19 Jan ¿Cómo calcular la capacidad ideal de tu planta eléctrica en 5 pasos?
El cálculo de la capacidad ideal de una planta eléctrica (generador) en un entorno de servicios críticos o industrial debe ir más allá de la simple suma de las placas de identificación. La capacidad ideal se define por la habilidad del generador para soportar las cargas transitorias (picos de arranque) y las cargas no lineales (armónicos) sin experimentar caídas de voltaje catastróficas.
Aquí se presenta una metodología de cinco pasos, basada en estándares de ingeniería de resiliencia:
Paso 1: Clasificar y Segmentar las Cargas (Metodología ABC)
El primer paso es realizar una auditoría técnica profunda para clasificar la jerarquía de las cargas, ya que aspirar a cubrir la totalidad de la carga instalada sería financieramente ineficiente,. Se deben clasificar los circuitos para permitir la desconexión selectiva (load shedding) en caso de contingencia.
- Carga Tipo A (Crítica / Vital): Requieren cero interrupción (onda senoidal pura constante). Ejemplos: Sistemas de control (PLCs, SCADA), servidores de datos y sistemas de seguridad de vida (iluminación de evacuación, alarmas contra incendio),.
- Carga Tipo B (Esencial): Pueden tolerar cortes breves (de 10 a 60 segundos) mientras el generador arranca. Ejemplos: Iluminación general, compresores de aire o bombas hidráulicas de procesos no exotérmicos.
- Carga Tipo C (No Esencial / Confort): Son las primeras en desconectarse para preservar el sistema de respaldo. Ejemplos: Aire acondicionado de oficinas administrativas o cargadores de baterías,.
El dimensionamiento debe enfocarse principalmente en la suma de las Cargas Tipo A y Tipo B.
Paso 2: Determinar la Carga de Funcionamiento Nominal (kW) y el Golpe de Carga Máximo (skVA)
Una vez clasificadas, se deben sumar dos tipos de demanda para el peor escenario:
- Carga Nominal (Running kW): La suma de la potencia activa (kW) que consumen los equipos Tipo A y B en operación continua. Este valor es clave para dimensionar el motor primario y estimar el consumo de combustible.
- Golpe de Carga Máximo (Starting kVA o skVA): Es la demanda transitoria máxima que el generador debe soportar al arrancar la máquina más grande o el grupo de máquinas más demandante simultáneamente,.
El error común en la ingeniería es dimensionar solo con base en la carga nominal, ignorando que los motores eléctricos (incluyendo los grandes compresores, bombas y chillers) demandan entre 6 y 7 veces su corriente nominal al momento del arranque. Si la caída de voltaje instantánea causada por este golpe de carga supera el 15-20% transitorio, los equipos sensibles pueden dispararse por bajo voltaje,.
Paso 3: Ajustar la Capacidad por Cargas No Lineales (Factor K)
La presencia masiva de electrónica de potencia (Variadores de Frecuencia, UPS, iluminación LED) introduce cargas no lineales que distorsionan la forma de onda de la corriente (armónicos),. Los generadores son más sensibles a esta distorsión que la red pública.
- Impacto: Los armónicos causan calentamiento excesivo en los devanados del alternador del generador,.
- Ajuste: Para contrarrestar esto y evitar inestabilidad en la regulación de voltaje, el generador debe sobredimensionarse entre 1.5 y 2 veces la potencia activa (kW) de la carga para mantener la Distorsión Armónica Total (THD) bajo control,.
- Factor K: Si se tienen altas densidades de electrónica, se recomienda especificar transformadores y generadores con un Factor K-13 como estándar mínimo, o Factor K-20 para centros de datos críticos.
La capacidad final del alternador debe ser capaz de manejar la carga activa ajustada por el factor armónico (kW) y la carga transitoria más alta (skVA), lo que generalmente resulta en un generador más grande de lo que indicaría la simple suma de los kW nominales.
Paso 4: Definir la Redundancia Requerida (N o N+1)
La capacidad instalada final debe considerar el nivel de disponibilidad que la planta requiere:
- Esquema N (Capacidad Base): Solo se instala la capacidad mínima necesaria (N) para operar las cargas críticas. Este esquema implica que cualquier falla en el generador resultará en un paro total (confiabilidad de 99.0% – 99.5%).
- Esquema N+1 (Modular): Es la estrategia recomendada y ganadora para la industria. Se instala capacidad que excede la carga requerida en al menos un módulo. Si la carga crítica es de 1,500 kW, se podrían instalar tres generadores de 750 kW, dando una capacidad total de 2,250 kW. Esto permite cubrir el 100% de la demanda si una unidad falla o está en mantenimiento. El esquema N+1 es escalable, eficiente en combustible y permite el mantenimiento sin dejar la planta desprotegida,.
Paso 5: Especificar el Alternador y la Tecnología de Transferencia
La capacidad ideal se valida seleccionando la tecnología correcta para garantizar que el generador pueda aceptar la carga calculada y transferirla sin problemas:
- Verificación de Caída de Voltaje: El alternador seleccionado debe ser capaz de recibir el skVA máximo (del Paso 2) sin exceder el límite de caída de voltaje transitorio aceptable para la electrónica sensible de la planta,.
- ATS de Transición Cerrada (Closed Transition): Para evitar interrupciones operativas o la percepción del “parpadeo” por parte de los equipos sensibles (cargas Tipo A), se debe especificar un Interruptor de Transferencia Automática (ATS) de Transición Cerrada. Este sincroniza el generador con la red pública y transfiere la carga sin cortes, facilitando además las pruebas mensuales obligatorias bajo carga real sin afectar la producción,.
- Autonomía de UPS: Para las cargas Tipo A (cero tolerancia), el generador debe estar acompañado por un UPS (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) que actúe como un “puente de energía” (generalmente de 5 a 15 minutos) para cubrir el lapso de 10 a 30 segundos que tarda el generador en arrancar y estabilizarse,.
El cálculo de la capacidad ideal de la planta es como diseñar un paracaídas para un avión: no solo debe soportar el peso estático (carga nominal), sino que debe ser lo suficientemente fuerte para resistir la sacudida de la apertura repentina (golpe de carga) y lo suficientemente resistente para manejar el aire turbulento (armónicos) sin romperse. Un cálculo preciso asegura que su inversión en respaldo sea un activo de resiliencia tangible.
