Motores & generadores

ELECTROMAGNETISMO

Desde el siglo XVIII una larga tradición de investigadores ha permitido conocer las leyes físicas inmutables que vinculan el campo magnetíco con la energía eléctrica. La lista de pioneros es ámplia y muchos de sus nombres han pasado a la posteridad, asociados universalmente a conocidos teoremas y unidades de medida: Volta, Amper, Ohm, Watt, Gauss, Lenz, o Faraday, son algunos ejemplos.

energia: E=mc2

EL GENERADOR DE C.A. BÁSICO (ALTERNADOR)

Una sencilla fórmula (de los mencionados antes) establece el voltaje producido por un generador elemental de una espira dentro de un campo magnético y a una velocidad dada:

E(voltios) = Beta (inducción magnética) x L (longitud espira) x v (velocidad giro);

Otra clásica ecuación vincula la frecuencia de la corriente alterna generada en Hz con la velocidad angular de giro (r.p.m.) y con el número de pares de polos (1 Norte+1 Sur) característico por construcción de la máquina:

(1) Hz(frecuencia) = P (nº de pares de polos) x n (velocidad rpm) / 60;

ALTERNADOR IIMAN PERMANENTE 2 POLOS (N+S),1 ESPIRA

CONCLUSIONES IMPORTANTES:

De las formulas anteriores simplificadas para mejor comprensión, se deduce que la tensión y frecuencia de la corriente alterna generada tienen mucho que ver con la velocidad de giro de la máquina. En los generadores comerciales estan universalemente establecidas las siguientes velocidades:

Para 50 Hz (red europea 400/230 V):

- 1500 r.p.m. (2 pares de polos) – 3000 r.p.m. (1 par de polos).

Para 60 Hz (red americana 440/110 V):

- 1800 r.p.m. . (2 pares de polos) – 3600 r.p.m. (1 par de polos).

generador 1500 rpm

RELACIÓN TAMAÑO - VELOCIDAD DEL GENERADOR

A) Los generadores eléctricos a motor Diesel de medio-gran tamaño giran a 1500rpm (1800, red americana) y estan previstos para trabajo en servicio contínuo (sin límite de tiempo).

B) La velocidad de 3000rpm (3600, red americana) está limitada a generadores pequeños accionados por motor de gasolina-gas o pequeños Diesel. El servicio en estos equipos (especialmente los Diesel) es de caracter servicio intermitente (ciclos de 4 horas seguidos de parada para refrigeración).

generador 3000 rpm

VELOCIDADES SINCRONICAS:

El alternador como mínimo necesita un Par de polos (1norte N + 1sur S), situados diametralmente opuestos para crear el campo magnético de excitación. Con la misma técnica pueden situarse nuevos pares de polos dando lugar a máquinas de 1-2-3-4-5, incluso más (antiguas centrales hidraulicas tenian ruedas polares de hasta 12 pares).

Aplicando la fórmula (1) para obtener 50 ó 60Hz (paises americananos y marina), aparecen las posibles velocidades sincronicas segun el nº de pares de polos para el que se construya su bobinado:

MÁQUINA LENTA = MÁQUINA GRANDE = COSTE ELEVADO

Las leyes físicas exigen doblar el tamaño del generador para obtener la misma potencia con la mitad de velocidad. Frente a esta realidad las máquinas con elevado número de polos y por tanto baja velocidad están en desuso actualmente o relegadas a aplicaciones especiales Vg.: Hidráulica, eólica. La construcción de generadores comerciales accionados por motor térmico se centra en 1-2 pares de polos exclusivamente.

ESTABILIDAD DE LA VELOCIDAD, REGULADORES:

Imaginemos un vehículo obligado a mantener la velocidad de 100 Km/h en llano, en cuesta arriba y en cuesta abajo. Solo dispone de acelerador. El conductor vigilará el velocímetro y actuará en consecuencia "pisando o levantando" el acelerador para mantener la velocidad exigida.

Este papel lo desempeñan los reguladores mecánicos-centrífugos o los más sofisticados electrónicos-tacométricos que incorporan sin excepción los motores térmicos destinados a generadores eléctricos. Su objetivo, manener invariable la velocidad frente a los disintos grados de carga. Cada fabricante establece en catálogo la tolerancias en % de estabilidad garantizada para sus generadores.

GENERADORES "CASEROS"

Son frecuentes las consultas buscando un alternador para aprovechar un antiguo salto de agua, para construir un generador eólico o para aprovechar el motor Diesel por ejemplo de una vieja cosechadora. Proyectos acometidos generalmente con tanta ilusión como desconocimiento de la materia. El problema a resolver en estos casos es el control de la velocidad. La averia o ausencia de regulador centrífugo en turbinas hidráulicas o en motores Diesel procedentes de automoción, puede llevar al fracaso de la inversión. Nuestros técnicos les pueden aconsejar sobre las posibles soluciones técnicas.

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