Potencia del grupo electrógeno para motores eléctricos

En una instalación alimentada por un grupo electrógeno, la mayoría de los problemas no se deben a la carga continua, sino al momento de arranque de los motores. Una bomba que en régimen consume 30 kVA demanda varias veces ese valor en los primeros segundos. Si el grupo no puede cubrir esta demanda repentina, la tensión cae, los contactores se desconectan, el motor no arranca o se detienen otros equipos de la misma línea. En este artículo explicamos paso a paso cómo comprobar la potencia del grupo electrógeno para cargas con motores. Para los pasos generales de suma de cargas, consulte nuestro artículo ¿Qué potencia de grupo electrógeno necesito?.

¿Qué ocurre en el arranque?

Cuando un motor asíncrono está parado, su rotor está inmóvil y los devanados se comportan casi como un cortocircuito. Por eso, en el primer instante consume una corriente de 5 a 8 veces la nominal. El factor de potencia de esta corriente es bajo (aproximadamente 0,3–0,4); es decir, lo que se pide al grupo es en gran medida potencia reactiva. La potencia reactiva la aporta el alternador; el motor diésel, por su parte, debe responder al aumento brusco de carga para que la velocidad no caiga.

En consecuencia, el arranque de un motor produce dos efectos:

• Caída de tensión (voltage dip): depende del tiempo de respuesta del alternador y del regulador de tensión (AVR).
• Caída de frecuencia: depende de la capacidad de aceptación de carga del motor diésel y de su regulador de velocidad.

De la placa del motor a los kVA de arranque

Para el cálculo bastan tres datos de la placa de características: potencia (kW), rendimiento y factor de potencia. Los kVA de funcionamiento se obtienen aproximadamente así:

kVA de funcionamiento = kW ÷ (rendimiento × factor de potencia)

Por ejemplo, para un motor de 22 kW con un rendimiento de 0,92 y un factor de potencia de 0,85, los kVA de funcionamiento son aproximadamente 28 kVA. Los kVA de arranque son múltiplos de este valor según el método de arranque:

Método de arranque	Corriente de arranque (respecto a la nominal)	kVA de arranque aprox. para un motor de 22 kW
Directo (DOL)	6–7 veces	170–200 kVA
Estrella-triángulo	aprox. 2–2,5 veces	55–70 kVA
Arrancador suave	aprox. 2,5–3,5 veces (según ajuste)	70–100 kVA
Variador de frecuencia (VFD)	aprox. 1–1,5 veces	28–42 kVA

Estos valores son orientativos; el valor exacto de arranque se toma de los datos de rotor bloqueado facilitados por el fabricante del motor. Lo que destaca en la tabla es que, para el mismo motor, el arranque directo exige al grupo aproximadamente cinco veces más potencia instantánea que el variador.

Caída de tensión aceptable

Al elegir el grupo electrógeno, la pregunta no es «¿arrancará el motor?», sino «¿cuánto caerá la tensión durante el arranque?». Los límites habituales en la práctica son:

• Cargas generales con motores: 15–20 %
• Ascensores y circuitos de mando con muchos contactores: en torno al 15 %
• Motores que comparten barra con cargas electrónicas sensibles: 10 % o menos

Si la tensión cae más de un 25–30 %, las bobinas de los contactores pueden desconectarse; el motor no consigue arrancar e intenta conectarse una y otra vez. Las fichas técnicas de los grupos electrógenos indican los kVA de arranque (motor starting kVA) que el alternador puede suministrar con una caída de tensión determinada. En la selección, este valor se compara con los kVA de arranque del motor más grande.

Arranque secuencial: el mismo trabajo con un grupo más pequeño

Si hay varios motores, no es necesario que arranquen todos a la vez. Con relés temporizados añadidos al sistema de mando o con las salidas del controlador, los motores pueden conectarse con 5–10 segundos de intervalo. La regla es sencilla:

1. Arranque primero el motor más grande.
2. Ordene los demás motores de mayor a menor.
3. En cada paso, compruebe la suma de la carga ya conectada al grupo y los kVA de arranque del nuevo motor.

Ejemplo: en una instalación de riego hay tres bombas de 30 kW, 15 kW y 7,5 kW, todas con arranque directo. Si las tres arrancan a la vez, se produce una demanda instantánea superior a 400 kVA. Con arranque secuencial, el paso más crítico es el arranque de la bomba de 30 kW, aproximadamente 230–270 kVA. Si la bomba de 30 kW se arranca en estrella-triángulo, el paso más crítico pasa a ser el arranque de la bomba de 15 kW con la de 30 kW en marcha, y la demanda baja a aproximadamente 150–170 kVA. Así, el grupo necesario se reduce notablemente. Este cálculo es aproximado; en el proyecto debe verificarse con las placas de los motores y la ficha técnica del grupo.

Cargas con variador y armónicos

Los variadores de frecuencia resuelven en gran medida el problema del arranque, pero introducen otro aspecto: las corrientes armónicas. La corriente que consume un variador de seis pulsos no es sinusoidal. Como la impedancia interna del grupo electrógeno es mayor que la de la red, los armónicos distorsionan más la forma de onda de tensión. Puntos a tener en cuenta:

• Si más de la mitad de la carga total está alimentada por variadores, puede elegirse un alternador de un tamaño superior.
• En el lado del variador puede utilizarse una reactancia de línea o un filtro de armónicos.
• Los alternadores con opción de excitación por imanes permanentes (PMG) mantienen una regulación más estable con tensión distorsionada.
• En instalaciones con predominio de SAI y variadores, el ajuste del AVR y la precisión de medida del controlador deben comprobarse durante la puesta en servicio.

Lista de control para cargas con motores

• ¿Se han listado la potencia, el método de arranque y el orden de funcionamiento de cada motor?
• ¿Se han comparado los kVA de arranque del motor más grande con los kVA de arranque de la ficha técnica del grupo?
• ¿Se ha definido la caída de tensión aceptable según el tipo de carga?
• ¿Es realmente necesario el arranque simultáneo o es posible un arranque secuencial?
• ¿Se ha evaluado la proporción de cargas con variador en la carga total y su efecto armónico?
• ¿Se han comprobado por separado los requisitos de la norma aplicable para motores críticos, como las bombas contra incendios?

Siguiente paso

Introduzca su lista de cargas en la calculadora de potencia para ver al instante una primera estimación. En proyectos con predominio de cargas con motores, si nos envía las placas de los motores y el orden de funcionamiento junto con su solicitud de oferta, elegimos el tamaño del alternador y el controlador del grupo en función de esas cargas. Para los modelos adecuados, consulte nuestras páginas de grupos electrógenos abiertos e insonorizados.