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¿Cómo crea un generador electricidad? Aprende cómo funcionan los generadores

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03/09/2019 21:19 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

Todo lo que necesitas saber para entender el funcionamiento de un generador eléctrico

Los Generadores eléctricos son aparatos útiles que suministran energía eléctrica durante un apagón y previenen la discontinuidad de las actividades diarias o la interrupción de las operaciones comerciales. Los generadores están disponibles en diferentes configuraciones eléctricas y físicas para su uso en diferentes aplicaciones. En las siguientes secciones, veremos cómo funciona un generador, los componentes principales de un generador y cómo funciona como fuente secundaria de energía eléctrica en aplicaciones residenciales e industriales.

generadores de electricidad

¿Cómo funciona un generador?

 

Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte la energía mecánica obtenida de una fuente externa en energía eléctrica como salida.

Es importante entender que un generador no `crea' energía eléctrica. En su lugar, utiliza la energía mecánica suministrada para forzar el movimiento de las cargas eléctricas presentes en el cable de sus devanados a través de un circuito eléctrico externo. Este flujo de cargas eléctricas constituye la corriente eléctrica de salida suministrada por el generador. Este mecanismo puede entenderse considerando que el generador es análogo a una bomba de agua, que causa el flujo de agua pero que en realidad no `crea' el agua que fluye a través de ella.

El moderno generador funciona según el principio de inducción electromagnética descubierto por Michael Faraday en 1831-32. Faraday descubrió que el flujo de cargas eléctricas antes mencionado podría inducirse moviendo un conductor eléctrico, como un cable que contiene cargas eléctricas, en un campo magnético. Este movimiento crea una diferencia de voltaje entre los dos extremos del alambre o conductor eléctrico, lo que a su vez hace que las cargas eléctricas fluyan, generando así corriente eléctrica.

 Componentes principales de un generador

Los componentes principales de un generador eléctrico se pueden clasificar de la siguiente manera (consulte la ilustración anterior):

(1) Motor

(2) Alternador

(3) Sistema de combustible

(4) Regulador de voltaje

(5) Sistemas de refrigeración y escape

(6) Sistema de lubricación

(7) Cargador de batería

(8) Panel de control

(9) Montaje principal / Bastidor

A continuación se describen los componentes principales de un generador.

Motor(1) Motor

El motor es la fuente de energía mecánica de entrada al generador. El tamaño del motor es directamente proporcional a la potencia máxima que el generador puede suministrar. Hay varios factores que debe tener en cuenta al evaluar el motor de su generador. Se debe consultar al fabricante del motor para obtener las especificaciones completas de funcionamiento del motor y los programas de mantenimiento.

(a) Tipo de combustible utilizado - Los motores de los generadores funcionan con una variedad de combustibles tales como diesel, gasolina, propano (en forma licuada o gaseosa) o gas natural. Los motores más pequeños generalmente funcionan con gasolina, mientras que los motores más grandes funcionan con diesel, propano líquido, gas propano o gas natural. Ciertos motores también pueden funcionar con una alimentación dual tanto de diesel como de gas en modo de operación de bicombustible.

(b) Motores de válvulas aéreas (OHV) versus motores que no son OHV - Los motores OHV difieren de otros motores en que las válvulas de admisión y escape del motor están ubicadas en la culata del cilindro del motor en lugar de estar montadas en el bloque del motor. Los motores OHV tienen varias ventajas sobre otros motores, como por ejemplo:

- Diseño compacto

- Mecanismo de operación más sencillo

- Durabilidad

- Fácil de usar en las operaciones

- Bajo nivel de ruido durante las operaciones

- Bajos niveles de emisión

Sin embargo, los motores OHV también son más caros que otros motores.

(c) Camisa de hierro fundido (CIS) en el cilindro del motor - El CIS es un revestimiento en el cilindro del motor. Reduce el desgaste y asegura la durabilidad del motor. La mayoría de los motores OHV están equipados con CIS, pero es esencial comprobar esta característica en el motor de un generador. El CIS no es una característica costosa, pero juega un papel importante en la durabilidad del motor, especialmente si necesita utilizar su generador con frecuencia o durante largos periodos de tiempo.

 

(2) Alternador

El alternador, también conocido como'genhead', es la parte del generador que produce la potencia eléctrica a partir de la entrada mecánica suministrada por el motor. Contiene un conjunto de piezas estacionarias y móviles alojadas en una carcasa. Los componentes trabajan juntos para causar un movimiento relativo entre los campos magnético y eléctrico, que a su vez genera electricidad.

 

(a) Estator - Este es el componente estacionario. Contiene un conjunto de conductores eléctricos enrollados en bobinas sobre un núcleo de hierro.

(b) Rotor / Armadura - Este es el componente móvil que produce un campo magnético giratorio en cualquiera de las siguientes tres formas:

(i) Por inducción - Se conocen como alternadores sin escobillas y se utilizan normalmente en grandes generadores.

(ii) Por imanes permanentes - Esto es común en las unidades de alternador pequeñas.

(iii) Usando un excitador - Un excitador es una pequeña fuente de corriente continua (DC) que energiza el rotor a través de un conjunto de anillos colectores y cepillos conductores.

El rotor genera un campo magnético en movimiento alrededor del estator, que induce una diferencia de tensión entre los devanados del estator. Esto produce la salida de corriente alterna (CA) del generador.

Los siguientes son los factores que debe tener en cuenta al evaluar el alternador de un generador:

(a) Carcasa de metal frente a carcasa de plástico - Un diseño totalmente metálico garantiza la durabilidad del alternador. Las carcasas de plástico se deforman con el tiempo y hacen que las partes móviles del alternador queden expuestas. Esto aumenta el desgaste y, lo que es más importante, es peligroso para el usuario.

(b) Rodamientos de Bolas versus Rodamientos de Aguja - Los rodamientos de Bolas son los preferidos y duran más tiempo.

(c) Diseño sin escobillas - Un alternador que no utiliza escobillas requiere menos mantenimiento y también produce una potencia más limpia.

 

 

 

Sistema de combustible

 

El tanque de combustible generalmente tiene suficiente capacidad para mantener el generador en funcionamiento de 6 a 8 horas en promedio. En el caso de unidades generadoras pequeñas, el tanque de combustible es una parte de la base de deslizamiento del generador o está montado en la parte superior del bastidor del generador. Para aplicaciones comerciales, puede ser necesario montar e instalar un tanque de combustible externo. Todas estas instalaciones están sujetas a la aprobación de la División de Planificación Urbana. Haga clic en el siguiente enlace para obtener más detalles sobre los depósitos de combustible para generadores.

Las características comunes del sistema de combustible incluyen las siguientes:

a) Conexión de la tubería del tanque de combustible al motor: la línea de suministro dirige el combustible desde el tanque al motor y la línea de retorno dirige el combustible desde el motor al tanque.

(b) Tubo de ventilación para el tanque de combustible - El tanque de combustible tiene un tubo de ventilación para prevenir la acumulación de presión o vacío durante el llenado y drenaje del tanque. Cuando rellene el depósito de combustible, asegúrese de que haya un contacto metal-metal entre la boquilla de llenado y el depósito de combustible para evitar chispas.

(c) Conexión de rebose del tanque de combustible a la tubería de drenaje - Esto es necesario para que cualquier rebose durante el llenado del tanque no cause derrame del líquido en el grupo electrógeno.

Más información en página de generadores eléctricos

(d) Bomba de combustible - Transfiere el combustible del tanque de almacenamiento principal al tanque diurno. La bomba de combustible es típicamente operada eléctricamente.

(e) Separador de combustible y agua / Filtro de combustible - Esto separa el agua y las materias extrañas del combustible líquido para proteger otros componentes del generador de la corrosión y la contaminación.

(f) Inyector de combustible - Este atomiza el combustible líquido y rocía la cantidad requerida de combustible en la cámara de combustión del motor.

 

(4) Regulador de voltaje

Como su nombre indica, este componente regula la tensión de salida del generador. El mecanismo se describe a continuación contra cada uno de los componentes que intervienen en el proceso cíclico de regulación de tensión.

(1) Regulador de voltaje: Conversión de voltaje de CA a corriente de CC - El regulador de voltaje toma una pequeña porción de la salida de voltaje de CA del generador y la convierte en corriente de CC. El regulador de voltaje alimenta esta corriente continua a un conjunto de bobinados secundarios en el estator, conocidos como bobinados del excitador.

(2) Bobinados del excitador: Conversión de corriente continua en corriente alterna - Los devanados del excitador funcionan ahora de forma similar a los devanados del estator primario y generan una pequeña corriente alterna. Los devanados del excitador se conectan a unidades conocidas como rectificadores rotativos.

(3) Rectificadores rotativos: Conversión de corriente CA a corriente CC - Rectifican la corriente CA generada por los devanados del excitador y la convierten en corriente CC. Esta corriente continua es alimentada al rotor/armadura para crear un campo electromagnético además del campo magnético giratorio del rotor/armadura.

(4) Rotor / Armadura: Conversión de corriente continua a tensión alterna - El rotor/armadura induce ahora una tensión alterna mayor a través de los devanados del estator, que el generador produce ahora como una tensión alterna de salida mayor.

Este ciclo continúa hasta que el generador comienza a producir voltaje de salida equivalente a su capacidad operativa total. A medida que la salida del generador aumenta, el regulador de voltaje produce menos corriente continua. Una vez que el generador alcanza su plena capacidad operativa, el regulador de voltaje alcanza un estado de equilibrio y produce la corriente continua suficiente para mantener la salida del generador a su nivel operativo máximo.

Cuando se añade una carga a un generador, su voltaje de salida baja un poco. Esto hace que el regulador de voltaje entre en acción y comienza el ciclo anterior. El ciclo continúa hasta que la salida del generador alcanza su plena capacidad de funcionamiento original.

A) Sistema de refrigeración

El uso continuo del generador hace que sus diversos componentes se calienten. Es imprescindible disponer de un sistema de refrigeración y ventilación para retirar el calor producido en el proceso.

El agua cruda/fresca se utiliza a veces como refrigerante para los generadores, pero estos se limitan en su mayoría a situaciones específicas como pequeños generadores en aplicaciones urbanas o unidades muy grandes de más de 2.250 kW y más. El hidrógeno se utiliza a veces como refrigerante para los devanados del estator de grandes unidades generadoras, ya que es más eficiente en la absorción de calor que otros refrigerantes. El hidrógeno elimina el calor del generador y lo transfiere a través de un intercambiador de calor a un circuito secundario de enfriamiento que contiene agua desmineralizada como refrigerante. Por eso, los generadores muy grandes y las pequeñas centrales eléctricas suelen tener grandes torres de refrigeración junto a ellos. Para todas las demás aplicaciones comunes, tanto residenciales como industriales, se monta un radiador y un ventilador estándar en el generador y funciona como sistema de enfriamiento primario.

Es esencial verificar diariamente los niveles de refrigerante del generador. El sistema de enfriamiento y la bomba de agua cruda deben ser lavados después de cada 600 horas y el intercambiador de calor debe ser limpiado después de cada 2, 400 horas de operación del generador. El generador debe colocarse en un área abierta y ventilada que tenga un suministro adecuado de aire fresco. El Código Eléctrico Nacional (NEC) exige que se permita un espacio mínimo de 3 pies en todos los lados del generador para asegurar el libre flujo de aire de enfriamiento.

B) Sistema de escape

Los gases de escape emitidos por un generador son como los gases de escape de cualquier otro motor diesel o de gasolina y contienen químicos altamente tóxicos que necesitan ser manejados adecuadamente. Por lo tanto, es esencial instalar un sistema de escape adecuado para eliminar los gases de escape. Este punto no puede ser enfatizado lo suficiente ya que el envenenamiento por monóxido de carbono sigue siendo una de las causas más comunes de muerte en las áreas afectadas después de un huracán porque la gente tiende a no pensar en ello hasta que es demasiado tarde.

Los tubos de escape suelen ser de hierro fundido, hierro forjado o acero. Estos deben ser independientes y no deben ser soportados por el motor del generador. Los tubos de escape se fijan generalmente al motor mediante conectores flexibles para minimizar las vibraciones y evitar daños en el sistema de escape del generador. El tubo de escape termina en el exterior y se aleja de las puertas, ventanas y otras aberturas de la casa o el edificio. Debe asegurarse de que el sistema de escape de su generador no esté conectado al de ningún otro equipo. También debe consultar las ordenanzas locales de la ciudad para determinar si la operación de su generador necesitará obtener una aprobación de las autoridades locales para asegurarse de que está cumpliendo con las leyes locales de protección contra multas y otras sanciones.

 

(6) Sistema de lubricación

Debido a que el generador consta de partes móviles en su motor, requiere lubricación para asegurar su durabilidad y un funcionamiento sin problemas durante un largo período de tiempo. El motor del generador se lubrica con aceite almacenado en una bomba. Debe comprobar el nivel de aceite lubricante cada 8 horas de funcionamiento del generador. También debe comprobar si hay fugas de lubricante y cambiar el aceite lubricante cada 500 horas de funcionamiento del generador.

 

(7) Cargador de batería

La función de arranque de un generador funciona con pilas. El cargador de batería mantiene la batería del generador cargada al suministrarle una tensión "flotante" precisa. Si la tensión de flotación es muy baja, la batería permanecerá subcargada. Si la tensión de flotación es muy alta, reducirá la vida útil de la batería. Los cargadores de baterías suelen ser de acero inoxidable para evitar la corrosión. También son totalmente automáticos y no requieren que se realicen ajustes ni que se cambie ninguna configuración. El voltaje de salida de CC del cargador de baterías está fijado en 2, 33 voltios por celda, que es el voltaje de flotación preciso para las baterías de ácido de plomo. El cargador de baterías tiene una salida de tensión continua aislada que interfiere con el funcionamiento normal del generador.

 

Panel de control

 

Esta es la interfaz de usuario del generador y contiene provisiones para tomas de corriente y controles. El siguiente artículo proporciona más detalles sobre el panel de control del generador. Los diferentes fabricantes tienen características variadas que ofrecer en los paneles de control de sus unidades. Algunos de ellos se mencionan a continuación.

(a) Arranque y apagado eléctrico - Los paneles de control de arranque automático encienden automáticamente su generador durante un apagón, monitorean el generador mientras está en operación y apagan automáticamente la unidad cuando ya no se requiere.

(b) Indicadores del motor - Diferentes indicadores indican parámetros importantes como la presión del aceite, la temperatura del refrigerante, el voltaje de la batería, la velocidad de rotación del motor y la duración de la operación. La medición y monitoreo constante de estos parámetros permite el apagado integrado del generador cuando cualquiera de ellos cruza sus respectivos niveles de umbral.

(c) Medidores de generador - El panel de control también tiene medidores para la medición de la corriente y voltaje de salida y la frecuencia de operación.

(d) Otros controles - Interruptor selector de fase, interruptor de frecuencia e interruptor de control del motor (modo manual, modo automático), entre otros.

(9) Montaje principal / Bastidor

Todos los generadores, portátiles o estacionarios, tienen carcasas personalizadas que proporcionan un soporte de base estructural. El marco también permite que el generado sea puesto a tierra para mayor seguridad.

Más información en página de generadores eléctricos

Más información de Generadores eléctricos en la wikipedia


Sobre esta noticia

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Generadoreselectricos (1 noticias)
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Reportaje
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