¿Cómo debe realizar una fábrica una prueba de carga de una unidad de cogeneración (CHP) de gas natural de 18–150 kW?

¿Cómo debe realizar una fábrica la prueba de carga de una unidad de cogeneración (CHP) de gas natural de 18–150 kW?

Una prueba de carga en fábrica de un generador CHP de gas natural de 18–150 kW debe verificar más que la potencia eléctrica. Debe demostrar que la unidad puede suministrar calor útil, mantener la estabilidad cuando cambia la demanda y responder de forma segura cuando se deterioran las condiciones de funcionamiento. Un generador que mantiene la potencia nominal en kilovatios mientras su circuito de refrigeración se acerca al límite de disparo no ha demostrado un rendimiento CHP aceptable.

La experiencia de AMICO en control de energía a gas, equipos de generación y energía distribuida ofrece un contexto de ingeniería pertinente: el motor, el alternador, los intercambiadores de calor y el controlador deben evaluarse como un sistema integrado. El objetivo práctico es realizar una prueba de aceptación en fábrica trazable, con límites claros entre lo que la fábrica ha verificado y lo que aún requiere la puesta en servicio en las instalaciones.

Acordar los criterios de aceptación antes de conectar el banco de carga

Empiece con la especificación aprobada, no con una hoja de prueba genérica. Confirme si la potencia indicada corresponde a la potencia bruta del generador o a la exportación neta después de descontar bombas, ventiladores y otros equipos auxiliares. Determine el modo de funcionamiento: en isla, en paralelo con la red o ambos. Estos modos requieren comprobaciones diferentes; una prueba con banco de carga en modo isla no permite demostrar que las protecciones de la interfaz de red funcionen correctamente.

Registre la composición de combustible permitida, la presión de entrada, las condiciones ambientales, la potencia eléctrica nominal y las condiciones del agua para la recuperación de calor. ISO 8528-6 puede servir de referencia para los métodos de ensayo de grupos electrógenos cuando corresponda, pero deben comprobarse la edición aplicable, la clasificación de rendimiento y los límites de aceptación contractuales. No sustituye los requisitos térmicos específicos del proyecto de cogeneración ni las normativas locales sobre gas, electricidad y conexión a la red.

Establezca los límites de aceptación y los criterios de los puntos de espera antes de realizar las pruebas. Deben abarcar la potencia eléctrica, el comportamiento de la tensión y la frecuencia, la potencia térmica, las temperaturas, las fugas y la respuesta de las protecciones. Si el rendimiento de la recuperación de calor no tiene definidas las condiciones de temperatura de entrada o caudal, será difícil interpretar una cifra térmica medida.

Haga que la instalación de prueba sea segura y representativa

Utilice personal cualificado y un procedimiento de prueba aprobado. Inspeccione el conjunto del tren de gas, las válvulas de aislamiento, los reguladores, la ventilación, el recorrido de los gases de escape, la puesta a tierra, el dimensionamiento de los cables y las conexiones del banco de carga. Realice las comprobaciones especificadas de estanquidad del gas antes de suministrar combustible, utilizando instrumentos y métodos aprobados. Antes de arrancar el motor, confirme que funcionan las paradas de emergencia, la detección de gas y los enclavamientos de ventilación.

El circuito térmico requiere la misma atención. Debe poder absorber el calor recuperado previsto en las condiciones de agua especificadas, con capacidad de expansión adecuada, protección contra la presión y purga de aire. Una solución temporal de refrigeración que evacúe el calor del motor, pero derive el intercambiador de calor que suministra calor al cliente, no puede demostrar la potencia térmica CHP entregada.

La ubicación de los instrumentos es importante. Mida la presión del gas en un punto que represente las condiciones de suministro del motor bajo carga, no solo aguas arriba del regulador. Coloque sensores de temperatura calibrados y emparejados a ambos lados del límite de suministro de calor definido. Compruebe el estado de calibración y sincronice los registros eléctricos, de combustible y térmicos para que los cálculos de eficiencia comparen el mismo intervalo de funcionamiento.

Aumente la carga por etapas, pero determine el tiempo de espera según la estabilidad térmica

Comience con la secuencia de arranque y calentamiento del fabricante. Antes de añadir carga, compruebe la presión del aceite, la carga de la batería, la circulación del refrigerante, la presión del gas y la presencia de ruidos anormales. Una secuencia gradual como 25 %, 50 %, 75 % y 100 % de la potencia nominal de prueba aprobada puede ser útil, pero es solo un ejemplo, no un requisito universal. Respete los límites del motor, especialmente los relativos al funcionamiento con carga baja y a la aceptación de carga permitida.

En cada etapa, registre la potencia eléctrica junto con las temperaturas del refrigerante, del aceite y de los gases de escape, el caudal de recuperación de calor y las temperaturas de suministro y retorno. Mantenga la carga hasta que se cumplan los criterios de estabilidad acordados. La potencia eléctrica puede estabilizarse mucho antes que el circuito de agua; finalizar la espera demasiado pronto puede ocultar una limitación de refrigeración o sobreestimar el suministro de calor útil.

A carga nominal, observe las tendencias, no solo una lectura puntual aceptable. Un aumento de la temperatura del refrigerante, una caída de la presión del gas o una demanda inestable del actuador requieren investigación, aunque no se active ninguna alarma. No realice una prueba de sobrecarga a menos que la potencia nominal de la unidad y el procedimiento aprobado lo permitan expresamente.

Mida el rendimiento eléctrico y térmico en los límites adecuados

Registre la tensión y la corriente trifásicas, la frecuencia, la potencia activa, la potencia aparente y el factor de potencia. Un banco de carga resistivo demuestra el funcionamiento cerca de un factor de potencia unitario; no demuestra la capacidad total del alternador con la carga reactiva especificada. Cuando el contrato exija esa capacidad, utilice una carga reactiva adecuada u otro método de verificación acordado.

En un circuito térmico a base de agua, el calor recuperado se calcula a partir del caudal másico, el calor específico del fluido y la diferencia de temperatura. Utilice propiedades adecuadas para el fluido y la temperatura reales; no trate una mezcla de glicol como si fuera agua pura. Cuando las diferencias de temperatura son pequeñas, la precisión de los sensores cobra especial importancia. Mida el calor útil que atraviesa el límite de suministro acordado, no el calor evacuado mediante un refrigerador auxiliar.

Para calcular la eficiencia eléctrica y la eficiencia total de CHP se necesitan mediciones del aporte de combustible y una base calorífica declarada. Indique si los cálculos utilizan el poder calorífico inferior o superior y tenga en cuenta las condiciones de referencia del medidor de gas. Especifique también si se incluye el consumo de los equipos auxiliares. Sin estos detalles, dos resultados de eficiencia aparentemente comparables podrían describir situaciones distintas.

Las hipótesis sobre el combustible no deben trasladarse de un modelo a otro. Por ejemplo, el generador de biogás de 160 kW de AMICO, modelo AMC160GFJ-PZ, está especificado para generar electricidad a partir de biogás, con una potencia de 160 kW/200 kVA y una tensión de 400 V. Está fuera del rango de potencia de este artículo y utiliza una base de combustible diferente; sus especificaciones no son criterios de aceptación para una unidad CHP de gas natural de 18–150 kW.

Pruebe las transiciones y las protecciones sin provocar fallos reales

El funcionamiento estable no lo revela todo. Aplique aumentos y reducciones de carga aprobados que sean representativos del servicio previsto y registre las desviaciones de tensión y frecuencia, el comportamiento de recuperación y la respuesta del motor. No dé por hecho que un motor pequeño de gas puede aceptar instantáneamente un cambio de carga a plena potencia nominal. En equipos que funcionen en paralelo con la red, verifique la sincronización y las funciones de interfaz mediante el método de prueba controlado adecuado.

Compruebe las protecciones mediante las funciones de simulación o prueba aprobadas por el fabricante. No libere gas deliberadamente, no interrumpa la lubricación ni sobrecaliente el motor para comprobar un disparo. Verifique la respuesta completa: identificación de la alarma, actuación del interruptor cuando corresponda, cierre del suministro de combustible, registro del evento e inhibición del rearranque. Que un controlador muestre un fallo no demuestra que la válvula o el interruptor asociado hayan actuado.

Incluya la parada normal y el comportamiento de la parada de emergencia como comprobaciones independientes. Según el diseño, puede ser necesario mantener la circulación después de la parada para evacuar el calor residual. Confirme la secuencia de parada aprobada y, después de la prueba en caliente, inspeccione si hay fugas u otras anomalías.

Autorice la entrega con pruebas documentadas, no con una etiqueta de «aprobado»

El registro de aceptación debe identificar la unidad, la configuración del controlador, la calibración de los instrumentos, las condiciones del combustible, la instalación de prueba, las mediciones originales y las desviaciones. Conserve los registros de las condiciones transitorias y de los eventos de protección, no solo las lecturas promediadas. Después de realizar reparaciones o cambios de ajuste, repita las comprobaciones afectadas y documente la configuración final.

La autorización de salida de fábrica debe indicar explícitamente cualquier función no verificada. El suministro de gas en las instalaciones, la contrapresión de los gases de escape, el comportamiento del circuito de calefacción y las interfaces con la red eléctrica pueden diferir de las condiciones de la instalación de prueba. Si la potencia nominal depende de condiciones de refrigeración o de gas más favorables que las permitidas por el proyecto, resuelva esa discrepancia antes del envío, no durante la puesta en servicio para el cliente.