¿CÓMO FUNCIONA UN GENERADOR ELÉCTRICO? Los generadores electricos son aparatos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. La energía mecánica, a su vez, se produce a partir de la energía química o nuclear con varios tipos de combustible, o se obtiene a partir de fuentes renovables como el viento o los saltos de agua. Las turbinas de vapor, los motores de combustión interna, las turbinas de combustión de gas, los motores eléctricos, las turbinas de agua y de viento son los métodos comunes que proporcionan energía mecánica para este tipo de dispositivos. Hay generadores electricos de todo tipo de tamaños, desde muy pequeños de unos pocos vatios de potencia de salida hasta centrales eléctricas de gran potencia que proporcionan gigavatios de potencia. Esta imagen de un generador electrico pone de manifiesto un ejemplo de cómo produce energía un generador electrico. Las dos flechas negras indican la dirección de rotación de la bobina. Las líneas azules representan el campo magnético orientado del polo norte al polo sur. Las flechas rojas indican la dirección instantánea de la corriente CA (corriente alterna) inducida.
Funcionamiento de los generadores electricos El funcionamiento de los generadores electricos se basa en el fenómeno de inducción electromagnética: cuando un conductor hace un movimiento relativo hacia el campo magnético, se induce el voltaje en el conductor. Particularmente, si una bobina está girando en un campo magnético, significa que las dos caras de la turbina se mueven en direcciones opuestas y se añaden los voltajes inducidos a cada lado. Numéricamente, el valor instantáneo del voltaje final (denominado fuerza electromotriz –emf–) es igual al resto del índice de cambio del flujo magnético Φ veces el nombre de vueltas de la bobina: V=−N•∆Φ/Δt. Esta relación se ha encontrado experimentalmente y hace referencia a la Ley de Faraday. El símbolo “menos” es por la ley de Lenz, que indica que la dirección de emf es tal que el campo magnético de la corriente inducida se opone al cambio en el flujo que produce esta emf. La ley de Lenz está relacionada con la conservación de energía. Como la frecuencia de flujo magnético cambia a través de la bobina que gira en una frecuencia constante que varia de forma sinusoidal con la rotación, el voltaje generado a las terminales de la bobina también es sinusoidal (CA). Si un circuito externo se conecta a las terminales de bobina, este voltaje creará corriente a través de este circuito, que será energía que se transferirá a la carga. Por lo tanto, la energía mecánica que hace rotar la bobina se convierte en energía eléctrica. La corriente de la carga, a su vez, crea un campo magnético que se opone al cambio del flujo de la bobina, por lo tanto, la bobina se opone al movimiento. Como más alta sea la corriente, más grande debe de ser la fuerza que se tiene que aplicar a la armadura para evitar que se ralentice. En la imagen, una biela manual hace rotar la bobina. A la práctica, la energía mecánica es producida por turbinas o motores que se denominan fuentes energéticas. En un generador electrico de CA pequeño, una fuente energética normalmente es un motor de combustión interna rotatorio. Entre los aparatos comercialmente disponibles, un alternador está integrado con un motor en un aparato simple. El dispositivo resultante se denomina generador electrico. Un generador electrico es la fuente de energía de reserva más común en caso de emergencia y probablemente la más económica para uso doméstico. Los generadores electricos más económicos se venden por unos 70 € por kilovatio. La producción de voltaje depende solamente del movimiento relativo entre la bobina y el campo
magnético. La emf es inducida por la misma ley de la física si el campo magnético traviesa una bobina fija, o la bobina pasa a través de un campo magnético fijo. Los generadores electricos de CA actuales normalmente no tienen escobillas. Tienen un campo giratorio y una armadura fija que produce energía. Esta armadura incluye un grupo de bobinas que forman un cilindro. Además, a la práctica, el campo magnético normalmente es inducido por un electroimán en vez de un imán permanente. El electroimán está formado por las denominadas bobinas de campo fijadas encima de un núcleo de hierro. El flujo de corriente de las bobinas de campo produce el campo magnético. Esta corriente se puede obtener a partir de la fuente externa o de la propia armadura del sistema. Se alcanza la regulación detectando el voltaje de salida, que lo convierte en CC (corriente continua) y que compara su nivel con un voltaje de referencia. Un error se utiliza para controlar el campo por tal de mantener una salida constante. Las fuentes de CA modernas con bobinas de campo son autoexcitadas: la corriente por las bobinas de campo es accionado por un bobinado excitador adicional de la armadura.
¿Cómo funciona la autoexcitación? El voltaje de salida del excitador lo rectifica un puente de diodos y normalmente se incluye en el regulador de voltaje. Cuando se genera la corriente CA de salida, una porción de ella fluye en la bobina de campo para generar el campo magnético. El campo magnético inicial, de antes de encender el generador electrico lo produce el magnetismo residual en núcleos de electroimanes o lo crea una corriente eléctrica que se transfiere durante el acoplamiento del motor desde una batería. Los campos magnéticos de cualquier fuente o la no utilización del generador electricos durante un largo periodo de tiempo pueden perder o debilitar el magnetismo residual del núcleo excitador. Algunos modelos de generadores electricos proporcionan excitación inicial del campo automática. Por el contrario, si el núcleo electromagnético perdiera su magnetismo residual, el rotor giraría, pero no se produciría voltaje de salida de CA. En este caso, para encender el aparato sería necesario hacer lo denominadoexcitación inicial del campo del generador electrico. El procedimiento típico de excitación inicial del campo consiste
en parar el motor, desconectar los cables eléctricos del campo excitador desde el regulador de voltaje (vigilar la polaridad de los cables eléctricos) y apagar el interruptor. Después se tendría que aplicar voltaje desde una batería externa o desde otra fuente de CC en series de 10-20 Ohm 25 W de resistencia restrictiva o una bombilla hacia la bobina del campo controlando la polaridad. Una vez hecho esto, se debería permitir que el campo se excite durante unos 10 segundos, después eliminar la fuente de voltaje externa, y finalmente volver a conectar la bobina excitadora. Para los modelos particulares es mejor consultar el propio manual de funcionamiento, ya que incluye recomendaciones.
Generador eléctrico
Generador de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de unabobina.
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamadospolos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de uncampo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases. El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.
Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generador más antiguo que se mantiene en servicio (año 1984) en Estados Unidos.
Índice [ocultar]
1Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas o
1.1Generadores primarios
2Generadores ideales
3Componentes de un generador
4Fuerza electromotriz de un generador
5Véase también
6Referencias
7Enlaces externos
Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas[editar] No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:
Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.
Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.
Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento.
Generadores primarios[editar] Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía química y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para
liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada.
Proceso físico que convierte dicha energía en energía eléctrica
Energía de partida
Son los más frecuentes y fueron tratados como generadores eléctricos genéricos. Energía magneto-mecánica
Energía química (sin intervención de campos magnéticos) Radiación electromagnética
Corriente continua: Dinamo
Corriente alterna: Alternador
Celdas electroquímicas y sus derivados: pilas eléctricas, baterías, pilas de combustible. Ver sus diferencias en generadores electroquímicos. Fotoelectricidad, como en el panel fotovoltaico
Energía mecánica (sin intervención de campos magnéticos)
Triboelectricidad
Cuerpos frotados Máquinas electrostáticas, como el generador de Van de Graaf Piezoelectricidad
Energía térmica (sin intervención de campos magnéticos)
Termoelectricidad (efecto Seebeck)
Energía nuclear (sin intervención de campos magnéticos)
Generador termoeléctrico de radioisótopos
Generador termoeléctrico de radioisótopos de la sonda espacial Cassini.
En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energía térmica, posteriormente en energía mecánica de un gas a gran presión que hace girar unaturbina a gran velocidad, para finalmente, por inducción electromagnética, obtener una corriente alterna en un alternador, el generador eléctrico más importante desde un punto de vista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos actuales.
Generadores ideales[editar] Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:1 * Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos.
Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc
* Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos. En la (Figura A) se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectado a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación: E = I×Rc
Figura 2: E = I×(Rc+Ri)
El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal. En la (Figura B ) se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en: E = I×(Rc+Ri) Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.1
Componentes de un generador[editar] Además del motor y el generador, los generadores eléctricos incluyen generalmente un suministro de combustible, un regulador de velocidad del motor constante (gobernador) y un regulador de tensión del generador, sistemas de refrigeración y de escape, y el sistema de lubricación. Las unidades mayores a 1 kW de potencia a menudo tienen una batería y un motor de arranque eléctrico; además, unidades muy grandes pueden comenzar con aire comprimido o bien con un motor de arranque accionado por aire o introducido directamente a los cilindros del motor para iniciar la rotación del motor. Las unidades generadoras de energía de reserva a menudo incluyen un sistema automático de arranque y un interruptor de transferencia para desconectar la carga de la fuente de energía de la red cuando hay un fallo de alimentación y conectarlo al generador.
Fuerza electromotriz de un generador[editar] Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.
La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc. La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.
Los generadores eléctricos son algunos de los dispositivos más útiles que podemos encontrar, ya que son aparatos especialmente diseñados para producir la energía eléctrica necesaria para activar cualquier equipo que funcione con dicha energía.
Un generador eléctrico es un aparato que es capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos conocidos como polos o terminales, lo que se traduce en un suministro de electricidad a cualquier circuito conectado a dichos terminales.
Los generadores eléctricos se clasifican en dos tipos, los cuales son:
Primarios: Estos convierten cualquier tipo de energía que reciben en energía eléctrica. Secundarios: Estos generadores entregan a los terminales sólo una parte de la energía recibida en forma de energía eléctrica. Podemos ver que existe una gran cantidad de generadores eléctricos diferentes, pero lo realmente importante es que todos funcionan de manera parecida, utilizando el principio de la conservación de la energía y la Ley de Faraday.
¿Que es un Generador Hidráulico? ¿Qué es un Generador Hidráulico?
Se refiere a un sistema generador de electricidad a partir del movimiento del agua que pasa, bien por un solo canal o bien a través de la orilla con el uso de un canal al efecto, con un sistema de compuertas que ampliaría el caudal y por lo tanto la fuerza del agua que pasa a través del molino del sistema generador hidráulico.
NOVEDAD TÉCNICA
La presente invención consiste en las siguientes descripciones técnicas: 1. Aprovechar al máximo la fuerza de arrastre del agua para mover los molinos. 2. Haciendo canales para el paso del agua, se consigue conducir el agua hasta las Aspas del molino para ejercer la fuerza motriz. 3. Los generadores eléctricos se situarían fuera del nivel del agua, y en la parte Externa.
OPCIÓN 1 El generador eléctrico hidráulico se situé en un canal, donde a ambos lados existe tierra, de tal manera que todo el agua del canal que se construya pase por las aspas del molino, aprovechando toda la fuerza de arrastre que trae el agua de dicho canal.
OPCIÓN 2 El generador eléctrico hidráulico se situé en la orilla de un río, en la zona más cercana a su cauce, en donde haga influencia sobre el agua el efecto de la marea del mar, de tal
manera que el agua circule en un sentido de bajada y de subida, para producir energía eléctrica gracias a la subida y bajada de la marea.
El canal para este caso se construye en la orilla del río, y en la pared externa se coloca un sistema de conmutación mediante unas compuertas giratorias, que harían que el agua se introdujese para aumentar más el caudal por el canal, y que de forma automática gire en un sentido o en otro gracias a la propia fuerza del agua.
Generador de energia hidraulica Cuando tenemos que hablar de los generadores de la energia hidraulica, primero tenemos que saber que es energía hidráulica y como se la aprovecha, y a que tipo de energías corresponde. La energía hidráulica pertenece al grupo de las energías renovables, que son inagotables y que dependen de las fuentes naturales como, en éste caso la fuente del sol y el agua, es el aprovechamiento de los saltos de agua de los ríos. El uso de la energía hidráulica tiene ventajas y desventajas, primero hablaremos de las ventajas del uso: las centrales son instalaciones para el aprovechamiento hidráulico y convertirlo en electricidad, a bajo costo de mantenimiento y de explotación, trabajan a temperatura ambiente, por lo tanto no se necesitan alentadores o enfriadores para el trabajo y explotación, es decir no hay emisión de gases, las represas ayudan a prevenir las inundaciones y suministran una regulación de flujo de agua destinada para el riego.
Dentro de las desventajas podemos mencionar las de los peces que deben nadar aguas abajo para el desove y se encuentran con los altos muros de las represas que son infranqueables, el río pierde nutrientes y salinidad, ideales para la fauna acuática disminuye, son obras de gran infraestructura, entonces necesitan mucho espacio para ser instaladas, muchas especies de animales tienden a desaparecer. Toda forma de energía se la puede dividir en dos grandes grupos: la energía cinética y la energía potencial, la primera es la energía en movimiento y acción, la segunda mayor forma de energía es la potencial y es la almacenada y potencialmente disponible para ser usada. Las energías renovables o limpias como se las conoce además de no dañar el medio ambiente, por no eliminar gases tóxicos a la atmósfera, y de no contribuir al efecto
invernadero son energías rentables siendo la hidráulica la más rentable, pues su mantención y explotación no generan grandes gastos, no así la instalación de la misma, todo lo contrario ocurre con las convencionales que provienen de la quema de fósiles, (el gas, el carbón, el petróleo y sus derivados), estas son agotables y generan daños a veces irreversibles en el medio ambiente. Para comenzar a hablar sobre los generadores de energia hidraulica, deberemos explicar que a partir de la caída de agua se puede generar energía, esto es llevado a cabo por las grandes centrales hidroeléctricas, respetando unos pasos y el uso de varios aparatos como lo son las turbinas y los generadores de energia hidraulica, y esta energía puede ser utilizada como energía eléctrica.
Funcionamiento del generador de energia hidraulica
Una central hidráulica es una represa alta que generalmente es construida en un gran río, para crear un estanque, y una estación en dónde el proceso de transformación de energía tiene lugar. En primer paso para la generación de la energía es la recolección del agua de lluvia, durante el ciclo hidrológico, esta agua cae a través de la represa en la planta hidráulica y gira una gran rueda llamada turbina, ésta convierte la energía del agua caída, en energía mecánica, que es conducida al generador de energia hidraulica, luego gira el motor, que hacen rotar unos imanes en el generador, cuando éstos imanes pasan por la bobina de cobre, un campo magnético es creado, el cual ayuda a la producción de la electricidad, luego el transformador incrementará el voltaje de la electricidad, a los niveles necesarios para ser enviada a las comunidades, o viviendas a través de la red y el agua es liberada a los lagos o ríos, aguas abajo. Cuando el sol calienta la tierra, conjuntamente después de generar corrientes de aire, permite que el agua de los mares, lagos, ríos etc; se evaporice, y ascienda por el aire y se mueva hacia las zonas de montañas, para luego caer en forma de lluvia, es decir el ciclo del agua, el agua es inmovilizada por las represas y parte de esta agua acumulada se deja salir
para que se muevan las curvas de una turbina dentada con un generador de energia hidraulica.
Un generador de energia hidraulica, tiene que seguir la curva de la demanda, de ésta manera a medida que aumenta la potencia solicitada deberá acrecentarse el caudal turbinado, o comenzare la generación con dispositivos adicionales, en la misma central o inclusive iniciando la generación en centrales guardadas para éstos ciclos. Para hablar de las centrales hidráulicas deberemos conocer al menos las partes que la componen; el procedimiento que lleva el agua a la turbina, la turbina propiamente dicha, que gira al pasar el agua, el generador de energia hidraulica, los dispositivos de conexión entre la turbina y el generador, de manera que la turbina induzca al generador de energia hidraulica. Para el futuro de la energía hidráulica se espera que las pequeñas centrales tenga un importante auge en poco tiempo, una vez que se vayan ocupando los recursos hídricos de gran dimensión, el mínimo impacto ambiental que provocan frente a otras alternativas, tienen como un punto favorable para su desarrollo
