ANEXO G-Generadores Eléctricos

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.
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
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.
•
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)
•
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
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)
•
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).