Prevención del sobrecalentamiento del banco de carga

Las instalaciones utilizan bancos de carga para colocar cargas eléctricas en los sistemas de alimentación con el fin de garantizar que dichos sistemas funcionen de forma fiable cuando sea necesario. Sin embargo, si los bancos de carga se sobrecalientan, pueden presentar sus propios problemas de fiabilidad. Este artículo resume las causas del sobrecalentamiento y describe cómo evitarlas.

Descripción del funcionamiento

La mayoría de los bancos de carga aplican la carga convirtiendo la electricidad de una fuente de alimentación en calor y expulsando después este calor de la unidad. Al hacerlo, un banco de carga de 480 voltios y 1.000 kilovatios debe absorber continuamente más de 1.200 amperios por fase y producirá 3,4 millones de unidades térmicas británicas de calor por hora. Este calor debe extraerse continuamente del banco de carga para evitar el sobrecalentamiento.

Para eliminar el calor se suele utilizar un ventilador eléctrico que produce un flujo de aire que expulsa los gases de escape calientes de la caja del banco de carga. La figura 1 muestra esquemáticamente cómo el aire impulsado por un ventilador fluye a través de los elementos de carga para eliminar el calor. La figura 2 ilustra cómo se ve esto en un banco de carga real.

Funcionamiento interno de un banco de carga
Figura 1: En este banco de carga, la energía es consumida por los elementos de carga (verde), que convierten la energía en calor. El calor es eliminado por el aire ambiente que los atraviesa mediante un ventilador (azul). Estos sistemas funcionan a través del sistema de control (rojo).
Flujo de aire de un banco de carga resistivo Avtron
Figura 2: En este banco de carga portátil, el aire es aspirado por el ventilador a través de la rejilla del panel de la derecha y pasa por los elementos de carga antes de salir por la rejilla del panel de la izquierda.

Para funcionar correctamente, un banco de carga debe impulsar suficiente aire frío a través de la unidad para eliminar el calor que genera. Para funcionar a su capacidad nominal, la temperatura del aire de admisión no puede superar el valor máximo especificado por el fabricante. Asimismo, debe mantenerse el caudal de aire diseñado para eliminar este calor. Cualquier cosa que interfiera con estas condiciones puede hacer que un banco de carga funcione a mayor temperatura.

Razones para evitar el sobrecalentamiento

Aunque los bancos de carga y sus componentes están diseñados y probados para soportar las temperaturas que resultan de su funcionamiento normal, deben ser operados y mantenidos según lo diseñado para asegurar que no se produzca sobrecalentamiento.

Una razón para evitar el sobrecalentamiento es prevenir daños térmicos a corto o largo plazo en los materiales de un banco de carga. Los materiales y componentes pueden deteriorarse cuando las temperaturas superan sus rangos normales de funcionamiento. Por ejemplo, el aislamiento de los cables y componentes como los bloques de terminales podrían deformarse o fundirse, aumentando el riesgo de fallo eléctrico. En casos extremos, el sobrecalentamiento podría elevar el riesgo de incendio.

Aunque el sobrecalentamiento no provoque daños o fallos inmediatos, el exceso de temperatura de funcionamiento puede provocar tensiones a largo plazo en los materiales y componentes. Por ejemplo, el sobrecalentamiento y el enfriamiento repetidos aumentan el rango de temperaturas por el que pasan los componentes durante cada ciclo de funcionamiento. Esto puede afectar a las propiedades de algunos materiales y provocar tensiones debidas a la expansión y contracción superiores a las que la unidad está diseñada para soportar, lo que puede provocar una disminución del rendimiento o un fallo final.

Otra razón para evitar el sobrecalentamiento es el riesgo que esta situación puede suponer para las personas. Un equipo sobrecalentado puede suponer un riesgo para las personas que tocan o trabajan con bancos de carga, así como un riesgo de incendio si se alcanzan temperaturas extremas.

Causas comunes del sobrecalentamiento

Limitación del caudal de aire

Cualquier cosa que limite el flujo de aire a través de un banco de carga en funcionamiento aumentará las temperaturas en el dispositivo y su escape. Dos causas comunes incluyen:

Bloqueo: Las entradas y salidas de aire del banco de carga están cubiertas por paneles blindados para impedir el acceso involuntario y evitar que se introduzcan objetos en el equipo. Si un objeto bloquea, aunque sea parcialmente, la entrada o la salida de aire, se reducirá el flujo de aire y la capacidad de la unidad para disipar el calor.

Espacio inadecuado: Si la entrada o salida de aire de un banco de carga se encuentra demasiado cerca de otro objeto, como una pared adyacente o un equipo permanente o temporal cercano, el flujo de aire a través de la unidad puede verse restringido, disminuyendo su capacidad para eliminar el calor de los elementos de carga.

Mal funcionamiento del equipo

Un ventilador de bajo rendimiento: Si se reduce inadvertidamente la potencia o la velocidad de un ventilador, el caudal de aire podría ser insuficiente para eliminar todo el calor generado por los elementos de carga. Una velocidad reducida del ventilador puede deberse a varias causas, como sensores defectuosos, controles defectuosos o un motor de ventilador que desarrolle una potencia inadecuada debido al desgaste o a un problema mecánico o eléctrico.

Sensor de sobretemperatura defectuoso: Los sensores de sobretemperatura detectan el exceso de calentamiento y se utilizan para apagar una unidad cuando se producen temperaturas fuera de rango. Dependiendo de su diseño, un sensor sucio o defectuoso podría permitir que un banco de carga funcione a temperaturas superiores a su rango de funcionamiento diseñado. En particular, un sensor de sobretemperatura nunca debe puentearse para permitir el funcionamiento de un banco de carga; estos problemas deben ser evaluados y corregidos por un técnico cualificado.

Causas medioambientales

Temperatura ambiente elevada: Los fabricantes especifican las temperaturas ambiente máximas en las que pueden funcionar sus bancos de carga. Si un banco de carga funciona en un clima cálido donde las temperaturas podrían superar los límites de funcionamiento, un banco de carga diferente o de mayor tamaño puede proporcionar un mejor servicio.

Gran altitud: Como el aire es menos denso a mayor altitud, absorbe menos calor por volumen al pasar por los elementos de carga, lo que reduce la refrigeración.

Equipos calientes cercanos: Es importante evaluar todas las fuentes de calor cercanas a un banco de carga. Si el calor de escape se arrastra a un banco de carga desde un dispositivo cercano, como un generador o un equipo de calefacción, ventilación y aire acondicionado, podría contribuir a reducir la eficiencia o al sobrecalentamiento.

Arrastre de gases de escape del banco de carga: Las altas temperaturas de funcionamiento interno pueden producirse si cualquier porción de los propios gases de escape de un banco de carga se recircula inadvertidamente a su admisión.

Carga solar elevada: En entornos calurosos con temperaturas ambiente elevadas, el calor procedente de la intensa radiación solar puede aumentar aún más las temperaturas de funcionamiento del banco de carga.

Prevenir el sobrecalentamiento

Si se siguen las especificaciones, la instalación y las prácticas de mantenimiento adecuadas, se mitigarán muchas de las causas de sobrecalentamiento de los bancos de carga.

En la instalación

  • En altitudes elevadas o donde puedan producirse temperaturas ambiente elevadas, seleccione y reduzca la potencia de acuerdo con las directrices del fabricante.
  • Cuando el sol intenso pueda suponer una carga solar elevada, considere:
    o Ubicar los bancos de carga donde queden a la sombra de otra estructura durante las horas más calurosas del día
    o Proporcionar sombra instalando un accesorio de sombra del fabricante, cuando esté disponible
    o Proporcionar una estructura aérea para dar sombra a un banco de carga de descarga horizontal.
  • Tenga en cuenta la ubicación de los equipos cercanos y las fuentes de calor para garantizar que el aire caliente no entre en un banco de carga.
  • Asegúrese de que los gases de escape calientes de un banco de carga no recirculen a su aspiración o a la aspiración de otra unidad.
  • Instale los bancos de carga de acuerdo con las distancias mínimas especificadas por los fabricantes (Figura 3).
flujo de calor del banco de carga
Figura 3: Distancias mínimas para un banco de carga Avtron modelo 4500 (200 a 400 kW). Obtenga las medidas de espacio libre de la documentación del fabricante del banco de carga o póngase en contacto directamente con el fabricante.

Inspección y mantenimiento periódicos

  • Mantenga la zona que rodea al banco de carga libre de objetos que puedan impedir el flujo de aire de admisión y escape.
  • Realice inspecciones periódicas para verificar que las rejillas de admisión y escape y los componentes internos estén libres de objetos que puedan limitar el flujo de aire.
  • Contrate a un proveedor de servicios cualificado para que inspeccione, limpie y mantenga cada banco de carga de acuerdo con el alcance y la frecuencia recomendados por su fabricante. Estos servicios deben evaluar el correcto funcionamiento de los dispositivos de seguridad, como los sensores de sobretemperatura y de flujo de aire, y verificar que el banco de carga y sus componentes funcionan correctamente.

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