Solución con máquinas
asincrónicas

Por
Marcos A. de Armas Teyra
y Julio Gómez Sarduy
e-mail: marmas@fmec.ucg.edu.cu

Experiencia sobre la generación
de energía eléctrica
en condiciones de emergencia
a partir de máquinas asincrónicas.

 

La generación asincrónica fue extensamente aplicada en la provincia de Cienfuegos durante la crisis energética de la década de los noventa del siglo pasado; y hoy, cuando se deben prever condiciones semejantes, no se domina ni se ha divulgado su aplicación con profusión adecuada.

Entre las razones que favorecen la utilización del generador asincrónico para generar potencia, en comparación con los sincrónicos tradicionales, se pueden mencionar las siguientes:

–Reducida inversión de capital. El costo del generador asincrónico, más los capacitores para la corrección del factor de potencia, es inferior al costo del generador sincrónico equivalente. Aunque esto depende de las condiciones de mercado, se pueden obtener ahorros superiores a 20 %.
–Esquema de protección y dispositivos de control y fuerza más sencillos y menos costosos. El generador asincrónico no necesita esquema de sincronización, protección del rotor, excitatriz, sistema de forzaje o de extinción de campo. Cuando opera en paralelo con la red, no representa un peligro para los operarios del sistema, debido a que pierde la excitación y se extingue tan pronto este falle, lo que simplifica y reduce el costo de la subestación de enlace. Como la corriente de cortocircuito decae mucho más rápidamente que en un generador sincrónico, se reduce el nivel de cortocircuito en el sistema.
–Las fallas del rotor, que son las más comunes en los generadores sincrónicos, no lo son en las asincrónicas, de modo que se aumenta la fiabilidad y se reduce el costo de reparación de los generadores en el país.
–Pueden emplearse las turbinas y motores pertenecientes a centrales inactivos y generar con ellos en las instalaciones donde sea necesario con una elevada adaptación al espacio y condiciones disponibles.
–Pueden operar en paralelo con los generadores sincrónicos en explotación y sustituir a los generadores obsoletos o averiados que salen de servicio.
–Construcción robusta y confiable. Tienen, además, gran disponibilidad en el mercado, en un variado rango de potencias y voltajes, incluyendo diseños especiales.
–Costo de operación y mantenimiento. Teniendo en cuenta sus características y particularidades constructivas, se reduce el gasto por este concepto.
–Son equipos eficientes. En mayor sentido si se tienen en cuenta los diseños actuales de máquinas de alta eficiencia.

Entre los aspectos que pueden considerarse desventajas se señalan los siguientes:

–Reducción del factor de potencia de la instalación. Esto se debe a que tanto el reactivo de la carga, como el consumido por el generador, deben ser suministrados por el sistema exterior si no trabaja en paralelo con un generador sincrónico u otros dispositivos compensadores.
–Valle de voltaje en el instante de conexión a la red si trabaja en paralelo con ésta.
A causa de la baja reactancia transitoria en las primeras décimas de segundo que siguen a la conexión, la corriente demandada por el generador excede varias veces el valor nominal y se produce una caída de voltaje en las barras terminales.

Estas dificultades se resuelven satisfactoriamente y a bajo costo debido a la potencia de los sistemas electroenergéticos y el desarrollo de los dispositivos electrotécnicos actuales.

Características generales
Los generadores asincrónicos pueden ser empleados como generador principal, para trabajar en paralelo con los generadores sincrónicos o para usos emergentes y especiales. El generador asincrónico tiene como inconveniente la necesidad de energía eléctrica exterior para su excitación, lo que depende, en cierta medida, del estado de la red pública. Esta característica es condicionante en regiones donde el sistema opera inestablemente. Sin embargo, esta propia característica simplifica notablemente la subestación de enlace con el sistema y sus requerimientos de protección y comunicación.

Ellos se comportan esencialmente como un motor ordinario en el sistema con algunas particularidades. Como la corriente de magnetización de una máquina asincrónica está en el orden de 0,35-0,45 % de la corriente nominal, y se suministra desde la red a tensión nominal, la potencia de excitación es también 0,35-0,45 % de los KVA nominales del generador. En régimen autónomo la excitación se logra con el montaje de un sistema de compensación de reactivo.

Cuando se decide la potencia motriz del accionamiento primario, aunque no es una condicionante en emergencias, ésta no debe exceder 15 % de la potencia nominal del generador asincrónico. La velocidad nominal será 1 o 2 % superior a la velocidad sincrónica, de acuerdo con el deslizamiento en el cual se desarrolla la potencia nominal.

Aplicaciones especiales
Muchas industrias disponen de motores de combustión que pueden conformar generadores de emergencia al ser acoplados a motores eléctricos y excitados por condensadores de potencia de la propia instalación. Con la unión funcional de estos elementos se crea un grupo electrógeno eventual que puede dar servicios cuando falla la red externa o en casos extremos.

En octubre de 1996 al paso del huracán Lily, en agosto de 2001 con el Michelle y en 2002 con el Isidore, la comunidad del Central Maltiempo, en el municipio de Cruces, quedó sin servicio eléctrico por varios días. Durante este tiempo funcionó como fuente energética un generador asincrónico integrado por un motor de rotor bobinado de 400 kW, 600 rpm de las cuchillas y un motor FIAT diésel utilizado en el sistema de riego. La energía generada se destinó fundamentalmente a prestar servicios sociales en la fabricación de pan, abastecimiento de agua potable, atención a la salud y en las redes de comunicación e información a la población. Debe tenerse presente que la temporada ciclónica no coincide con la zafra, en la cual cosecha los equipos empleados vuelven a ocupar sus funciones originales sin necesidad de inversiones adicionales.

En Cienfuegos este tipo de fuente emergente se utilizó extensivamente durante los años críticos del Sistema Electroenergético Nacional, a mediados de la década de los noventa, en talleres, fundiciones, tareas de reparación y mantenimiento industrial.

Otra alternativa para elevar la eficiencia energética industrial es emplear pequeños y medianos generadores asincrónicos acoplados a turbinas de vapor en aquellas industrias, fábricas de derivados, etc., que utilizan válvulas reductoras de vapor para satisfacer la demanda térmica del proceso; se forma un sistema de recuperación de la energía. Una solución de este tipo se ejecuta en el centralito de la Universidad Central Marta Abreu y está propuesta en la fábrica de glucosa de Cienfuegos.

Los generadores asincrónicos son una alternativa técnicamente establecida, viable y a la vez importante para enfrentar las dificultades energéticas, reducir los costos y elevar la competitividad económica de la industria. Para cumplir los requerimientos técnicos y económicos se deben realizar estudios relativamente sencillos de la interacción de estos generadores con el sistema electroenergético en cuestión. La aplicación de los generadores asincrónicos y la cogeneración a pequeña escala es una tecnología suficientemente probada que se puede extender a otras esferas productivas del país.