
2- Cinta transportadora 50HP , 208V, 3 fases arranque por
autotransformador con tap 8O x%.
3- Panel de iluminación 120V, 100A, conectado entre la fase A neutro.
4- Secador 208V monofásico 30 Amperios entre las fases A y C.
5- Calentador208V, 3 fases, 1,51( /.
La hoja de trabajo No I titulada Al{ALlSlS DE CARGA y los cuadros 1.3 a 1.9
usadas para este ejemplo, han sido hechas para servir como guía.
33
PAso r. Escriba los equipos a ser manejados en la hoja de trabajo
número 1 titulado ANALISIS DE CARGAS.
PASO 2 . Separe las cargas de tres fase de las cargas de una fase.
Liste las cargas trifásicas en el cuadro 1.3 si ellos son motores, o en el cuadro
14 si no son motorcs.
Obtenga las especificaciones del motor de la placa característi@s , y de estos
datos refiérase a la tabla l-1 a 1-7 siguiendo este ejemplo.
PASO 3. Sume las cargas de 3 fases; use el cuadro l-5 y los datos
' provenientes de las tablas 1-1 a 1-7
PASO 4. Tabule las cargas monorfásicas conectadas entre fases.
PASO 5. Tabule las cargas monofásicas conectadas entre fase y neutro.
Escriba las cargas en el ct¡adro l-7 , bajo la fase involucrada.
Los 1(V1/ , totales de fase neuho se obtienen de sumar
individualmente los l(A/ de cada fase.
PASO 6. Sume las cargas monofásicas.
Escriba fos totales de los cuadros 1€ y i-7 en elcuadro 1-8.
NorA: los valores de aranque l(/A , de motores monofásicos
generalmente son ignorados ya que son pequeños comparados con la
capacidad del generador.
PASO 7. Sume las cargas totales del sistema.
34
Escriba el total de cargas del cuadro 1-5, sume las cargas
trifásicas, en el cuadro 1-9, calcule el gran total y refiérase a las
especificaciones del catálogo, para seleccionar la planta. Tenga
en cuenta una aceptable caída de voltaje y antes de hacer la
escogencia, revise los factores presentados en el paso I y las
consideraciones especiales dadas a continuación.
1.5.5 consideraciones eopeciales. CAIDA DE VOLTA.JE: refiérase a las
características típicas de ananque de motores, para estimar una aceptable
caída de voltaje.
La caída de voltaje, es una disminución momentánea del voltaje de salida del
generador. Esto @rrrre cuando una carga es conmtada alsistema.
Si el motor aranca en vacío, una cafda de voltaje por encima del 30o/o puede
ser aceptable.
Si el motor , arran@ con Glrga, o si alguno de los circuitos de control son
usualmente sensibles a la caída de voltaje, puede ser ne@sario limitar la
caída de voltaje entre un 20 y 25o/o.
35
Si fa caída de voltaje excede un 35o/o los contactores de arranque del motor, y
los relevo" 9" control no permane@n cemados el tiempo suficiente para
permitir el amanque del motor.
1.5.6 Secuencia de arranque de motores. Si más de un motor, esta incluido
en el sistema, los cálculos para el ananque de las cargas deben tener en
cuenta el pico de ananque demandado por cada motor, y la secuencia de
motores que se conecten en línea.
Para determinar las cargas de motores aniancados en secuencia, calcule los
l(/A Y l(lA/, de cada motor (vea el Ítem 1 .5.12).
1.5,7 Factor de potencia (f.p.). Cuando el factor de potencia es igual al8oo/o
o más alto, use el máximo l(W , para seleccionar el promedio standard del
generador. Cuando el factor de potencia es menor de 807o, use el mínimo l(\A/
para seleccionar el promedio standard del generador. Los generadores
standard, tienen un factor de potencia de 807o.
1.5.8 Pérdida por el medio ambiente. Toda planta esta sujeta a pérdidas por
altitud y temperatura; adicionalmente, la chispa de ignición para los motores
esta sujeta a una pérdida cuando es operada con gas natural o gas propano.
36
Las pérdidas de las plantas resultan de ebcfos que reducen la densidad del
aire. de ambos, el generador trío y el proceso de combustión del motor
siempre y cuando la temperatura del amtiente aumentia o la presión
atmosférica disminuye.
Generalmente hablando de un motor de dos üempos éste tiene pérdidas
mucho menores, que el de q¡atro tiempos de equivalente capacidad a nivel
del mar, hecho para la disponibilidad de exceso de aire inherente al diseño de
doo tiempos.
1.5.9 Altftud. El promedio de potencia del motor (capacidad lffV) es inducido
aproximadamente un 4o/o por cada 100 pies de altura sobre el nivel del mar.
1.5.10 Atta temperatu¡a amblenúe. También por la temperatura ambi€nte ta
potencia del motor es reducida aproximadamente 1% pr cada 10 grados F.
{.5.11 valldación final de la selección de la planta. Una vez que el
generador ha sido seleccionado, es prudente la revisón de todos los pasos de
selección y considerar cada paso desde un punto de vista con sentido común
. Una cuidadosa comparación de todos los fac{ores de cargas y condiciones
deben s€r hechas con énfasis particr.¡lar:
a. Rquerimiento de estado constiante.
37
b. Máxima expectativa de carga en funcionamiento.
c. Demanda de arranque de carga.
d. Caída de voltaje aceptable.
e. Condiciones ambientales. (pérdidas)
Especial atención debe ser también dada para anticipar cualquier crecimiento
del sistema sin hacer caso cuando el generador puede ser usado como fuente
de poder primaria o como emergencia. Stand-by.
1.5.12 Arranque de motores. Cuando un motor arranca a pleno voltaje, hay
un @nsumo alto de la coniente de ananque, algunas veces de 6 a 10 veces
mayor que la coniente de funcionamiento, por esto, la información de
alranque del motor, es el factor principal para determinar el tamaño de la
planta requerida.
El ananque del motor involucra muchos factores incluidos el torque del motor,
la secuencia de ananque y la caída de voltaje. La información que usted, tiene
que conocer para seleccionar el generador óptimo para su aplicación esta
probablemente incluido en la items siguientes.
38
1.5.13 Motoret de arranque dirccto. Normalmente si Usted, tiene uno o dos
grandes motores o mucfros pequeños anancando juntos, con otra carga
pequeña, la caída de votüaje determina el tamaño del generador que necesita.
Cuando una aplicación involucra grandes mototes, es ventajoso que arranque
primero el motor más grande. Cuando el circuito se estrbiliza adicione las
otras cargas, de otra manera, el @nsurno pico de l(VA, puede hacer
imposible elananque de motores sin usar una planta más grande.
La Tabla No. 1-1 muestra los KW y consumos nonnales de varios tramafios de
motgrcs, a lTn @ tener certeza que el sistema no será sobrecargado mire los
l(\A/, de cada motor en la carga y el total de todos los motores, más cualquier
otra carga requerida . Reserve una potencia de 1A a 15Yo que debe ser
también adicionda para tener cuidado de un futuro ensanche.
1.5.14 Secuencia de aranque de motorus. En muchos casos, cuando más
de un motor está incluido en la carga, el ananque de rnotores en una
secuencia planeada permitirá la utilización de un gerlerador más pequeño .
Esto resulta grandimamente económico en una instalación inicial, corno
también continua salvando costoo en operación. Un arranque secuencial de
motores, puede ser hecho donde quiera que sea factibb. El procedimbnto
para calcular la secuencia de arr:anque puede ser estudiada en el item 1.4.18.
39
Cuando la aplicación requiere más de uno de los motores para empezar al
mismo tiempo, se toma el total como la carga de un motor para estimar los
l(/A de arranque y se calcule, la secuencia de ananque, dato éste útil para el
bafance de los motores de carga monofásica y trifásicos 1201240.
Los generadores operados a SoHz , también reducen la capacidad de
aranque del motor. Para compensar esto determine una caída de voltaje
aceptable para aplicación a 60Hz e incrementándose un 30% (multiplique por
1.3).
1.5.15 tlotorug de ananque a tensión rcducida. l-a alta coniente
consumida y ef alto torque del ananque asociado con el ananque directo,
puede creár problemas en el equipo manejado por el motor diesel. Usando
arranque de motor a tensión reducida, se disminuye este tipo de problemas.
Hay varias maneras de reducir el voltaje de ananque disponible. Algunas
veces se arancan motores grandes con generadores auxiliares y luego de
este proceso, su carga es asociada al sistema de generación. La mayoría de
los anancadores a tensión reducida aplican la carga en dos o más pasos.
1.5.16 Tipos de arranque a tensión reducida
40
1.5.16.1 Reactor primario. Este tipo de ananque usa reactores conectados
en las líneas del motor para reducir la potencia de ananque requerida. Estos
aranques proveen un bajo F.P. de carga pero debe ser diseñado de acuerdo
a las características particulares del motor a ser anancado.
El ananque por reactor primario reduce la carga l(/A de ananque entre 35%
y 50o/o y reduce el torque de aranque disponible por el motor entre 60% y
75o/o. Cuando la aplicación de estos arranques es apropiada trabajan bien con
el conjunto generador.
1.5.16.2 Resistencia primaria. En este tipo de ananque las resistencias
están conectadas en las líneas del motor para producir una caída del voltaje,
manejando la coniente de arranque del motor con un relevo de tiempo que es
conectado en corto a la salida de la resistencia después de la aceleración del
motor. El motor anan@ a voltaje reducido y opera a pleno voltaje.
El ananque normal por resistencia primaria provee un paso de resistencia
alrededor del voltaje de línea y en los terminale del motofi al momento del
arranque los contactos se cienan.
41
La coniente de lÍnea también es reducida alrededor del 10oÁ del promedio de
coniente del rotor bloqueado y acerca del 49% del promedio de rotor
bloqueado del torque es disponible.
Los máximos l(/A consumidos son también limitadm aosrca del 50olo del
valor promedio de l(/A, de rotor bloqueado. Por esto este tipo de aranque
incrementa el F.P. de ananque del moto[ esto genera una tendencia a
sobrecargar el motor de la planta. Por esto , usar arranques por resistencia en
la planta, no se recomienda.
1.5.16.3 Estrclh trlángulo. Algunos motores tienen 6 terminales los cuales
pueden ser conecfados en estrella o triángulo.
Cuando es conectado en esüella el motor tiene un valor de voltaje de un
173o/o del promedio de voltaje en triángulo. Para conectar el bobinado del
rnotor en configuración estrella y usando una fuente de voltraje
conespondiente al valon del triángulo , la conbnte de ananque y el torque son
reducidos.
Este ananque no es verdaderamente un voltaje reducido, pero el eÉcto es el
mismo Normalrnente el alranque estrella triángulo es transitorio. En el
afranque inicial, dos contactoree operan, uno cenado para conectar al
bobinado en estrclla y el otro, lo energiza. Después de un tiempo transcunido
es reconectado el motor en triángulo.
42
El contactor triángulo abre y un tercer contactor dena para reconectar el
motor en triángulo , con el motor conectado en estrella, la coniente de
arranque y eltorque son de un valor del 33% de la conexión en triángulo.
Por el torque de ananque muy bajo el punto al tiempo de transición debe ser
relativamente largo para evitar altas conientes en este punto.
1.5.16.4 Bobinado partldo. El ananque por bobinado partido es usado para
motores que tienen dos bobinados idénticos para ser conectados en paralelo.
Estos bobinados pueden ser energizados en secuencia para prov@r una
coniente y torque de ananque reducidos. Cuando un bobinado es energizado
el torque es cerca de un 50% de ambos bobinados y la coniente de línea de
6O a70o/o dependiendo del diseño del motor.
El ananque por bobinado partido no reduce verdaderamente el voltaje de
arranque, pero produce efecfos similares. Entonces se hace intemamente un
ciene transitorio al consumo máximo de coniente que ocurre. Al momento que
el primer bobinado es energizado y los máximos l(VA consumidos por la carga
def generador, la coniente de línea puede ser de 60 a70o/o el ananque directo
del mismo motor.
,t3
1.5.16.5 Arranque por autotransformador. Este tipo de arrenque
generalmente da los mejores resultados con la planta de goneración.
El aranque provee voftaje reducido a los terminales del motor de un
autotransformador trifásico multitap. Los tap del autotransbnnador proveen
safeccón del 80%, 65% o 50o/o, del voftaje de línea únicernente a los
terminafes del motor. El torque e reducido en el amanque al640/o,42Yo o 25Yo
del valor a pleno voltaje pero por esto la acción del transformador actúa sobre
la coniente de línea y los l(/A son reducidoe en los mismos valores
dependiendo del TAP seleccionado del autotransficrmador.
Dihrentes tipos de ananqu€ de motorcs a tensión rBducida, asociadoe a la
reducción d€ lryA y torque, son eriunciados en la tabla 1-8 variaciones de
estos tipos de anancadores a rcltaje rcducido son disponibles a través de
proveedores locales.
PRECAUCION
Antes de adicionar amancadores a tensión reducida al equipo consulte oon el
fabricante del equipo, el torque del motor puede ser reducido a un punto
donde el motor no puede ser anancado o acelerada la carga. Esto podría
ocasionar un daño al motor.
4+
1.5.17 Información del código del motor. Los motores normales están
reconocidos por la NEMA (Asociación nacional de fabricantes eléctricos) las
especificaciones tienen un código de letra impresa en sus placas.
Esta norma indica los l(/A de rctor bfoqueado (LR) det motor. Estra norma no
debe ser confundida con la NEfrlA letra de diseño , la cual denotia torque y
velocidad.
cÓDlco DE LETM (NEÍúA) :Esta designación es pána los t(/A de rotor
bloqueados e indica los l(VA de ananque y frecuencia promedio.
Prácfica coniente es el uso del código G para ls Hp código H para T,s a 1o
HP, código J para 5 HP, código K, para 3,0 Hp y código L o M, para motores
más pequeños. Para 20 HP y encima, NEMA limita ros r(\/A por Hp a s,77.
Estos motores son designados códrgo B, C o D.
NEMA. DEslGl.|AcloN DE LETRA Esta teha denota el torque VS. ta
velocidad, caracterlsticas de cada motor. La mayoría de los motores de
propósito general son NEMIA designación B. Aplicaciones de alto torque
usualrnente usan una designación c de NEMA. Ocasionalmente NEIíA
designa D, a los motores requeridos para aplicaiones de extra-alto torque. La
45
letra de diseño NEtt A pertenece al torque VS. velocidad unicamente solo y no
son relacionados los l(VA del rotor bloqueado en el motor.
1.5.18 Procedimiento para calcular la secuencia de arranque de motorcs
requerida:
1. Liste todos los motores en la secuencia que deben ser anancados;
induya los HP y el código de letra NEITIA para cada motor.
2. Calcule la carga total del motor en funcionamiento en l(A/; refiérase a
la tabla 1-1.
3. Adicione a esto la carga en (lQt/) para iluminación y otros equipos a ser
cargados (calentadores, secadores , etc.) Esta es la carga total de
funcionamiento en l(VV. La planta seleccionada debe tener una
capacidad lo suficientemente grande para manejar esta carga,
coniendo con una caída de voltaje permisible que ocurra cuando el
primer motor sea conectado a la línea.
4- Revise el catálogo de especificaciones del generador para determinar
cual generador podría manejar el total de la carga coniente, y apunte la
seleccionada, incluya el número del modelo, el rango continuo, el rango
stand-by y la frecuencia.
46
5. Apunte los HP de cada motor en ra secuencia en que serán
anancados.
6. Refiérase a la tabla 1-1 y anote los l(/A de ananque de cada motor. Si
elcódigo letra es desconocido use un fac*or de 6,0 l(\/A por Hp.
7. Liste el rango de potencia continua plomedio del genenador
seleccionado en el paso 4.
8. Pana cada motor apunte el total de ros Hp los caules han sido
anancados.
9. Divida el rango de potencia continua (paso 1) de los HP de los motores
que ya han sido arrancados (paso 8) esto prove€ los l(/A eftcfivos.
10. Si son usados anancadoreo de motores a tensión reducida multiplique
Sl(\/A por el fastor apropiado. (Factor de la tabta t-B).
11. Multiplique los rcsultados por un fiacfor pará permitir una aceptable
caída de voltaje.
12. Revise el manual de especificaciones de la planta pa¡a determinar cual
planta será necesitada para cada secuencia de arranque. Liste el más
pequeño que pr.rede producir los Sl(/A requeridos pafia una aceptable
calda de voltaje.
13. Compare la planta seleccionada con la escogida en el paso 4. La planta
con la más alta capacldad KW, es el que es la recomendada.
NOTA:
47
Deben ajustarse los requerimientos por temperatura y altitud refiriéndose al
boletín de Ingeniería del fabricante de la planta. REQUERIMIENTOS
AMBIENTALES , para mayor información.
a8
TABLA I.ICARACTERISTICáS Ell LOlt IOTORES TR¡FASICAI¡ SEGUH ]lORIAl¡ IIEXA E F, c, H, J y K
Three Phas¡ Charac,ierlsücs for Hema Dselon E. F and K motorshn de Amnque
HP Código E Código F Código G Códlgo H Código J Código K Potench en vacloKfl
1
235
7.51015nÉ30N506075100125150m250300
4.79.514.273.736.647.571.295
118.7112190z'372ü356475504712950
1.'1871.425
5.310.615.9%.539.85.3
79,5100132159212265318398530w2795
1.0601.3251.590
5.911.917.e29.844,659.589.2119149179t829835744858574893
1.1m1.¡1901.785
4.713.4n.133.550.3671m1U16820128338
7.5r5.12.637.856.875.5
8.517
É.542.563.785
1.92.84.66.98.813
17.221.625.s#.2¿13.5
51.563841001á1642002fi
TABLA 1.2NEiIA en kVA, HP oar trlfáslcoü
Códioo de ananoue RenqoüpicoABcDEFGHJKLMNPRSTUV
G3.153.15.3.553.5S4.04.G4.54.$5.05.G5.85.6€.34.37.17.14.08.09.09,S10.010.G11.211.2-12.512.$14.014.S1e.016.G18.016.&20.020'ú2-4
24.4 and up
15 hp en adetante10 hp
7.5y5hp3hp
2y 1%thp
menores a t hp
TABLA 1.3
Itlátodoa de ananque de los mdorc¡
TABI.A I.4
Caracbdsticae tfplcas tte loa mob¡88 monorÉclcoo (excepürando loe de repulelón)
StadingMethod
KVAAt
Stert
Appror$arüngToroue Svm.
Across the linc 1m96 10CIf6 AAuto Transformer
S(lb Tao 30i6 á% B1
65116 Tao ffi 4ffi 828O96 Tap 6896 a% B3
Reector orResistance8üf, Tao 8096 8496 c
SD¡r Delta 3396 38196 DPartWindinq 7Wr 45% E
HP KW KVA
StartinsKVASplit
Pha6c
crp.sh
Ind. Rr¡¡r
c¿pStsrt
Cap. Run
v6rA
IBv,%I
.30
.4tt
.50
.65
.95
1.20
.45
.60
.70
.90
1.25
1.60
3.705.00ó.007.ffi
2.fi3.lo4.005.207.209,20
3.004.004.70ó.008.3010.50
U¡ivcrsidad !'rl'.orn¡ ¿" nccidübstccroil 8tBU0¡EcA
50
TABI-A I.6lúlobms de monofá¡lcoe df fepulslón
TAB|¡ 1.6
ilobns monofáslcos códlgos Ly [l
HP t(\/ KVA Sfiart KVAv,%1
L1n235
7-1n10
.59
.801.001.501.952.704.406.108.m
.751.101.402.ú2.603.005.807.9010.30
3.004.305.507.N10.0013,[email protected]
HPStafino KVA
Desiqn L Dceiqn M1
1-1n235
7-1n1015n
8.0011,5015.00n.7031.00¡f6.00@[email protected]
TABLA 1.7
Factor dc potaneia dc la¡ c¡rgas már comúncs
TABLA I.8Arranque a voltafe mducldo caracterfstlcas
Tipo de carqa Fa¿'tor de ootencialncandcecent LighbHeaüng Elements, OrensControlsFluorcecent LightsInduction FumacesArc furnacesWclding Sctr (bansformcrs)Wcldlng Scb (ac mobr- dc acn.)Tansformerc
1,@1.00
.8S.90.95
.8&.90.E
.80-.90
.80.95
StartingMethod
% VolBAppliedfTAP}
% F.V.t$/A
96 F.V.Toroue
MultiplyingFactor
FullVolteoc 100 100 100 1.0Reduced Vol,hgeAutotraneformer
806550
u4225
644225
0.64o.420.25
Serles Reactoror
Reeisftor
EO
665{)
8066sft
606550
0.Eo0.650^50
Star Delta 100 trl 33 0.33PailWinding
fTvoical) 100 @ ¿16 0.6Wound Rotor
Mobr 100 160 1m 1.6
32
te
F
BstrI(lI
6oE,t!!
!ícD-.E.9ESoTtTgog'>c-É 8_sÜ-
PfibÉ E ;sE$fr es E
üEIi Ft fggrgEFgÉ$Jcig'¡ + rd
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f, EEgtE*¡E *x 6H eg.EE¡ F¿ 9- I' C E'
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g6É.3
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á3
TABLA 1,10
Dcolgnaclón d¡ motoroc regún có<tlgo
HOJA DE TRABATO No.lAT{ALISIS DE CAREA
LOAD AMLYSIS WORKSHEET
LeüerDealonaüon
Kllovoü - Amperes per HomeporverWttfr Loclcd Rúr
ABcDEFGHJKLMNPRsTUV
0.o3.143.1$3.543.5S3.994.s'4.¿194.5'4.905.0-¡.sg5.6€.296.37.m7.1-7.88.S8.909.&98.9
10.$11.1911.2-12.4912.$13.S14.Gl5.9810.Gl7.9018.0-19.99n.ún.g24.4 and up
tbm NumberQuanütyDeccriotion3 Phasc Motor Load Yes No Ycs No Ycs No Yes l,lo Ycc No3 Phase Non-Mdor Load Yes No Yes No Yes No Yos No Ycs NoSinole Phasa Load Yes No Yes No Yes No Yes No Yes NoHofSéoolt\f€rl(\/ANEMA CodeSKVASlertino Méftod'Startino ScouenccRPMVotüageVolt¡Ee DipAmooKilotveüs 0OMPonrgr Facbr {PRPhase b Phase Yes No Yea No Yes No Yes No Yee NoPhaso to Ncutral Ycs No Ycs No Ycs No Ycs No Yes No
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EP
57
I.6 OTRAS ALTERNAT¡VAS PARA AUTOGENERACIÓN - GAS NATURAL.
Usar motores de gas para impulsar equipos que produ@n o suplementan
energía para las compañías industriales y eléctricas presentan una tendencia
cada vez mayor.
A medida que aumenta la preocupación por la calidad del aire circundante, los
gobiemos y las municipalidades de todo el mundo están redactando nuevas
leyes para restringir las emisiones provenientes de la quema de combustibles
fósiles. De ahí el cambio hacía los motores de gas es aún más marcada
debido a la abundancia regional de diversos gases de bajo @sto, por esta
abundancia, y por la eficiencia de combustión inherente a los combustibles
gaseosos, las ventajas económicas de los motores de gas son tan atractivas
como lo son sus bajas emisiones.
Desde hace más o menos 50 años se aprovechó la ingeniería de los motores
diesel más sobresalientes para desanollar los primeros motores impulsados
por gas con miras a contar con más opciones. Debido a que los motores de
gas están cumpliendo las estrictas normas que regulan las emisiones con una
operación eficiente y económica hoy son la selección natural y de más
usuarios a nivel intemacional.
58
1.6.1 Dieeño de quema de mezcla pobre. Las regulaciones de las
emisiones son cada vez más rigurosas. Estos requisitos se exigen a través de
mejoras tecnológicas tales como los controles elwtronicos de la relación de
aire-combustible, que permiten la óptima graduación del motor a sus
necesidades específicas. Estas mejoras sobrepasan aún más las normas más
estrictas de aire puro, sin sacrificar potencia.
Esta dase de rendimiento general se alcanza gracias al diseño, que aumenta
los límites de la combustión de mezclas pobres.
Parte importante del rendimiento de todos los motores a gas (de hasta 1150
hp) es el diseño de cámara abierta.
La combustión en cámana abierta, pistones de cráter más profunda y cuestión
más rápida, levas que permiten que las válvulas se trasladen poco tiempo y
un sistema de admisión de aire que mantiene una mezda pobre de aire-
combustible, sirven todos para aumentar la potencia a la vez que reducen al
mÍnimo las nocivas emisiones de óxido de nitrógeno.
Aún con motores de gas de tamaño más grande (4700 hp), es necesario
aniesgar la potencia con el fin de obtener bajas emisiones, Esta familia de
motores a 47OO hp, ofrece un proceso de combustión de dos etapas,
altamente perfeccionado. Una bujía de encendido de montaje lateral en la
59
cámara de precombustión enciende la llama cerca de la salida para asegurar
una combustión más completa antes de entrar en la cámara principal. Este
tipo de tecnología ayuda a reducir al mínimo las nocivas emisiones de óxidos
de nitrógeno.
1.6.2 Velocidad alta o baja de los motorcs a gas. Gon una gama de
operación de 0 a 1800 rpm. se puede disponer de una combinación para
cualquier equipo que se necesite impulsar. Y al mismo tiempo, puede
compensar su ne@sidad de bajo costo inicial con la de una larga vida útil del
motor.
1.6.3 Operación de motores a gas de baja preeión. Muchas regiones
requieren el uso de gas de baja presión por reglamento, por eso, para estos
casos, se muestra esta opción de gas de baja presión. Sin embargo hay un
beneficio adicional por que cuando se elige la opción de gas de baja presión
no se necesita un compresor efra, se bajan los costos de la instalación inicial
del motor y se elimina el mantenimiento del compresor, en general.
1.6.4 Motores a gas de aspiración natural o turboalimentados y
posenfriados. Dado el estado de las regulaciones, más y más usuarios de
motores optan por modelos según la aplicación y el lugar de trabajo, un motor
de gas de aspiración natural puede ser la mejor opción debido a sus
Giñtsldrd A'rtónoma de ccci"nbsECCl0N BiBLlolEcl
60
características de bajo mantenimiento. Estos motores están diseñados para
operar en áreas remotas donde la confiabilidad es de importancia capital. Con
lo anterior los motores de aspiración natural oftecen menos supervisión.
1.6.5 Componentes especfficos para rcllenos sanitarios. Debido a la
naturaleza singular de las aplicaciones en rellenos sanitarios, se encuentra en
el mercado un juego de componentes adaptados especialmente para aquellas.
Los componentes cromados en las cabezas de cilindro resisten los efectos
conosivos de los gases típicos de rellenos sanitarios.
El uso de grupos electrfuenos para producir energía de los gases de
desechos, como también para cogeneración, energía suplementaria de
compañías eléctricas y acondicionamiento de aire por absorción son ideas
magníficas, pero si el motor del grupo electrogeno no cumple las normas para
regulación de emisiones, esas ideas no se pueden desanollar.
Sin embargo, hoy en día, los motores de gas son el núcleo de grupos
electrfuenos precombinados usados en producción de energía de bajas
emisiones en las compañías eléctrica intemacionales, plataformas costafuera
de torres de perforación, plantas de tratamiento de aguas residuales, campos
petrolÍferos y cientos de fabricas en todo el mundo.
51
1.7 EVOLUCION Y PERSiPECTIVAS DEL GAS NATURAL
1.7.1 Antecedentes. Sin incluir la biomasa hay cuatro fuentes de energía que
en fa actualidad representan el 30.25o/o de la producción regional de energía
primaria, siendo la participación del gas natural del 19.24o/o, de la hidroeneqía
def 6.6%, del carbón mineral del4.27o/o y de la geotermia del 0.14o/o .
En el caso del carbón mineral es significativo el hecho, hasta principios de los
años ochenta, su uso predominante era en la industria siderurgica, pero su
uso térmico en la generacior de electricidad ha empezado a tomar
importancia en algunos países, corno es el caso de Colombia y México. Por lo
tanto, se prevé que, en los proximos 20 años, el uso del carbón térmico será
altamente competitivo con otras fuentes de energía (petróleo, gas natural e
hidroelectricidad) en la generación de energía eléctrica.
El gas natural, por su parte, rcpresenta la fuente de energía que más
opciones de uso ofece para el futuro, ya que no sólo es un importante
insumo, como materia prima, para la industria petroquímica sino que es el
susütuto más viable y competitivo de los produc{os petroleros en todo uso final
estacional, sea éste doméstico o industrial, o bien @mo combustible para el
transporte automotor, ya sea comprimido (GNC) o como gasolina sintética.
Además, es una opción cada vez más importante para la generación de
electricidad, especialmente cuando hay restricciones ecológicas por la
62
cercanía de las plantas a las grandes metrópolis, aun cuando las políticas
nacionales obligan el uso de combustibles "limpios".
Por su parte, la hidroenergía es un recurso del que América Latina dispone,
en comparación con otras regiones del mundo, y gue tiene gran potencial
(716.307 MW). A diferencia de los recursos contenidos en el subsuelo
(petróleo, gas natural, carbón mineral y geotermia), se puede medir
físicamente con un alto grado de confiabilidad. Sin embargo, el bajo
aprovechamiento que se tiene del potencial identificado (13,5olo) refleja las
limitaciones, fundamentalmente técnicas y financieras, para lograr incrementar
la explotación de este recurso renovable. Al rcspecto, para dimensionar los
esfuerzos realizados por los países de la Región en el pasado reciente, basta
señalar que, de los más de US$80 mil millones que recib¡ó la Región en
créditos para el desanollo del sector energético en los últimos 15 años, el
72o/o s@ orientó el sector eléctrico, 25o/o al petrolero y solo el 3o/o al carbón
mineral, lo que explica el dinamismo del sector el#rico y, en particular, de la
hidroelectricidad.
Por último, la geotermia es la fuente de energla de uso más reciente en
América Latina. En los años cincuenta se inicia un estudio sistemático en
México y algunos países de Centrc (El Salvador) y Sur América (Ghile), con
fines de generación eléctrica.
63
En los dos primeros países los trabajos de investigación culminan con la
instalación de las primeras plantas geotermoeláXricas de la Región en la
dá:ada de los setenta, justo en el período de mayor crisis por el aumento de
los precios del petroleo, lo favoreció particularmente a El Salvador como país
importador neto de hidrocarburos. En los años ochenta, Nicaragua inaugura
su primera planta geotérmica y, en la actualidad, Costa Rica y Guatemala
están en las úttimas fases de los estudios de factibilidad tecnicoeconómica
para la construcción de sus primeras unidades.
1.7.2 Gas natural. En el caso de los países productores y exportadores de
petróleo de América Latina y otras regiones del tercer mundo, la renta
petrolera nacional representó, y representa, un importante ingreso para las
economías nacionales. Esto podría al menos parcialmente la falta de
integración del gas natural en sus políticas energéticas ,pues ello implicaba
desviar inversiones que en apariencia les son más redituables aplicarlas a la
industria de producción y exportación del petróleo. Sin duda alguna, puede
afirmarse, qu€ en los últimos 20 años, el panorama ha cambiado
radicalmente, ya que las estadísticas (SIEE-OLADE) muestran que el
porcentaje de gas natural no aprovechado, como parte del volumen
producido, es ectualmente del 11.4olo, mientras que en 1980 era del 20.60/o !en 1972 del 41.8o/o. Sin embar(p, en ninguno de los principales países
productores de petróleo de la Región existe todavía una política de gas dara,
ya que se sÍgue manteniendo un cierto criterio de marginalidad con respecto al
64
gas natural asociado y no hay programas de inversión específicos para el
desanollo y aprovechamiento del gas natural libre (no asociado al petróleo).
Por otra parte, es cierto que, desde la crisis petrolera de los años setenta, la
tendencia, ahora más marcada, ha sido hacia una mayor participación del gas
natural en el balance energético de los países desanollados y que ello ha
generado el interés de empresas de exploración, explotación y servicios en
esta rama de la industria de los hidrocarburos, así como de las agencias de
desanollo multinacionales (Banco Mundial, BlD, etc.). En el mar@ de las
políticas de liberalización de las economías, casi generalizadas en la región,
eso hará que se diversifique y amplíe el aprovechamiento del gas natural en
los países de mayor desanollo relativo y entre los miembros de OI-ADE. En
América latina y el caribe, el gas natural no tiene su lugar claramente definido,
lo que explica en parte la falta de definición en los planes energéticos
nacionales como un subsector independiente, como es el caso del subsector
eléctrico. El gas natural ha sido siempre visto y manejado por las empresas
petrcleras estatales, como un producto del petróleo, raz6n por la cual en el
pasado se llegó a desperdiciar a la atmósfera hasta más de la mitad del gas
asociado producido, hecho que afortunadamente ha disminuido
sensiblemente.
55
En cuanto al futuro, como puede apreciarse en las cifras del cuadro 1-10, los
expertos difieren en las apreciaciones del comportamiento futuro de la
demanda del gas natural en América Latina y El Caribe.
Sin embargo, independientemente que estas difurencias sean producto de la
aplicación de modelos específi@s o el efecto de las unidades de conversión,
todos concuerdan que el gas natural puede tomar un auge si se aplica un
mínimo de medidas para lograr la mayor integración de este energético en la
oferta global de energía.
Es difrcil prever los niveles de inversión que se requiere para lograr alcanzar
fas cifras estimadas de consumo hacia el año 2000, ya que ello está en
función de la infaestructura que exigiría disponer de la ofurta de esos
volúmenes de gas natural, desde el mismo desanollo de las res€ryas en
campo hasta las redes de gasodustos y de distribución Lo que si es
imprescindible para alanzar las metas propuestas es el concurso coordinado
de los sectores públicos y privado, ya que los gobiemos deben establecer y
mantener las políticas que incentiven la demanda en los subsectores
doméstico e industrial.
66
o(UutE!'EocoE.o!lgoE6oc
Ea(Ego6CD
oE.9EEoclE-:$ .E".G¡ aúac3pH?ob6:oEÉ().se¡¡.,JF()(!LO8bs3gEó-t
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88to:P.Fo{ ',(o F
6c!c!c!\qq\f!qC0O-€OION-Olrt\ ol
E'qo):r-taq|n- (.Ito€ocr'6oñg =
XOOr$(r)(o@O)tl)r OdE.tS",¡"tEo¡ñg ñ
ic!nqaaqn'q qho-{oooñlY o rl)ó-o o
L(oF*lOrCDOñl | (O (OP(.iciri;o¡dc,¡ ro ñ¡fJ-r ñl ü) O
JgÉ,FoB
=
J
ozt¡¡oolnÉ,
# É**sÉpfi É
57
En cambio, en la generacón eléctrica, la parte del gas natural será función de
los planes de expansión de las empresas eléctricas y de la disponibilidad y
costos comparativos de otros combustibles.
Es importante observar que las cifas contempladas en el cuadro i-10
significan para fines del siglo actual una duplicación del @nsumo del gas
natural registrado para 1990 en los subsectores doméstico residencial y de
generación eléctrica, mientras que en el sector industrial ese @nsumo casi se
cuadriplicaría.
El potencial gasifero de la región latinoamericana y del caribe, al igual que el
petróleo está aún lejos de @nocerse, ya que las actividades de exploración
realizadas hasta ahora representan sólo un pozo exploratorio por cada mil
kilómetros cuadrados de áreas sedimentarias, mientras que los Estados
unidos registra 80 pozos por cada mil, la ex Unión Soviética l0 pozos y
Europa Occidental 6 pozos.
Actualmente solo 13 países de Latinoamérica pncducen gas natural.
Barbados, Cuba y Guatemala producen solamente volúmenes muy pequeños
y por esa razón no se hará ningún rcsumen aquí. Los 10 países restantes
representan el grupo en el que se basan las proyecciones futuras de
producción y @nsumo.
58
En Colombia el futuro gasifero del país se ve más prometedor que las cifas
actuales de reservas. Golombia es sin duda alguna el país de América Latina
con la mejor distribución de sus abundantes recr¡rsos energéticos, sin
embargo, el retraso en la exploración petrolera y gasibra (660/o de las
actuales reservas de gas son de gas no asociada) hacen que por el momento
se apliquen mejores planes de importación de gas Venezolano para hacer
fente a la demanda futura. No sería sorprendente, no obstante , que el
mediano plazo Colombia sea la base de un proyecfo de suministrar gas
natural a algunos países de América Central.
Actualmente la industria del gas se desarrolla con la participación de la
empresa estatal ECOPETROL, como accionista de las empresas productoras
y transportistas o como responsable de la parte de la distribución que no esta
en manos de invemionisüas privados.
1.8 VENTA'AS TECNICAS DE LOS DIFERENTES SISTETIAS DE
GENERACION
Por muchos años, los dientes de la industria de generación de electricidad
han conftontado el dilema de seleccionar el motor conedo pam su aplicación.
Las opciones han incluido tanto motores de encendido por cfiispa como los
encendidos por compresión. Los motores encendidos por chispa operan con
69
combustibles líquidos, tales como la gasolina o con combustibles gaseosos
tales como el gas natural o propano. Los motores de encendido por
compresión operan con aceite combustible, aún cuando se están
desanollando combustibles substitutos tales como er metanol.
1.8.1 Funcionamiento de un motor de encendido por chispa. El aire se
mezcla con la gasolina, gas natural o propano fuera del cilindrc, en el
carburador. El vapor del combustible es aspirado al cilindro por la succión
causada por el pistón en su movimiento descendente. Según el pistón se
mueve hacia aniba, la mezcla es entonces comprimida a una relación 7,5'.1 a
10:1. El encendido es causado por una chispa del sistema eléctrico. El pistón
se mueve hacia abajo en su carrera de potencia, entonces fuerza la salida de
los gases quemados por una válvula de escape que se abre en su movimiento
ascendente.
Típicamente, los motores de encendido por chispa que se encuentran en la
industria de la generación de electricidad actualmente son derivados de los
motores de gasolina automotrices. Estos motores están diseñados para que
sean "desechables", es decir, que se espera que tengan una vida útil de un
número predeterminado de kilómetros o de horas antes de que haya que
reemplazados.
lftlYotsld¡d Autónrm¡ de 0ccllnrhsEccrori ErBLtortcA
70
No se recomienda hacer reacondicionamientos mayorcs del motor debido a
que no puede restaurarse a su condición "como nuevo" reemplazado piezas
que se desgastan normalmente.
1.8.2 Funcionamiento de un motor de encendldo por comprcsión. La otra
clase principal de motores son los de "encendido por comprensión". Cuando
se comprime el aire, este se calienta. La temperatura del aire caliente
encenderá el combustible. Ese es el principio en que se basa la operación del
motor diesel o de encendido por compresión.
A diferencia del motor de encendido por chispa, el cual aspira una mezcla de
combustible y aire, un motor diesel aspira solamente aire fresco. Cuando el
piston del motor diesel está cerca del máximo de su @rrera de compresión,
el combustible atomizado es inyectado diredamente af cilindro y es encendido
por la alta temperatura del aire comprimido. La relación de compresión del
motor diesel es aproximadamente el doble que la de un motor encendido por
chispa para así proveer temperaturas del aire lo suficientemente altas para
encender el combustible.
La eficiencia térmica de cualquier motor de combustión intema, ya sea de
encendido por chispa o diesel, depende mayormente de la relación de
compresión. Un motor de alta compresión utiliza más de la energía que está
disponible en el combustible y por lo tanto se desperdicia menos energía en la
7L
perdida de calor al refrigerante y escape. Debido a que un motor Diesel utiliza
una relación de compresión alta para alcanzar la elevada temperatura que se
necesita para en@nder el combustible, su eficiencia térmica es mucho mayor
que la de un motor encendido por chispa. Por lo tanto un motor diesel
@nsume rnenos oombustible que un motor de encendido por chispa para
rendir el mismo trabajo.
En un prueba típica de comparación, la economía de combustible de un diesel
bajo carga plena es cerca de 4OYo mejor que la de un motor de encendido por
chispa, a medía carga es como un 50% mejor, a marcha en vacío hasta un
100o/o mejor.
1.8.2.1 Gonfiabilidad del diesel. La sencillez del diseño hace que el diesel
sea más confiable. El motor diesel evita las complicaciones relacionadas con
el encendido por chispa y los carburadorcs. Se puede depender de que un
motor diesel arranque en tiempo húmedo lo cual con frecuencia causa
problemas de encendido por los motores de encendido por cfiispa.
1.8.2.2 Durabilidad de un diesel. La mayoría de los motores diesel están
fabricados para que duren mucho en aplicaciones severas. Un motor diesel
para servicio severc puede exceder la vida de tres motores de encendido por
72
chispa, y generalmente puede restaurarse a su condición "@rno nuevo"
mediante un rea@ndicionamiento mayor.
Naturalmente, la precisión, alta calidad y alta resistencia de las piezas de un
motor diesel cuestan más y generalmente pesan más que los componentes de
un motor de encendido por chispa, la mayoría de los motores diesel se utilizan
en aplicaciones comerciales donde la confiabilidad, seguridad , durabilidad y
bajo costo de operación son importantes.
1.8.2.3 Rentabilidad total del motor diesel. La mayoría de los motores
diesel son confiables, de larga duración, ahonan combustible, no requieren
afinamientos y el combustible diesel es más fácil de almacenar en el lugar de
trabajo. Los motores de encendido por chispa requieren combustibles más
volátiles. Requisitos para la manipulación y almacenaje delcombustibles como
el propano y la gasolina son más estrictos y costosos. El gas natural no se
puede almacenar en el lugar de trabajo y tiene que ser abastecido por una
fuente continúa tal como conductos de gas natural. En el caso de sistemas de
emergencia ya sean de generadores auxiliares o bombas de incendios, el
abastecimiento inintemlmpido de gas natural puede ser peligrado por un
incendio o tenemoto precluyendo por lo tanto el uso del sistema de
emergencia en el momento en que más se necesita.
73
1.8.2.4 Garacterlsticas de servicio de los motorcs diesel. Enfocando
solamente los motores diesel, vemos que aquí también hay opciones par:a el
cliente que genera electric¡dad. Debido a su fuerte construcción, y a que su
uso común en trabajos dificiles y sucios, y para transporte lejano, los motores
diesel son fuertes, confiables y de mucha dunación. Esa es una imagen real
de los diesel para s€rvicio severo, pero no todos los motores diesel están
diseñados para usarlos en servicio severo.
Para responder a la creciente demanda de motores diesel, han aparecido
algunos motores para servicio liviano y mediano que prorneten la economía de
combustible diesel con menos peso o a un precio más bajo.
Actualmente se puede comprar estos motores por un poco merx)6 que los
diesel para servicio severo, y pueden constituir una buena compra si estos
satisfacen nuestras necesidades.
Las grandes e@nomías ofiecidas por los motores diesel para servicio severo
son su mantenimiento, costo de conservación y vida útil del motor más larga.
Además, los diesel para servicio severo oftecen confiabilidad superior. Se
puede tener la confianza de que su motor anancará y funcionará confiable
cuando lo necesite.
74
Antes de invertir en un motor diesel liviano, mediano o severo hay que evaluar
sus requisitos de aplicación. Si la confiabilidad es esencial, o si su aplicación
requiere factores de carga momentánea, cargas del motor o cargas pesadas,
entonces se debe seleccionar un diesel para servicio severo.
1.8.2.4.1 Diesel para senricio mediano. Los motores diesel para servicio
mediano son similares a los motores de encendido por chispa en que estos no
tienen los componentes estructurales fuertes o piezas desgastables
completamente reemplazables para permitir reconstruirlos repetidamente a la
condición de "como nuevos". Un motor de este género es generalmente
bueno para un solo reacondicionamiento mayor después del cual el propietario
se ve confrontado con el costo de reemplazar el motor completo.
1.8.2.4.2 Diesel para seruicio severo. Un motor diesel pam servicio severo
está diseñado para una larga vida de servicio. Está construido con fuertes
piezas de alta calidad, y todas las piezas móviles y desgastables pueden ser
fácilmente reemplazadas al reacondicionar el motor. Con un mantenimiento
periódico adecuado, este puede funcionar período largo de tiempo entre
reacondicionamientos. Una de las ventajas principales del diesel para servicio
severo es la posibilidad de reacondicionarlo. Cuando las camisas de los
cilindros y otras piezas principales desgastables pueden ser reemplazadas, el
motor diesel para seMcio severo tiene una vida casi ilimitada.
75
El costo inicial de un motor diesel para servicio severo es generalmente más
alto que el de un diesel para servicio mediano. Pero la vida virtualmente
ilimitada del rnotor para servicio severo reduce el costo neto. Esto junto con
las economías en el mantenimiento, reduce el costo total de poseerlo sobre la
vida del equipo accionado por el motor diesel, lo cual a menudo hace que el
motor diesel para servicio severo sea más económico de adquirir basado en
los costos totales.
1.8.2.5 Diseños de doe y cuatro tiempos. Existen dos tipos de motores
diesel para servicio severo, el de "dos tiempos" y el de "cuatro tiempos".
Ambos diseños han estado disponibles por muchos años y ambos han
probado su valor y han sido bien aceptado por la industria de la generación de
la eléctricidad. Para comprender sus diferencias uno tiene que ver claramente
las características Msicas de cada diseño. Todos los motores diesel tienen
un ciclo de admisión, compresión, potencia y escape por cada impulso de
potencia. Algunos motorcs identificados @mo de "cuatro caneras" o "cuatro
tiempos", utilizan cuatro careras del pistón y dos revoluciones del cigüeñal
para ejecutar estas funciones. un motor de "dos caneras" o de "dos tiempos"
ejecuta la admisión, @mpresión, potencia y escape en dos caneras del
pistón y una revolución del cigüeñal, dos veces más a menudo que un motor
de cuatro catreras, y esta gran diferencia le da ventajas extraordinarias a los
motores de dos carreras en su aplicación a la generación de eléctricidad.
76
Hay muchos fabricantes de motores diesel de cuatro tiempos para servicio
severo. Algunos de estos fabricantes, también fabrican motorcs diesel para
servicio mediano. Un gran numero de fabricantes nacionales e
intemacionales, indusive alguno de los mejor conocidos en el campo de la
genenación de eléctricidad fabrican motores diesel de dos tiempos. A fines de
1989 y al principio de 1990 algunos de los fabricantes principales de motores
anunciaron programas de desanollo para motores de dos tiempos declarando
que el motor de dos tiempos es el motor del fr¡turo.
CIGLO DE CUATRO TIEilIPOS
Admisión
La válvula de admisión se abre cuando el pistón está cerca de su punto
muerto superior. El pistón desciende y actuando como una bomba de
desplazamiento positivo aspira aire fesco a través de la válvula de admisión
abierta
Gompreeión
Después que el pistón pasa el punto muerto inferior, la válvula de admisión se
cierra. El pistón asciende, comprimiendo elaire.
77
Potencia
Cerca del punto muerto superior, el combustible es inyectado y se enciende.
Los gases calientes de la combustión empujando el pistón hacia abajo.
Escape
cerca del fin de la caffem de potencia, la várvula de escape se abre. A
medida que el pistón asciende, este actúa nuevamente como una bomba de
desplazamiento positivo, empujando los gases quemados hacia afuera del
cilindro. Después que el pistón pasa el punto muerto superior, la válvula de
escape se ciera. Para cada tiempo de potencia se requiere dos rcvoluciones
del cigüeñal. El pistón sirve como bomba durante dos de las cuatro careras.
DIESEL DE DOS TIEMPOS
Solamente se requieren dos careras la de "@mpresión" y la de "potencia'. El
escape y la admisión ocunen al acercarse y pasar el pistón por su posición de
punto muerto inferior.
La admisión de aire es provista por un soplador efemo.
ADMISION
El pistón al descender descubre las lumbreras de admisión y aire fesco
soplado alcilindro por la presión de un soplador. Elaire admitido fuerza el
78
resto de los gases de escape, enfía el pristón y el cilindro gon aire fresco
limpio.
coHPREStON
Durante el ascenso del pistón desde el punto muerto inÉrior, este ciena las
lumbreras de admisión y las váfvulas de escape se encienan. El aire es
comprimido a medida que el pistón continúa su asoenso hacia el punto muerto
superior.
POTENCIA
Cerca del punto muerto superior, el combustible es inyectado y se enciende y
los gases calientes de la combustión empujan el pistón hacia abajo.
ESCAPE
A medida que el pistón desciende al final de la carera de potencia, las
válvulas de escape se abren, descargando los gases quemados por el
múltiple de escape.
cada tiempo de potencia sólo requiere una revolución dercigüeñar.
79
figuraNo t. Principio del encendidopor compresirín.
tlnlvcnldad f'li6nom¡ rre 0cc¡dmb
sEecÉN 8tBLlo'ftcA
80
CAERERA 1
ADMISIONCARBERA 2
COMPRESIONCARRERA 3POTENCIA
CARRERA 'ESCAPE
ESCAPE Y AOM¡SION CARBEBA I
COMPRESIONCAFREFA ZPOTENCIA
figura No 2. Ciclo de cuatro tiempos.Diesel de dos tiempos.
81
1.8.2.6 Ventajas del dbeño de dos tiempos
1.8.2.6.1 Peso y Potencia. Con dos veces más caneras de potencia por cada
revolución del motor, un motor Diesel de dos tiempos produce más potencia
quc un dieselde cuatro tiempos del mismo desplazamiento.
1.8.2.6.2 Reaccion y Aceleracion. Debido a que cada cilindro del motor de
dos tiempos produce una carrera de potencia por cada revolución, e€te
responde más rápidamente a los cambios de carga.
1.8.2.6.3 Durabilidad. El motor de dos tiempos "esparce la carga", con cada
cilindro produciendo dos impulsos de potencia más livianos por cada dos
revoluciones en lugar de un solo impulso fuerte del motor de cuatro tiempos.
Abajo se muestra la presión medía efecÍiva al freno, lo cual es una indicación
de la presión promedio.
A cargas de velocidades normales no ocurre una inversion de la carga en los
pistones, bielas y cojinete; esta carga continua hacia abajo reduce los efectos
de la carga de impacto.
Las cargas más livianas permiten que en los motores de Diesel de dos
tiempos se use una estruc'tura compacta y piezas que soportan cargas sin
sobretensión.
82
Los impulsos de potencias más livianos son producidos por cilindros de
menos desplazamientos, lo cual significa que el uso de pistones más
pequeños y bielas más cortas para un rendimiento comparable del motor.
La canera más corta produce la velocidad del pistón y la velocidad del pistón
es un factor importante en la vida útil del kit de cilindro. Sin embargo estas
ventajas del peso y tamaño se logran sin sacrificar la vida util del motor.
1.8,2.6.4 Suavidad. Los motores de dos tiempos funcionan más suavemente
que los de cuatro tiempos. Esto se debe a que los motores de dos tiempos
producen dos veces más el número de impulsos de potencia a las mismas
R.P.M. que los motores de cuatrc tiempos. Los impulsos de potencias más
livianos y ftecuentes significan que se requiere menos amortiguación para el
volante del motor más pequeños y livianos. Esto permite aceleración más
rápida y una respuesta inigualada a las cargas momentáneas.
1.8.2.6.5 Temperaturas De Escape Más Bajas. Más aire pasa por un motor
de dos tiempos que por uno de cuatro con la misma cantidad de combustible
consumido. Esto resulta en temperaturas de escape más bajas para los
motores Diesel de dos careras u una vida útil más larga de las válvulas.
83
1.8.2.7 Bombeo de aire vs barrido de los di{rscl. Todos los motores diesel
aspiran aire para la combustión. Ya sea un motor de dos o de cuatro tiempos,
el aire para la combustión tiene que ser bombeado y la potencia del motor
tiene que ser usada para llevar el aire al cilíndro. Los fabnicantes de motorcs
de cuatro tiempos algunas ve@s afirman que no se @nsume potencia para
el bombeo de airc de admisirin, perc) estos @nsumen potencia y desperdician
dos caneras usando sus pistones para bombear los gases de escape,
expulsándolos del cilindro, y para aspinar aire fresco. Los pistones y dlindros
herméticos al gas, diseñados para producir potencia, sirven como inefTcientes
bombas de aire de alta friccion durante las caneras de admisión y escape. En
un motor de dos tiempos la acción del pistón se usa solamente para comprimir
el aire y producir potencia. El proceso de remover los gases de escape se
llama barrido del cilindro y es ejecutado por un sopfador giratorio de baja
eficiencia. La eficiencia en la aspirackSn es asegurada por genencs¿rs áreas en
las lumbreras de admisión y válvulas de escape. Debido a que las válvulas de
escape no tienen que compartir espacio con las válvulas de escape pueden
ser más grandes o puede haber más de ellas. Los motores de dos tiempos
tienen cuatro válvulas de escape por cilindro. Los motores de cuatro tiempos
típicamente tienen solamente una o dos válvulas de escripe.
1.8.2.7.1. Bombeo fle Aire. Aún cuando el motor de dos tiempos admite aire
más rápidamente, este utiliza menos potencia para el bombeo de aire a las
velocidades normales del motor encontradas en los diesels para servicio
84
severo. Por ejemplo, un motor diesel típico de cuatro tiempos utiliza 23
caballos de fuerza para bombear 25 libras de aire de admisión por minuto a
2000 RPM.
Un motor de dos tiempos de la misma potencia nominal utiliza solamente 15
cabalfos de fuerza a 2OO0 RPM para bombear 45 libras de aire por minuto. En
este ejemplo el eficiente soplador giratorio @nsume 35 por ciento menos
potencia para bombear 80% más aire por el motor. Esta ventaja aplica
generalmente por toda la gama de cargas.
1.8.2.7,2 Barrido. La combustión es menos eficiente si la carga de aire
ftesco está contaminada con gases quemados remanentes en el cilindro
después del ciclo previo. Por lo tanto, es deseable remover todos los gases
quemados del cilindro después de cada carrera de potencia. El soplador de
los motores proporciona banido superior. El aire que fluye por las lumbreras
de admisión alfondo de los cilindros bane los gases quemados expulsándolos
por las aberturas de las válvulas de escape superior de los cilindros. Debido a
que no es ne@sario tener válvulas de admisión en la culata, la culata de
cilindros puede acomodar hasta cuatro válvulas de escape grandes que
permiten la salida fácil de los gases de escape y del aire de banido.
85
1.8.2.7.3 Enfriamiento Interno. El enfriamiento intemo del cilindro y de la
culata de cilindros es provisto por la circulacion de líquido en ambos los
motores de dos tiempos y los de cuatro tiempos. En los de dos tiempos, el
enfriamiento intemo es también provisto por el airc de banido. Una carga de
aire fesco es soplada durante cada ciclo, bane los gases quemados
expulsándolos del cilindrc y enftía el pistón, el cilindro y las válvulas.
1.8.2.8 Sistemas de inyección de combustible. El sistema de inyección de
combustible se describe a veces como el corazón del motor diesel. Este tiene
que inyectar combustible en el momento conecto, en la cantidad conecta,
completamente atomizado, y en el patrón de un rociado conecto. El sistema
de inyección tiene que ser eficiente y confiable bajo todas las condiciones de
velocidad y carga. Aquí se describen tres de los tipos más comunes de
sistemas de inyección de combustible.
1.8.2.8.1 Sistema tle Bombas Multiples. Originalmente diseñado para
motores diesel de baja velocidad, el sistema de bombas múltiples consiste en
un conjunto de bombas de alta presión montadas en el eferior del motor.
Conec{ado a estas bombas con las @uillas de los inyectores en cada cilindro
hay largos conductos de combusüble de alta presión los cuales son
vulnerables a las fugas y el daño. Algunos sistemas de combustible son
86
diffciles de reparar. El aire de sistema tiene que ser sangr:ado después de
desconectarlo.
1.8.2.8.2 Sietema tle Prceión Slncronizada. El sistema de presión
sincronizada tiene un inyector del tipo de émbolo individual en cada cilindro el
cuaf sincroniza y comprime el combustible en cada inyección. El combustible
fluye a la taza del inyector antes de cada inyección por medio de un orificio
fijo.
A una velocidad determinada, el orificio se abre por un tiempo específico y la
cantidad del combustible que entra a la taza depende de la presión de
combustible que fluye al inyector. Esta presión es controlada por un
acelerador y un gobemador.
Con inyectores individuales comprimiendo en cada cilindrc, este sistema
elimina los conducÍos de alta presión que se encuentran en el sistemas de
bombas múltiples. Sin embargo, el sistema de presión sincronizada es
relativamente complicado y caro, dado que incluye cinco @mponentes de
control del combustible (sin induir los filtros) antes de cada inyector.
La falla de cualesquiera de los componentes que no sean los inyectores
generalmente requiere desarmar la bomba de combustible y el sistema de
control.
87
1.8.2.8.3 Sistema De Inyector Unitario. Este sistema también incluye
inyectores individuales de presurización en cada cilindro. Este es el diseño
más simple, con todas las funciones de alta presión ocuniendo dentro del
inyector, dosificando, sincronizando, presurizando. Una bomba de
transferencia de poco costo circula constantemente combustibles por
conductos de baja presión a cada inyector.
El sistema de inyector unitario es fácil de repara. El sistema se sangra por sí
solo y no requiere procedimiento de ceba complicado.
Para confiabilidad, los inyectores son enfriados y lubricados por el combustible
circulante y el sistema incluye la filtración del combustible más completa
obtenible en sistemas de inyección.
Hay un filtro pequeño en cada inyector además de un liltro tamiz en el
conducto principal de abastecimiento de combustible.
El sistema es inherentemente a prueba de intromisión debido a que el
régimen máximo de flujo de combustible es limitado por el tamaño del
inyector. Esto ayuda a @nservar la vida útil del motor, a la economía de
combustible y a un escape limpio.
88
A medida que las leyes sobre las emisiones son más rigurosas cada día y que
se han ido añadiendo dispositivos electrónicos en los motores diesel,
virtualmente todos los motores diesel para servicio severo fabricados tanto los
de dos, como los de cuatro tiempos, están incorporando sus motores el
sistema de inyector unitario.
El control preciso de la sinsonización de la inyección y la dosificación
permitida por el diseño de inyección unitiaria, junto con la vigilancia
instantánea y el control ahora posibles mediante el uso de contnoles
electrónicos del motor, lo han hecho sistema de inyección de combustible
diesel delfuturo.
{.8.3 Ventaias de la generación por gas. Las investigaciones realizadas
conducen a que con el combustible diesel, se paga el precio vigente en el
mercado. Con los motores de gas natural se puede elegir según infurmación
de los fabricantes el precio delcombustible, escogiendo el más económico.
Lo anterior se debe a que los motores de gas se pueden adaptar por diseño
para quemar casi cualquier gas fácilmente disponible, incluso y además del
gas natural, gas de rellenos sanitarios, como también prcpano. lgualmente
gases de digestores y otros ga$es manufacturados, muchos de los cuales son
subproductos de la libe¡ación de otros procesos. Por todo lo anterior, los
89
motores de gas se pueden ajustar para cambiar de un combustible gaseoso a
otro.
Técnicamente los motores a gas aprovechan al máximo el suministro de
combustible, con emisiones cero, comparadas con las producidas por los
motores diesel y a gasolina. La ingeniería de estos motores permite hacer los
ajustes necesarios que aseguran la eficiencia térmica y la economía de
combustibles más altas.
tlnivcrsidad Aut6noma dp 0ccldmLstcctoN BlELloftcA
2. EVALUACION ECONOTIIGA DE LOS DIFERENTES NPOS DE
AUTOGENERACION
2.I ANALISIS ECONÓMICO PARA I-A AUTOGENERACION POR GRUPOS
DIESEL-OGASNATURAL
El gobiemo nacional con el ánimo de disminuir los perjuicios ocasionados por
la crisis energética presentada desde 1992, tomó una medida tendiente a
favorecer a la industria con un servicio más estable y económico como lo es la
'Autogeneración de Energía".
Lo anterior con elfin de generar en paralelo eon las redes de la elecfrificadora,
en nuestro caso EPSA a un costo bajo por l( /-H (aproximadamente un 7oo/o
del valor que se paga actualmente), facilitando igualmente la adquisición de
equipos.
Para ilustrar los beneficios de la autogeneración sincronizada con plantas
diesel, y así compararla con un proyecto similar con plantas a gas natural,
mostraremos el siguiente ejemplo:
91
Se presenta la evaluación económica simplificada de un proyecto con un
grupo electrfueno de 1000lQV de potencia. Los prccios se han planteado en
dólares, para facilitar su comparación con las ofertas típicas de los
prcveedores. Las tasas de rentabilidad igualmente son referidas a dólares.
Consideremos las siguientes inversiones :
- Un grupo elecirógeno diesel, de 10001$V stand-by, a un precio de
US$160.000 CIF bodegas fabrica.
- Ingenbría del proyecto, intemlptor de sincronización a 4É;OY, rclees de
protección, tableros eléctricos, celdas cables y acometidas, obra civil, montaje
pruebas y puesta en servicio etc., se han estimado de manera global en
us$60.000.
El costo total del proyecto seria de US$220.000, lo que aun cambio en
Colombia $1000 por dólar daría $220.000.000.
La amortización de este costo se realizaría básicamente por los ahonos en las
tarifas de demanda máxima y energía, durante los períodos de tarifa alta.
Con las tarifas promediadas de las empresas públicas para lg95 se tiene:
- Demanda máxima en pesos $7.901 /l(Á/-mes
92
- Energía (tarifa alta) en pesos $79/l$/-H
Se considera un costo de generación del l( /H en pesos de 70 /l(\ /H, con el
grupo diesel, por lo cual en tarifa alta elahono sería de $g/KWH.
El cálculo del ahono mensual sería :
- Por demanda
Pesos $7.901*1000 I(VV Pesos $7.901.000
- Por energía
Pesos $9*10001fl\r6 H/día*30 días /mes Pesos $1.620.000
Con lo anterior el ahono teórico total del mes sería :
Pesos $9.521.000
Con el mismo cambio en Colombia pesos $1000/dólar , el ahono mensual
sería de US$9.521.
Para que el proyecto sea atractivo, se fija una rentabilidad mínima par:a la
inversión en US$ del 12o/o anual . Esta cifta es arbitraria, pero refleja de
alguna forma el mercado para las inversiones en dólares.
Se calcula entonces el período de repago de la inversión inicial para el
proyecto, de acuerdo a las siguientes condiciones:
- Inversión inicial US$220.000
93
- Rentabilidad deseada 12o/o
- Amortización mensual US$9.52f
Al realizar los cálculos se observa que el número de pagos mensuales
requerido para la amortización total del proyecto (pay back) es de 40 o sea
que el período para el repago de la inversión es de 40 meses.
Por otra parte, la duración de un grupo electrógeno antes del "overhaul" total
se há estÍmado en 15000 horas de funcionamiento.
Si el grupo habaja 6 horas diarias, éste número de horas significa una vida
útil de 83 meses para el equipo.
Con un pago mensual de US$9.521 * obtiene una tasa intema de retomo de
2.83o/o mensual, para la inversión en dólares, la cual es muy atrastiva.
obviamente, este es un rcsultado aproximado, p€ro para los cálculos
realizados en pesos, corl todas las consideraciones de rigor, se obtienen
indicadongs similares.
Si además se agregan los beneficios inherentes a la mayor confiabilidad en el
servicio y a la disponibilidad de energía inclusive durante contingencias en la
94
red es aún más clara la conveniencia de operar las plantas en forma
sincronizada con la red de energía.
2.1.1 Factoree incidentee en la evaluación de un proyecto de
autogeneración sincronizada - ingeniería del proyecto. Aunque la
autogeneración sincronizada en principio es una idea sencilla, guardadas las
proporciones es equivalente a la introducción de una nueva central eléctrica al
sistema. Es por esto que no se debe pretender adelarÍar este tipo de
proyectos sin una ingeniería adecuada pues la experiencia ha demostrado
que de no hacerlo así se puede incunir en demoras innecesarias con
presupuestos aumentados, lucro cesante, protecciones inadecuadas, equipos
mal especificados y otras que conllevan a sobrecostos considerables.
Para.evitar esta situación es n@esario desanollar etapas del proyecto de
generación propia, con las siguientes tareas :
a.- Revisión de planos de cableado, equipos de fuerza, control y
protección existentes.
b.- Determinación de equipos adicionales requeridos para los
sistemas de sincronizaciín y protecciones eléctricas.
c.- Definición de cargas prioritarias y operación del sistema en
condiciones normales y de contingencia
95
d.- Especificación de enclavamientos alarmas y dispositivos de
seguridad
e.- Elaboración de planos, listados y presupuestos, para los
suministros nacionales y de importacion
f.- Asesoría en la adquisición de los suministros.
g.- Coordinación con la empresa de energía local.
una vez se disponga de los planos y equipoe de acuerdo al suministro
definitivo que se haya elegido, se procederá a ras siguientes etapas
delproyecto que induye las siguientes labores:
h.- Supervisión del montaje
i.- cableado e interconexión de los equipos de protección, controly
regulación.
j.- Ajuste de parámetros de operación para el gobemador, regulador
y otros equipos de control
k.-Pruebas y puesta en servicio del proyecto
L.- Elaboración del manual de operación y capacitación del personal
encargado del proyecto
Las etapas posteriores debn incluir el seguimiento de la f-acturación de
energía, @nsumo de combustible, costos de operación, monitoreo de la
demanda, control del mantenimiento preventívo y disponibilidad del grupo
95
electrogeno y a un nivel administrativo superior, verificación del cumplimiento
de metas para la amortización de la inversión.
2.1.2 Consideracionee operativas. Se ha visto que la viabilidad de la
generación sincronizada depende de los ahorros que se pueden realiza¡ en la
factura de energía, particularmente por conceptos de la demanda máxima.
Esto limita su utilización específicamente en aquellos usuarios que tengan
tarifa doble de energía y cobro de la demanda en horas de tarifa alta. Sin
embargo, la estructura tanfana vigente dificulta la adecuada administración
de los factores de riesgo que puedan afectar el proyecto.
Teniendo en cuenta los alcances de la ley eléctrica vigente, es oportuno que
los usuarios con proyectos de generación propia sincronizada establezcan
acuerdos con sus respec{ivos proveedores de energía para el manejo de los
siguientes aspectos :
a.-Con las disposiciones vigentes, se realiza el cobro de la demanda
máxima por promedio, para reducciones de la misma superiores al
50o/o.
b.- Si por dificultades intemas del usuario, no hay disponibilidad de la
generación propia, se pierde buena parte delesfuezo del período
respectivo.
c.- si al estar sincronizada la generación propia, se presenta una
falla en la red de energía, cuando se normalice el servicio, el
97
proceso de ananque {p la fabrica puede elevar la demanda
evidentemente por causas ajenas al usuario.
Sobre estos y otros puntos de interés, de acuerdo a cada caso particular, es
necesario rcalizar consensos, a fin de obtener un beneficio mutuo y tanto para
los usuarios como para la misma empresa de energía, pues se incrementa la
potencia instalada en el sistema y se limita la demanda durante las honas de
punta en elsistema.
2.2 PROYECTO DE REDUGCION DE COSTOS POR CONSUMO DE
ENERGíA ELECTRICA CON AUTOGENERACION SINCRONIZADA EN EL
GIAT
2.2.1 Objetivos
1. Obtención de reducción de costos por el concepto de servicios de energía.
2. Crear una infraestructura de soporte con plantas eléctricas de buena
capacidad en caso de apagones y crisis de este tipo las cuales son @munes
en nuestro medio.
98
2.2.2 Planteamiento del proyecto.
1. El CIAT debía acogerse al sistema de tarifa doble que contempla dos
horarios diarios ; el de las horas pico (9:00 a 12:OO y 18:00 a21:OO) los siete
días de la semana y el de las horas restantes (ver gráfico No. 3).
Esta situación se tuvo en cuenta en el proyecto de la subestación nueva de 3
MVA a U.5 113.21<\1,
2. Teniendo en cuenta que por el @nsumo promedio del CIAT (700.000 l(Vv-
H/mes) se pagaba us$0.079/l(A/-H con el proyecto de autogeneración
sincronizada se espera pagar US$0.057/l( /-H que representa un ahono de
US$1 5. 1 1 Zmes aproximadamente.
2.2.3Inverción. Se penso entonces en dos (2) plantas eléctricas nuevas de
1450 IOV cada una con su equipo complementario, adecuación de sitio e
instalación cuyo costo es US$731.000.
99
TI
E:l
*sV$
3of'- @oo3@ (r)agJCogOU)'ñ.
E
is3b-c-cl\ccñooq.g.ge r r-ccXO(t)gootrp!
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CIE,tUztU
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86",ncccooo!oo
JtUooFzg
ÉEofL
oO
ooo
oooo¡
100
2.2.4Just¡ficación de la inveelón.
1. Considerando en 6% anual los costos de financiación del capital y el
tiempo de instalación de los equipos, la inversión se recuperaría en 62 meses.
2. l-a vida util de las plantas es de 45.000 horas, para este caso 2l años
trabajando 6 horas ldia . A partir del mes 63 todo el beneficio es para el CIAT
en cuanto menor costo de energía y en cuanto a suficiente capacidad
instalada en casos de emergencia.
2.2.5 Cocto de generación con plantas dlesel
CONSIDERACIONES
1. Son dos plantas Caterpillar nuevas de 1450 l$V eÉctivos cada una
pnme a factor de potencia 0.8)
2. Consumo promedio del CIAT 700.000 l$l/-H/ mes.
3. La vida útil de cada planta es de 45000 horas de operación,21años,
trabajando 6 ho¡:as /día.
2.2.6 Goetos de operación por planta
I Cada 390 horas (dos meses)
CANTIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL
US$ US$
Fittro de Combustible 4 16 M
Filtro de aceite
Prueba S.M.A.
Aditivo radiador (lt)
Aceite (gls)
Combustible/gls
Mano de Obra
4
1
1
106
19.656
2
TOTAL
us$
20
7
7
5.35
0.68
700
CANTIDAD VR. UNITARIO
101
VR. TOTAL
US$
80
7
7
568
13.367
1.400
15.493
100 200
1.500 1.500
2.500 2.500
Cada 720 horas (cuatro meses):
Filtros de aire
lll Cada 1800 horas (10 meses):
Conecdón del sistema de inyección
delturbo cargador
lV Cada 8100 horas (45 meses):
Reparación bomba de agua, de
bomba de combustible, turbo,
inyectores, cambio de coneas,
baterías.
V Cada 14.040 horas í8 meses):
Reparación general del motor 1 20.000 20.000
CANTIDAD
Vl Cada 26,010 horas (145 meses):
Reparación general del motor 1
Vll Cada 36.010 horas (200 meses):
Reparación general del motor 1
2.2,6.1 Traslado a gastoe mensuales
LO2
VR. UNITARIO VR. TOTAL
US$ US$
30.000 30.000
40.000 40.000
US$/MES
I
tl
ill
IV
V
VI
vtl
Costo por operación=
8665
por dos plantas
US$ 17.330/mes252.000l( /-H /mes
= US$17.330
= US$ 0.068 / l(l Í H
7.747
50
150
56
256
206
200
103
INVERSION
Pfanta eléctrica 1450 l(VV 2
Tablero eléctrico
Transformador 3000 KW 1
Adecuación sitio
fnstalaciones eléctricas 1
Costo por depreciación
CANTIDAD VR. UNITARIO VR. TOTAL
us$ x 1000 us$r000
290 580
28 56
40 40
15 15
40 40
= LlSS 731 000252.OOO l( /-H x 250 meses
mes= US$ 0.0116 l(\ /-H
Costo de Generación = costo por operación + costo por depreciación
= 0.068 + 0.0116
= US$0.079 / KW-H
Ef costo promedio actual de energía comparada a EPSA es US$ 0.0787 / l(VV-
H,
NOTA:
El registro de la demanda máxima en el sistema de doble tarifa se hace en
horario de 9:00 a 12:OO y de l8:0O a 21:00 horas todos los días ,es decir 6
horas ldía . Si durante estas horas trabajamos con las plantas eléc{ricas
tendremos:
104
Fn horas hábiles:
- De 09:00 a 12:00 Demanda promedio 2000 l( /
Consumo energía 6000 l$l/-H /día
- De 18:00 a21.OO Demanda promedio 1100 l(l^/
Consumo eneqía 3300 l(W-H /día
En días no trabaiados v festivos:
- De 09:00 a 12.OO Demanda promedio 1100 IOV
y de 18:00 a21:OO Consumo energía 6600 l(A/-H /día
Número de días hábiles/año = 24O
Número de días no trabajados y festivolaño = 120
Generación anuat = 240(600 + 3300) + ( 120 (3300 +
3300)
= 3.024.900 l(l /-H
Generación promedio mensual = 252.OOO KW-H
Consumo de combustible /unidad
80 galones /hr al 75 o/o de prime rate
0.078 gln/hr/l(A/ = 0.078 gal/l(A/-H
2.2.7. Consumo fle Energía Del Ciat
Consumo normal = 700.000 I(VV-H / mes
Demanda máxima = 2000 l(W / mes
105
Vr promedio tarifa actual = US$ 0.0787 / l( /-H
Valor Tarifa doble
09:00 a 12:OO y 18:00 a21:00 US$0.0762 /I(VV-H
Horas restantes US$0.0¿148/l( /-H
Consumo demanda US$7.76/I0V
Valor promedio generación US$0.079/1OV-H
Generación promedio/mes 252-OO0I(VV-H
2.2.8 Resu ltados fi nalee
1. Actualmente con tarifa sencilla a 13'2'fll :
Valor de consumo de energía = 700.000 l(w-H x 0.0787 US $mes I(VV-H
= US$ 55.090/mes
2. Con tarifa doble a 34.5 l(/:
Valor del consumo de energía = Valor generación + valor compra
EPSA
Valor generación 252.000 x 0.079 = US$19908
Valor compra a EPSA 448.000 x 0.M48 = US$20.070
Valor del consumo de energía =US$39.978/mes
3. Ahono = 55.090 - 39.978
= US$l5.11Zmes
Retomo de la inversión
Ahono mensuallnversión
15112731.000
0,02067
4,13/,6
4,1346 x (1,005)n - 4, 1 346
1,OOsn [4,1346 -1]
(1,005)n
105
= (l + 1)ni l= interés mensual (se asume 0.5 %)(l + I )n- 1 n = Númerode meses
= (1,005 + 1)n x 0,005(1,005 )n-1
(1.005 )n
(1 ,oo5 )n -1
= 1,005 n
= 4,1346
= 4,13463,1346
L¡l3l-9flLn 1,005
n=
= 1,3190
= O.27684Ba; to *
n = 56 meses (4.7 años)
Si consideramos 6 meses adicionales por concepto de llegada de equipos y
montaje , tenemos que el tiempo de retomo de la inversión es de 56 + 6 = 62
meses.
2.3 RESULTADOS REALES SOBRE LA AUTOGENERACION
SINCRONIZADA EN EL CIAT
(0,005 + 1)n-1
107
2.3.1 Cambios en loe niveles de generación. Los resultados de generaciÓn
del sistema CIAT han mostrado que obedecen a múltiples variables y que al
final rcpercuten en el tiempo de recuperación de la inversión. Pero
paradójicamente estas variaciones en la generación disminuyen las horas de
trabajo en los equipos con lo cual se brinda un menor desgaste a los mismos.
Entre las principales variables de genemción del CIAT se tienen :
Los consumos de energía , que dependen de la demanda de los equipos de
operación.
-. El estado del tiempo que hace prcscindir de equipos tales como los pozos
de riego , homos de secado de muestras y sistemas de aire acondicionado.
,. Los racionamientos obligetorios presentados por fallas eventuales así como
de ajustes al sistema.
-. Los cambios de calendarios.
Con base en lo anterior y revisando los resultados generativos de los últimos
meses , estudiaremos el comportamiento positivo o negativo que esto con
llevaría a la reducción de costos por consumo de energía .
2.3.2 Funcionamiento de loe generador€s. El sistema de autogeneración
CIAT fue disenado y construido con especificaciones que permitieran la
108
operac¡ón continua de los generadores y en casos esporádicos como un
grupo de energía .
La opción principal requiere del trabajo continuo de los generadores , que más
sin embargo se distribuye de la siguiente manera:
Para el caso de las primeras horas pico del día (09:00 a 12:00) en las cuales
hay mayor @nsumo , operan ambos generadores 1 y 2.
Para el caso de las segUndas horas pico del día (18:00 a 21:OO) opera uno de
los generadores ya que el consumo se ve reducido notoriamente.
Las variaciones en el @nsumo de intervalos de horas p¡co obedece
principalmente a que el CIAT se reglamenta bajo una jomada laboral que
cobija entre la 07:30 y las 16:30 de lunes a viemes .
Los fines de semana y días festivos opera normalmente uno de los equipos a
raízdel @nsumo bajo de energía mostrado para estos días.
Elfuncionamiento de una de las plantas es elsiguiente:
Entre fas 09:00 y 12:00 operaÉ el generador 1.
Entre fas 18:00 y 21:OO operaÉ el generador 2y viceversa.
109
Este procedimiento es realizado por conveniencia a los equipos y poque
además el operario así se percatará del buen funcionamiento de los
generadores.
Es importante resaltar el intervalo corto en horas existentes entre el generador
1 y ef genenador 2, eon el fin de facilitar el cambio de aceite no simultáneo y
con ello evitar intemrpción o parada total del sistema.
2.3.S llantenimiento del sigtema de generación CIAT. La cuantificación de
reducción de costos debe ser planteada , teniendo en Cuenta los
mantenimientos programados y eventuales que por inversión de mano de obra
y adquisición de repuestos producen un rubro importante en los resuftiados
finales por periodos dados.
Los siguientes son los puntos más importantes dentro del mantenimiento
realizado al sistema CIAT :
- Elcambio de aceite y filtros de aceite cada 500 horas de trabajo . Se destaca
que el primer cambio se realizo a las 50 horas de operación inicial como
recomendación estricta del fabricante en la preservrción y conecto afranque
de los equipos . Lo anterior de ser cumplido igualmente no afectarla la
garantía delsistema.
Unlu¡nidnt Arrtiiaomt dr occfil¡rÜsEccloN BlBt¡orf,cl
110
- El remplazo de filtros de combustible realizado cada 500 horas de trabajo.
- El reemplazo de filtrcs de aire cada 2000 horas de operación.
- El cambio del agua de los motores así como la mezcla de inhibidor
correspondientes.
- El análisis diario hecho al agua del sistema de enfiiamiento con el fin de
regular el nivel de PH.
2.3.4 Análieis de resultadoe estadlsticos. Se tomará @fTlo muestra los
datos reales comprendidos entre Enero a Diciembre de 1995 .
Las variables a utilizar por periodo mensual son :
- l(W-H: Kilovatios por hora para cada uno de los generadores.
- Horas trabajadas para cada generador.
- La demanda máxima en l(A/.
- Valor del combustible por galón.
- Los @nsumos de combustible por galón.
Mano de obra tanto de operación como de mantenimiento.
Valor del l(W-H pico en pesos colombianos $l(A/-H pico.
Valor de lft1/-h para las horas restantes en pesos colombianos $l(ñ/-H
restante
111
Valor de l(l / máximo en pesos colombianos $l(A/ máx.
Valor del consumo en pesos colombianos por alumbrado público.
Los valores a tomar con base es estas variables se determinara a niveles de
34.5 l(V y 13.21(/; se empleara la tarifa doble y la tarifa sencilla .
Se debe @nocer la flutuación mensual del dólar debido a que el análisis final
se repres€ntará en dólares.
lgualmente se tendÉ en cuenta el número de días liquidados .
2.3,6 Tensiones y tarifas en el sistema CIAT. Inicialmente en el CIAT el
cobro del servicio de energía a 13.21(\/ se regia por lo que se llama tarifa
sencilla; cabe anotar que para esta fecha no se pensaba en el proyecfo de
autogeneración lo que consistía en un contador de energía de una sola
lectura, luego se hizo la solicitud para que se instalara un contador de doble
tarifa que registra dos lecturas, las cuales van a depender de un intemtptor
horario calibrado para cambiar el registro de horas normales a horas pico y
viceversa. Con este sistema s€ dejaron funcionando equipos en las horas no
pico y con ello reducir costos tanto en @nsumo como en demanda máxima .
Debido al crecimiento en la carga instalada y con el fin de mejorar el servicio
de energía se monto una red a 34.51(V, el consumo de energía se registra por
Ll2
contador de doble tarifa que cuenta también con el intemtptor ho¡ario para el
cambio de tarifa.
Es de anotar que este tipo de contadores funciona en la tlarifa uno marcando
el consumo l(A/-H y simultáneamente registra la demanda máxima , en la
tarifa dos marca únicamente el consumo en l(\A/-H y no registra demanda
máxima.
En este caso se calibno el intemrptor honario para que en las horas pico (09:00
a 12:OO y 18:00 a 21:00) registre en la tarifa uno.
Teniendo las condiciones anteriores se daría comienzo al proyedo de
autogeneración sincronizada para estas horas pico con fines de rcducción de
'costos.
Las tarifas de energía tienen un costo difurente dependiendo si son horas
pico u horas restantes siendo más baratas estas últimas.
Con lo anterior queda plenamente adarado porque en este análisis de
reducción de costos en el CIAT se emplearon dos niveles de tensión y dos
tipos de tarifa.
113
Ef nivel a 13.21(\/ es el parámetro inicial registrado con tarifa sencilla para
comprobar la reduccion de costos a un nivel final 34.5 l(V registrado con taril'a
doble.
2.3.6 Análisis de resultados. Con las consideraciones antes mencionadas y
tomando como punto de partida los datos básicos obtenidos desde Enero de
Diciembre de 1995, detallarcmos paso por paso el alcance de la reducción de
costos.
De acuerdo a la tabla No 2-1 los resultados obtenidos se ejecutaron mes a
mes durante 1995 detallando la generación tanto del equipo No 1 como del
equipo No 2, a las horas de trabajo reales .
Para el caso del generador No I se puede observar que arranco en Enero con
un KA/-H inicial de 13.013 producidos en 74 horas de trab{o durante el
proceso de pruebas y ajustes. Los l(\A/-H finales fueron de 135.374 con lo cual
se entregaría al sistema CIAT un total de 122.361 l( //H en 163 horas de
trabajo, a Diciembre de 1995.
Esta potencia generada se convertiría en el punto de partida del prmso de
reducción de costos que para el caso del generador No. 2 fue 97.103 I(VV-H
en 167 horas de trabajo. De igual manera se tomaría @rno paÉmetro de
generación y horas de trabajo para los meses venideros .
114
Como resulüado final para el año 1995 por el equipo No. I fueron generados
1'275.233 l$l/-H en 1738 horas y por el equipo No 2 fueron generados
1'277.4731(\ l-H en 1477 horas .
En la tabla No 2-2 se globaliza el valor total generado por ambos equipos en
las horas pico mes a mes .
Para el caso del mes de Enero los resultrados anojaron una generación de
219.464 t(n/-H.
Los instrumentos de acople y lectura señalaron para este periodo una
demanda máxima de 18241(l^/ .
Paragrab 1 : En el tablero de control existe un equipo traductor para
monitoreo, el PML 3720 y que retoma la infurmaciÓn de ambos equipos ; sus
lectums muestran los parámetros totales del sistema tales como demanda
máxima en l(\A/, l(\ /-H, fP, In, Vn y trecuencia .
Asimismo cada generador posee PML 3720 instalado de manera
independiente. Pa¡a el estudio prcliminar se analiza adicionalmente los
resultados sobre consumo de combustible durante los meses generados .
115
En ef caso del mes de Enerc de 1995 observamos en la tabla No 2-2 que se
abastecieron los generadores con un total de 15.110 galones de A.C.P.M.
cantidad ésta que se reforzó durante el periodo dado con 6.910 galones de
A.C.P.M.
Al final del mes de Enero y a comienzos del mes de Febrero se contaría con
un total de 7550 galones los cuales serian el punto de partida para este
periodo.
Al conservar más o menos la generación en l( /-H de manera uniforme para
los 12 meses el consumo de combustible demarcó un parámetro similar.
Los datos básicos obtenidos para el año 1995 nos definieron una potencia
totaf generada de 2'552.70O I(VV-H y una demanda máxima cubierta de 1924
l(W a un @nsumo de 188.060 galones de A.C.P.M.
2.3.7 Goeto de genemción para 1995
2.3.7.1 Costo de combustible. En este punto es importante señalar las
variaciones en el precio del galón de A.C.P.M. debido a su aumento creciente
mes a mes El combustible consumido determinó entonces un aumento
creciente mes por mes en el costo final .
116
2.3.7.2 Coetos adicionalee. El costo adicional calculado en la tabla No 2-2
por la fila 'otros' produjo un valor rcpresentado en los cambios de aceite,
lTltros, tratamiento de agua , ajustes a los equipos y otros .
Los costos más elevados encontrados para algunos meses se debieron
principalmente a la importación de repuestos para stock y a la adquisición de
algunos elementos para complementar el montaje del proyecto . Por esta
razón estos costos no representaran valores constantes crecientes para los
periodos venideros.
2.3.7.3 Mano de obra. En los gastos por mano de obra tendremos en cuenta
los siguientes aspectos :
Fueron contratados un total de dos personas las cuales operan desde las 9:00
a las 12:00 y de 18:00 alas 21:00 realizando labores preliminares de ananque
de generadores así como la ejecución ,puesta en marcha y sincronismo con
la red EPSA.
De igual furma este personal desconecta del sistema CLAT,
reabastecimiento EPSA y cumplidas las horas de trabajo se reanuda
procedimiento de manera inversa .
Cada operario recibe salario global que incluye prestaciones, dominicales y
festivos ,horas extras y recaruos noctumos, de $700.000 mensuales. Como
el
el
LL7
resultado final se precisa un costo mensual por mano de obra de $1'400.000
cada mes.
Con fos dlculos anteriores y que fueron anotados en la tabla No 2'2 hemos
podido observar como en el mes de Enero de 1995 se obtuvo un gasto total
de $14'017.620, y que el mes de Abril registro el pico más alto en costos
representiado en $19'236.608 .
De acuerdo con nuestra investigación , el costo de generación durante el año
1995 fue $ 185'507.431 que llevado a dólares equivale a US$202.836.
2.3.8 Coetoe de facturación EPSA, Con base en la información suministrada
por EPSA , hemos recopilado los precios básicos que serán tomados para
confontar los resultados del proyecto , en la tabla No 2-3.
Aquí podemOs observar que existe un incremento mes a mes y que depende
de tas variabtes del SECTOR ELECTRICO NACIO¡|AL para el sistema de
media tensión (13200 V/ 34500V).
2.3.9 Facturación consumo CIAT
¿3.9.1 Coneumo de energfa EPSA (3{.5 KV}. En la tabla No 24 hemos
recopilado los consumos de energía del sistema CIAT con el prcyecto de
118
autogeneración puesto en operación . Como se puede ver a partir de Enero el
@nsumo en las horas pico es cero y en las horas restantes se ha facturado
por mes el consumo normal .
Araíz de lo anterior podemos observar que la demanda máxima en l(A/ va
disminuyendo mes a mes debido a que EPSA cobra el 50 o/o del promedio de
los últimos tres meses facturados.
Se llega entonces a un valor mínimo de demanda máxima equivalente a
50,025 l(\ /.
2.3.9.2 Coeto del consumo EPSA (34.5 1(l/). Luego de haber consultado las
tarifas de facturación EPSA a 34.5 l(/ se procede entonces a calcular el costo
de los @nsumos.
Es así como para el mes de Enero se facturo :
- Vr l(A/-H total $489.000 l$V-H x $34.41 = $16'826.490
- Vr l(A/ máximo $712.5 l(W x $10444.81 = $7'441 .927
- VrAlumbrado público $ 700
De tal manera que el costo total para el mes de Enero por consumo de
energía fue de $24'269.117 o US$28.338 M dólar en Enero 1995
us$856,41)
119
De la misma forma este procedimiento fue realizado para los mese posteriores
y los datos se consignaron en la tabla No 24 . Como detalle final de la tabla
No 2-4 observamos que para el año 1995 el CIAT cancelo a EPSA por
@nsumo de energía un valortotalde $227'359.940 o US$249.7r5.
2.3.9.3 Gonsumo de energía EPSA (f3.2 KV). Como es bien sabido
sistema antiguo de CIAT presentaba medición a 13.200 l(\/ y
reabastecimiento de energía se hacía a través de este nivelde tensión .
Con el montaje de sistema de autogenemción sincronizada , el CLAT pasa a
ser usuario directo del sistema a 34.500V. La consideración inicial y que se ha
puesto en funcionamiento hasta la ftcha consistió en dejar como reserva partt
inconvenientes eventuales el nivel de 13.200V con toda su infraestructura .
Araízde ello este tendido a 13.200 V no presenta fadunación por consumo de
energía.
EPSA factura más sin embargo un valor mínimo de demanda mfuima
equivalente a 28,8 l(W.
En tabla No 2-5 hemos consignado el costo de este consumo durante el año
1995.
el
el
llnlv¡rulded Aut6ronrr de Occid¡¡t¡
SECCION 8lB¡-10 itCA
L20
Como conclusión final se encontró que el costo total por @nsumo de energía
se aumentó en $4'998.665 o US$5444.
En la tabla No 2-6 hemos detallado de manera global la generación total del
sistema CIAT para 1995 así como el costo representado por esta generación.
2.3.10 Resultados finales sobre generación y costos del sistema CIAT.
En este Ítem se demostrará los resultrados finales tanto de consumo así como
de costos representativos del sistema eléctrico total y las condiciones de
13.2OOVy&4.500V.
Cabe anotar que los datos definitivos se deben proyectar tomando como base
las condiciones antiguas de tarifa sencilla, estimando lo que se pagaría si no
existiera el sistema de autogeneración y comparándolo con los resultados
actuales.
La evaluación anterior se ha recopilado en la tabla No 2-7, observemos que
para el mes de Enero de 1995 el consumo EPSA fue el siguiente:
-I(VV-H EPSA 34.5 l(/ = 489.000
-l( /-H EPSA 13.2 KV = 0
-l( /-H Consumo EPSA = 489.000
L2L
Con el proyecto de zutogeneracón el CIAT contribuyo con 219.464 lflV-H ,
por lo tanto los I(VV-H totales consumidos por la empresa fueron de $708.464 .
Para ef año 1995 el consumo de energía en el CIAT fue de 7'829.706l(W-H
2.3.11Gosto total del consumo de energla. Observando la tabla No 2-7 se
puede ver que para el mes de Enero de 1995 resulto un valor de consumo a
13.200 V equivalente a $382.132. Este rubro se genera por el mínimo de
demanda máxima equivalente a 28,8l(VV y que aumenta mes a mes con el
crecimiento de la tarifa . El valor del consumo de 34.500 V fue de $24'289.117
por el costo de los 489.000 l(\ /-H consumidos, más la demanda máxima que
fue de 7'12,5 Kl¡{.
Elcálculo se realizo de la siguiente manera ;
- I(^/-H EPSA
- I(A/.H EPSA
- l( /-H Máximo
- Vr Total $
- Vr Total $
- Vr Total $
= l(A/-H pico + l(W-H rcstante
= 0 + 489.000
-- 712,5
= Vr l(A/,H EPSA + Vr l(ñ/ máximo + Ap
= (489.000) ($34,41) + (712,5) ( $tO.¿¿¿,81) + 700
= 24'269.117
L22
El valor total en pesos colombianos es el rubro cancelado a EPSA para el
nivel 34.500 V.
El valor de alumbrado público (Ap) es el rubro constante determinado por
EPSA a raíz de la prestación de este servicio.
Delanálisis anterior y de la tabla No 2-2 obtenemo$ un valor de $14'017.620 y
que corresponde a gastos de mmbustible ,mano de obra entre otros .
El valor del consumo total de energía en el CIAT para el mes de Enero fue de
- Vr Consumo a 13.200V = $382.132
- Vr Consumo a 34.500V = $24'269.117
- Vr Totral generado = $14'017.620
- Total en pesos Colombianos = $38'668.869
- Vr Totalen Dolares = $45.152
De manera similar se realizara los correspondientes cálculos para los meses
posteriores.
2.3.12 Evaluación del proyecto CIAT
2.3.12.1 Coeto del coneumo a tarifa sencllla 13.2m V. En este ítem
tomando como base los valores investigados y consignados en los datos
L23
anteriores , evaluaremos los resultados de costos por consumo. A fin de
poseer un parámetro de comparación en la evaluación se deh elaborar un
análisis sin autogeneración y contemplando la tarifa sencilla a 13.2OO V tal
como se dio antes del proceso de autogeneración por reducción de costos .
Definido un @nsumo total equivalente a 708.464 l(W-H y una demanda
máxima de 1.8241(A/ para Enero de 1995 se tiene lo siguiente:
- Vr IOV-H = 7O8.4M K\ /-H x $44.99 KW-H = $31'873.795
- Vr 1(A/ Máx = 1.824KWx $13.244.15 l( / = $24'157.330
-Ap =$700
- Vr Total en pesos colombianos
- Vr Total en dólares
= $56'031.825
= US$ 56.426
El valor de la demanda máxima es determinado por los equipos registradores
de los generadores .Esta valor (18241(V\0 es tenido en cuenta para los
cálculos anteriores ,pero sería el mismo que se pagaría a EPSA si no se
autogenerara ( ver tabla No 2-6).
Como se puede observar en la tabla No 2-8 para el mes de Enero realizado
fos cáfculos anteriores se tuvo un valor total por consumo a 13.20O V y tarifa
sencilla de $56'031.825 (US$65.426) . Los meses posteriorcs prcsentaron un
análisis similar con variaciones que depende del @nsumo y del costo tarifario
de EPSA.
L24
2.3,12.2 Dfferencia de costos. A continuación se confontiaron los costos por
@nsumo de tarifa sencilla a 13.200 V con los resultados anojados por el
proyecto de autogeneración y que fueron estudiados en los Ítems anteriores.
En el item No 2.3.12.1 se definió un valor de total de consumo de eneqía
equivafente a $38'668.869 (US$45.152) pa'a el mes de Enero 1995 .
La diferencia de costos resulta entonces de la siguiente brma:
- Vr tarifa sencilla $56'031.825
- Vr del consumo total
con el proyecÍo CIAT $38'668.869
- Vr ahono total en pesos
colombianos $17'362.956
- Vr ahono total en
dólares US$20.274
Como resultado final se tiene que para el año de 1995 la rcducción de costos
mostrada por el proyecto CIAT tue de $287'142.000 (US$31O.722).
2.3.13 Gomparación de resultadoo. Dentro de la perspedivas de la empresa
y habiendo analizado los cálculos teóricos que sirvieron de soporte para la
L25
realización de este proyecto , se puede observar que la recuperación de la
inversión y los resultados reales han mostrado un ahono satisfactorio .
El análisis teórico demarcó un ahono mensual efectivo de aproximadamente
US$15.000 y que la recuperación de la inversión culminará en cuatro años y
medio.
Con los datos reales obtenidos por esta investigación durante el año 1995 se
ha podido observar que el promedio de ahono por mes es equivalente a
us$2s.000.
Con base en lo anterior la recuperación de la inversión se esta haciendo en
menor tiempo al presupuestado , motivo por el cual se refleja los beneficios y
lo atractivo del proyecto.
L26
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3. ASPECTOS GENERALES DEL SISTEiIA CIAT
Dentro de los aspectos más relevantes, es importante determinar cuales son
benéficas en el aseguramiento de un proyecto exitoso y que determine los
resultados esperados. Si bien es cierto, todo proyecto de autogeneración no
es próspero, pues existen muchos factores que inciden en el resultado final.
Sin embargo a nivel industrial son más los proyectos de autogeneración
exitosos que los ftacasados.
Para el caso del sistema CIAT y con base en lo encontrado hasta hoy se ha
podido apreciar que se ha cumplido con los objetivos trazados, con una
recuperación de la inversión en el tiempo de manera logica y segura.
En el presente ítem trataremos de encontrar los aspectos que pueden estar
influyendo para que los resultados del sistema CIAT sean aún más efectivos.
136
3.I UANTENIMIENTO DE EOUIPOS
Ya se ha comentado en la evaluación económica, los costos que representa
el mantenimiento del sistema de autogeneración CIAT, y que se pueden
considerar como relativamente positivos. Pero como en todo costo
económico, lo más efectivo sería reducirlo al máximo. Es por esto que se
debe encaminar el mantenimiento de los equipos bien sea rcvaluando lo
manuales de revisiones y mantenimiento, las horas de operación fente al
cambio de repuestos y el personal induido en dicho mantenimiento. Es de
vital importancia adarar que esta búsqueda de eficiencia no debe desmejorar
el mantenimiento de los equipos, ni incunir en la pérdida de garantías. A
continuación detaflaremos las consideraciones anteriores y sus puntos más
representiativos.
3.1.1 Manual de rcvieiones y mantenimiento programado de plantas
Diesel eléctricas 3516 subestación eléctrica del CIAT. El siguiente es el
procedimiento que utilizaremos para los tipos de mantenimiento:
3.l.l.l ñtlantenimiento A. Diariamente.
1. Tomar lecturas de existencia de combustible en los 4 tanques de
almacenamiento.
t37
2. Verificar la posición de las válvulas de los tanques de combustible. Solo
deben abrirse las de los tanques 1,2 y 3 cuando se llene el tanque de diario.
Las válvulas del tanque de diario deben permanecer abiertas.
3. Revisión de bomes y nivel de electrclito de las baterías.
4. Revisar el nivel de agua de enfriamiento en el tanque de erpansión.
Completar si es necesario.
5. Verificar el nivel de aceite en el cárter. Completar si es necesario.
6. Reüsar el estado de los filtros de aire mediante la observación de los
indicadores que tiene. Aceptable entre 10 y 15o/o. Fuera de este rango limpiar
o cambiar si es necesario.
7. Revisar el voltaje de las baterías (26 voltioa). Si marca menos revisar el
cargador estático.
8. Revisar que la temperatura del agua de enfiamiento del motor antes de
arrancar esté entre 135" y 150" F. Si es menor a 135'F revisar los sistemas
de calefacción de agua para las camisas.
138
9. Verificar los siguientes parámetros en el transformador de potencia ABB 3.0
MVA:
a. Nivel de aceite
b. Temperatura del aceite.
c. Color de la silicagel (debe ser azuloso. Si es rojizo, secarlo silicagel)
10. Verificar el encendido del motor.
11. Verificar la operación de las bombas eléctricas de enftiamiento. Cada una
no debe sobrepasar de los 3,5 amperios. Si el amperaje es mayor, revisar el
motor y la bomba.
12. Verificar fugas de agua, aceite y combustible en tubería, mangueras y
empaques del motor.
13. Verificar que la temperatura del agua de enfiiamiento del motor con el
7Oo/o de la carga no sea mayor a los 200" F. Si es mayor se debe hacer
limpieza del intercambiador del calor.
14. Verifiar que la presión de aceite del motor con el 7oo/o de la carga no sea
inferior a 55 PSl.
15. Tomar lectura de la temperatura de los gases de escape.
139
16. Revisar la carga de las baterías con el altemador.
17. Revisar que no haya obstrucción en el respiradero del cárter.
18. Revisar soportes del motor y del generador.
19. Verificar hermetismo de la tubería de los gases de escape.
3.1.1.2 l$antenimiento B. Gada 5fi) horas.
1. Tomar muestra de aceite y enviar a Geolsa pera su análisis en labonatorio
(s.M.A.).
2. Cambio de aceite del motor.
3. Cambio filtros de aceite.
4. Cambio filtros de combustible.
5. Limpieza filtros de aire. Gambiarlos si es necesario.
6. Verificación de aditivo en el agua de refrigeración, Agregar si e necesario.
7. Revisar tensión y estado de la correa del altemador. Ajustar o reemplazar si
es necesario.
8. Comprobar el funcionamiento de los calentadorcs eléctricos de agua de las
camisas (termostatos y resistencias).
9. Revisar el estado de las baterías. Densidad y nivel de carga.
10. Revisión delvarillaje del actuador. Ajuste sies necesario.
Aul6noma
sEcct0N BtBLtottcA
140
1 1. Lubricación de la balinera del generador.
12. Revisión de los magnetic pickup (son 2) que no se encuentren flojos.
Calibrar y ajustar si es necesario.
13. Revisar el estado de los soportes del motor y del generador.
14. Drenar tanques de combustible.
15. Limpiar trampa de aceite del respiradero del cárter.
3.1.1.3 Mantenimiento C. Cada 1.000 horas. Este mantenimiento por ser
de mayor complejidad y para eÉctos de conservación de garantías sobre los
equipos, es contratado con el personal de Caterpillar, del ítem dos en
adelante.
L Repetir el mantenimiento B.
2. Calibrar válvulas del motor.
3. Calibración del sistema de inyección (bomba de inyección).
4. Revisar rotadores de válvulas.
5. Evaluación de los siguientes parámetros:
a. RPM'S: bajas en vacío, altar en vacío, a plena carga.
b. Presión de combustible.
c. Presión de aceite.
d. Presión al cárter.
e. Presién de admisión.
6. Prueba de banco para determinar el estado de los inyectores.
141
7. Medir juego axial de los turbocargadores.
8. Revisar amortiguadores de vibraciones.
9. Revisar la operación de las resistencias carefactoras delgenerador.
10. Revisión del breaker del generador (contactos y operación).
11. Revisión de conexiones el#ricas.
12. Revisión del tablero electrónico EMCP ll y simulación de fallas a través de
éste.
13. Revisión del regulador de voltaje (VR3) y registros de conientes de
excitación
14. Revisión y registro de parámetros.
3.1.1.4 Mantenimiento D. Cada 3.000 horas.
l. Repetir mantenimientos B y C.
2. Drenar, limpiar y lavar el sistema de enfi'amiento.
3. Desmontar y probar el termostato mecánico.
4. Revisión deljuego axial de turbocargadores.
3.1.2 Horas de oper:ación vs. Gambio de repuestos, una de las
finalidades esenciales en proyectos de esta natunaleza requiere de horarios de
operación definidos. Es así como a raíz de la demanda máxima penalizada
por EPSA y que cobija de las 9:00 a 12:oo, y de las 18:00 a z1:oo horas, los
equipos deben operar en este intervalo de tiempo. Es por ello que pana este
L42
aspecto no habrá ningún cambio posible que se traduzca en eficiencia del
proyecto.
En cuanto al cambio de repuestos se tiene que estos deben cumplir con las
recomendaciones del fabricante de los equipos. Sin embargo dentro de las
mejoras y ajustes que se han realizado se vio la posibilidad de reducir la
ftecuencia en el cambio de filtros de combustible en las plantas.
La mejora consistió en instialar antes de la planta un microfiltro vitara, con el
fin de cambiar el filtro intemo del motor cada 1.500 horas (antes se cambiaba
cada 500 horas).
Este filtro presenta características tales que hacen que el paso del
combustible sea más puro y limpio. Elcosto de este equipo no generó ninguna
inversión debido a que fue donado por la entidad que suministra el
combustible.
3.1.3 Personal de mantenimiento. Dentro de los costos de mano de obra
del proyecto CIAT se presupuestó un total de dos pers¡onas, que realizarían a
parte de la operación del sistema, los mantenimientos @rrespondientes. Lo
anterior debido a que algunos procedimientos de mantenimiento son
contratados con Caterpillar.
143
Este presupuesto de mano de obra cobijaba las seis horas de oper:ación
durante los siete días de la semana induyendo horas extras los sábados y
domingos, y recargos noctumos.
A fin de reducir este costo, se hizo necesario implementrar una variación en las
horas de trabajo y que consistió en que la persona que trabajara sábado y
domingo, descansaría dos días en la semana siguiente. Esto redujo el gasto
considerable por pago de horas extras. Como salvedad es importante resaltar
que las consideraciones anteriores son contraproducentes al en@rgar una
p€rsona por tumo, debido a que atenta contra las normas de seguridad
industrial, en las cuales se requiere de al menos dos personas en el sistema
para efectos de suplir cualquier emergencia.
3,2 CAPACITACION TECNICA DEL PERSONAL
Las empresas que suministraron los equipos cumplen un papel fundamental
en la capacitación del personal. Para tal efecto han programado algunos
curcos por parte de la filial de Caterpillar y de la compañía AEG quien
proporcionó los sistemas de control. Esto con el fin de entregar una
iñformación precisa a@rca del manejo de los equipos y con ello no incunir en
gastos y ejecución de procedimientos innecesarios. De otra parte se pretende
minimizar las posibles fallas que se puedan presentar.
4. RESULTADOS DE I-A AUTOGENERACION SINCRONIZADA
4.1 RESULTADOS ECONOXilCOS
Desde el punto de vista económico y cori base en el modelo de
autogeneración sincronizada CIAT, se han encontrado resuftiados
satisfactorios a la ftcha, y que han sido plenamente demostrados en el
prcsente informe.
Es así como en el análisis recopilado se demuestra qu€ la recr¡peracíón de la
inversión equivalente a uS $731.000 ya no se hará en 62 mes€s sino en
menos tiempo.
Adicionalmente tenemos que decir que a partir del mes siguiente a la
recuperación total de esta inversión todo el beneficio será para el CIAT en
cuanto al menor costo por energía y en cuanto a suficiente capacidad
instalada en casos de emergencia.
145
La vida útil de las plantas es de 45.000 horas, que para el caso del CIAT
equivaldrían a 21 años de trabajo continuo, a un funcionamiento de 6 horas
diarias.
Estos y algunas otras incidencias hacen creer que los resultados económicos
en proyectos de esta naturaleza sean atractivos.
4.2 PERSPECTIVAS EN VENTA DE ENERGIA AL SISTEi,IA EPSA
De acuerdo con los cambios económicos y la reestructuración de la industria
nacional, mostrada en los últimos tres años, se ha podido observar como las
compañías a fin de reducir costos favorecidos por la libre importación han
clausurado algunas de sus plantas de producción, quedando como una
inversión muerta todos aquellos equipos que conformaban la planta.
Lo anterior llega hasta el sistema eléctrico, en el cual encontramos
subestaciones que no operan y como resultado generan una red con
Kilovatios muertos.
Este tipo de inversión entre comillas se pierde, pero en el caso del sistema de
autogeneración sincronizada podemos ver la altemativa de negociar con los
Kilovatios que sobran en la medida que la industria reforme su esquema de
producción.
146
4.3 RESULTADOS EN LOS NIVELES DE PRODUCCION
Tener un sistema de autogeneración sincronizada conlleva a que en ningún
momento habrá intemtpciones en el servicio de energía, lo cual se traduce en
niveles de producción más favorables. En el CIAT se realizan experimentos
de vital importancia y que requiercn de procedimientos inintem¡mpidos. El
suministro de agua es basado en equipos y motobombas que a su vez
reabastecen los laboratorios y los sistemas de riego, vitales en el desempeño
de los resultados experimentales. Lo anterior es una reserva de lo importante
que ha sido para el clAT, poseer este proywto en operación y delineado por
los parámetros futuros de la compañía.
4.4 AUTOGENERACION SINCRONIZADA EN t.A PEQUEÑA Y MEDIAN,A
INDUSTRIA
En esta investigación hemos encontrado como la pequeña y mediana industria
no eg muy favorecida en el montaje de proyectos de esta naturaleza. La no
penalización por consumos de demanda máxima, influye para este caso, y el
punto de equilibrio económico de las compañías hace que los costos en
relación a lo anterior sean más desfavorables frente a la energía producida.
L47
Debido a lo anterior es indispensable la asesoría de firmas conocedoras de
estos proyectos así como la realización de estudios de factibilidad
aproximadas a los resultados esperados.
4,5 RESULTADOS EN EL MANEJO DEL SISTEMA Y MANTENIMIENTO
El desanollo general del sistema de autogeneración sincronizada del CIAT, ha
permitido que en la marcha se efectúen ajustes en cuanto al personal
involucrado y los métodos de mantenimiento utilizados. Este aspecto se ha ido
perfeccionando debido a que incide de manera importante en el costo final de
cada l(\ /-H generado.
CONCLUSIONES
1. Autogeneración sincronizada es la generación propia de energía
eféctrica necesaria en cualquier subsector mediante la conexión sincronizada
de los generadores propios, con la red de energía.
2. La autogeneración síncronizada muestra su ebctívidad cuando es
utilizada en las horas pico y sin intemtpción en el sistema eléctrico.
3. El método de autogeneración sincronizada se realiza comúnmente
mediante grupos electrogenos Diesel, a raíz de su fácil adquisición tanto de
los equipos como del combustible.
4. Los gasoductos en Colombia, aún no pres€ntan una infraestructura
solida como para que se implemente la autogeneración con generadores a
gas.
L49
5. Los turbogeneradores a gas requieren de una mayor inversión inicial
comparados con los grupos Diesel, p€ro poseen una mayor eficiencia durante
su ciclo de trabajo.
6. Una ventaja adicional de la autogeneración sincronizada, además del
autoabastecimiento, consiste en la venta de energía al sistema de
interconexión, dependiendo de la potencia generada.
7. El gobíemo nacional con el ánimo de disminuir los perjuicios
ocasionados por la crisis enegética de los años 80 y 90, tomó una medida
que favorece a la industria con un servicio más estable y económico que
consistió en permitir la autogeneración sincronizada.
8. La generación propia trabajada en brma sincronizada, además de
operar en horas de tarifa alta, para reducir cuentias por concepto de demanda
máxima, puede atender fallas causadas en el suministro extemo.
9. Los resultados de generación del Sistema CIAT han mostrado cambios
que obeclecen a variables, tales como los consumos de energía, el estado del
tiempo, las reparaciones de equipos y los cambios en el calendario entrc
otros.
Arld¡rm¡ dc Occllllstcc¡oN 8rBUOíEcA
150
'10. La opción principal escogida para el Sistema CIAT consistió en generar
entre las horas pico (de 09:00 a 12:00 y 18:00 a 21:00).
11. Es importante destacar que la reducción de costos en proyectos de
esta naturaleza, dependen en gmn parte de los mantenimientos, mano de
obra, repuestos y todos aquellos gastos de operación.
12. Los proyectos de generación propia sincronizada, deben estar
respaldadog con una ingeniería adecuada, para no incunir en demoras
innecesarias, @n prssupuestos aumentados, protecciones inadecuadas,
equipos mal especificados y otros que conllevan a sobrecostos considerables.
13. Habiendo comparado en el presente infurme los cálculos teóricos,
frente a los resultados reales se puede decir que son satisfactorios, ya que se
planteaba recuperar la inversión en 62 meses, y hasta la presente se puede
ver que dicha reuperación se hará en menos tiempo.
14. Durante el período de operación del sistema se han logrado cambios
en los programas de mantenimiento, ajustes en el abastecimiento de
combustible, y costos por mano de obra entre otros, con el fin de reducir
costos de operación sin desmejorar su eficiencia.
151
15. Todos aquellos ajustes realizados a los equipos , con el fin de reducir
costos de operación, no deben quebrantar las recornendaciones de los
fabricantes, así como la garantía de los equipos.
16. Alrededor del año 1990 se obtuvo que el 9.7o/o del consumo total de
energía en Colombia, era consumida por el sector industrial, y el 28o/o de este
@nsumo era autogenerado.
17. Los equipos utilizados para autogenerar a nivel nacional están
principalmente en el rango de 200 a 400 Kw (28o/o deltotal generado). Más del
600/o opersn con equipos que oscilan entrc 400 y 7.600 Kw.
18. Una cafiacterística importante en la autogeneración sincronizada a nivel
nacional es que cerca del 68.4% opera con equipos Diesel.
trL
BIBLIOGRAFIA
1. Catalagos Caterpillar y Detroit Diesel
2. DONALD, Beeman. Industrial Po,rrer Systems. McGraw Hill. New York,1955
3. ENRIQUEZ HARPER, Gílberto. Protección de Sistemas Eléctricos. EditorialLimusa. México, 1981.
4. VARELA, Rodrigo. Evaluación Económica de Altemativas Operacionales.Universidad del Válle. Colombia, 1980.
5. Ministerio de MINAS y ENERGIA SlE. Informe del Sistema de InformaciónEnergética.
6. IEEE Recomended Practice for Emergency and Standby Po¡rer (LibroNaranja).
ANEXOS
Anexo A Inventario de Equipoc que conforman el Proyecto GIAT
El montaje de autogeneración sincronizada esta conformado por lo siguiente:
- Plantas Caterpillar 3516 de 1450 Kw.......... 2
. Tanques para almacenamiento de combustible c/ de 5.000 galones ..... 3
- Tanque de consumo diario de combustible 1.000 galones 1
- Compresor de aire para servicios auxiliares 1
- Bombas neumáticas para servicios auxiliares 1
- Filtro prensa antes deltanque diario ........ 1
- Motobombas para enffiamiento............ ........,.......... 2
- Motobomba para incendio 1
- Motobomba para llenar tanques de combustible 1
- Equipo de sincronismo ....... 1
- Sistema de prctección equipos............. .................. 1
- Transformador 3 MVA Elevador 460113.200 V.......... .............. 1
- Transbrmador 3 MVA 34.500/13.200 V .................. I
- Reservorio (Lago de almacenamiento de agua) 1
- Fiftros purifrcadores de agua .................... 1
- Edificio para máquinas, antisísmico ..........1
- Cuarto de control, insonorizado ........... ..................... 1
- Airc acondicionado (para confurt y protección de equipos) ............ 1
- Equipos de puerta a tiena del neutro del generador........... 1
- Cuarto de baterías ............. .......1
- Sistema de alarmas e indicador de señal ................. 1
- fntemrptor alta tensión para 13,2|ry........... ..............2
- Interuptor alta tensión para 34,5 l(/........... .............. 1
Anexo B. Censo de cargas delgicbma GIAT
Descripción Cant. P/Unit[Hp] P/Total tK.WlItem
1. SISTEMA DE RIEGO
1.1. Pozos de riego
1.2. Pozos de riego
1.3. Pozo succión p/acueducto
1.4. B/bas de presión cte.
1.5. Pozos de agua residuales
1.6. B/bas sumergibles
1.7 B/bas sistema enfriamiento
invemaderos
f .8 B/bas de tratamiento
piscina
1.9. B/bas sist. Enfiiamiento
plantas elec.
2
2
1
4
3
3
100
150
30
15
5
5
150
225
23
45
12
12
24
1510
I4
4
Item Descripción
2. SISTEilLA DE VENTII.ACIÓN
2.'l Extractongs de invemaderos
2.2. Unidades tipo ventana para
A.A. de invemaderos
2.3, Unidades centrales de aire
para confort principal
2.4. Unid. Central de aire par:a
confort auxiliar
2.5. Cuartos fríos
2.6. Congeladores
3. CALEFACCION
3.1. Homos para secada de
muestras
3.2. Calentadores de agua
3.3. Estufas
3.4. Cafeteras
Cant. P/Unit[Hp] P/Total IK.WJ
128 48
135
400 300
224
336
150
Cant. P/Unit[0V] P/Total tK.Wl
0.5
360
20 15
15 30
405
10
15
5
40
20
3
20
4
200
45
100
160
Item Descripción Cant. P/Unit [W] p/Totat ffi4. ALUMBRADO
Lámparas incandescentes 545 100 S4S0
Lámparas fluorescentes
2x48' 4.000 B0 320.000
Lámparas fluorescentes
2x96' 2.000 100 320.000
Lámparas Hg 250 W 100 250 2S.0OO
Lámparas Hg 400W 100 400 40.000
Lámparas fluorescentes
1x48" 1.000 40 40.000
Anexo c. Facturación EPSA al sistoma clAT dur¡nte el año lggg a fos
niveles de teneión de 13.2ül y 34.500 voltios
CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DEL CAUCANtT.890.399.002 - 7
CLASE DE SERVICIO
CODIGO CUENTA
ESTRATO
CODIGO CUENTA
t'.- !i r.,. .! -
-, ¡ -FNoMBFE i: i it T
DrREccroN':É'; l*Lt'liil.li-i¡iLIMuNrcrPro !:'*L i,! ! Fi ficENrBo PoBLAoo | *Lt-i i F. *rNF.AorcroNAL 7ZL? E3t!.t'r r iFL'r ?E'!.:4 ¡ ¡
---.,1-g-.,.--F¡...¡artF)tr¡tF¡itrtt¡t¡r¡ ¡rltt ¡rrlit a. ¡ a ¡ ¡F. ñg
¡ - -
! J . .. ----J...- .-
'J r.- ,alar,i ¡¡¡ .t r a 9tñ
-+',,- i..-F¡.r- tr :'r | .* ir:tr;t I I {ti Er--- r r:rr ., . . r-.r ttÉrta
CFEDITOS CONCEDIDOS PEND]ENTES POR PAGAR EN CUOTAS
EFSi Zi'iFF.e'3F. AE EÍ,iEil¡li¡r. 0eL f ii¡:iÍ:-i':L-l ::.ii. i:..:.i'
CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DEL CAUCA
oAFoACOi¡TR.(KW) .r : !:: '.!',.: TARIFA
cARGA lNsr r. (Kw) :i ! .,'I . i ii re¡¡srox
clplc.tNsr Ltxv¡li i j 5 . :j i.l xoc¡nes
NUMEFO INTER¡¡O:
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SEempnesl DE ENERcIA DEL pActFtco s.A. E.s.p.: N|T.800.249.S60.1
CIATVIA RECTA CAtIPATHIRA
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FAOTURA DE El.¡ERclA No$ B 0 9
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COIICEOIDOS PENDIENTES POR PAOAB ET{ CUOTAE
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E?,,S H EMPRE'A DE t1tilg*nt]Frco s-A. E.s.p.FACTUM DE ENERGTA No.
Anexo D. Fotos del proyecto GIAT
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F101I) lÍe . 1: DESGARGTIE m LAS ItLA¡nAS CfffinPIIJ.An nEF. 3516
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Hlm lfe . 2: LLKAITA DE ryIF0S A IA pLA¡tTA.
Füm ¡fe. 3: TEAIÍSF0,Iffi I lOlfTr¡.¡E DE EWffOS A IA SITBüSUGI(X.
m:m te. 4¡ TAIIQUES DE SII{I¡IISROS IrE l.C.p.ü.
FOm I{e. 5: AlIlfiIES EIIÍALES A Ux; EaUfpoS AIIITIJARBS.
FrüIo If¡. é: PUESIA B{ ilmcBA DEL pRorEclo DE AlrfircEmacroil qHT.
Anexo E. Detalle Unifilar del Slstema CIAT
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