Condiciones ambientales

Los generadores son máquinas electromecánicas que requieren mantenimiento y experimentan una amplia variedad de condiciones ambientales. Los generadores con radiadores montados en la unidad requieren que el ingreso de un gran volumen de aire exterior a la sala y a través de su superficie. Las temperaturas del aire exterior varían en gran medida, al igual que la humedad. El aire exterior también puede contener humedad, polen, polvo, insectos y otras partículas.

Los generadores generan calor, vibración y ruido significativos por sí mismos. Estos factores se combinan para crear condiciones ambientales adversas que afectan inevitablemente la confiabilidad del sistema. No se recomienda utilizar pantallas ni filtros en rejillas o parrillas de admisión de aire para reducir la cantidad de polvo y desperdicios, ya que estos se obstruyen y evitan un flujo de aire adecuado. Esto puede afectar de forma negativa el enfriamiento y la capacidad del sistema de un generador. 

Mantenimiento

Cuando los sistemas del generador necesitan mantenimiento, se sacan de servicio. De esta forma, se evita su funcionamiento durante un corte, y se necesita una planificación cuidadosa por parte de los operadores de la instalación, que en general implica trabajar fuera del horario habitual y medidas de seguridad para la vida transitoria.

Edición 2016 de la NFPA 110: según la norma para sistemas de potencia de emergencia y respaldo, artículo 7.13, se requiere la disponibilidad de fuentes adicionales de potencia de emergencia de respaldo durante el mantenimiento del generador. Los sistemas de generadores puestos en paralelo pueden proporcionar redundancia de sistemas requeridos. Esto significa que se puede realizar un mantenimiento frecuente durante periodos de conveniencia, lo que aumenta la posibilidad de que se realice con regularidad.

Ampliación de sistemas existentes

Los proyectos que reemplazan o se incorporan al suministro de energía de emergencia existente (EPS, Emergency Power Supply) y a los sistemas de suministro de energía de emergencia (EPSS, Emergency Power Supply System; como se define en la NFPA 110) son los más complejos porque requieren que el equipo de diseño tenga en cuenta todos los impactos sobre el sistema existente. Los cortes del sistema de potencia de emergencia son los aspectos más difíciles de gestionar en el caso de edificios de atención sanitaria, operaciones críticas, industriales o esenciales.

Dejar sin conexión un sistema de potencia de emergencia de respaldo por cualquier período requiere llevar a cabo evaluaciones de riesgo con el propietario. En general, en estos sucesos se da lugar a los equipos de preparación ante desastres que detallan los planes para gestionar los cortes de electricidad sin potencia de respaldo disponible. El equipo debe analizar y evaluar los impactos en TI, telefonía, radio, iluminación y salida, y seguridad sobre peligros. El carácter del riesgo también se ve afectado por la duración propuesta del corte del sistema de potencia de emergencia y el tiempo requerido para realizar las conexiones en el caso de un corte de suministro del servicio público.

Debido a estas complicaciones, proporcionar EPS y EPSS nuevos puede ser más fácil que tratar de incorporarlos a un sistema existente. Además, al conectarse a un sistema de distribución existente, se deberían evaluar los impactos en la coordinación selectiva, ya que es posible que la forma y el lugar donde se realizarán las conexiones se vean afectados. 

Elecciones de diseño

Una vez tomada la decisión de optar por los sistemas de generadores puestos en paralelo, el equipo de diseño y el propietario deben tomar decisiones en cuanto a lo siguiente: la ubicación física, los requisitos del sistema de combustible, los requisitos de demanda eléctrica, los requisitos de voltaje del sistema, la redundancia del sistema deseada y la cantidad de potencial de crecimiento futuro. A veces, pero no siempre, el voltaje de operación del EPS y EPSS se determina emparejándolo con el voltaje de servicio normal.

Cuando los EPSS se ubican a largas distancias de los edificios que alimentan, surgen ciertas discrepancias. En estos casos, una elección prudente sería utilizar voltajes más altos e incluso niveles de voltaje medio. Los voltajes del generador por encima de 208/120 V en Estados Unidos darán como resultado la necesidad de contar con transformadores reductores, que influyen en la carga del generador y ocupan espacio físico. A menos que las largas distancias de los alimentadores justifiquen niveles de voltaje medio, el voltaje del EPS, en general, coincide con el del equipo mecánico, el equipo de procesamiento y cualquier sistema elevador de tracción. 

En paralelo

Los grupos electrógenos se pueden poner en paralelo a través de equipos de conmutación tradicionales con disyuntores operados a motor y lógica puesta en paralelo dentro del equipo de conmutación o en gabinetes remotos. Otra opción es permitir que los controles del generador montados en la unidad proporcionen control en paralelo, lo que puede reducir el costo total del sistema. Con la puesta en paralelo a bordo, el equipo de diseño puede planificar un sistema de generador modular y designar el espacio para varios paquetes de generador adicionales que se pueden incorporar a medida que aumenta la carga.

Mientras que los engranajes puestos en paralelo independientes suelen tener un mayor costo inicial, con este equipo se puede proporcionar con rapidez una descripción general de todo el sistema, y los disyuntores y controles se pueden ubicar en un espacio acondicionado por fuera de la sala del EPS. Debido a las condiciones ambientales, puede resultar prudente brindar protección física a los aparatos electrónicos sensibles.

Por el contrario, los controladores montados en la unidad aportan redundancia mejorada porque la pérdida de un controlador del sistema puede no erradicar la función de puesta en paralelo de los generadores restantes. Debido a la posibilidad de fallas electrónicas, los sistemas puestos en paralelo para las funciones esenciales se deberían poder controlar de manera manual. Los pasos requeridos para encender, conectar y poner en paralelo los generadores de manera manual se deberían definir con claridad y estar disponibles de forma inmediata en el espacio de control del generador. Se debería proporcionar capacitación adecuada a todo el personal aprobado. 

Ubicación

Elegir la ubicación física del EPS y EPSS requiere mucha previsión y consideración de los impactos en sistemas adyacentes. Además de los requisitos físicos del equipo de distribución eléctrica, los generadores son ruidosos, malolientes y grandes. Se debería realizar un estudio de ruido acústico para determinar los máximos niveles de ruido permitidos, y el primer paso de este proceso es determinar los niveles de ruido esperados del sistema del generador. Los componentes del sistema del generador que generan preocupación por cuestiones acústicas son el ventilador del radiador, el sistema de escape, las superficies del motor y el generador, y los niveles de vibración del sistema.

Una vez establecidas las fuentes de ruido, el equipo de diseño debe evaluar los niveles de ruido permitidos en salas, edificios y propiedades adyacentes. Las soluciones que reducen el ruido incluyen sistemas silenciadores con valores de alta pérdida por inserción, rejillas acústicas con suficiente espacio libre y niveles de atenuación del sonido, y paredes del edificio con suficiente pérdida de transmisión. El aislamiento de la vibración de la tubería colgante puede mitigar la transferencia de ruido transmitido por vibración estructural.

Además, se debe tener en cuenta la proximidad del escape del generador con respecto a las tomas de aire de ventilación del edificio junto con las direcciones del viento predominantes. Cuando los sistemas del generador se ubican dentro del edificio donde funcionan, proporcionar aislamiento de ruido, calor y humos de escape suma costos significativos y complejidad al diseño del edificio.

En cuanto a las ubicaciones del EPS y EPSS, también se deberían tener en cuenta las inundaciones, incluso las tareas de los bomberos, como se definió en la edición 2012 de la NFPA 99: Código de Instalaciones de Atención Sanitaria, 6.4.1.1.8. Los gráficos de la velocidad del viento, como los gráficos de la rosa de los vientos, pueden servir para identificar posibles orientaciones problemáticas del edificio en las que las altas velocidades y direcciones del viento podrían afectar el EPSS. 

Flujo de aire

Los sistemas de generadores puestos en paralelo pueden incluir radiadores montados en la unidad o ubicados de forma remota. Son muchos los requisitos de flujo de aire para los ventiladores del radiador montado en la unidad, y la capacidad del grupo electrógeno se ve afectada por la cantidad de restricciones del flujo de aire del radiador, también conocidas como "caída de presión". El grupo electrógeno se diseña para adaptarse a un nivel máximo de caída de presión que experimenta el ventilador del radiador. Los factores que influyen en la caída de presión del flujo de aire son: el diseño y la zona despejada de las rejillas de admisión de aire, la configuración de la vía del aire, y el diseño y la zona despejada de la rejilla de descarga plena.

Las rejillas acústicas aumentan aún más la caída de presión del sistema y la zona despejada disponible, que puede resultar en sistemas de rejillas que tienen dimensiones mucho más grandes que el radiador en sí mismo. Cuando en el diseño se permite crecimiento futuro, los diseñadores deberían considerar cómo se incorporará aire adicional a la sala del EPS a medida que crece la capacidad del generador.

Cuando se requiere que los sistemas de escape del generador cumplan con los requisitos de Nivel 4 de la Environmental Protection Agency (EPA) de EE.UU., hay muchos componentes adicionales que aumentan de forma considerable el tamaño físico del sistema de escape. Si el propietario considera operar los generadores de manera tal que se requiera cumplir con el Nivel 4 de la EPA, el equipo de diseño debería asignar el espacio para estos sistemas adicionales. 

Aceite combustible

Los requisitos del código para la capacidad del sistema de combustible varían según la designación de la clase del sistema descrita en el NFPA 110-2016, artículo 4.1 y los requisitos de las pautas del Facility Guidelines Institute (FGI) en las que se definen los tiempos de funcionamiento de las instalaciones de atención sanitaria. Según el tipo de edificio y la disponibilidad del aceite combustible, el propietario y el equipo de diseño tendrán que determinar cuánto durará el tiempo de funcionamiento deseado.

La cantidad máxima de aceite combustible que se puede almacenar en un edificio se basa en la NFPA 110, artículo 7.9.5., que limita la capacidad a una cantidad total de 660 gal/edificio. Los tanques de día se ofrecen con detección de fugas y captura de fuga con una capacidad del 150 %. En general, las bombas de suministro de aceite combustible se ubican en el tanque de día y se disponen en un sistema tipo doble en el que se proporciona una bomba redundante. Alcanzar largas horas de funcionamiento (24 horas o más) requiere capacidad de almacenamiento de combustible adicional. Para ello, se pueden utilizar tanques de combustible exteriores sobre la tierra o subterráneos con el tamaño para cumplir o superar las demandas de tiempo de funcionamiento. Ambos conceptos presentan beneficios y riesgos, que varían según la ubicación.

Además, cuando se almacenan grandes cantidades de combustible para la preparación ante desastres, este se tiene que limpiar a diario para mantener su integridad. Es común que se brinde un sistema de pulido del combustible, que proporciona un filtrado activo de todo el sistema de almacenamiento de manera programada. Estos sistemas no son muy costosos y extienden la vida útil del combustible, así como la confiabilidad y la vida útil del filtro de combustible del generador.

A la hora de instalar las tuberías de combustible para los sistemas del grupo electrógeno puesto en paralelo, el equipo de diseño debe tener en cuenta la confiabilidad de la tubería de retorno del combustible. La situación ideal es aquella en la que la tubería de retorno del aceite combustible se reinstala para permitir el drenaje solo por gravedad. Esto significa que el almacenamiento de combustible está por debajo del nivel del sistema del generador, y la tubería de retorno del combustible está instalada por debajo del nivel de las conexiones de retorno del generador y el tanque de día. Con las zanjas empotradas, se mejora esta disposición y se evita que la gente tropiece en la sala debido a la tubería de combustible reinstalada.

Cuando la tubería de retorno del combustible se reinstala por encima del nivel del generador y el tanque de día, se requiere una bomba de retorno del aceite combustible junto con las válvulas de solenoide y, a veces, válvulas de retención. En un sistema de aceite combustible diseñado de forma adecuada, la única vez que el aceite combustible regresa al tanque principal es en caso de una falla de control, en el que las bombas de suministro se atascan en la condición de "conectado".

No se recomienda instalar el tanque de día a un nivel inferior al del generador, ya que se requieren válvulas de retención adicionales para evitar que se inunde el motor. En general, los sistemas de almacenamiento del aceite combustible se comparten con las calderas y actúan como fuentes de combustible secundarias para los sistemas de calentamiento del edificio. Los diseñadores deben asegurarse de que los sistemas de combustible del generador no generen efectos negativos en los sistemas de aceite combustible de la caldera.  

Richard Vedvik es ingeniero eléctrico e ingeniero acústico ejecutivo de IMEG Corp. Es miembro del consejo asesor editorial de Consulting-Specifying Engineer.