La gente utiliza la energía de la corriente eléctrica en casi todos los ámbitos de su vida. Ahora es difícil imaginar la vida sin electricidad, que se convierte a partir de la energía mecánica con la ayuda de equipos especiales. Veamos con más detalle cómo funciona este proceso y cómo se construyen los generadores modernos.
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Convertir la energía mecánica en energía eléctrica
Todo generador funciona según el principio de la inducción magnética. El alternador más sencillo puede considerarse como una bobina que gira en un campo magnético. También existe una variante en la que la bobina permanece inmóvil, pero el campo magnético sólo la atraviesa. Es durante este movimiento que se genera la corriente alterna. Este es el principio con el que funcionan un gran número de generadores en todo el mundo en un sistema de energía eléctrica.
Diseño y construcción de un alternador
El grupo electrógeno estándar tiene los siguientes componentes:
- Un bastidor al que se fija el estator con los polos electromagnéticos. Está hecho de metal y está destinado a realizar la función de protección de todos los componentes de la máquina.
- El estator al que se une el devanado. Está hecho de acero ferromagnético.
- El rotor es el elemento móvil sobre cuyo núcleo se monta el bobinado que genera la corriente eléctrica.
- La unidad de conmutación que extrae la electricidad del rotor. Consiste en un sistema de anillos conductores móviles.
Dependiendo de la aplicación, un generador tiene ciertas características de diseño, pero hay dos componentes que tiene cualquier dispositivo que convierte la energía mecánica en electricidad:
- El rotor es una pieza de hierro móvil de una sola pieza;
- El estator es un elemento estacionario, que está hecho de láminas de hierro. Dispone de ranuras en cuyo interior se coloca un bobinado de alambre.
Para obtener una mayor inducción magnética, debe haber una pequeña distancia entre estos elementos. Los generadores están diseñados de la siguiente manera:
- Con inducido móvil y campo magnético estático.
- Con una armadura estacionaria y un campo magnético giratorio.
Hoy en día, las máquinas con campos magnéticos giratorios son más comunes, ya que es mucho más conveniente extraer la corriente eléctrica del estator que del rotor. La construcción de un alternador tiene muchas similitudes con la de un motor eléctrico.
Diagrama de un alternador
Cómo funciona un alternador: Con una mitad del bobinado en un polo y la otra mitad en el polo opuesto, la corriente fluye en un circuito desde su mínimo hasta su máximo y viceversa.
Clasificación y tipos de generadores
Todos los generadores eléctricos pueden clasificarse según su criterio de rendimiento y el tipo de combustible con el que se genera la electricidad. Todos los generadores se dividen en monofásicos (tensión de salida de 220 voltios, frecuencia de 50 Hz) y trifásicos (380 voltios, frecuencia de 50 Hz), así como por el principio de funcionamiento y el tipo de combustible que se convierte en electricidad. Los generadores también pueden utilizarse en distintos ámbitos, lo que determina sus especificaciones técnicas.
Según el principio de funcionamiento
Se distingue entre alternadores asíncronos y síncronos.
Asíncrono
Los alternadores asíncronos no tienen una dependencia exacta de CEM a la velocidad del rotor, pero existe el término "deslizamiento S". Determina esta diferencia. El valor del deslizamiento se calcula, por lo que todavía hay cierta influencia de los elementos del generador en el proceso electromecánico de un motor asíncrono.
Sincrónico
Un alternador de este tipo tiene una relación física entre el movimiento de rotación del rotor y la frecuencia de la energía eléctrica que se genera. En este tipo de dispositivo, el rotor es un electroimán formado por núcleos, bobinas y polos. El estator son las bobinas, que están conectadas en estrella y tienen un punto cero común. Es en ellos donde se genera la corriente eléctrica.
El rotor es impulsado por una fuerza extraña de elementos móviles (turbinas), que se mueven de forma sincronizada. La excitación de un alternador de este tipo puede ser de contacto o sin contacto.
Por tipo de combustible del motor
La lejanía de la red eléctrica, con la llegada de los generadores, ya no es un obstáculo para el uso de aparatos eléctricos.
Generador de gas
Este generador utiliza gas como combustible. El proceso de combustión genera energía mecánica que luego se sustituye por corriente eléctrica. Las ventajas de utilizar un generador de gas:
- Es seguro para el medio ambiente, ya que el gas no emite elementos nocivos, hollín o productos tóxicos de descomposición cuando se quema;
- Es económicamente muy ventajoso quemar gas barato. En comparación con la gasolina, es considerablemente más barato;
- El combustible se alimenta automáticamente. La gasolina y el gasóleo deben rellenarse cuando se necesitan, mientras que el generador de gas suele estar conectado al suministro de gas;
- El sistema automático hace que la unidad funcione por sí sola, pero para ello debe colocarse en una habitación caliente.
Generador diesel
Esta categoría consiste principalmente en unidades monofásicas con una capacidad de 5 kW. Los 220 voltios y la frecuencia de 50 Hz son estándar para los electrodomésticos, por lo que la unidad diésel soportará bastante bien la carga estándar. Como se puede adivinar, requiere combustible diesel. Por qué optar por un generador diesel:
- El relativo abaratamiento del combustible;
- Automatismos que permiten que el generador se ponga en marcha automáticamente en caso de fallo de la red eléctrica;
- Alto nivel de seguridad contra incendios;
- La unidad con motor diésel es capaz de funcionar durante un largo periodo de tiempo sin fallos;
- Impresionante durabilidad: algunos modelos son capaces de trabajar un total de 4 años de funcionamiento continuo.
Generador de gasolina
Este tipo de unidades son bastante demandadas como equipamiento doméstico. A pesar de que la gasolina es más cara que el gas y el gasóleo, estos generadores tienen muchos puntos fuertes:
- Pequeñas dimensiones con gran potencia;
- Facilidad de uso: la mayoría de los modelos pueden arrancarse manualmente, y los generadores más potentes están equipados con un motor de arranque. La tensión se ajusta para una carga determinada mediante un tornillo especial;
- Protección automática en caso de sobrecarga;
- De fácil mantenimiento y reparación;
- No hacen mucho ruido durante su funcionamiento;
- Puede utilizarse tanto en interiores como en exteriores, pero debe protegerse de la humedad.
Principales aplicaciones
Dependiendo de dónde se utilice el alternador, se determinan sus especificaciones. Los generadores se clasifican esencialmente en función de su ámbito de uso, lo que determina su rendimiento. Dividen los generadores en las siguientes categorías según su uso:
- Hogar. Poseen una potencia de 0,7 a 25 kW. Normalmente, esta categoría incluye generadores de gasolina y diésel. Se utiliza para la alimentación de electrodomésticos y equipos de baja potencia, muy a menudo en las obras de construcción. También pueden utilizarse como fuente de energía portátil cuando se viaja al aire libre;
- Profesional. Puede utilizarse como fuente permanente de electricidad en instituciones municipales y pequeñas plantas industriales. Su capacidad no supera los 100 kW;
- Industrial. Puede utilizarse en grandes fábricas y plantas, donde se requiere un equipo de gran potencia. Estas unidades tienen una potencia de más de 100 kW, tienen grandes dimensiones y son difíciles de mantener para una persona sin formación.
