Commissioning de grupos electrógenos

Un grupo electrógeno puede arrancar sin problemas el día de la entrega y aun así no estar en condiciones de sostener la operación cuando de verdad haga falta. Arrancar es apenas la primera de varias cosas que tiene que demostrar.

Trabajo en el Círculo Eléctrico de KINENERGY, enfocado en comisionamiento, y buena parte de lo que hacemos en campo consiste en separar dos condiciones que suelen confundirse: la instalación terminada y el equipo aceptado.

Un grupo electrógeno correctamente instalado no necesariamente es un grupo electrógeno correctamente comisionado.

Lo que sigue es el criterio con el que aceptamos —o no— un grupo electrógeno en un edificio de misión crítica, tomando como referencia un data center.

Qué se está aceptando

Un grupo electrógeno es un conjunto de motor de combustión interna, alternador de corriente alterna, sistemas auxiliares y equipos de control que convierten la energía mecánica del motor en energía eléctrica utilizable. En una instalacióncrítica, su función principal es mantener la continuidad del suministroeléctrico ante la pérdida de la fuente normal.

El acoplamiento, el sistema de enfriamiento, laventilación y los filtros de aire forman parte integral del conjunto y, por lotanto, deben considerarse también dentro del alcance de la aceptación. La aceptación no se detiene en la placa de datos.

Un edificio de misión crítica está diseñado para mantener la continuidad y disponibilidad de sus servicios esenciales ante fallas, mantenimientos o interrupciones de componentes de la infraestructura. Eso no es lo mismo que tener equipos duplicados: la diferencia entre redundancia y alta disponibilidad cambia lo que se le exige a la infraestructura eléctrica.

La clasificación Tier del Uptime Institute —capacidad básica en Tier I, componentes redundantes en Tier II, mantenimiento concurrente en Tier III y tolerancia a fallas en Tier IV— marca ese nivel de exigencia. Conviene precisar algo más: N, N+1, 2N y 2N+1 son configuraciones de redundancia que pueden formar parte de la arquitectura, pero no definen por sí solas el Tier. El detalle está en la clasificación de data centers desde la ingeniería eléctrica. La arquitectura deredundancia y el nivel Tier condicionan las exigencias de disponibilidad,independencia y mantenibilidad de la infraestructura.

El diseño de ese respaldo —incluida la operación de generadores de emergencia en sincronía— es una discusión anterior. Aquí el tema es cómo se verifica que lo instalado responde a lo diseñado.

Contra qué se compara

La aceptación nunca se resuelve contra un solo documento. Se compara contra cuatro referencias a la vez: la normativa aplicable, las especificaciones del proyecto, la documentación del fabricante y los criterios contractuales.

En la parte normativa trabajamos principalmente con tres:

• NOM-001-SEDE, ppara la verificación de la instalacióneléctrica. Para generadores, los artículos que más consulto son los relativos ageneradores (Artículo 445), puesta a tierray unión (Artículo 250), protección deconductores (Artículo 240), selección deconductores por ampacidad (Artículo 310) ysistemas de emergencia (Artículo 700). Valerecalcar que esta norma no es una guía de diseño: establece requisitos mínimosde seguridad.
• ISO 8528, tomos 1 al 5, para la validación del rendimiento del grupo electrógeno.
• NFPA 110, para la validación del sistema de emergencia completo, que no es solo el generador: incluye el sistema de transferencia.

De la ISO 8528 salen dos clasificaciones que conviene revisar antes de aceptar un equipo. La primera es el rating: ESP (Emergency Standby Power) para aplicaciones de emergencia, PRP (Prime Power) cuando el grupo es la fuente principal en periodos variables de carga, y COP (Continuous Operating Power) para operación continua con carga constante. El rating debe corresponder a la aplicación real y a las condiciones de operación; no basta con comparar el valor de kW de placa.

La segunda son las clases de desempeño G1 a G4. G1 corresponde a un desempeño básico, G2 a instalaciones medias e industria, G3 corresponde a un nivelde desempeño más exigente y puede ser requerido para cargas sensibles —comodata centers, hospitales y telecomunicaciones— dependiendo de la aplicación yde las especificaciones del proyecto, y G4 a un desempeño especial acordado entre fabricante y cliente. Esa clasificación no depende exclusivamente del tiempo de recuperación: se determina considerando varios parámetros de desempeño transitorio.

Lo que debe existir antes de la primera prueba

Antes de energizar nada revisamos documentación: submittals aprobados, manual del fabricante, diagrama unifilar, reporte de pruebas de fábrica (FAT), ajuste de protecciones con los setpoints efectivamente cargados en el equipo de control, secuencia de operación y la integración con otros sistemas —el BMS, sobre todo, porque de ahí se monitorean los parámetros del equipo. El fabricante corre además su propio protocolo en planta; ese reporte de FAT se valida como parte del expediente, pero no sustituye la prueba en sitio.

Después vienen las condiciones de prueba. Temperatura ambiente, altitud y humedad determinan el desempeño real del equipo, y de ahí sale el derrateo: a mayor altitud y mayor temperatura de admisión, mayor porcentaje de pérdida de capacidad. No es lo mismo instalar un equipo en la Ciudad de México que instalarlo a nivel del mar; el mismo modelo entrega distinto rendimiento.

Quedan dos prerrequisitos que definen si la prueba sirve. El primero es la carga: hay que saber si se probará con la carga de la propia instalación o con banco de resistencias, y como agentes comisionadores solicitamos el banco con capacidad acorde al equipo. El segundo es la instrumentación: los analizadores de redes, multímetros y secuencímetros los llevamos nosotros, calibrados. Un criterio de aceptación se sostiene sobre la medición que lo respalda.

Pruebas de carga y respuesta transitoria

El objetivo de las pruebas de carga es verificar la capacidad del grupo para aceptar, mantener y rechazar carga sin condiciones anormales de operación. La secuencia de pasos más común es 0–25 %, 25–50 %, 50–75 %, 75–100 % y de regreso hasta cero. En cada paso registramos potencia activa y aparente, corriente, tensión, frecuencia, factor de potencia, revoluciones por minuto y tiempo de recuperación.

Además de la secuenciaescalonada convencional, en nuestros procedimientos hemos incorporado pasos decarga directa, como 0–75 % y 0–100 %, para evaluar la capacidad del equipo antecambios más severos de carga.

En un proyecto eso cambió el resultado: el equipo aceptaba un salto de 0 a 75 % sin problema, pero al pedirle 0 a 100 % no tomaba la carga. La prueba se repitió tres veces y en ninguna la tomó. Con la secuencia escalonada estándar, ese comportamiento no habría aparecido.

La respuesta transitoria es el cambio temporal de los parámetros eléctricos y el tiempo que tarda el equipo en restablecerse tras una variación repentina de carga. En un paso de 0 a 50 %, la frecuencia no presentó variación considerable, pero la tensión cayó de 380 V a 364 V en el segundo 2 y se restableció alrededor de 370 V. Ese comportamiento se compara contra la clase de desempeño especificada y contra los criterios contractuales del proyecto.

Hay parámetros que se revisan aunque el equipo entregue potencia correctamente. La secuencia de fases normalmente es positiva, pero hemos visto casos en que resulta negativa por cómo quedó ejecutada la instalación. Los parámetros mecánicos —presión y temperatura de aceite, temperatura y presión de refrigerante, temperatura de radiador, presión, temperatura y consumo de combustible, temperatura y presión de escape, parámetros del turbocargador y revoluciones— se monitorean durante toda la prueba. También hemos tenido casos de turbocargadores que fallan: la temperatura se eleva y el equipo se alarma.

Alarmas y protecciones: la validación es doble

Para las pruebas funcionales de protecciones, el proveedor del equipo simula las fallas desde su equipo de cómputo. Lo importante aquí es dónde se verifica el resultado: la falla debe observarse tanto en el controlador del equipo como en el BMS. Validarla en uno solo deja la mitad del sistema sin comprobar.

También hay que distinguir la acción esperada de cada protección, porque no todas llevan al paro. Baja presión de aceite y alta temperatura de refrigerante pueden resolverse como alarma o como shutdown; overspeed y paro de emergencia son shutdown; la sobrecorriente dispara el interruptor; baja de combustible o falla de arranque quedan como alarma. La acción exacta se verifica contra la lógica aprobada del fabricante y del proyecto.

En la imagen, un equipo con tensión nominal de 380 V entre fases se fue a paro por baja tensión de generación con lecturas de 169 V, 169 V y 0 V. Ese registro es lo que hace verificable un criterio de aceptación: no la afirmación de que la protección existe, sino la evidencia de que actuó.

La transferencia también es criterio de aceptación

El grupo electrógeno no se acepta solo. El sistema de emergencia se prueba en conjunto con el sistema de transferencia automática (ATS), y ahí lo que se valida es una secuencia completa: pérdida de la fuente normal, detección, señal de arranque, arranque del motor, generación de tensión, verificación de V y Hz por el controlador, disponibilidad del generador, transferencia de carga, restablecimiento de la fuente normal, retransferencia, enfriamiento —del orden de tres minutos— y paro.

De esa secuencia se registran tiempos, no solo estados: tiempo de detección, de arranque, de disponibilidad, de transferencia y de enfriamiento. Son los valores que permiten afirmar si el sistema respondió dentro de lo especificado.

Cuándo pasa y cuándo no

Un grupo electrógeno se acepta cuando arranca correctamente, alcanza tensión y frecuencia nominales, acepta los pasos de carga especificados, mantiene estabilidad, cumple los tiempos de recuperación aplicables, mantiene los parámetros mecánicos dentro de límites, no presenta alarmas ni disparos no previstos, sus protecciones funcionan como fueron aprobadas y el ATS transfiere y retransfiere correctamente.

No se acepta cuando alguno de los criterios establecidos por la normativa, la especificación del proyecto, el fabricante o el contrato no se cumple. El incumplimiento decualquiera de los criterios de aceptación establecidos puede impedir la aceptación del equipo hasta que la condición sea corregida y verificada.

Ese resultado no se emite de golpe. Nuestra secuencia de aceptación avanza por niveles: revisión documental (Cx1), inspección visual y revisión prefuncional mediante checklist (Cx2), pruebas funcionales y pruebas de alarmas (Cx3), prueba del sistema de emergencia con el ATS (Cx4), análisis de los datos registrados, determinación de aceptación y reporte de commissioning con todos los eventos observados durante la prueba. Es el mismo enfoque por etapas que aplicamos en el acompañamiento de commissioning en la construcción de data centers.

La prueba ocurre antes o ocurre en la falla

Todo grupo electrógeno acaba probándose en condiciones reales. Lo que se decide es cuándo: durante el commissioning, con banco de resistencias, instrumentación calibrada y la opción de repetir el paso que falló, o el día en que cae la fuente normal con la operación encima. En KINENERGY llevamos la verificación hasta ese nivel de detalle para que la primera prueba real no sea una emergencia: comprobarlo a tiempo es lo que evita que una instalación bien ejecutada se descubra insuficiente cuando ya no hay margen para corregirla.