Generador eléctrico: este componente esta acoplado al eje de la turbina, y transforma la energía mecánica de este en energía eléctrica útil.

Texto completo

(1)

ANEXO
J.
GENERADORES
ELÉCTRICOS


Generador
eléctrico:
este
componente
esta
acoplado
al
eje
de
la
turbina,
y
transforma
 la
energía
mecánica
de
este
en
energía
eléctrica
útil.



Existen
dos
tipos
de
generadores
más
comunes,
los
de
corriente
alterna
CA
y
los
de
 corriente
continua
CC.
Los
más
usados
son
los
de
CA
dado
que
pueden
trabajar
a
rpms
 variables,
mientras
que
los
CC
necesitan
rpms
muy
constantes
y
a
altas
velocidades
de
 rotación.



1.1 CARACTERÍSTICAS
DE
LOS
GENERADORES:


1.1.1 Voltaje


En
nuestro
medio
se
venden
generadores
monofásicos
con
voltajes
de
salida
de
12,
24,
 120
y
240
V,
y
generadores
trifásicos
que
utilizan
240/415
V.
Cuando
no
se
considera
el
 uso
 de
 transformadores
 de
 voltaje,
 entonces
 los
 equipos
 y
 los
 aparatos
 que
 se
 conectaran
al
sistema
deberán
ser
compatibles
en
voltaje.


1.1.2 Perdidas
por
conversión
de
energía


Esto
se
debe
a
que
cada
componente
del
sistema
pierde
energía
en
forma
de
fricción,
 calor,
ruido,
etc.
La
eficiencia
de
los
generadores
para
producir
energía
útil
varia
entre
 60%
para
pequeños
generadores
de
corriente
alterna,
80%
para
rangos
entre
5
–
10
 Kw.
y
90%
para
equipos
mayores
a
50
Kw.


1.1.3 Potencia
de
salida


Es
la
potencia
que
queda
luego
de
haber
considerado
todas
las
perdidas
en
el
sistema,
 está
en
función
de
la
eficiencia
del
equipo
completo.
Conociendo
la
eficiencia
de
los
 generadores,
se
puede
predecir
con
aproximación
la
potencia
de
salida
del
generador
 que
 se
 desea
 utilizar.
 Sin
 embargo,
 estos
 datos
 deben
 ser
 suministrados
 por
 el
 proveedor
de
estos
equipos
al
momento
de
su
venta.


(2)

1.1.4 Factor
de
potencia


Si
el
circuito
externo
es
solamente
resistivo,
entonces
la
corriente
y
el
voltaje
se
hallan
 en
fase,
el
valor
de
uno
es
directamente
proporcional
al
del
otro
y
el
factor
de
potencia
 es
 cosF
 =
 1.
 Ya
 que
 el
 voltaje
 y
 la
 corriente
 varían
 con
 el
 tiempo,
 en
 la
 siguiente
 expresión
se
trata
del
valor
promedio
de
la
potencia
de
salida
del
generador.


P0
=
E0
x
I0

Donde:
P0
=
Potencia
efectiva,
(W)
 E0
=
Voltaje
efectivo
(V)


I0
=
corriente
efectiva
(A)
 


Para
cargas
resistivas,
el
valor
de
la
potencia
en
volt
–
amperios
o
vatios
es
el
mismo.


Por
 ejemplo,
 si
 un
 generador
 de
 220
 V
 genera
 una
 corriente
 de
 25
 A,
 tendría
 una
 potencia
de
salida
de
220
V
x
25
A
=
5.5
Kw.


1.2 GENERADORES
DE
CORRIENTE
ALTERNA


El
 alternador
 (o
 dínamo)
 tiene
 como
 objetivo
 convertir
 la
 energía
 mecánica
 en
 eléctrica
alterna,
brindando
la
corriente
eléctrica
por
las
diversas
partes
del
vehículo
 que
lo
requieren
(encendido,
luces,
etc)
y
posibilitando
también
la
carga
de
la
batería.


Están
 construidos
 en
 base
 al
 principio
 que
 un
 conductor
 sometido
 a
 un
 campo
 magnético
 variable
 crea
 una
 tensión
 eléctrica
 inducida.


Las
partes
básicas
de
un
alternador
son:
rotor,
estator,
puente
rectificador
y
escobillas.


El
alternador,
principalmente
del
tipo
de
rotor
de
imanes
permanentes,
no
requiere
de
 mantenimiento,
ya
que,
no
existen
piezas
en
rozamiento.



En
general,
los
alternadores
son

ligeros,
económicos
y
fáciles
de
conseguir.



La
 mayoría
 de
 los
 alternadores
 comerciales,
 deben
 girar
 a
 una
 velocidad
 elevada
 y
 estable
para
su
correcto
funcionamiento
(1800
a
3600
rpm)
y
además
requieren
de
un


(3)

rectificador
para
pasar
la
corriente
de
AC
a
DC
y
poder
cargar
las
baterías.


Los
generadores
de
corriente
alterna
pueden
ser
de
tipos:


Monofásicos
 y
 trifásicos.
 Comercialmente
 se
 pueden
 adquirir
 generadores
 monofásicos
 para
 cubrir
 todos
 los
 rangos
 de
 potencia,
 mientras
 que
 los
 trifásicos
 cubren
 los
 rangos
 de
 2–
 3
 Kw.
 Sin
 embargo,
 la
 generación
 monofásica
 se
 utiliza
 en
 esquemas
 menores
 a
 10
 –
 15
 Kw.
 ya
 que,
 por
 debajo
 de
 esta
 potencia
 nominal,
 las
 cargas
 individuales
 representarían
 un
 gran
 porcentaje
 del
 total
 de
 la
 capacidad
 del
 generador
 y
 balancear
 las
 cargas
 se
 tornaría
 muy
 difícil.
 Entre
 los
 generadores
 de
 velocidad
constante
se
tiene
el
síncrono
aplicable
para
potencias
medias
y
altas,
el
de
 inducción
 para
 potencias
 pequeñas
 y
 el
 de
 magnetización
 permanente
 (imanes
 permanentes),
para
potencias
muy
pequeñas.



Ilustración
1.
Esquema
de
generador
de
corriente


alterna.


Fuente.Wikipedia,
la
enciclopedia
libre.

1.3 LECCIÓN
COMPARATIVA
DE
VARIOS
TIPOS
DE
GENERADORES.







El
 material
 de
 este
 capítulo
 es
 una
 traducción
 del
 original
 titulado
 “Selectting
 Alternators
and
Generators”,

preparado
por
la
personas
de
Otherpower.com.



1.3.1 Alternadores
de
Vehículos


•
Ventajas:




 Son
baratos,
se
consiguen
fácilmente,
generalmente
se
presentan
 
 ensamblados.



(4)

•
Desventajas:



Requieren
 altas
 rotaciones
 (RPM),
 poleas
 o
 engranajes,
 son
 de
 poca
 potencia,
 requieren
 escobillas
 de
 recolección
 y
 exigen
 mantenimiento
 relativamente
 frecuente.



•
Utilidad
como
generadores
de
viento:
BAJA

 



El
problema
más
grave
con
los
alternadores
de
vehículos
es
que
se
han
diseñado
para
 rotar
a
altas
velocidades
que
son
imposibles
de
lograr
con
corrientes
de
viento.
Aún

 un
molino
rápido
difícilmente
supera
600
RPM.
Esto
es
excesivamente
lento
para
un
 alternador.
El
uso
de
multiplicadores
causa
una
gran
pérdida
de
potencia
por
causa
de
 la
fricción.







Un
 alternador
 es
 una
 unidad
 electromagnética.
 Esto
 quiere
 decir
 que
 parte
 de
 la
 electricidad
 generada
 por
 la
 unidad
 debe
 ser
 utilizada
 internamente
 y
 desviada
 al
 inducido
 por
 medio
 de
 escobillas
 para
 iniciar
 los
 campos
 magnéticos.
 Esto
 los
 hace
 ineficientes
 y
 complicados.
 Son
 fáciles
 de
 regular
 ya
 que
 la
 intensidad
 magnética
 puede
ser
cambiada
modificando
la
potencia
de
los
campos.







Los
 alternadores
 pueden
 ser
 modificados
 para
 generar
 electricidad
 a
 menores
 velocidades
de
rotación
rebobinando
las
bobinas
con
más
vueltas
y
un
alambre
más
 delgado.
Estos
proyectos
no
son
aconsejables
para
personas
sin
experiencia.



1.3.2 Alternadores
fabricados
en
casa
con
imanes
permanentes
(IP).



Ilustración
2.
Alternadar
de
imanes
permanentes


Fuente.
(Forcefield,
2004)






(5)

•
Ventajas:


Baratos,
eficientes,
tienen
una
gran
capacidad
de
producción
y
su
construcción
 puede
ser
muy
robusta.



•
Desventajas:




 Su
construcción
puede
ser
complicada.
Requieren
cierto
maquinado.



•
Utilidad
como
generadores
de
viento:
BUENA.



Todos
los
experimentos
que
se
han
hecho
con
este
tipo
de
generadores
demuestran
 que
 los
 generadores
 de
 imanes
 permanentes
 (IP)
 son
 los
 más
 potentes
 a
 todas
 sus
 velocidades,
tanto
bajas
como
altas.







Los
 generadores
 grandes
 axiales
 se
 llaman
 así
 porque
 consisten
 en
 una
 plancha
 redonda
de
imanes
permanentes
que
giran
sobre
otra
plancha
plana
de
bobinas.



Los
generadores
radiales
se
fabrican
haciendo
que
los
imanes
estén
en
el
radio
de
las
 bobinas,
que
entonces
se
asemejan
a
un
inducido
de
motor.



Como
todos
los
alternadores
generan
corriente
alterna
(AC),
ésta
debe
ser
convertida
 a
corriente
directa
(DC)
a
través
de
rectificadores
insertados
entre
el
alternador
y
la
 batería
de
almacenamiento
de
electricidad.



1.3.3 Conversión
de
motores
de
inducción
al
alternadores.



Ilustración
3.
Moter
de
inducción.


Fuente.
(Forcefield,
2004)


•
Ventajas:



Baratos,
 fáciles
 de
 encontrar,
 relativamente
 sencillos
 de
 convertir,
 buena


(6)

eficiencia
a
baja
velocidad.


•
Desventajas:



La
capacidad
de
generación
la
limita
la
resistencia
interna,
son
ineficientes
a
altas
 velocidades,
requieren
cierto

maquinado.






•
Utilidad
como
generadores
de
viento:
BUENA.







Campos
modificados
cambiándolos

por
imanes
permanentes.








Un
motor
normal
de
AC
puede
ser
convertido
a
un
alternador
de
IP
a
un
costo
bajo.



Los
 experimentos
 que
 con
 ellos
 se
 han
 hecho
 indican
 que
 generan
 cantidades
 apreciables
 de
 electricidad
 a
 bajas
 velocidades,
 pero
 a
 altas
 dejan
 de
 ser
 eficientes
 muy
rápidamente.







Un
motor
de
inducción
tiene
un
inducido
sin
cables,
pues
está
fabricado
de
láminas
 alternadas
 de
 acero
 y
 aluminio
 que
 le
 dan
 un
 aspecto
 liso
 a
 su
 superficie.
 Si
 este
 inducido
fuese
cavado
para
fijar
IP

en
los
huecos
se
transforma
en
un
alternador
de
IP.


En
 el
 comercio
 se
 consiguen
 unos
 modernos
 imanes
 de
 neodimio
 de
 un
 tamaño
 y
 forma
perfectos
para
este
uso.







En
la
práctica
estos
generadores
trabajan
bastante
bien
hasta
generar
electricidad
en
 el
 rango
 de
 10
 a
 20
 amperios.
 A
 partir
 de
 allí
 se
 genera
 calor
 y
 se
 desperdicia
 la
 corriente
de
viento.

La
bobinas
de
un
motor
de
inducción
están
hechas
de
un
alambre
 demasiado
 delgado
 para
 generar
 grandes
 cantidades
 de
 electricidad.
 Los
 motores
 convertidos
tienen
una
tendencia
a
“atascarse”,
lo
que
afecta
su
arranque.



1.3.4 Generadores
de
corriente
directa.



Ilustración
4.
Generador
DC.


Fuente.
(Forcefield,
2004)


(7)

•
Ventajas:




 Son
sencillos
y
vienen
ensamblados.
Algunos
son
buenos
a
bajas
RPM.


• Desventajas:
 Requieren
 mucho
 mantenimiento,
 la
 gran
 mayoría
 no
 son
 útiles
 a
 bajas
RPM,
los
tamaños
mayores
son
muy
difíciles
de
ubicar,
los
pequeños
no
son
 muy
útiles.



•
Utilidad
como
generadores
de
viento
:
DEFICIENTE
A
BUENA.


Esta
 unidades
 generan
 corriente
 DC,
 que
 es
 lo
 que
 hace
 que
 las
 baterías
 acumulen
 energía.
Los
vehículos
de
antes
de
1970
usaban
este
tipio
de
generador,
cuando
fueron
 reemplazados
 por
 alternadores
 que
 emplean
 diodos
 pequeños
 y
 baratos.
 Estos
 generadores
 deben
 girar
 muy
 rápidamente
 para
 ser
 utilizados
 como
 máquinas
 de
 viento.
 Hay
 muchos
 planos
 para
 modificarlos.
 Ver
 el
 Lejaí
 Manual
 ,
 que
 contiene
 muchos
planos
e
ideas
para
convertir
estos
generadores.
Estas
unidades
son
bastante

 complejas
y
requieren
el
uso
de
conmutadores
y
escobillas.
Ambas
piezas
se
dañan.


(Forcefield,
2004).


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