Los generadores son dispositivos que pueden suministrar energía eléctrica en caso de corte del suministro eléctrico y evitar la interrupción de las actividades diarias o la interrupción de las operaciones comerciales. Están disponibles en diferentes configuraciones eléctricas y físicas para su uso en distintas aplicaciones
Como funciona un generador eléctrico
Un generador eléctrico es un dispositivo que convierte la energía mecánica obtenida de una fuente externa en energía eléctrica.
Es importante saber que un generador no «crea» energía eléctrica. En su lugar, utiliza la energía mecánica que se le suministra para forzar a las cargas eléctricas presentes en el cable de sus bobinados a moverse en un circuito eléctrico externo. Este flujo de cargas eléctricas constituye la corriente eléctrica de salida proporcionada por el generador. Este mecanismo puede entenderse pensando en el generador como una bomba de agua, que hace fluir el agua pero no «crea» realmente el agua que fluye a través de ella.
El generador moderno funciona según el principio de inducción electromagnética, descubierto por Michael Faraday en 1831 y 1832. Faraday descubrió que el mencionado flujo de cargas eléctricas podía inducirse moviendo un conductor eléctrico, como un cable que contiene cargas eléctricas, en un campo magnético. Este movimiento crea una diferencia de tensión entre los dos extremos del hilo o conductor eléctrico, que a su vez provoca un flujo de cargas eléctricas, generando una corriente eléctrica.
Principales componentes de un generador.
Los principales componentes de un generador eléctrico pueden clasificarse de la siguiente manera:
- Motor
- Alternador
- Sistema de combustible
- Regulador de voltaje
- Sistemas de enfriamiento y escape
- Sistema de lubricación
- Cargador de batería
- Panel de control
- Ensamblaje principal/marco
Motor
El motor es la fuente de energía mecánica que acciona el generador. El tamaño del motor es directamente proporcional a la potencia máxima que puede suministrar el generador. Hay que tener en cuenta varios factores a la hora de evaluar el motor para su generador. Se debe consultar al fabricante del motor para conocer todas las especificaciones de funcionamiento del motor y los programas de mantenimiento.
(a) Tipo de combustible utilizado: Los motores de los generadores funcionan con diversos combustibles, como gasóleo, gasolina, propano (en forma licuada o gaseosa) o gas natural. Los motores más pequeños normalmente suelen trabajar con gasolina, mientras que los motores más grandes suelen funcionar con gasóleo, propano líquido, autogás de propano o gas natural. Algunos motores también pueden funcionar en modo de combustible dual, es decir, con un combustible dual de gasóleo y gas.
(b) Motores de válvulas en culata (OHV) y motores sin válvulas en culata: Los motores OHV se diferencian de otros motores en que las válvulas de admisión y escape están situadas en la culata del motor en lugar de en el bloque motor. Los motores OHV tienen varias ventajas sobre otros motores:
• Diseño compacto
• Mecanismo de operación más simple
• Durabilidad
• Fácil de usar en las operaciones
• Bajo nivel de ruido durante las operaciones
• Bajos niveles de emisión
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Alternador
El alternador, también conocido como «cabeza generadora», es la parte del generador que produce la salida eléctrica a partir de la entrada mecánica proporcionada por el motor. Contiene un conjunto de piezas fijas y móviles encerradas en una carcasa. Los componentes trabajan juntos para provocar un movimiento relativo entre los campos magnético y eléctrico, generando electricidad.
El estator es el componente fijo del alternador, que contiene un conjunto de conductores eléctricos enrollados en bobinas sobre un núcleo de hierro
. Por otro lado, el rotor o armadura es el componente móvil que produce un campo magnético giratorio de tres maneras: por inducción, por imanes permanentes o mediante un excitador
. En los alternadores sin escobillas, el rotor gira por inducción electromagnética, mientras que en los alternadores pequeños, se utiliza el método de imanes permanentes. En cambio, en los alternadores con excitador, un excitador es una pequeña fuente de corriente continua que alimenta el rotor a través de un conjunto de escobillas y anillos colectores conductores
El rotor genera un campo magnético móvil alrededor del estator, que induce una diferencia de tensión entre los devanados del estator. Esto produce la corriente alterna (CA) en el generador.
Al evaluar un alternador, deben tenerse en cuenta los siguientes factores
(a) Carcasa metálica o de plástico: un diseño totalmente metálico garantiza la durabilidad del alternador. Las carcasas de plástico se deforman con el tiempo y dejan al descubierto las piezas móviles del alternador. Esto aumenta el desgaste y, sobre todo, es peligroso para el usuario.
(b) Rodamientos de bolas frente a rodamientos de agujas: los rodamientos de bolas son preferibles y duran más.
(c) Diseño sin escobillas: un alternador sin escobillas requiere menos mantenimiento y también produce una energía más limpia.
Sistema de combustible
El depósito de combustible suele tener capacidad suficiente para hacer funcionar el generador durante una media de 6 a 8 horas. Para los generadores pequeños, el depósito de combustible forma parte de la base del patín del generador o está montado en el chasis del generador. Para aplicaciones comerciales, puede ser necesario instalar un depósito de combustible externo. Todas estas instalaciones están sujetas a la aprobación de la autoridad urbanística local. Haga clic en el siguiente enlace para obtener más información sobre los depósitos de combustible de los generadores.
Las características comunes del sistema de alimentación de combustible son las siguientes
(a) Conexión entre el depósito y el motor: el conducto de alimentación lleva el combustible del depósito al motor y el conducto de retorno lleva el combustible del motor al depósito.
(b) Tubo de ventilación del depósito de combustible: el depósito de combustible está equipado con un tubo de ventilación para evitar cualquier acumulación de presión o vacío durante el llenado y vaciado del depósito. Al llenar el depósito de combustible, asegúrese de que haya contacto de metal con metal entre la boquilla de llenado y el depósito de combustible para evitar la formación de chispas.
(c) Conexión del rebosadero del depósito de combustible a la manguera de drenaje: es necesaria para garantizar que cualquier rebosamiento al llenar el depósito no provoque que el líquido se derrame en el grupo electrógeno.
(d) Bomba de combustible: transfiere el combustible del depósito principal al depósito de día. La bomba de combustible suele ser de accionamiento eléctrico.
(e) Separador de combustible/agua/filtro de combustible: separa el agua y las materias extrañas del combustible líquido para proteger otros componentes del grupo electrógeno de la corrosión y la contaminación.
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Regulador de voltaje
Como su nombre indica, este componente regula la tensión de salida del generador. A continuación se describe el mecanismo de cada componente que interviene en el proceso de regulación cíclica de la tensión.
(1) Regulador de tensión: Conversión de la tensión de CA en CC: El regulador de tensión recibe una pequeña parte de la tensión de salida de CA del generador y la convierte en CC. A continuación, el regulador de tensión suministra corriente continua a un conjunto de devanados secundarios del estator, denominados devanados de excitación.
(2) Devanados de accionamiento: convierten la CC en CA: los devanados de accionamiento funcionan ahora del mismo modo que los devanados primarios del estator y generan una pequeña corriente alterna. Los devanados de accionamiento están conectados a unidades denominadas rectificadores rotativos.
(3) Rectificadores rotativos: convierten la corriente alterna en corriente continua: rectifican la corriente alterna generada por los devanados de excitación y la convierten en corriente continua. Esta corriente continua se envía al rotor/armadura para crear un campo electromagnético adicional al campo magnético giratorio del rotor/armadura.
(4) Rotor / inducido: Conversión de la corriente CC en tensión CA: el rotor / inducido induce ahora una tensión CA más alta en los devanados del estator, que el generador produce ahora en forma de una tensión CA de salida más alta.
Este ciclo continúa hasta que el generador empieza a producir una tensión de salida equivalente a su plena capacidad de funcionamiento. A medida que aumenta la potencia del generador, el regulador de tensión produce menos corriente continua. Una vez que el generador ha alcanzado su plena capacidad de funcionamiento, el regulador de tensión alcanza un estado estacionario y produce suficiente corriente continua para mantener la salida del generador en su nivel de pleno funcionamiento.
Cuando se añade una carga a un generador, su tensión de salida cae ligeramente. Entonces, el regulador de tensión se pone en marcha y repite el ciclo anterior. El ciclo continúa hasta que la salida del generador alcanza su plena capacidad de funcionamiento.
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Sistema de enfriamiento de escape
Los generadores necesitan un sistema de enfriamiento y ventilación para retirar el calor producido en el proceso. El agua cruda/dulce a veces se usa como refrigerante para los generadores, pero estos se limitan principalmente a situaciones específicas, como pequeños generadores en aplicaciones urbanas o unidades muy grandes de más de 2250 kW y más. El hidrógeno se usa a veces como refrigerante para los devanados del estator de grandes unidades generadoras, ya que es más eficiente para absorber calor que otros refrigerantes. El hidrógeno extrae el calor del generador y lo transfiere a través de un intercambiador de calor a un circuito de refrigeración secundario que contiene agua desmineralizada como refrigerante.
Para todas las demás aplicaciones comunes, tanto residenciales como industriales, se monta un radiador y un ventilador estándar en el generador y funciona como el sistema de enfriamiento principal. Es esencial verificar diariamente los niveles de refrigerante del generador. El sistema de refrigeración y la bomba de agua sin tratar deben enjuagarse cada 600 horas y el intercambiador de calor debe limpiarse cada 2400 horas de funcionamiento 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 garantizar el libre flujo de aire de refrigeración.
Los gases de escape emitidos por un generador son como los gases de escape de cualquier otro motor diesel o de gasolina y contienen sustancias químicas altamente tóxicas que deben manejarse adecuadamente. Por lo tanto, es esencial instalar un sistema adecuado para manejar los gases emitidos por el generador. Los sistemas modernos utilizan convertidores catalíticos para reducir las emisiones. Los convertidores catalíticos funcionan mediante la conversión de gases nocivos en gases menos dañinos mediante una reacción química. Los sistemas modernos también utilizan filtros para reducir las emisiones. Los filtros funcionan atrapando partículas nocivas antes de que puedan salir del tubo de escape.
Sistema de lubricación
El generador necesita lubricación para garantizar su durabilidad y buen funcionamiento durante un largo período de tiempo, ya que consta de piezas móviles en su motor. El motor del generador se lubrica con aceite almacenado en una bomba. Es importante comprobar el nivel de aceite lubricante cada 8 horas de funcionamiento del generador y verificar si hay fugas de lubricante. Además, el aceite lubricante debe cambiarse cada 500 horas de funcionamiento del generador.
Cargador de batería
La función principal de un generador es funcionar con batería. El cargador de batería mantiene cargada la batería del generador al suministrarle un voltaje de “flotación” preciso. Si el voltaje de flotación es muy bajo, la batería permanecerá con poca carga. Si el voltaje de flotación es muy alto, acortará la vida útil de la batería. Los cargadores de batería suelen estar hechos de acero inoxidable para evitar la corrosión.
También son completamente automáticos y no requieren que se realice ningún ajuste ni que se cambie ninguna configuración. El voltaje de salida de CC del cargador de batería se establece en 2,33 voltios por celda, que es el voltaje de flotación preciso para las baterías de plomo ácido. El cargador de batería tiene una salida de voltaje de CC aislada que interfiere con el funcionamiento normal del generador.
Panel de control
La interfaz de usuario del generador contiene provisiones para tomas de corriente y controles. Los paneles de control de diferentes fabricantes tienen variadas características para ofrecer en sus unidades. Algunos de estos se mencionan a continuación:
(a) Arranque y apagado eléctrico: los paneles de control de arranque automático encienden automáticamente su generador durante un corte de energía, monitorean el generador mientras está en funcionamiento y apagan automáticamente la unidad cuando ya no se necesita.
(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 el monitoreo constantes de estos parámetros permiten el apagado integrado del generador cuando cualquiera de estos cruza sus respectivos niveles de umbral.
© Medidores del generador: el panel de control también tiene medidores para medir la corriente y el 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.
