1 PLANTAS DE EMERGENCIA

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3 Las plantas de emergencia son de vital importancia dentro de una industria o institución donde se requiere mantener un suministro de energía continuo o donde el equipo o maquinaria no deba suspender su proceso. También pueden ser utilizadas donde no haya suministro de energía. La función primordial de las plantas de emergencia es suministrar energía cuando falla el sistema principal de alimentación eléctrica como el de la Compañía de Luz y Fuerza del Centro o el de la Comisión Federal de Electricidad. Por lo que es importante que por el tipo de actividad o función que desempeña no se interrumpa el servicio, es así como las plantas son comunes en hospitales, hoteles, cines, teatros, centros comerciales, etc.

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5 FIG. 1 EMPRESAS QUE SUMINISTRAN EL SERVICIO ELECTRICO EN EL PAIS

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7 Su empresa y su negocio no pueden depender de la disponibilidad del suministro eléctrico comercial, ya que las ausencias prolongadas de energía eléctrica pueden poner en riesgo su operación y productividad. Cuando la actividad o giro de su negocio lo requiere, es necesario contar con plantas de emergencia, de fácil funcionamiento, confiables y seguras, con una exigencia mínima de mantenimiento, incluso bajo las más extremas condiciones climáticas y ecológicas. La planta o generador de emergencia es sumamente útil, sobre todo cuando usted requiere de tiempos de respaldo prolongados, ya que una de las características principales de la planta es su autonomía. Esto quiere decir que es capaz de generar energía, cuando el suministro falla, durante tiempos prolongados a un costo muy económico. Ahora bien, la planta de emergencia por sí misma, no resuelve los problemas que se llegan a presentar en el suministro eléctrico y que son los causantes de daños severos a equipo especializado, de cómputo, impresoras, servidores; pérdida de información importante y valiosa que se traduce en altos costos.

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9 FIG. 2 PLANTA DE EMERGENCIA TÍPICA

10 De la misma manera, cuando hay una falla en la línea comercial la planta tarda en transferir a la carga entre uno o varios minutos. ¿Qué pasa durante ese tiempo? Al sólo tener una planta de emergencia, su equipo delicado e información quedan desprotegidos, sólo bastan unos cuantos segundos para quemar computadoras, discos duros o parar una línea de producción. Es por esto que una solución integral se compone tanto de una planta de emergencia que, ante la ausencia de energía eléctrica, le permita operar durante largos tiempos de respaldo a bajos costos, como de un Sistema de Energía In interrumpida que, ante cualquier eventualidad que se presente en la línea comercial, le proporcione protección y seguridad para sus equipos e información.Sistema de Energía In interrumpida que, ante cualquier eventualidad que se presente en la línea comercial, le proporcione protección y seguridad para sus equipos e información.

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12 Por lo general las plantas de emergencia pueden tener un uso continuo hasta de 8 horas y permitir de forma eventual sobre cargas por lapsos de ½ hasta 1 hora, siempre y cuando no exceda al 10 o 20% de su capacidad. Es importante recordar que las plantas de emergencia solo deben alimentar aquellos servicios de mayor importancia; por lo que se debe hacer un censo sobre las cargas que se deben mantener en operación continua cuando se interrumpe la alimentación de la compañía suministradora.

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14 Como se menciono anteriormente, la función de las plantas de emergencia es la de proporcionar energía a las cargas estrictamente de emergencia o cargas principales instaladas, y por lapsos relativamente cortos. Su capacidad queda comprendida entre 30 y 1000 Kw, y por lo general son accionadas por motores de combustión interna de diesel, gasolina o gas.

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16 El tamaño del generador y el motor de combustión se determina en función del valor de la carga que se debe absorber durante una interrupción en el servicio normal. También el tipo de combustible para el motor impulsor queda determinado por la carga, y las restricciones normativas en el lugar de la instalación, la localización del grupo moto-generador, y algunos otros aspectos.

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20 FIG. 3 PLANTA DE EMERGENCIA A GASOLINA

21 La planta de emergencia están constituida principalmente por un grupo motor – generador, el motor normalmente es de combustión interna, el tamaño del motor generador se determinara en base al valor de la carga instalada, también el tipo de combustible para el motor impulsor quedara determinado por la carga; así como la localización de la planta y otros aspectos.

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24 FIG. 4 VISTA DE LAS PARTES PRINCIPALES DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA

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26 Los sistemas de emergencia tienen la función de suministrar energía cuando falla el sistema principal de alimentación de energía eléctrica; y es importante que por el tipo de actividad o función que se desempeñe no se interrumpa el servicio; es así como las plantas de emergencia son comunes en: hospitales, hoteles, teatros, cines, industrias de procesos continuos, etc.

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28 Para plantas de emergencia de alta capacidad, dentro de su rango, se prefiere el diesel como combustible, por ser relativamente económico; ser menos inflamable, y tener un mayor poder calorífico que otros combustibles.

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30 Plantas de Emergencia de hasta 100Kw – Gasolina

31 Plantas de Emergencia de hasta 500Kw – Gas

32 Plantas de Emergencia hasta 2,000Kw - Diesel

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41 CARACTERISTICAS PRINCIPALES A ESPECIFICAR DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA

42 Potencia (En HP)

43 La velocidad, que dependiendo del número de polos del generador da la frecuencia; pudiendo ser por ejemplo, de 1,200 RPM A 1,800 RPM, para generar a 60 Hz.

44 La cilindrada, que se refiere al volumen que admite cada cilindro cuando succiona aire; multiplicado por el número de cilindros de la máquina.

45 El diámetro que tienen los cilindros y su desplazamiento. (Carrera)

46 Condiciones ambientales como: Presión atmosférica, temperatura y humedad

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48 CLASIFICACIÓN DE LAS PLANTAS DE EMERGENCIA

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50 a) Por el tipo de combustible: Gas LP, Gasolina, Diesel

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52 b) Por su operación: Automática o Manual

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54 c) Por el tipo de servicio: Continuo y de Emergencia

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56 OPERACIÓN AUTOMÁTICA

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58 Se dice que una planta es automática cuando opera por si sola, realizando cinco funciones: Arrancar, Proteger, Transferir carga, Retransferir carga, Paro, Solo requiere de supervisión y mantenimiento preventivo. Son utilizadas en industrias, centros comerciales, hospitales, hoteles, aeropuertos, etc. Estas plantas se arrancan, paran y se protegen en forma totalmente automática, supervisando la corriente eléctrica de la red comercial. Dichas plantas son utilizadas sólo en servicio de emergencia.

59 a) Los selectores del control maestro deben estar ubicados en la posición de automático. El control maestro es una tarjeta electrónica que se encarga de controlar y proteger el motor de la planta eléctrica.

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61 b) En caso de fallar la energía normal suministrada por la compañía de servicios eléctricos, la planta arrancará con un retardo de 3 a 5 segundos después del corte del fluido eléctrico. Luego la energía eléctrica generada por la planta es conducida a los diferentes circuitos del sistema de emergencia a través del panel de transferencia, a esta operación se le conoce como transferencia de energía.

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63 c) Después de 25 segundos de normalizado el servicio de energía eléctrica de la compañía suministradora, automáticamente se realiza la retransferencia (la carga es alimentada nuevamente por la energía eléctrica del servicio normal) quedando aproximadamente 5 minutos encendida la planta para el enfriamiento del motor. El apagado del equipo es automático.

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68 OPERACIÓN MANUAL

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70 Las plantas manuales, son aquéllas que requieren que se opere manualmente un interruptor para arrancar o parar dicha planta. Normalmente estas plantas se utilizan en aquellos lugares en donde no se cuenta con energía eléctrica comercial, tales como: Construcción, aserraderos, poblados pequeños, etc. por lo que su servicio es continuo.

71 También se utilizan en lugares donde la falta de energía puede permanecer durante algunos minutos, mientras una persona acude al lugar donde está instalada la planta para arrancarla y hacer manualmente la transferencia. Por ejemplo; casas, algunos comercios pequeños e industrias que no manejan procesos delicados.

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73 En esta modalidad, se verifica el buen funcionamiento de la planta sin interrumpir la alimentación normal de la energía eléctrica. El selector de control maestro debe colocarse en la posición de “Manual”. Como medida de seguridad para que la planta eléctrica trabaje sin carga (en vacío), se debe colocar el interruptor principal “Main” del generador en posición de apagado off. Recomendación: El arranque manual es solo para realizar pruebas.

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75 Son aquellas que requieren para su operación que se opere manualmente un interruptor para arrancar o parar dicha planta. Se dice que una planta es manual cuando solo PROTEGE.

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78 SERVICIO CONTINUO.

79 Son aquellas que operan por varias horas, entre 300 y 500 horas por año. Y se utilizan en lugares alejados donde las Compañías Suministradoras no tienen acceso, en otras palabras donde no hay suministro; por ejemplo, en las estaciones receptoras de radio y televisión, en lugares donde se tengan computadoras (centros de computo), aserraderos, etc. así mismo como en lugares donde es indispensable la continuidad de servicio

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98 SERVICIO DE EMERGENCIA.

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100 Son aquellas que operan hasta 300 horas por año. Y se utilizan en lugares donde se tienen sistemas de distribución por parte de las Compañías Suministradoras y donde se requiere que nunca falte la energía: Hoteles, Hospitales, Centros Comerciales, Aeropuertos, etc.

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102 Las plantas eléctricas de emergencia, se utilizan en los sistemas de distribución modernos que usan frecuentemente dos o más fuentes de alimentación, debido a razones de seguridad y/o economía de las instalaciones en donde es esencial mantener el servicio eléctrico sin interrupciones, por ejemplo: Instalaciones de hospitales en las áreas de cirugía, recuperación, cuidado intensivo, salas de tratamiento, etc.

103 Para la operación de servicios de importancia crítica como son los elevadores públicos.

104 Para instalaciones de alumbrado de locales a los cuales acude un gran numero de personas (estadios deportivos, aeropuertos, comercios, transportes colectivos, hoteles, cines, etc.)

105 En la industria de proceso continuo.

106 En instalaciones de computadoras, bancos de memoria, equipos de procesamiento de datos, radar, etc.

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111 FIG. 5 VISTA DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA

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113 PARTES DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA:

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115 A) Grupo motor generador

116 B) Tablero de transferencia

117 C) Conexión del generador al tablero de transferencia

118 D) Tubería de escape de humos del motor

119 E) Chimenea de escape al silenciador

120 F) Trampa de condensación

121 G) Válvula de drenaje

122 H) Tubería de alimentación de combustible

123 I) Tanque de combustible

124 J) Capuchón de ventilación del tanque de combustible

125 K) Válvula de llenado del tanque

126 L) Tanque de reserva

127 M) Tubería de retorno

128 N) Tubo de alivio

129 O) Acumuladores para excitación del generador

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132 FIG. 6 COMPONENTES DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA

133 SISTEMA ELECTRICO Y ELECTRONICO DE LA PLANTA DE EMERGENCIA

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135 El equipo eléctrico de la planta de emergencia comprende, el tablero de control y transferencia, el generador eléctrico, la batería o acumulador, el alternador, además del cableado o arnés correspondiente. La batería almacena energía para alimentar los diferentes sistemas eléctricos. Cuando el motor está en marcha, el alternador, movido por el cigüeñal, mantiene el nivel de carga de la batería.

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137 Control Maestro: Monitorea el rendimiento del motor y la salida de corriente alterna.

138 controla el encendido y apagado de la planta de emergencia.

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149 En el Generador Monitorea el Voltaje, Amperaje, kw/hora, Velocidad y Frecuencia

150 Tablero de Control y Transferencia: Cuando falla el servicio de alimentación de energía eléctrica de la compañía suministradora, la planta de emergencia puede entrar en forma manual o automática, lo ideal es que sea automáticamente, para evitar interrupciones de servicio en casos de urgencias, se usan los interruptores de transferencia, estos son trifásicos y están dentro de un gabinete con la función de alimentar a la carga cuando falle el suministro de la compañía. El tablero de transferencia es un equipo que permite que la planta eléctrica opere en forma totalmente automática supervisando la corriente eléctrica de la red comercial.

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152 FIG. 7 TABLERO DE TRANSFERENCIA

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154 La capacidad del motor impulsor, y del generador de la planta de emergencia, debe ser suficiente para absorber las cargas definidas como de emergencia; si se trata de transferir la carga total al generador, el diagrama de conexiones, es como el mostrado en el diagrama siguiente:

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158 DIAGRAMA 1. CONMUTACIÓN DE SERVICIO DE ALIMENTACIÓN

159 G.- Terminales del Generador

160 N.- Terminales del Servicio de la Compañía Suministradora

161 Cuando solo se trata de transferir cargas esenciales al generador de la planta de emergencia, como por ejemplo alumbrado, aire acondicionado, elevadores, centros de procesamiento de datos, etc. se usa una conexión como la mostrada en el siguiente diagrama:

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163 DIAGRAMA 2. ARREGLO BÁSICO DE GENERADOR DE EMERGENCIA Y SWITCH DE TRANSFERENCIA.

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165 Circuito de Control de Transferencia y Paro

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167 Al frente señalización luminosa (lámpara verde de alimentación normal y roja de alimentación de emergencia) para indicar el estado de suministro o alimentación a la carga.

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169 El tablero de transferencia, es un gabinete metálico, el cual tiene integrado:

170 Una tarjeta de estado sólido, que cumple con la función de detectar voltaje en rangos ajustables a diferentes valores para la protección de equipos contra voltajes (variaciones) incorrectos de operación tanto en bajo como en alto voltaje, con operación de contactos e indicación luminosa.

171 Una tarjeta de estado sólido, que tiene la función de procesar 2 tiempos independientes, ajustables a diferentes valores de cero a cinco minutos para retardar la retransferencia y paro del motor. Un cargador de baterías, que está diseñado para cargar baterías del tipo plomo ácido. Una unidad Básica de Transferencia (UBT) para alimentar a la carga desde la fuente de suministro normal o la de emergencia, que dependiendo del voltaje, capacidad de corriente, tipo de operación, puede ser de varios modelos, entre ellos: Contactores, Termomagnéticos, Electromagnéticos. Un interruptor de prueba, para simular fallas de energía normal. Un reloj programador a base de un control electrónico de tiempo que proporciona un sencillo y económico control de la planta eléctrica, con un programa de horario y día. El control puede utilizarse como un control de 24 horas o de 7 días, para arrancar a la planta eléctrica de manera automática y programada.

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174 Funciones del Tablero de Transferencia

175 Censar el voltaje de alimentación.

176 Dar señal de arranque a la planta cuando se presenta una ausencia, bajo o alto voltaje sobre el nivel adecuado.

177 Dar señal al interruptor de transferencia para que haga su cambio (transferencia)

178 Retardar la retransferencia para dar tiempo de normalización por parte de la compañía suministradora.

179 Dar señal al interruptor de transferencia para que haga su cambio cuando se normaliza la alimentación (retransferencia).

180 Retardar la señal de paro del motor para lograr un buen enfriamiento del mismo.

181 Programar el arranque de la planta para ejercitarla.

182 Permitir un simulacro de falla de la compañía suministradora. Realizar la transferencia de la carga de la red comercial a la planta y viceversa. (Esta función se realiza a través de la unidad de fuerza, que puede ser del tipo contactores o interruptores, según la capacidad requerida)

183 Dar la señal a la unidad de fuerza para que haga el cambio cuando se normaliza la alimentación (retransferencia)

184 Retardar la retransferencia para dar tiempo a la compañía suministradora de normalizar su alimentación.

185 Retardar la señal de paro al motor para lograr su enfriamiento.

186 Mandar la señal de paro al motor a través del control maestro.

187 Mantener cargado el acumulador. Permitir un simulacro de falla de la compañía suministradora.

188 Batería o Acumulador: La batería es un generador electroquímico y no guarda electricidad. La energía guardada es energía química que se transforma en energía eléctrica cuando a través de las terminales de la batería se completa el circuito.

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190 Una batería esta formada por cierto número de celdas, normalmente cada celda esta encerrada en una caja de hule duro conteniendo placas negativas y positivas. Las placas están separadas por divisores y sumergidas en un líquido llamado electrolítico. En un extremo de las celdas, cada placa negativa tiene un tirante de metal; en el otro extremo cada placa positiva tiene su propio tirante metálico. Como cada placa produce 2.2 Volts, los tirantes de cada celda están conectados en serie por eslabones conectores de celdas.

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192 Los materiales activos de las placas positivas y negativas son diferentes. El electrodo positivo es de cobre o de un material activo en las placas de peróxido de plomo y el electrodo negativo es de cinc o de oxido de plomo. El electrolito consiste en una mezcla de agua destilada y ácido sulfúrico.

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195 FIG. 8 ACUMULADOR

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197 Bobina de Ignición: Es un pequeño transformador con un devanado primario y un secundario para producir una nueva tensión que es necesaria para brincar la abertura de los electrodos de la bujía. La corriente de la batería es tan débil que no puede brincar el espacio del grueso de una hoja de papel. La bobina esta formada por alambrados primario y secundario, un conductor laminado de acero suave, una cubierta protectora, las terminales de conexión, un envolvente de baquelita con tapa y aceite enfriador.

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199 Generador Eléctrico: Esta es una de las partes más importantes de la planta de emergencia, ya que es la que produce el voltaje requerido. Un generador eléctrico es una máquina eléctrica rotativa que transforma la energía mecánica en energía eléctrica, un generador produce electricidad por la rotación de un grupo de conductores dentro de un campo magnético. La energía mecánica que entra puede provenir de motores de combustión interna, turbinas de vapor, reactores ó motores eléctricos. A la salida del generador se obtiene una FEM que se induce en los conductores cuando estos se mueven a través del campo magnético.

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201 Cuando un conductor, como por ejemplo un cable metálico, se mueve a través del espacio libre entre los dos polos de un imán, los electrones del cable, con carga negativa, experimentan una fuerza a lo largo de él y se acumulan en uno de sus extremos, dejando en el otro extremo núcleos atómicos con carga positiva, parcialmente despojados de electrones. Esto crea una diferencia de potencial, o voltaje, entre los dos extremos del cable; si estos extremos se conectan con un conductor, fluirá una corriente alrededor del circuito. Éste es el principio que da base a los generadores eléctricos rotatorios, en los que un bucle de hilo conductor gira dentro de un campo magnético para producir un voltaje y generar una corriente en un circuito cerrado.

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206 FIG. 9 GENERADOR TÍPICO

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215 CAPACIDADES DE GENERADORES DE 60Hz PARA PLANTAS DE EMERGENCIA

216 CORRIENTE MAXIMA EN AMPERS

217 POTENCIA KW240V480V

218 309045

219 5015075

220 75226113

221 100300150

222 125376188

223 150452226

224 200600300

225 250752376

226 300904452

227 3501054527

228 4001204602

229 5001500750

230 75022601130

231 100030001150

232 TABLA 1. CAPACIDADES DE GENERADORES

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236 DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERISTICAS DE LOS GENERADORES PARA PLANTAS DE EMERGENCIA

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238 Parte de la información que se debe proporcionar para la selección de las características de las plantas de emergencia, es la relacionada con los datos de placa del generador, que es básica cuando se diseña, instala y mantiene, ya sea para aplicaciones comerciales o industriales. Los datos básicos a proporcionar son:

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240 Nombre del fabricante

241 La frecuencia de operación

242 El número de fases

243 El factor de potencia

244 La capacidad en KVA o KW

245 la velocidad nominal en r.p.m

246 El tipo de aislamiento y temperatura ambiente

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256 LOS GENERADORES ELECTRICOS EN APLICACIONES INDUSTRIALES Y DE EMERGENCIA

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258 Para las plantas de emergencia, dependiendo de su tamaño, los generadores de C.A. se pueden construir monofásicos y trifásicos, accionados por motores de combustión interna, pueden generar con los siguientes niveles de voltaje;

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260 A) 600 Volts ó menos

261 Monofásicos

262 120 Volts, 3 conductores

263 120/240 Volts 3 fases

264 Volts 3 conductores

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266 B) Mayores de 600 Volts

267 Trifásicos

268 2,400 Volts

269 4,160 Volts

270 12,470 Volts

271 13,800 Volts

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274 SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO PARA GENERADORES ELECTRICOS

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276 El método de aire enfriado

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278 Toman el aire del exterior a la temperatura ambiente como medio de enfriamiento, el aire circula en el interior del generador por medio de impulsores en ambos extremos. El aire caliente se extrae por la parte trasera donde solo circula una vez.

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280 Cambiador de calor aire – aire

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282 Cuenta con un intercambiador de calor, constantemente recircula el mismo aire a través del estator, este método conserva limpios los aislamientos, ya que el aire se cambia constantemente y con esto se elimina la necesidad de los filtros de aire en el sistema.

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284 Cambiador de calor aire – agua

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286 El calor del generador se circula a través de un enfriador que consiste de un cierto número de tubos de cobre con perforaciones de circulación alrededor del diámetro exterior de los tubos. Es necesaria una fuente de agua que se debe hacer circular a través de estos. Este sistema evita que se introduzcan al generador, contaminantes para los devanados.

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293 SISTEMA MECANICO DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

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295 Principio de Funcionamiento

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297 El motor de combustión interna trabaja en 4 tiempos que son la admisión, la compresión, la explosión y el escape. En el primer tiempo o admisión, el cigüeñal arrastra hacia abajo el émbolo, aspirando en el cilindro la mezcla carburante que está formada por gasolina y aire procedente del carburador.

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299 FIG. 10 LOS 4 TIEMPOS DEL MOTOR DE COMBUSTION INTERNA

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301 En el segundo tiempo se efectúa la compresión. El cigüeñal hace subir el émbolo, el cual comprime fuertemente la mezcla carburante en la cámara de combustión.

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303 En el tercer tiempo, se efectúa la explosión cuando la chispa que salta entre los electrodos de la bujía inflama la mezcla, produciéndose una violenta dilatación de los gases de combustión que se expanden y empujan el émbolo, el cual produce trabajo mecánico al mover el cigüeñal.

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305 Por último, en el cuarto tiempo, los gases de combustión se escapan cuando el émbolo vuelve a subir y los expulsa hacia el exterior, saliendo por el mofle de la planta de emergencia.

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307 Naturalmente que la apertura de las válvulas de admisión y de escape, así como la producción de la chispa en la cámara de combustión, se obtienen mediante mecanismos sincronizados en el cigüeñal. De acuerdo a la descripción anterior, comprendemos que si la explosión dentro del cilindro no es suave y genera un tirón irregular, la fuerza explosiva golpea al émbolo demasiado rápido, cuando aún está bajando en el cilindro.

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309 COMBUSTIÓN:

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311 Proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una reacción química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, junto con otros productos como dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible.

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313 Los elementos necesarios para la combustión y para que ella se produzca a base de una reacción química, son los siguientes:

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315 El combustible

316 La presencia de oxígeno

317 Un medio para iniciar la reacción química

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320 FIG. 11 LA CAMARA DE COMBUSTIÓN ES PRODUCIDA EN EL INTERIOR DEL CILINDRO

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323 CARBURACIÓN:

324 En el carburador se mezcla aire con gasolina pulverizada. La bomba de gasolina impulsa el combustible desde el depósito hasta el carburador, donde se pulveriza mediante un difusor. El pedal del acelerador controla la cantidad de mezcla que pasa a los cilindros, mientras que los diversos dispositivos del carburador regulan automáticamente la riqueza de la mezcla, esto es, la proporción de gasolina con respecto al aire. La conducción a velocidad constante por una carretera plana, por ejemplo, exige una mezcla menos rica en gasolina que la necesaria para subir una cuesta, acelerar o arrancar el motor en tiempo frío. Cuando se necesita una mezcla extremadamente rica, una válvula conocida como estrangulador o ahogador reduce drásticamente la entrada de aire, lo que permite que entren en el cilindro grandes cantidades de gasolina no pulverizada.

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327 EL MOTOR A GASOLINA

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329 Los motores de gasolina pueden ser de 2 y 4 tiempos. Contrariamente a los motores diesel, los motores de gasolina presentan otro tipo de encendido, en el tiempo de la compresión se inicia la combustión de la mezcla comprimida de combustible y aire, mediante una chispa eléctrica que genera la bujía. La chispa se produce a una tensión correspondiente alta generada por la bobina de encendido. En un momento exactamente definido salta la chispa entre el electrodo central y el de masa. Partiendo de la chispa se expande un frente de llamas por toda la cámara de combustión hasta que se ha quemado la mezcla. El calor liberado aumenta la temperatura, la presión en el cilindro crece rápidamente, presionándose así el émbolo hacia abajo. El movimiento es transmitido por la biela al cigüeñal.

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331 FIG. 12 EXPLOSION PRODUCIDA POR LA BUJIA

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333 El movimiento alternativo de los pistones se convierte en giratorio mediante las bielas y el cigüeñal, que a su vez transmite el movimiento al volante del motor, un disco pesado cuya inercia arrastra al pistón en todos los tiempos, salvo en el de explosión, en el que sucede lo contrario. En los motores de cuatro cilindros, en todo momento hay un cilindro que suministra potencia al hallarse en el tiempo de explosión, lo que proporciona una mayor suavidad y permite utilizar un volante más ligero.

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335 El cigüeñal está conectado mediante engranajes u otros sistemas al llamado árbol de levas, que abre y cierra las válvulas de cada cilindro en el momento oportuno.

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340 FIG. 13 CAMARA DE COMBUSTIÓN

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342 Encendido: El dispositivo que produce la ignición es la bujía, un conductor fijado a la pared superior de cada cilindro. La bujía contiene dos hilos separados entre los que la corriente de alto voltaje produce un arco eléctrico que genera la chispa que enciende el combustible dentro del cilindro. La bujía se atornilla en la cabeza del cilindro o bloque del cilindro, con su extremo inferior sobresaliendo en la cámara de combustión. La bujía resiste oleadas de tensión de 10,000 a 30,000 Volts, presiones mayores de 800 lb/plg 2 y temperaturas hasta de 4,400 o

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344 FIG. 14 BUJIA DE IGNICIÓN

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346 Actualmente se usa cada vez más el sistema de encendido electrónico. Hasta hace poco, sin embargo, el sistema de encendido más utilizado era el de batería y bobina, en el que la corriente de la batería fluye a través de un enrollado primario (de baja tensión) de la bobina y magnetiza el núcleo de hierro de la misma. Cuando una pieza llamada ruptor o platinos abre dicho circuito, se produce una corriente transitoria de alta frecuencia en el enrollado primario, lo que a su vez induce una corriente transitoria en el secundario con una tensión más elevada, ya que el número de espiras de éste es mayor que el del primario. Esta alta tensión secundaria es necesaria para que salte la chispa entre los electrodos de la bujía. El distribuidor, que conecta el enrollado secundario con las bujías de los cilindros en la secuencia de encendido adecuada, dirige en cada momento la tensión al cilindro correspondiente. El ruptor y el distribuidor están movidos por un mismo eje conectado al árbol de levas, lo que garantiza la sincronización de las chispas.

347 EL MOTOR DIESEL

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349 El motor diesel funciona de forma semejante al motor de gasolina. La principal diferencia que hay entre ellos consiste, en que el motor diesel, se emplea un grado de comprensión bastante más elevado. En esta comprensión hay una gran elevación de la temperatura, por lo que no hay necesidad de una chispa eléctrica. Además, este motor es más económico, puesto que funciona con combustibles más pesados. La combustión tiene lugar a un volumen constante en lugar de a una presión constante. La mayoría de los motores diesel tienen también cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina. En la primera fase se absorbe solamente aire hacia la cámara de combustión. En la segunda fase, la de compresión, el aire se comprime a una fracción mínima de su volumen original y se calienta hasta unos 440 ºC a causa de la compresión. Al final de la fase de compresión el combustible vaporizado se inyecta dentro de la cámara de combustión y arde inmediatamente a causa de la alta temperatura del aire. Algunos motores diesel utilizan un sistema auxiliar de ignición para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada. La combustión empuja el pistón hacia atrás en la tercera fase, la de potencia. La cuarta fase es, la fase de expulsión de la mezcla de los gases y de la combustión.

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351 Por lo tanto en los motores diesel no existe ninguna chispa para la combustión, la iniciación de este proceso se establece por un procedimiento de autoencendido basado en la alta temperatura que el aire alcanza cuando se ve sometido a compresión. Así pues la temperatura alcanzada será la que determine el inicio de la combustión. Esta situación se presenta en el gasóleo a una temperatura mínima de 270 o C. De hecho, en la práctica, la temperatura que debe alcanzar el aire debe ser del orden de los 500 o C.

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354 FIG. 15 VALORES MEDIOS DE LAS TEMPERATURAS EN EL INTERIOR DEL CILINDRO, MEDIDOS EN GRADOS CENTÍGRADOS.

355 La eficiencia de los motores diesel es mayor que en cualquier motor de gasolina, llegando a superar el 40%. Los motores diesel suelen ser motores lentos con velocidades de cigüeñal de 100 a 750 revoluciones por minuto, pero esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de que utilizan combustibles más baratos.

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357 Los motores diesel siguen el mismo ciclo de cuatro tiempos explicado en el motor de gasolina, aunque presentan notables diferencias con respecto a éste. En el tiempo de admisión, el motor diesel aspira aire puro, sin mezcla de combustible. En el tiempo de compresión, el aire se comprime mucho más que en el motor de gasolina, con lo que alcanza una temperatura extraordinariamente alta.

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359 En el tiempo de explosión no se hace saltar ninguna chispa, los motores diesel carecen de bujías de encendido, sino que se inyecta el gasoil o gasóleo en el cilindro, donde se inflama instantáneamente al contacto con el aire caliente. Los motores de gasoil no tienen carburador; el acelerador regula la cantidad de gasoil que la bomba de inyección envía a los cilindros.

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362 FIG. 16 PARTES DE UN MOTOR DIESEL DE CUATRO CILINDROS EN LÍNEA

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366 PARTES DEL MOTOR

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368 1. Cadena de distribución.

369 2. Eje de levas.

370 3. Tapón de la tapa de balancines.

371 4. Conducto de aire – acción.

372 5. Tapa de balancines.

373 6. Inyector.

374 7. Paredes de los cilindros.

375 8. Pistón.

376 9. Cámara de refrigeración del bloque.

377 10. Corona dentada del volante.

378 11. Volante de inercia.

379 12. Contrapeso del cigüeñal.

380 13. Cuello del cigüeñal.

381 14. Bulón.

382 15. Biela.

383 16. Muñequilla del cigüeñal.

384 17. Prefiltro de aceite.

385 18. Bomba de aceite.

386 19. Aceite en el cárter.

387 20. Puntos de anclaje.

388 21. Polea del cigüeñal.

389 22. Marcas de puesta a punto.

390 23. Ventilador.

391 24. Eje de accionamiento de la bomba de aceite.

392 25. Piñón de accionamiento de la bomba de inyección.

393 26. Válvula.

394 27. Muelle de válvula.

395 28. Semi balancín.

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405 FIG. 17 SECCIÓN LONGITUDINAL DE UN MOTOR DE DIEZ CILINDROS EN V

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410 FIG. 18 VISTA FRONTAL DE UN MOTOR EN V

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417 ALGUNOS TAMAÑOS COMERCIALES DE MOTORES DE CUMBITION, PARA GENERADORES EN PLANTAS DE EMERGENCIA (DIESEL)

418 Potencia Generador(KW) Potencia del Motor(HP) Velocidad (RPM)Presión Media EfectivaCilindrada (Litros) (kg/cm2)Número de Cilindros

419 75 * 112180078.14

420 100 11518006.412.176

421 1252021800812.176

422 15023518001012.178

423 20031518001016.28

424 25050518001714.66

425 35066018001719.58

426 40079018001832.28

427 600119018001848.312

428 900157018001864.516

429 TABLA 2 TAMAÑOS DE MOTOR DE COMBUSTIÓN

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433 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

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435 La potencia en HP. Las potencias para motores más comunes van desde 112HP hasta 1570HP.

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437 La velocidad. Esta depende del número de polos del generador de la planta.

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439 La cilindrada. Se refiere al volumen que admite cada cilindro cuando succiona aire; se multiplica por el número de cilindros de la máquina.

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441 El diámetro de los cilindros y su desplazamiento (carrera).

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443 Condiciones ambientales, tales como presión atmosférica, temperatura y humedad.

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457 SISTEMAS MECANICOS AUXILIARES O SUBSISTEMAS DE PLANTAS DE EMERGENCIA

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460 FIG. 19 SUBSISTEMAS DE UNA PLANTA DE EMERGENCIA

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474 SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

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476 Cuando el motor está funcionando, la temperatura de todas sus piezas se eleva debido al calor de la combustión en la cámara de combustión. Si dejamos esta condición, el motor podría rápidamente sobrecalentarse y dañarse. El equipo de enfriamiento enfría las partes del motor a fin de prevenir el sobrecalentamiento, Dependiendo del método usado, un motor puede ser enfriado por aire o por agua. Sin embargo, el sistema de enfriamiento generalmente más utilizado es el sistema de enfriamiento por agua. Un sistema de enfriamiento por agua es complejo, pero no sólo entrega enfriamiento estable, además, actúa para controlar el ruido del motor.

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478 Los motores de combustión interna se enfrían por dos fluidos que son el aire y el agua. El calor que se genera en la cámara de combustión es aproximadamente de 4,500 o F y 1 / 3 del calor producido se debe alejar por el sistema de enfriamiento, si esto no fuera así, las partes metálicas se expanden y el aceite se quema. La refrigeración del motor; que tiene por objeto mantener dentro de los límites de seguridad la temperatura de sus órganos. El refrigerante más empleado es el agua, y el sistema de refrigeración utilizado es el de la circulación forzada mediante bomba. La refrigeración por aire es mucho más simple; consiste en hacer circular una corriente de aire entre los cilindros, que van provistos de aletas para aumentar la superficie de refrigeración.límites de seguridad la temperatura de sus órganos. El refrigerante más empleado es el agua, y el sistema de refrigeración utilizado es el de la circulación forzada mediante bomba. La refrigeración por aire es mucho más simple; consiste en hacer circular una corriente de aire entre los cilindros, que van provistos de aletas para aumentar la superficie de refrigeración.

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481 FIG. 20 TRAYECTO DEL REFRIGERANTE EN EL MOTOR

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486 En el momento de la explosión, la temperatura del cilindro es mucho mayor que el punto de fusión del hierro. Si no se refrigeraran, se calentarían tanto que los pistones se bloquearían. Por este motivo los cilindros están dotados de camisas por las que se hace circular agua mediante una bomba impulsada por el cigüeñal. Para que el agua no hierva, el sistema de refrigeración está dotado de un radiador que tiene diversas formas, pero siempre cumple la misma función: permitir que el agua pase por una gran superficie de tubos que son refrigerados por el aire de la atmósfera con ayuda de un ventilador.

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488 Las plantas de emergencia que usan como impulsor los motores de combustión interna pierden, por radiación de calor, aproximadamente la tercera parte del poder calorífico del combustible. Este calor se tiene que disparar por medio de los sistemas de refrigeración, que básicamente son agua circulante, que pasa alrededor de los cilindros. El líquido se enfría de distintas formas, como por ejemplo:

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490 Para plantas de potencia no mayores de 1,000 Kw, se usa un radiador y un ventilador incorporado al propio motor; como es el caso del enfriamiento de los motores de autos.

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492 Para plantas de potencia mayores de 1,000 Kw, se puede usar las llamadas torres de enfriamiento, o bien, hacer circular el agua hacia un río cuando se tiene cerca la planta.

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494 FIG. 21 ESQUEMA SIMPLIFICADO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR CIRCULACIÓN FORZADA POR BOMBA, CON TERMOSTATO Y CLIMATIZACIÓN. 1, BOMBA DE AGUA. 2, RADIADOR. 3, VENTILADOR. 4, TERMOSTATO. 5, SERPENTÍN DEL CLIMATIZADOR. 6, INDICADOR DE TEMPERATURA EN LA CULATA.

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501 Enfriamiento por Aire: El aire está dirigido alrededor de cada cilindro y cabezas del cilindro por unas laminas de metal llamadas cubiertas que envuelven el motor, la cantidad de aire es controlada por un soplador o una válvula controlada termostaticamente, El soplador es un ventilador centrífugo impulsado por una banda de una polea unida al cigüeñal. Cuando el motor adquiere la temperatura normal de trabajo, la válvula se expande operando un sistema mecánico de varillas que abre la válvula por lo que si se encuentra abierta circulara aire.

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503 Enfriamiento por Líquido: Se controla por un termostato que se encuentra en la manguera superior y que se conduce a los cilindros. Si el motor está frío el agua no circula, si el motor está caliente circula agua, el agua es mandada por una bomba unida al cigüeñal; el agua proviene de la manguera superior que es alimentada por el radiador.

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505 Radiador: El radiador enfría al refrigerante cuando este alcanza una temperatura elevada. Es hecho de muchos conductos con aletas sobre ellos, a través de los cuales el refrigerante fluye antes de que retorne al motor. El radiador es enfriado por el aire que es aspirado por el ventilador o por el viento que golpea a este en el frente mientras que el vehículo se está moviendo.

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507 Es un intercambiador de calor que esta ensamblado por 3 elementos que son: tanque superior, central ó núcleo y tanque interior. El núcleo está formado por tubos pequeños colocados en hileras que van del tanque superior al tanque inferior. Son mantenidos en posición por aletas de distancia de una a otra de 1 / 8 ”. Cuando el agua caliente entra al núcleo se divide en varios pequeños chorros.

508 Las mangueras utilizadas son de hule para evitar fugas debido a la vibración. Existe un ventilador en la parte posterior del radiador impulsado por una banda y polea conectada al cigüeñal para mejorar el proceso de enfriamiento.

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512 FIG. 22 RADIADOR

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514 Anticongelante o Refrigerante: La importancia es evitar que se congele el líquido a temperaturas frías y evitar la oxidación de los materiales debido al agua circulando entre otros. Algunos anticongelantes son compuestos de glicol, etileno, glicerina y pequeñas cantidades de alcohol. (etilenglicol, metanol, etanol).

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518 FIG. 23 GARRAFA DE ANTICONGELANTE

519 Bomba de Agua: Esta bomba circula el refrigerante. Está montada en el frente del bloque de cilindros y es conducida por una correa en V desde el cigüeñal. La función de esta es el de hacer circular el refrigerante por todo el sistema de enfriamiento del motor. La bomba de agua es la piedra angular de los componentes que forman el sistema de enfriamiento por líquido refrigerante en el motor de combustión interna. Le corresponde la tarea de proporcionar e impulsar el flujo de líquido enfriador a través del sistema de enfriamiento, permitiéndole al motor operar con eficiencia. La bomba de agua y el ventilador del motor generalmente están montados en la misma flecha y son impulsados por una banda conectada al motor.

520 La bomba aspira el refrigerante del fondo del radiador por medio de una manguera conectada ahí y lo hace circular a presión por los conductos que hay al rededor de las áreas calientes: los cilindros, las cámaras de combustión, las válvulas y las bujías. Las camisas de agua en el bloque y en las cabezas del motor le proporcionan un camino al refrigerante para que fluya entre las paredes de los cilindros y a través de las culatas a fin de enfriar el motor.

521 De ahí, el refrigerante pasa por medio de una manguera a la parte superior del radiador y fluye por una serie de tubos conectados a las aletas de enfriamiento que están expuestas al aire libre. El calor es transferido del refrigerante al aire que pasa forzado por los conductos del radiador al ser aspirado.

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524 Cuando el refrigerante llega a la parte inferior del radiador ya se ha enfriado lo suficiente para volver a circular. Son muchos los requisitos que debe cumplir para desarrollar su función por un periodo prolongado y con el menor desgaste. Para ello es necesario que tenga entre otras propiedades:

525 Garantía de un buen sellado

526 Poco desgaste para una larga vida

527 Transmisión de flujo eficiente para evitar sobrecalentamiento del motor

528 Sea silencioso bajo cualquier condición de trabajo

529 Tenga solidez suficiente para resistir esfuerzos, presiones y temperatura.

530 El desarrollo de motores cada vez más eficiente obliga a la búsqueda de diseños y materiales que cumplan satisfactoriamente con los nuevos requisitos. La bomba de agua no se substrae de esta evolución. Durante este tiempo los materiales, la máquina y equipos necesarios para su fabricación y los instrumentos de medición, se van desarrollando paralelamente para dar como resultado una pieza altamente sofisticada y eficiente.