T1597 (2)

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE
POTENCIA
Título: Rediseño de sistemas de excitación y regulación de voltaje en
grupos generadores.
Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Eléctrico en Sistemas
Eléctricos de Potencia
Jaime Octavio Andrade Jácome
Julio del 2000
Certificación:
Certifico que el presente trabajo
ha sido realizado, en su totalidad por el
señor Jaime Octavio Andrade Jácome,
bajo mi direccií
t-Toapanta
Director de Tesis
Julio 2000
Dedico este trabajo a mis padres,
Susana y Octavio; a mis hermanos, Catty
y Patricio y a mi director de tesis Ing.
Milton Toapanta.
:
Agradezco al Ing. Milton Toapanta,
director de tesis, quien con su guía hizo
posible la ejecución del presente trabajo.
un
Sumario
El presente trabajo hace un análisis de un sistema de generación en forma general,
describiendo los principales componentes del mismo y la forma de operación de cada
uno de ellos.
Posteriormente se realiza en estudio de un grupo generador particular, el cual es
grupo electrógeno y su función principal es operar en emergencia
Para este estudio se procedió a rehabilitar un generador que disponía de sistemas de
control y excitación electromecánicos, no disponía de máquina motriz y el alternador
presentaba las bobinas del inducido quemadas.
Se procedió arebobinar el estator, a acoplar un motor de combustión interna a gasolina,
y a cambiar el sistema de regulación de voltaje antiguo por un sistema de regulación de
voltaje automático, él cual se basa en componentes electrónico y de estado sólido.
Como trabajo destacado de esta tesis se presenta el diseño del regulador automático de
voltaje (RAV), el cual se encarga de mantener el voltaje generado, en terminales,
constante.
Todos los cálculos y procedimientos desarrollados en este trabajo, para poner en
funcionamiento a este grupo generador se presentan en los diferentes capítulos del
mismo.
En los anexos se presentan datos técnicos que se relacionan directamente con este
trabajo, fotografías del proceso de reconstrucción y puesta en marcha del grupo
generador, las curvas de magnetización y de pruebas de carga y el esquema de
conexiones y lista de elementos del regulador automático de voltaje.
índice General
Capítulo l
1.1 Introducción..., 1
1.2 Objetivo.. 1
1.3 Alcance. 2
1.4 Descripción del fenómeno físico... 3
Capitulo 2 Descripción general de un grupo generador.
2.1 La máquina motriz........ 13
2.1.1 Calderas 13
2.1.2 Turbinas de vapor. 15
2.1.3 Turbinas hidráulicas..... 16
2.1.4 Turbinas a gas 17
2.1.5 Motores de combustión interna 19
2.2 El alternador 22
2.2.1 Construcción de los generadores.... .., 23
2.3 Sistemas de control, excitación y regulacióa..., 26
2.3.1 El sistemade control 26
2.3.2 Sistemade excitación....... 27
2.3.3 Los sistemas de regulación........... , 30
2.4 El regulador de velocidad 30
2.4.1 Clasificación de los reguladores...... 34
2.5 El regulador de voltaje.. , 38
2.6Laexcítatriz. 42
Capítulo 3 Descripción del grupo generador particular
Descripción del grupo generador particular... 45
3.1 La máquina motriz: Parámetros y características.......... 49
3.1.1 Características mecánicas del motor. 50
3.1.2 Partes constitutivas ' 50
3.1.3 Funcionamiento de sus principales componentes..... 51
a) El carburador 51
b) El sistemade encendido... 51
c) Elgobernor.. 53
d) El sistemade arranque....... 54
e) El sistemade lubricacióa 55
f) El sistema de enfriamiento 56
3.1.4 Justificación parausar este motor. 56
3.2 El reductor de velocidad: características mecánicas 57
3.2.1 Demostración de estas relaciones 58
3.2.2 Diseño y cálculo de las poleas.. 61
3.3 El alternador: Características eléctricas y sus parámetros 62
3.3.1 Datos de placa. , , 63
3.3.2 Estado de funcionamiento del sistema antiguo 63
3.3.3 Redísefío y repotenciación del alternador..... 65
a) Disposición constructiva y características eléctricas
originales 66
b) Determinación de las áreas , 68
c) Redisefío... 68
3.3.4 Curva de magnetización del generador. 70
3.4 El sistemade excitación y regulación de voltaje existentes 71
3.4,1 El sistema de excítacióa.,... 71
a) Principios básicos de funcionamiento „ , 72
b) Circuito magnético de la dínamo 73
c) Excitación de campo 75
d) Tipos de dínamos... 75
e) Dínamo shunt...... , 76
f) C ar acterí sti cas de vol taj e en una dínam o
shunt.... 77
3.4.2El antiguo sistemade excitación. 78
3.4,3 El sistema de regulación.... 79
Capítulo 4 £1 nuevo sistema de regulación de voltaje
El nuevo sistemade regulación de voltaje..., 81
4.1 Análisis de la curva de magnetización 82
4.2 Descripción del sistema de regulación de voltaje. 83
4.2.1 Diagrama de bloquee... 85
4.2.2 Principales componentes del regulador de voltaje 86
4.2.3 Funcionamiento del regulador de voltaje y sus componentes.... 88
4.3 Diseño del regulador automático de voltaje. 90
4.3.1 Especificaciones.... 91
4.3.2 Diseño del transformador de referencia de voltaje 91
a) Primario 93
b) Secundario 94
c) Justificación... 95
4.3.3 Diseño del circuito de control 96
a) El circuito de selección de frecuencia.... 96
b) El circuito divisor de voltaje.. 98
c) El conversor AC/DC.... 99
d) El comparador de voltaje 102
e) El circuito de disparo....... 105
4.3.4 Diseño del circuito de potencia.... 110
4.4 Análisis de resultados de funcionamiento ., 112
a) Funcionamiento del grupo 114
b) Funcionamiento del motor........ 115
c) Funcionamiento del alternador 116
d) Funcionamiento del RAV 117
4.5 Análisis económico 118
4.6 Análisis de Iosresultados de las pruebas. 120
Capítulo 5 Conclusiones y recomendaciones
5.1 Conclusiones 124
5.2 Recomendaciones ,. 126
Indice de anexos
Anexo # 1
Datos técnicos del regulador de velocidad Woodward
Anexo # 2
Datos técnicos de los reguladores de voltaje Nupart SX421 y Grameyer
Anexo # 3
- Esquema del motor de combustión y ciclo de trabajo
- Datos técnicos del motor a utilizarse en el grupo
Anexo # 4
Fotografías del grupo generador en proceso de reparación
Anexo # 5
Curva de magnetización del generador
Anexo # 6
Hojas de datos técnicos de los elementos de estado sólido empleados en la
construcción de la tarjeta reguladora
Anexo # 7
Esquema de conexiones y lista de elementos usados en la construcción del EAV
Anexo # 8
Curvas de las pruebas de generación
Anexo # 9
Fotografías del grupo terminado y en operacióa
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Capitulo 1
1.1 Introducción
El estudio de las máquinas sincrónicas, desde sus inicios., ha sido de gran relevancia
debido a su amplia participación en la mayoría de procesos industriales, en lo que se
refiere principalmente a producción y conversión de energía, es por esta razón que el
presente trabajo pretende hacer una descripción general de una máquina sincrónica
trabajando como un grupo generador de energía eléctrica del tipo electrógeno para
emergencia.
La máquina sincrónica que opera como un generador de corriente alterna (ca) impulsada
por una máquina motriz para convertir la energía mecánica en eléctrica es la principal
fuente de generación de potencia eléctrica en el mundo. Al trabajar como motor
sincrónico., la máquina convierte la energía eléctrica en mecánica . El objetivo de este
trabajo es tratar sobre la máquina sincrónica como generador y no como motor.
1.2 Objetivo
El objetivo de este trabajo es determinar las condiciones eléctricas y mecánicas
mínimas necesarias, en un grupo generador de emergencia del tipo electrógeno, para
realizar el cambio del sistema de control electromecánico de regulación de voltaje por
sistemas de control basados en componentes electrónicos.
1 Referencia #1
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ÍCRealizar la construcción de un regulador electrónico de voltaje de estado sólido y
analizar su comportamiento ante diferentes condiciones de carga".
Los sistemas de control se refieren a todo sistema que actúa sobre la máquina tanto en la
parte eléctrica como en la parte mecánica,por ejemplo el regulador de voltaje, el
sistema de excitación, controles de sobre y baja velocidad, controles de temperatura,
controles de bajapresión de aceite, temporizadores, etc. En la actualidad estos sistemas,
en la mayoría de los casos, son sistemas electromecánicos.
Es importante contar con buenos sistemas de control en estas máquinas porque esto
garantiza su protección; y proteger una máquina como estas resulta fundamental ya que
el costo de las mismas es muy elevado.
Actualmente, los sistemas de control y protección de los grupos generadores de
emergencia son en su mayoría electromecánicos o presentan una combinación de
sistemas electromecánicos con componentes electrónicos.
Debido al alto costo de equipos electrónicos importados que sirven para desempeñar las
funciones de control y protección de este tipo de máquinas y que a la vez puedan ser
adaptados a las mismas; se justifica plenamente el objetivo arriba descrito.
1,3 Alcance
En este trabajo se pretende realizar una descripción lo más completa posible de los
grupos generadores de emergencia del tipo electrógeno., pero no sólo el aspecto
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relacionado con la electricidad y la electrónica sino también realizar una descripción
general de la parte mecánica. Para que aquellos lectores que estén interesados en
conocer algo más acerca de las maquinas motrices, el presente trabajo les pueda servir
como una introducción a este fascinante mundo de los motores de combustión interna.
Primero se realizará una descripción de la maquina motriz con sus componentes más
importantes como son: el regulador de velocidad, el sistema de lubricación, el sistema
de combustible, el sistema de refrigeración, etc.
Luego se hará una descripción del generador de cay sus componentes principales tales
como: la excitatriz, el regulador de voltaje, los devanados de armaduray campo., etc.
Posteriormente se realizará el análisis del grupo electrógeno particular, donde se
describirá el tipo de máquina motriz, el sistema mecánico de acople entre el motor y el
generador, y por último el generador y sus componentes.
Es importante anotar que sólo se realizará un análisis del sistema de excitación del
generador particular y no se realizará el disefío o la construcción de un nuevo sistema de
excitación.
1,4 Descripción del fenómeno físico
Debido a que se trata del estudio de una máquina sincrónica trabajando como generador
de ca, a continuación de realizará una explicación resumida de cómo se genera energía
eléctrica en este tipo de máquinas.
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La conversión electromagnética de energía relaciona las fuerzas eléctricas y magnéticas
del átomo con las fuerzas mecánicas aplicadas alamateriay con el movimiento1.
Prácticamente toda maquinaria eléctrica emplea materiales magnéticos para conformar
y dirigir los campos magnéticos, los cuales actúan como medio para la transferencia y
conversión de energía
La Ley de Faraday dice: t£El valor de la tensión inducida en una sola espira de hilo
conductor es proporcional a la velocidad de variación de las líneas de fuerza que la
atraviesan o concatenan con ella"2.
La ley de Faraday describe en forma cuantitativa la inducción de voltajes mediante un
campo magnético variable en el tiempo3.
e = ̂ d-1)
dt
donde:
e = fuerza electromotriz (fem)
X = encadenamiento de flujo del devanado
t = tiempo
El término fuerza electromotriz (fem) se usa con frecuencia en lugar de voltaje inducido
para indicar la componente de voltaje debida a un flujo encadenado que varía con el
tiempo.
1 Referencia #2
a Referencia #2
3 Referencia #3
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La conversión electromagnética de energía se produce cuando un movimiento mecánico
se asocia al cambio de un flujo magnético. En las máquinas rotativas, los voltajes se
generan en devanados o grupos de bobinas al hacerlos girar mecánicamente a través de
un campo magnético.
Cuando se tiene un grupo de bobinas que se interconectan de manera tal que sus voltajes
generados contribuyen positivamente al resultado deseado, este grupo de bobinas se
llama devanado de armadura. En la generalidad de los casos para alternadores
sincrónicos, la armadura es la parte estática (estator) de la máquina.
El arrollamiento de las bobinas se realiza sobre núcleos de hierro para aumentar al
máximo el acoplamiento entre bobinas y aumentar así la densidad de energía magnética
asociada con la interacción electromecánica.
El hierro de la armadura está constituido por laminaciones delgadas para reducir al
mínimo las pérdidas debidas alas corrientes parásitas que se inducen en el núcleo. Estas
corrientes parásitas se producen porque el núcleo está sujeto a un flujo magnético
variable en el tiempo.
Puesto que los materiales constitutivos de la armadura y del campo sonferromagnéticos
se hace necesario describir las implicaciones y efectos de un campo magnético al
producir una fuerza magnetomotriz (finm) y su influencia sobre el circuito magnético.
Al considerar la relación de la densidad de flujo magnético B y la intensidad de campo
magnético H en materiales ferromagnéticos, se establece una curva de B vs H para
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dichos materiales, los que están completamente desmagnetizados; ambos, B y H9 son
cero.
Al aumentar la fuerza magnetomotriz (finm), la densidad de flujo también aumenta,
pero no iinealraente, como se puede ver la figura 1.1
O ÍOO 300 500 700
- H(A-vM)
900
Fig. 1.1 Curva de magnetización de una muestra de hoja de acero al silicio
Cuando H aumenta desde cero hasta aproximadamente 100., la densidad de flujo B se
incrementa rápidamente, a partir de 100 ésta aumenta más lentamente y para valores
altos de H comienza a saturarse hasta llegar al punto x.
Al reducir #, a partir del punto x} comienzan a aparecer los efectos de la histéresis
provocando que no se pueda trazar la curva original. Aun cuando £f sea cero, B = Br¡ es
la densidad de flujo remanente. Como los cambios en H se invierten., entonces regresa a
cero. Trazando varias veces el ciclo completo se obtiene el circuito de histéresis de la
figura 1.2
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Hx H
• - -Bx
Fig. 1.2 Lazo de histéresis donde se indican la fuerza coercitiva ífc y la densidad de flujo remanente Br
La fuerza magnetomotriz (fmm)que se requiere para reducir la densidad de flujo a cero
se identifica como Hc? es l&juerza coercitiva .
El circuito magnético se completa a través del rotor en el cual se devanan las bobinas de
excitación o devanados de campo, el cual actúa como fuente de flujo magnético.
Normalmente el devanado de armadura de una máquina sincrónica está en el estator y el
devanado de campo en el rotor.
Una idea general del funcionamiento, como generador, de la máquina sincrónica se
puede obtener del siguiente gráfico (figura 1.3), el cual explica como se produce el
voltaje inducido en un generador de corriente alterna (ca).
1 Referencia #21
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El devanado de campo se excita mediante corriente continua a través de escobillas de
carbón que se aplican a anillos rozantes o colectores. Es conveniente tener un devanado
de bajapotenciaen el rotor.
ESTATOR
Fig. 1.3 Generador sincrónico elemental
Devana do
de carreo
Trayectonas
de flujo
Para este gráfico, el devanado de armadura consta de una sola bobina de N vueltas o
espiras, indicadas en sección transversal mediante los dos lados de la bobina a y -a
diametralmente opuestas dentro de ranuras angostas en el estator. Las bobinas del
estator se conectan en serie. El rotor gira a la velocidad sincrónica debido a la acción de
una fuente de energía mecánica que se acopla a su eje. Las trayectorias de flujo se
representan por líneas punteadas.
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En la figura 1.4 - a se muestra una representación radial idealizada de la densidad de
flujo B en el entrehierro como función del ángulo espacial O en la periferia del
entrehierro. Cuando gira el rotor la onda de flujo barre los dos lados a y -a de la bobina,
el voltaje de bobina resultante (figura 1.4 — b) es una función variable en el tiempo que
tiene la misma forma de onda que la distribución espacial de B. El voltaje de la bobina
pasa por un ciclo completo de valores por cada revolución de la máquina de dos polos.
Su frecuencia en ciclos por segundo es .la misma que la velocidad del rotor en
revoluciones por segundo, es decir, la frecuencia eléctrica está sincronizada con la
velocidad mecánica
C») (b)
Fig, 1.4 a) Distribución espacial de la densidad de flujo, y
b) fcrrna de onda coirespendiente al voltaje generado
Existe en el mercado una gran cantidad de máquinas sincrónicas que tienen más de dos
polos que corresponden a diferentes usos y aplicaciones y de acuerdo a las necesidades
particulares.
Un par de polos o un ciclo de distribución de flujo, en una máquina con P polos es igual
a 360 grados eléctricos o 2?í radianes eléctricos y como hay P/2 longitudes de onda
completas o ciclos en unarevolución completa, se tiene que:
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*=-+*„ (1-2)2 y
donde:
9 = ángulo en unidades eléctricas
P = numero de polos
6m= ángulo mecánico
Puesto que el voltaje generado en la bobina pasa por un ciclo completo cada vez que
pasa a un par de polos, la frecuencia de la onda de voltaje es:
(1-3)
2 60
donde:
f = frecuencia
n = velocidad mecánica en revoluciones por minuto
La frecuencia co de la onda de voltaje en radianes por segundo es:
—
2
donde:
com = velocidad mecánica en radianes por segundo
Existen máquinas sincrónicas que tienen una .construcción como la anteriormente
estudiada que presenta un rotor de polos salientes o proyectantes o puede ser una
estructura de rotor cilindrico o sin polos salientes.
Una estructura tipo rotor de polos salientes se usa en generadores que trabajan a
velocidades relativamente bajas y una estructura tipo rotor cilindrico se usa en
generadores que trabajan a altas velocidades.
10
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El siguiente cuadro resume las relaciones velocidad - frecuencia para diferentes
números de polos en una máquina sincrónica
Número de polos
2
4
6
8
10
12
Velocidad en rpm
25 Hz
1500
750
500
375
300
250
50 Hz
3000
1500
1000
750
600
500
60 Hz
3600
1800
1200
900
720
600
Tabla #1 -1 ; Relaciones velocidad— frecuencia
Cuando un generador sincrónico suministra energía eléctrica a una carga, la corriente de
la armadura crea una onda de flujo magnético en el entrehierro, que gira a la velocidad
sincrónica. Este flujo reacciona con el flujo creado por la corriente del campo
provocándose un torque electromagnético, estos dos campos magnéticos presentan una
tendencia a alinearse. En un generador este torque se opone al giro, entonces, la máquina
motriz debe suministrar el torque mecánico para sostener la rotación. Este torque
electromagnético es el mecanismo mediante el cual el generador sincrónico convierte la
energía mecánica en energía eléctrica
Se pueden establecer como características generales de los alternadores las siguientes:
1. El torque electromagnético, desarrollado en el conductor del inducido por el que
circula corriente, se opone a la rotación del campo magnético del rotor respecto al
inducido, de acuerdo a la ley de Lenz.
2. La tensión generada en el inducido produce una corriente en éste. La fase de la
corriente del inducido respecto a la tensión generada por el alternador depende de la
naturaleza de la carga eléctrica conectada entre los bornes del alternador.
3. La tensión generada por fase, Egp, de un alternador polifásico o monofásico puede
establecerse mediante la suma vectorial:
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donde:
Egp = la tensión generada por fase
Vp = tensión en bornes por fase del alternador
IpZp = es la caída de tensión debida a la impedancia sincrónica interna del
alternador
Una ecuación importante en la construcción de las máquinas sincrónicas es la siguiente:
Eff = 4.44 * <f> + ü? + / + *, **rf[fr] (1-6)
donde:
<j> = es el flujo máximo
Np = es el número total de espiras por fase
f = es la frecuencia en Hz
kp = es el factor de paso
ka = es el factor de distribución
Ley de Lenz: En todos los casos de inducción electromagnética, la tensión inducida
tenderá a hacer circular en un circuito cerrado una corriente en un sentido tal que su
efecto magnético se oponga a la variación que la ha engendrado1.
Dado que el objetivo de este trabajo no es explicar el proceso de la generación de
energía eléctrica, en este breve resumen del mismo, se han considerado los aspectos más
relevantes de dicho proceso y de esta manera continuar con los siguientes capítulos, los
cuales tratan sobre grupos electrógenos, máquinas motrices, sistemas de regulación y
control, características eléctricas y mecánicas, etc.
Referencia#2
12
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Capitulo 2
Descripción general de un grupo generador
2.1 La máquina motriz
En la actualidad existen diferentes formas de impulsar alternadores o generadores
sincrónicos con diferentes máquinas motrices entre las que se destacan principalmente:
• Las turbinas hidráulicas
• Turbinas a gas
• Turbinas a vapor
• Motores de combustión interna
2.1.1 Calderas
Entre las principales formas de producir energía eléctrica está la producción de vapor
para impulsar turbinas que se acoplan a generadores, es por esta razón que las calderas
se consideran dentro de este análisis de máquinas motrices.
Las calderas tienen como uno de sus objetivos producir vapor para su aprovechamiento
en la obtención de energía, pueden ser de diferentes tipos, entre otros, calderas de tubos
de humo, de tubos de agua, etc. En general, las llamas y los gases calientes procedentes
de la cámara de combustión pasan por bloques de tubos que son rodeados en toda su
superficie, comunicando así su calor al agua del interior de los tubos.
13
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Existen calderas capaces de generar potencias de entre cientos de kilovatios hasta
cientos de megavatios. Se pueden utilizar combustibles como carbón, diesel y bunker
para producir calor y de esta manera generar vapor y agua caliente para uso industrial.
Las calderas producen vapor que puede ser utilizado a una gran variedad de presiones,
dependiendo de la necesidad del usuario. Dependen de la sección de los tubos para
transferir el calor generado por los gases de combustión al agua.
La combustión se realiza en el quemador, un ventilador de tiro forzado suministra aire
el cual se mezcla con el combustible seleccionado en el quemador, el proceso de
combustión empuja los gases por las diferentes etapas de la caldera hasta la chimenea
Las partes principales de una caldera son: la cubierta, los tubos de fuego y las láminas
de tubos, el quemador y su sistema de control. La cubierta es una nave de presión que
contiene el vapor y/o el agua caliente.
En la actualidad existen calderas muy eficientes, ya que estas poseen economizadores,
precalentadores, recirculación de aire, agua y vapor, etc. Estos diferentes métodos de
tratamiento de los combustibles y el agua aumentan considerablemente el rendimiento
de las calderas, incluso existen centrales de ciclo combinado que combinan vapor y gas.
Las calderas de las centrales eléctricas suelen producir vapor a presiones altas y a
temperaturas que resultan ser muy altas1.
Referencias # 4 y 5
14
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En las modernas centrales térmicas se condensa el vapor que sale de las turbinas o las
máquinas de vapor y se transforma en agua caliente que se utiliza una y otra vez en la
caldera. Esto permite aprovechar una buena parte de la energíacalorífica del vapor de
escape, reduciendo los costos de tratamiento del agua y aumentando el rendimiento de
la turbina
2,1,2 Turbinas de vapor
En una turbina de vapor, éste es admitido por una válvula, primero en un extremo del
cilindro y después en el otro, de modo que su expansión empuja el émbolo hacia atrás y
hacia delante. Este émbolo está unido a la biela, la cual, a su vez, está articulada a la
manivela fijada al eje que hace girar el volante.
Cuando se abre la válvula de admisión y se deja penetrar vapor en el extremo del
cilindro, se abre la válvula de escape en el extremo opuesto, permitiendo escapar al
vapor que se ha expansionado y ha realizado su trabajo en este lado del cilindro. Las
turbinas de vapor son de dos tipos generales: turbinas de acción y turbinas de reacción.
En las turbinas de acción, el vapor vivo es dirigido desde pequeñas toberas directamente
contra las paletas o alabes de los miembros rotativos o rodetes de la turbina. En la
turbina de reacción el vapor pasa primero a través de una serie de paletas directrices
fijas que lo dirigen formando un ángulo determinado contra una serie de paletas
rotativas situadas muy cerca de las fijas. Las turbinas grandes tienen varios grupos de
estas paletas fijas y rotativas, a los que se les da el nombre de saltos depresión.
15
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De esta manera se puede extraer al vapor toda su energía a medida que va
expansionándose de un salto a otro, con una pérdida de presión y de velocidad en cada
salto.
2,1,3 Turbinas hidráulicas
Las centrales hidroeléctricas suelen exigir algún tipo de presa, las presas pueden ser de
diversos tamafíos, aprovechar embalses naturales o puede ser una pequefía presa para
contener un curso de agua a gran altura en una región montañosa y almacenar agua en
un embalse natural en esta elevación.
El agua sale a presión de la presa por un conducto forzado., o gran tubería de presión, y
que la conduce a las turbinas acopladas a los generadores. El agua pasa a través de
válvulas a los alabes del rodete de las turbinas hidráulicas.
La potencia desarrollada en caballos por la turbina será proporcional a la altura en
metros o a los kilogramos de presión por centímetro cuadrado desarrollado por esa
altura y al volumen de agua que pasa por la turbina.
Las turbinas hidráulicas para funcionar con grandes volúmenes de agua a presión baja
son del tipo de reacción, o Francis^ con paletas algo parecidas a las de las hélices que
impulsan los barcos, y funcionan dentro de una envoltura y de un grupo de paletas
directrices que dirigen el agua contra los alabes del rodete. Este tipo de turbina se utiliza
en saltos de agua medianos.
16
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En las centrales que utilizan grandes cargas o desniveles, en las cuales la presión y la
velocidad del agua son mucho mayores, el agua llega por una tobera cónica en forma de
un chorro de gran velocidad que choca contra los alabes de una rueda de acción o
turbina Pelton y hace que gire la rueda y el generador a una velocidad mayor que las
turbinas Francis. Este tipo de turbinas se utiliza en grandes caídas de agua.
Adicionalmente existen las turbinas Kaplan que utilizan admisión axial en lugar de una
admisión radial como la que se utiliza en los otros tipos de turbinas. Los alabes de esta
turbina son móviles, están en menor número y tiene forma de hélice. Se utilizan en
lugares de poca caída de agua
2.1.4 Turbinas a gas
El motor de gas es una máquina alternativa en la que la transformación del calor en
trabajo se realiza mediante la inflamación de una mezcla de gas y aire que previamente
ha sido comprimida por un émbolo. Generalmente el combustible gaseoso se produce en
un generador especial denominado gasógeno,
El gasógeno es un dispositivo para convertir un combustible sólido en un combustible
gaseoso., en este se suministra menos aire al combustible sólido para que pueda arder
completamente, lo que provoca la gasificación del combustible sólido, es decir, su
transformación en combustible gaseoso.
El gasógeno consta de un cuerpo cilindrico en cuyo interior, sobre una parrilla, se
di&pone el combustible en tres capas o zonas. En la primera zona o zona inferior el
17
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carbón se halla en estado incandescente. Al atravesar el aire esta zona se obtiene
anhídrido carbónico, desprendiéndose calor, estazonase llama de oxidación.
La zona intermedia se denomina de reducción ya que se forma aquí oxido carbónico y
se absorbe calor. Este gas obtenido se denominaban de aire, pero tiene una potencia
calorífica baja Se suele utilizar una mezcla de gas de. cure y gas de agua, en la tercera
zona para mejorar la potencia calorífica de este combustible gaseoso. Esta mezcla de
gases producto de la combustión de combustibles sólidos sirven como combustible en
motores de gas.
La evolución de los motores térmicos ha permitido construir turbinas en las cuales se
aprovecha? directamente la energía desarrollada en la combustión, almacenada en los
gases producidos "que se expansionan, de forma parecida que el vapor en las turbinas de
vapor, estos modernos motores se denominan turbinas a gas. La turbina de gas más
simple es la denominada dé ciclo abierto simple la que consta de loa siguientes
elementos:
• Compresor de aire
• Cámara de combustión
• Turbina propiamente dicha
• Dispositivos auxiliares:
• Lubricación
• Regulación de velocidad
• Alimentación de combustible
• Puesta en marcha, etc.
El aire atmosférico aspirado por el compresor alimenta la cámara de combustión a una
presión de entre 5 a 8 atmósferas. En la cámara de combustión se inyecta el combustible
de forma continua, la combustión que se inicia eléctricamente durante el arranque,
continúa a presión constante, con temperaturas que oscilan entre los 750 grados
centígrados.
18
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El gas obtenido se expansiona sobre el rotor de la turbina y sobre el rotor del compresor.
Este gas suministra la potencia necesaria para la compresión y la potencia útil en el
árbol de la turbina
Existen turbinas de gas de diferentes tipos, entre oirás las siguientes:
• Turbinas de gas con regeneración. -./.
• Turbinas de gas con refrigeración y regeneración.
• Turbinas de gas con refrigeración, regeneración y recalentamiento.
• Turbinas de gas de ciclo cerrado.
2.1.5 Motores de combustión interna
En los sitios donde abunda el petróleo y sus derivados son baratos, es conveniente
emplear a los motores diesel como máquinas motrices (centrales diesel). Estas máquinas
se adaptan muy bien a su uso en las centrales de reserva que solo se emplean en
emergencias o durante las horas pico de la carga.
Una central diesel puede ponerse en marcha rápidamente y no se requieren de procesos
previos de calentamiento de calderas etc., permitiendo de esta manera, que el arranque y
la puesta en servicio se realice inmediatamente.
Las centrales diesel no requieren de grandes centros de almacenamiento de carbón o
lugares de tratamiento del agua, solo requieren de poca agua para refrigeración y de
tanques de almacenamiento de combustible, necesitan pocos cuidados y pocas
reparaciones ya que estos motores tienen una construcción muy robusta y su
19
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funcionamiento es sencillo1. Las centrales diesel ocupan muy poco espacio y trabajan
con derivados de petróleo de muy bajo costo.
El motor diesel es un motor de combustión interna en el cual se consigue la ignición del
combustible por el calor desarrollado al comprimir aire hasta un grado de compresión
muy elevado.
La ignición por compresión permite suprimir el equipo de encendido, necesario en los
motores de explosión, pero la principal causa de que se utilicen los motores diesel es el
hecho de que una alta compresión permite elevar el rendimiento del motor yreducir el
volumen de combustible consumido por unidad de trabajo efectuada
La alta compresión es utilizable por que se ejerce sobre el aire puro y no sobre la mezcla
de combustible y aire. El combustible se inyecta sobre el aire fuertemente comprimido
que, por esta causa, está sometido a una alta temperatura, produciéndose la inyección
durante un corto tiempo que empieza un poco antes del final de la carrera de
compresióa
Como esta inyección de combustible se realiza en el seno del aire comprimido,, el
combustible se atomiza, por lo que no necesita ser tan volátil como el que requieren los
motores a explosión.
El motor diesel es una máquina motriz completamente independiente. Otras
instalaciones de vapor, gas o hidráulicas requieren de accesorios como calderas,
gasógenos, presas, etc., mientras que el motor diesel no lleva ninguna instalación
Referencia #5
20
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complementaria, basta con disponer recipientes para el combustible y para el aire
comprimido.
El motor diesel consta, en esencia, de uno o varios cilindros dentro de los cuales se
desplazan los émbolos o pistones impulsados por los gases que se expansionan al
producirse la combustión, cada émbolo arrastra, en su carrera, la extremidad de una
biela, articulada al émbolo, que determina el giro de un eje acodado o cigüeñal. En el
extremo del cigüeñal va montado un volante que almacena energía durante las carreras
motrices para cederla después en las carreras no motrices.
Los motores diesel se clasifican de la siguiente forma:
Según la disposición de los cilindros.
• De construcción vertical.
• De construcción horizontal.
Según la velocidad.
• Rápidos.
• Medios.
• Lentos.
Por la forma de trabajar los émbolos.
• De simple efecto.
• De doble efecto.
Por laformadel ciclo de funcionamiento.
• Motores de 4 tiempos.
• Motores de 2 tiempos.
En pocas aplicaciones se utilizan motores de explosión a gasolina como máquinas
motrices., se utilizan en sistemas de emergencia y para bajas potencias; sin embargo en
21
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el capítulo 3 se estudiará, en detalle esta máquina motriz., ya que el grupo generador en
estudio cuenta con un motor a gasolina
2.2 El alternador
Dependiendo de la literatura que se emplee para el estudio de los alternadores, 'se
encontrarán nombres como generador, grupo generador, turbogenerador,
turboalternador, alternador, máquina sincrónica, generador sincrónico, generador de
corriente alterna (ca), etc.; todos estos términos son sinónimos y se refieren a las
máquinas eléctricas capaces de convertir la energía mecánica en energía eléctrica; en el
presente trabajo simplemente se utilizará el término "generador".
Dado que el principio de producción del voltaje alterno ya se describió en el capítulo 1;
aquí se hará una descripción de la máquina sincrónica, sus características mecánicas,
eléctricas., constructivas y de funcionamiento.
Los generadores se construyen en diferentes tamaños desde 1 kVA hasta 50 kVA en
potencias pequeñas y sobre los 200000 kVA.en grandes potencias, pueden estar
acoplados a diferentes tipos de máquinas motrices sea por conreas o directamente,
impulsados por motores o turbinas, etc.
Se clasifican, básicamente, en:
• De inducido giratorio o de inductor giratorio
• Los de tipo vertical o los de tipo horizontal
• Los impulsados por turbinas, motores o máquinas de vapor
22
ESCUELAPOLTTECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIAELECTRICA
Con pocas excepciones, todos los generadores se construyen con inductor rotativo,
porque este tipo de construcción permite engendrar voltajes mucho más altos en los
devanados fijos del inducido y también porque elimina la necesidad de tomar energía de
alto voltaje de un miembro giratorio por intermedio de contactos deslizantes. Esto
simplifica la construcción de la máquina y reduce las dificultades relacionadas con el
aislamiento,
No influye para nada en la naturaleza del voltaje engendrado por la máquina el que sean
los polos inductores los que giren pasando delante de los conductores fijos del inducido
o que sean los conductores del inducido los que giren y pasen delante de los polos
inductores fijos. Mientras se mantenga la misma intensidad del campo inductor y la
misma velocidad de rotación, el corte de las líneas de fuerza por los conductores
producirá en ambos casos el mismo voltaje y la misma frecuencia
Los términos vertical u horizontal se refieren a al posición del eje del generador . Los
términos turbina y motor o máquina, aplicados para definir a los generadores, se
refieren al tipo de máquina motriz con la que se impulsa al generador.
2.2.1 Construcción de los generadores
Las dos partes que hay que tomar en cuenta en un generador son el inducido (estator o
armadura) y el inductor (rotor o devanado de campo).
1 Referencia #7
23
ESCUELAPOLITECNICANACIONAL FACULTAD DE INGENIERIAELECXRICA
Los devanados de armadura de los generadores son esencialmente iguales a los
devanados de los motores de inducción, es por esta razón que, un motor de inducción
puede convertirse en generador y viceversa, realizando en ellos ligeras modificaciones.
En las máquinas grandes se desarrollan enormes fuerzas magnéticas entre los
conductores del devanado cuando los generadores están muy cargados de corriente, es
por esta razón que es necesario anclar y fijar firmemente las bobinas a la armazón del
estator.
Los generadores de baja velocidad suelen tener los polos inductores montados en un
rotor. Los polos consisten en grupos de láminas firmemente sujetas unas a otras y
provistas de una zapata o ensanchamiento de hierro dulce. Las bobinas inductoras están
conectadas en serie o en grupos serie - paralelo, están siempre conectadas para
alternativamente producir polos norte y sur alrededor de todo él inductor; los inductores
de los generadores tienen siempre un número par de polos.
En los inductores de generadores de gran velocidad, que son largos y de diámetro
pequeño, los polos inductores se devanan en ranuras cortadas en la superficie del rotor.
Los generadores con devanados de este tipo en el rotor se llaman máquinas de rotor
cilindrico. Mientras que la otra disposición se llama máquina con rotor de polos
salientes.
Las partes principales de un generador son estructuras ferromagnéticas. El aislamiento
que se utilice en los generadores, siempre deberá estar de acuerdo con los límites de
voltaje y corriente que éste pueda manejar.
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Al alimentar el devanado de campo con corriente directa, la fuerza magnetomotriz
(fmm) de muy alta intensidad producida por esta corriente en el devanado de campo se
combina con la fuerza magnetomotriz producida por la corriente en los devanados de
armadura; el flujo resultante en el enírehierro, genera voltaje en los devanados de
armadura y produce el torque electromagnético entre el rotor y el estator1.
Puesto que toda máquina eléctrica produce calor debido a las pérdidas, su refrigeración
es un aspecto importante que hay que considerar. En la actualidad, los generadores
tienen rendimientos de entre 95 y 98%, el calor producido por las pérdidas,
principalmente en grandes maquinas, puede alcanzar valores altos de temperatura
El calor debe ser evacuado con la misma rapidez con que se produce, o el aislamiento
de los devanados se verá afectado y podría dafíarse. Dado que la resistencia de los
conductores de cobre depende directamente de las variaciones de temperatura, esto
implicaría que el rendimiento de los generadores disminuya
Es por esta razón que existen diferentes métodos de enfriamiento de los generadores,
entre los que se destacan:
• La circulación natural de aire
• Ventilación forzada de aire
• Enfriamiento por hidrógeno
• Enfriamiento por circulación forzada de agua
Son accesorios complementarios de un generador el sistema de excitación, los sistemas
de regulación de voltajey frecuencia, aparatos de medida, tableros de control y
protección.
1 Referencia # 1
25
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2.3 Sistemas de control, excitación y regulación
2.3.1 El sistema de control
El sistema de control en un grupo generador se encarga de mantener todos los
parámetros (mecánicos y eléctricos) del mismo en condiciones óptimas de
funcionamiento, es decir., los sistemas físicos empleados para controlar y proteger a los
generadores siempre pueden ser representados como un sistema de control; ya sea este
un sistema de control de lazo cerrado o un sistema de control de lazo abierto.
Los sistemas de regulación de voltaje, reguladores de velocidad y excitación son
sistemas de íazo cerrado; mientras que los controles de presión de aceite, temperatura de
la máquina, niveles de agua y combustible son controles de lazo abierto.
Por lo tanto, los parámetros a controlar son: el voltaje de salida, la frecuencia y/o el
número de revoluciones, temperatura, presión, la corriente de excitación, la potencia
activa de salida, etc.
Un efectivo control de todos estos parámetros permitirá que el grupo generador trabaje a
su máxima capacidad, en forma económica de operación y adicionalmente se podrá
proteger al mismo de posibles contingencias y daños.
De acuerdo al desarrollo tecnológico de los generadores, al igual que otro tipo de
máquinas y herramientas usadas por el hombre, los sistemas de control han tenido
también un gran desarrollo, a tal punto que, el principio físico básico de conversión de
26
ESCUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRIC A
energía mecánica en energía eléctrica no ha variado mucho durante largo tiempo; sin
embargo, los sistemas de control y protección son una parte importante en la
construcción de estas máquinas.
El siguiente gráfico resume al sistema de control, de un grupo generador general, con
sus características principales.
Vode
referencia
Fdesafida
Regulador de velocidad
Fig. 2,1 Esquema general de un sistema de control para un generador
2,3,2 Sistema de excitación
El sistema de excitación es la fuente que alimenta de corriente continua al bobinado de
campo del generador, es decir, en el modelo general de generadores que poseen rotor
inductor, sea de polos salientes o de rotor cilindrico, a este rotor se le alimenta con
corriente continua para que se produzca la inducción magnética en el devanado de
armadura y obtener, de esta manera, el voltaje generado en los terminales del generador.
27
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La evolución de los sistemas de excitación ha obtenido un gran desarrollo en lo que se
refiere a tratar de conseguir una mejor respuesta y estabilidad del sistema a
perturbaciones causadas por variaciones de carga., operación y maniobra o fallas en el
sistema.
En la figura 2.2 se puede ver un esquema simplificado del rotor y el estator de un
generador en el que se incluye un modelo básico de la excitatriz, la cual está
representada por la fuente de corriente continua
EXCITACIÓN ^ Ir
ESTATOR
Fig. 2.2 Diagrama elemental de un generador sincrónico
A través del sistema de excitación se pueden controlar magnitudes como:
• Potencia reactiva generada Q
• Voltaje terminal Vi
• Factor de potencia
El inductor de un generador siempre se excita con corriente continua (CC.)
manteniéndose, de esta manera, la polaridad constante en cada polo; en ocasiones, ésta
corriente continua se produce en generadores independientes a los que se les da el
nombre de excitatrices.
28
ESCUELAPOLITECNfCA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRIC A
La excítaíriz puede ser una maquina independiente impulsada por motores eléctricos.,
por correas o bandas, o estar directamente acopladas al eje de los generadores, en
algunas centrales se emplea una excitatriz grande para alimentar a varios generadores
los que toman la corriente inductora de la barra colectora de la excitatriz.
Las excitatrices suelen ser del tipo compouñd y de voltajes variados, no es necesario
emplear voltajes elevados ya que estas corrientes solo se emplean para crear flujos
magnéticos cuya intensidad depende de los amperios - vuelta de los polos inductores1.
Debido a que existen diferentes modelos de sistemas de excitación, nombrar a todas las
partes constitutivas de cada modelo sería imposible, por esta razón se listan a
continuación las principales partes que constituyen un sistema de excitación.
• Una fuente primaria de corriente continua La cual puede estar compuesta por
generadores de DC o generadores de AC con sistemas de rectificación.
• Un reostato de campo. Que puede ser accionado manual o automáticamente, para
controlar la corriente de excitación.
• Un sensor de voltaje.
• Un regulador de voltaje.
En cuanto a modelos de excítatrices, éstas se clasifican de la siguiente manera:
De acuerdo con la referencia # 14, los sistemas de excitación se clasifican en:
• Sistemas primitivos, los de respuesta lenta Con control manual o automático.
• Sistema de excitación con generador DC.
• Excitatriz con alternador y sistema de rectifícacióa
• Excitatriz con alternador y rectificación con SCRs.
• Excitatriz compouñd
De acuerdo con lareferencía# 10, éstas se clasifican en:
• Excitatriz independiente
- Dínamo autoexcitada
Dínamo excitada independientemente
1 Referencias#7 v 10
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Generador de comente alterna
- Excitatriz de corriente alterna auíoexcitada con rectificadores estáticos
Sistema Brushless
Sistema de excitación con rectificación
- Excitatriz estática
Según la referencia # 22 los tipos de sistemas de excitación son:
• Sistema de excitación tipo DC. El cual utiliza un generador de corriente directa con
un conmutador como la fuente del sistema de excitación
• Sistema de excitación tipo AC. Usa un alternador y un rectificador rotativo o
estacionario para producir la corriente directa necesaria para el campo del generador
• Sistema de excitación tipo ST. En el cual la excitación es suministrada a través de
transformadores y rectificadores.
2.3.3 Loa sistemas de regulación
Hablar de sistemas de regulación en una máquina, implica referirse a varios sistemas de
regulación y control de dicha máquina; en el presente caso se refiere a los sistemas de
regulación de los generadores, y específicamente al regulador de velocidad y regulador
de voltaje, los que serán analizados con más detalle en las siguientes secciones.
2.4 El regulador de velocidad
Al producirse una variación de carga en un generador, en la máquina motriz se registra
una variación en el torque resistente produciéndose una variación de velocidad en dicha
máquina, esta variación de velocidad será inversamente proporcional al torque
resistente, es decir, cuando aumenta el torque resistente disminuye la velocidad y
cuando disminuye el torque resistente aumenta la velocidad
30
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
En los motores diesel, por ejemplo, la bomba de inyección regula la potencia del motor
controlando la cantidad de combustible inyectado en las cámaras de combustión y las
bombas son controladas a su vez por un regulador.
La función del regulador es mantener cualquier velocidad deseada en la máquina motriz
independientemente de la carga que se le aplique. Debe efectuarse una regulación de la
velocidad y de la potencia de las máquinas motrices para que, en todo momento, su
funcionamiento se ajuste alas exigencias de la carga conectada a la red.
El objetivo final es el de mantener la frecuencia del generador constante, y ya que ésta
depende de la velocidad del generador, y que a su vez, depende de la velocidad de la
máquina motriz, se hade procurar, en lo posible, que la velocidad de la máquina motriz
también sea constante.
En la mayoría de los generadores, se realiza una regulación automática por medio de
reguladores automáticos, que pueden ser mecánicos, electromecánicos o electrónicos;yaque la regulación manual, realizada por un operador, es lenta y poco precisa.
En el caso de turbinas a gas, turbinas a vapor y motores de combustión interna, el
regulador controla la velocidad de la máquina motriz, regulando la cantidad de
combustible suministrado a dicha máquina Es decir, que el regulador controla el flujo
de carburante de modo que la velocidad del motor permanezca constante cualquiera que
sea la carga, regulación astática:, o que para cada carga, el motor adopte una velocidad
predeterminada, regulación estática.
31
ESCUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRIC A
Eo los motores diesel se conecta el regulador al vastago que controla la cantidad de
carburante inyectado.
En los motores de gas y motores de gasolina, el regulador va acoplado con el
dispositivo de admisión de carburante del motor.
En las turbinas de vapor, el regulador actúa sobre las válvulas que regulan el flujo de
vapor a la turbina.
En las turbinas de gas, la salida del regulador está acoplada a la válvula de carburante.
En los motores hidráulicos, puede aplicarse la regulación astática o la regulación
estática. En estas máquinas motrices, el regulador controla el flujo de agua que va hacia
la turbina.
Los reguladores automáticos pueden ser de acción directa cuando actúan directamente
sobre la magnitud que han de controlar, o de acción indirecta cuando actúan sobre dicha
magnitud a través de un dispositivo amplificador o servomotor.
El regulador inventado por James Watt en el siglo XVTII, es el más antiguo, y se puede
decir que todos los reguladores de máquinas motrices se derivan de éste.
La explicación del funcionamiento de regulador de Watt será más clara con un gráfico,
se analizará el regulador de Watt de la referencia # 6, pagina 330, capítulo 15.
32
E3CUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE MGENIERIAELECXRICA
En la figura 2.3, el regulador de Watt consta de un eje vertical OE> acoplado al eje
vertical de la máquina por medio de engranajes, por lo tanto, la velocidad de este eje
será proporcional ala velocidad de la máquina motriz.
Sobre este eje se articulan dos brazos OB y OB\s en dos masas metálicas M
yM' de forma esférica. Los brazos se enlazan por medio de dos varillas ÁD yAD', con
un manguito D que se desliza a lo largo del eje OE. El manguito tiene una garganta en
la que encaja el extremo de una palanca articulajda CLD, con un punto fijo en L. El
movimiento de esta palanca se transmite al órgano K, que puede ser-cualqoier tipo de
válvula de admisión de combustible, de esta manera, el manguito abre y cierra ia
válvula de combustible en todo su recorrido.
Fíg. 2,3 Regulador de Watt
Para la velocidad de régimen^ las masas esféricas tendrán una posición de equilibrio
dinámico., el cual se determina por la variación de la carga conectada al generador. Si la
33
ESCUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIAELECXRICA
carga disminuye el generador tendrá que entregar menos potencia, por lo tanto,
disminuirá el trabajo motor de la máquina motriz y ésta tenderá a aumentar su
velocidad. El regulador aumentará su velocidad de giro, accionando las masas esféricas,
provocando que el brazo articulado cierre la válvula de admisión de combustible y por
consiguiente, la potencia de la máquina motriz será igual a la potencia absorbida por los
receptores, en que el trabajo motor será igual al trabajo resistente y las masas esféricas
habrán alcanzado su nueva posición de equilibrio dinámico.
Si aumentara la potencia absorbida, la velocidad de la máquina motriz y del regulador
disminuiría, disminuyendo la fuerza centrífuga de las masas esféricas, abriendo de esta
manera la válvula de admisión de combustible y por lo tanto aumentando la potencia de
la máquina motriz hasta que ésta se iguale con la potencia absorbida de la red
2.4,1 Clasificación de los reguladores
Generalmente los reguladores se clasifican de acuerdo a dos criterios:
• Por la disposición constructiva
• Por su forma de funcionamiento
Por su disposición constructiva los reguladores pueden ser de manguito y tipo plano.
Los reguladores de manguito son los del tipo del regulador de Watt, y estos reguladores
pueden ser de masas giratorias o de resortes; mientras que en los reguladores planos las
masas giratorias o ios resortes oscilan alrededor de un eje paralelo al eje de rotación y
producen un giro directo o la traslación de una leva, disponiéndose sobre un eje
horizontal.
34
ESCUELAPOI^TECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENTERIAELECXRICA
Por laforma de funcionamiento, los reguladores se clasifican en: Reguladores de acción
directa y de acción indirecta
Los reguladores de acción directa actúan directamente sobre el órgano de distribución
de la máquina motriz. Los de acción indirecta actúan a través de un reforzador o
servomotor sobre el órgano de distribución.
El órgano de distribución puede ser una válvula de admisión de vapor, combustible, o
un mecanismo de control de la inclinación de las paletas en una turbina hidráulica.
En los motores de combustión interna (motores diesel) existen reguladores del tipo
centrífugo o de resortes y del tipo de vacío.
Según la referencia # 11, de la IEEE, los modelos básicos de reguladores de velocidad
para estudios de estabilidad pueden representar cualquier sistema de unidades
hidráulicas., térmicas, o nucleares.
El siguiente diagrama de bloques proporciona una idea general de la localización e
interrelación entre el regulador de velocidad y la turbina.
35
ESCUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRIC A
Süftnu dt
i , I
Turbibw. y sistema
ck
Fíg. 2,4 Diagrama de bloques que muestra la Idealización del sistema
regulador de velocidad con respecto al sistema completo
Un diagrama de bloques que representa el sistema de regulación de velocidad de una
turbina a vapor es el que se muestra en Iafigura2.5.
Mecanismo de control de velocidad
posición, del reg.
¿t v*l. : Relevado! da
Servomotor
.. . I
Válvulas conl roladas
poz «1 regalador
Ifcf
Posición d«]
nguladorda
velocidad.
Kejoladojde
Volocidad
Fig. 2.5 Diagrama de bloques de un regulador de velocidad
Esta representación esquemática puede ser apropiada para máquinas térmicas en
general, con los respectivos cambios, de acuerdo al tipo de maquina motriz.
36
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIAELECTRICA
El siguiente esquema muestra la forma de comportamiento de en regulador de velocidad
cuando, sobre el generador., existen variaciones de carga.
Aplicación dt carea
Cambio iemporal.de
A
30%
0,8%
^JL \
Velocidad estable A ¿á
w
fk
í>
&k
i'
WHM /
10%
_i
>
\
c
7
Velocidad estable \n
Í y o V y í i
T~^
-x* *x,(
^ . ^1
"udbio ttmpocii d*
vílocüad
/
D
mttU it
lad.5*/.
\. 2.6 Variación de velocidad debido al comportamiento del regulador
Si la actualidad existen reguladores de velocidad controlados electrónicamente, es
decir, un control electrónico sensa las variaciones de velocidad, y por medio de un
control de lazo cerrado realiza la regulación de la misma Un servomotor se comporta
como actuador y realiza el trabajo físico sobre la válvula de combustible. Ver anexo # 1,
Un ejemplo claro de este tipo de reguladores electrónico es el regulador Woodward, que
se emplea en generadores de varias marcas como son: RG. Wiison, Caterpillar, Kohler,
etc. y del cual se presenta información adicional en el anexo # 1.
37
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIAELECTRICA
2.5 El regulador de voltaje
Los generadores están sometidos a variaciones continuas de carga, es por esta razón que
se exige de ellos mantengan, en todo momento, un voltaje terminal constante; pues las
variaciones de voltaje ocasionan daños en los equipos y es una muestra de falta de
calidad de servicio.
Para limitar las variaciones de voltaje, antiguamente, se construían los generadores con
reactancias de dispersión pequeñas y pequeña reacción del inducido (gran entrehierro).
En la actualidad se construyen los generadores con grandesreactancias de dispersión y
pequeño entrehierro, a este tipo de construcción de máquinas se la conoce como
máquinas blandas., en las cuales, al oscilar la carga, la excitación tiene que variarse en
cuantía sensiblemente superior.
La regulación manual es imperfecta, por lo que se recurre a los reguladores rápidos., los
cuales son reguladores automáticos que responden lo más rápido posible a las
variaciones de carga
Puesto que el objetivo de los reguladores es mantener constante el voltaje en terminales
del generador, se hará un análisis del generador en régimen transitorio.
Para facilitar el estudio se supondrá que el generador se mantiene a velocidad constante
cualquiera sea la carga
38
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRIC A
Suponiendo que el generador está trabajando a la velocidad sincrónicay en vacío, por lo
tanto, el voltaje en terminales es constante., la excitatriz posee un reóstato de excitación
que actúa sobre el campo inductor de la misma excitatriz. Al conectar la carga, en forma
instantánea la tensión cae bruscamente como muestra la figura 2.7. La parte vertical
AB, que es la caída instantánea, se debe a la reactancia del generador, y la parte BC (en
que ya interviene el tiempo), es el efecto de la reacción de inducido del generadpr. Esta
reacción de inducido depende de la componente reactiva de la carga.
Si no se actuara sobre el reóstato de campo, la tensión continuaría bajando, tal como se
muestra en la línea de trazos de la figura 2.7.
En el instante en que se pone carga al generador la tensión baja, para poder recuperar
los niveles de tensión preestablecidos se deberá cortocircuitar el reóstato de campo, el
tiempo transcurrido en ir de AhastaD en Iafigura2.7, no es despreciable.
Para poder compensar la caída de tensión debida a la reactancia del generador, hay que
aumentar el flujo magnético emitido por el inductor, para esto hay que aumentar
también la tensión de la excitatriz, y para aumentar esta tensión hay que aumentar la
intensidad de corriente que circula por los arrollamientos de excitación de la excitatriz.
39
ESCUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE MGENIERIAELECTRICA
O
Fig. 2,7 Curva de funcionamiento de un regulador de tensión
Puesto que se trata del estudio en estado transitorio, los circuitos del generador y la
excitatriz tienen inductancias considerables e intervienen, por lo tanto, los- efectos de las
corrientes de autoinducción; por esta razón la ecuación completa del circuito cuando se
tiene en cuenta el efecto de las corrientes de autoinducción es:
7 = £*í1_e^l (2-1)
donde:
I = intensidad de corriente
E = tensión
R = resistencia
L = inductancia
t = tiempo
El término R / L es la constante de tiempo del circuito.
La rapidez de respuesta de un regulador depende de:
• La inercia de sus componentes
• La distancia a recorrer
• El torque del órgano motor
40
ESCUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIAELECTRICA
Si el regulador actúa demasiado rápido., en relación con el tiempo que necesita el
generador síncrono para excitarse, se obtiene una función periódica no amortiguada, que
provoca oscilaciones de tensión, con grandes amplitudes alrededor de la tensión
nominal. Por lo tanto, hay que dar al regulador un amortiguamiento apropiado para
retardar la regulación.
El correcto funcionamiento de un regulador depende de:
• Si la tensión remonta muy rápidamente aparecerán oscilaciones amortiguadas.
• Si la tensión remonta lentamente, puede suceder que la duración total del
restablecimiento de la tensión se alargue innecesariamente.
Un regulador, para que sea calificado como de buena calidad deberá tener las siguientes
cualidades:
» Rapidez de respuesta,
• Exactitud.
• Sensibilidad.
• Amortiguación eficaz.
• Sobrerregulación.
Entre los principales modelos de reguladores están;
• Reguladores de sectores rodantes.
» Regulador automático Tirril.
• Reguladores electrónicos.
De los reguladores citados arriba, los dos primeros están constituidos por elementos
electromecánicos., relés, motores, etc. y se trata de modelos antiguos; mientras que los
reguladores electrónicos constituidos por elementos de estado sólido son los modelos
que se están utilizando actualmente en la mayoría de grupos generadores.
Según la referencia # 14, dentro de la misma clasificación anterior, existen los
siguientes reguladores de voltaje:
41
ESCUELAPOLITECNECA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRIC A
• Reguladores electromecánicos, de acción directa y de acción indirecta. (Tipo
sectores rodantes y Tirril).
• Los primeros reguladores electrónicos basados en tubos de vacío.
• Reguladores de amplificador rotativo.
• Reguladores con amplificador magnético.
• Reguladores de estado sólido.
En el anexo # 2 se puede ver las características y especificaciones técnicas de dos
reguladores automáticos de voltaje que existen en el mercado.
2,6 La excitatríz
Dada la importancia que tiene el sistema de excitación y la excitatriz en si misma, en el
comportamiento de un generador, es conveniente profundizar en este tema. En el
apartado 2.3.2 de este capítulo se realizó una explicación general de lo que son los
sistemas de excitación pero no se profundizó en características particulares de
funcionamiento y construcción de las excitatrices.
La excitatriz es considerada como uno de los principales sistemas de control. Si se
considera a un generador sin pérdidas, el sistema de excitación controla la fe.m.
generada y en consecuencia, controla el voltaje de salida en terminales, el factor de
potencia y la corriente.
Al hacer una analogía con el regulador de velocidad, el cual controla el torque o la
potencia de entrada al eje; el sistema de excitación controla el voltaje generado Eg> o
fe.m. interna generada según se muestra en lafigura.
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' / " AJorque Va / - ̂ \g ^ excitación
V_ ^/
4-
Fig 2,8 Circuito equivalente de la máquina sincrónica
El diagrama fasorial que muestra la situación de "el antes y el después" de una variación
en Eg se puede ver en la figura 2.9. Se puede determinar que en la nueva posición de
equilibrio el ángulo de torque ha disminuido, la corriente se ha incrementado, el factor
de potencia está más retrasado, pero el voltaje terminal y la potencia de salida son los
mismos, para un incremento de Eg.
Fig. 2.9 Diagrama fasorial para un incremento de Eg con V y P constantes
El siguiente diagrama de bloques muestra la configuración básica de una excitatriz con
sus componentes principales.
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Salida de voltaje y corriente
EaciUiriz
Fuente
Fig. 2.10 Componentes del sistema de excitación
Para la descripción del iuncionamiento de la excitatriz se va a considerar un sistema de
respuesta lenta como el que se muestra en la figura 2.11, la cual muestra la excitatriz
principal con un control manual del campo (del reóstato de campo).
CoiunrUdor
Campo de li
Ercií-kirix danpo
Rbóftkio Íi
—W- H
AniHos
SY\s
Fig. 2,11 Esquema básico de una excitatrjz
Con esta descripción general de un sistema de generación y de sus componentes
principales, en el capítulo 3, se hará el estudio del generador particular con sus
características principales.
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Capítulo 3
Descripción del grupo generador particular
Puesto que se trata de un grupo generador impulsado por una máquina motriz de
combustión interna a gasolina, se realizará una explicación introductoria del
funcionamiento general de este tipo de grupos generadores.
El motor a gasolina se emplea en pequeñas instalaciones fijas de grupos electrógenos, la
elección de este tipo de motor es aconsejable cuando se trata de pequeñas potencias, de
forma que el alto costo del combustible quede compensado por el bajo precio del motor.
En instalaciones de hasta 5 CV (3.7 k"W) es preferible el motor a gasolina, entre 5 y 10
CV (3.7 a 7.4 kW) se puede recomendarel motor a gasolina solo en uso intermitente^ en
instalaciones de más de 10 CV (7.4 kW) de potencia siempre es preferible el motor a
diesel.
Los motores de gasolina empleados como máquinas motrices de los generadores son de
cuatro tiempos, a continuación se hará, una explicación del funcionamiento del motor de
4 tiempos.
Se supone que el émbolo está situado en el punto muerto superior y que la válvula de
admisión de combustible está abierta, en estas condiciones el émbolo se mueve hacia
abajo1, arrastrado por el cigüeñal, llenándose el cilindro con la mezcla aire-combustible
1 Ver Anexo #3.a
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que entra por el conducto de admisión; a este tiempo se le denomina tiempo de
admisión.
Para el tiempo de compresión., una vez que el émbolo llega a la parte inferior del
cilindro, éste está lleno de la mezcla aire-combustible, en este momento se cierra la
válvula de admisión y, empujado por el cigüeñal., el émbolo sube hasta la parte superior
del cilindro comprimiendo la mezcla.
En este instante se inicia la combustión que es explosiva, y el émbolo es empujado
hacia abajo por la fuerza de expansión de los gases quemados, empujando el cigüeñal y
produciéndose el movimiento; a este tiempo se le conoce como de explosión.
Con el émbolo en la parte inferior del cilindro y lleno de gases quemados, se abre la
válvula de escape y el émbolo, empujado por el cigüeñal, expulsa del cilindro los gases
quemados; a este tiempo se le denomina escape. En el anexo # 3 se presenta un
esquema del funcionamiento en los cuatro tiempos del motor de combustión interna.
Este tipo de motores solo produce trabajo en el tiempo de explosión, debiéndose
guardar la energía en un volante, con el objeto de que el cigüeñal siga girando en los
otros tres tiempos.
Las características de un motor de gasolina son:
• Aspiración de una mezcla aire-gasolina,
• Compresión de la mezcla, reduciendo su volumen,
• Encendido por chispa, eléctrica.
1 Referencia # 6
Ver Anexo #3.a
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• Combustión avolumen constante.
El diagrama de trabajo de un motor de gasolina está representado por lafigura 3.1
Escape Volúmenes
Fig. 3.1 Diagrama de trabajo de un motor a gasolina
Resulta fundamental la mezcla de la gasolina con el aire en la proporción aproximada de
1 parte de gasolina por 15 partes de aire., la mezcla aire-gasolina se realiza vaporizando
la gasolina en un dispositivo llamado carburador.
Puesto que la temperatura alcanzada por la mezcla, durante la compresión, es
insuficiente para provocar el encendido del combustible es necesario aportar más calor y
para elevar un punto de la. mezcla a la temperatura de ignición se produce una chispa-
eléctrica que salta entre los electrodos de una bujía
Es por esta razón que el motor a gasolina requiere de una fuente auxiliar de energía
eléctrica y un circuito de encendido que suministre una corriente eléctrica, de hasta unos
18000 voltios, necesaria para producir la chispa de encendido. Se utilizan dos
procedimientos de encendido:
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• Encendido por magneto y
» Encendido por delco.
Para el arranque de los motores agasolínaes necesario poner en movimiento al cigüeñal
mediante un agente exterior, con el objeto de que el motor aspire la mezcla combustible
y la comprima.
El impulso que hace girar al motor para que éste pueda realizar la preparación de la
mezcla debe durar hasta que el motor alcance el número de vueltas necesario para que
se produzca el encendido; en el motor a gasolina, el número mínimo de revoluciones
necesario para que se produzca el encendido es de 40 a 90 rpm.
En los motores estacionarios de gasolina se utilizan los siguientes sistemas de arranque:
• Arranque a mano por manivela
• Arranque a mano por cuerda arrollada al volante.
• Arranque por motor eléctrico.
El combustible más empleado es la gasolina, que se obtiene por la destilación del
petróleo natural. La potencia calorífica de la gasolina es de 10.000 a 10.500 kilocalorías
por kilogramo de combustible.
Se usan también otros combustibles como el benzol (9.500 a 9.600 kcaMcg), el alcohol
metílico (4.800 kcal/kg), el alcohol etílico (6.400 kcal/kg) o una combinación de éstos
con la gasolina; siempre tratando de mejorar el nivel de compresión de la mezcla
La potencia mecánica del motor de gasolina de cuatro tiempos se calculada acuerdo con
las siguientes fórmulas.
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^SCUELAPOLITECNICA NACIONAL FACULTAD DE EINGENIERIA ELÉCTRICA
120 *75
120+75
[CV indicados]
[CV efectivos]
(3-1)
(3-2)
donde:
s = superficie del émbolo
Pmi — presión media indicada
d = carrera del émbolo
n = velocidad en rpm
Z = número de cilindros
Tfo =Ne /Ni = rendimiento mecánico
Ne = potencia efectiva
Ni = potencia indicada
Estas relaciones pueden ser expresadas en otras unidades de potencia como HP o kW
realizando la reducción de unidades respectivas.
3.1 La máquina motriz: Parámetros y características
Como ya se ha señalado anteriormente, el generador particular posee un motor de
gasolina como máquina motriz, el cual cumple con las características mencionadas en
los párrafos anteriores de este capítulo.
El motor que se instalará en el grupo generador es un motor a gasolina de un cilindro de
4 tiempos convencional parauso estacionario de una potencia mecánica de 8 HP a 3600
ipm a nivel del mar. La curva de rendimiento establece que esta potencia se obtiene
cuando el motor esté funcionando a plena carga La curva de rendimiento del motor se
puede ver en el anexo # 3.c
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ESCUELAPOLITEOÍTCA WACIOHAL FACULTAD HE EINGENffiRIA ELÉCTRICA
3.1.1 Características mecánicas del motor
Motor marca; BRIGGS & STRATTONI/C (Industrial / Comercial Engine)
Modelo #: 195432
Tipo #: 4002-05
Código*: 90042010
Número de cilindros: 1
Combustible: Gasolina
Aceite de motor tipo: 25W-50
Centímetros cúbicos: 319 ce
Potenciamecánicanominal: 8HP
Revoluciones por minuto: 3600
3,1.2 Partes constitutivas
Las principales partes constitutivas de este motor son las siguientes:
• Cámara de combustión
• Válvulas de admisión y de escape .
• Bloque del cilindro y cilindro
• Bastidor de bancada y cárter
• Cigüeñal
• Biela
• Eje de levas y levas
• Embolo o pistón
• Culata o cabezote
• Carburador
• Regulador de velocidad o gobernar mecánico
• Circuito de encendido
• Sistema de lubricación
• Sistema de arranque
• Dispositivos adicionales para operación y control
• Protector de bajo nivel de aceite
En el anexo # 3 b y c se pueden ver esquemas de las características del motor y de las
partes constitutivas de un motor de combustión interna
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3.1.3 Funcionamiento de sus principales componentes
El carburador funciona por diferencia de nivel, el tanque de combustible se ubica en la
parte alta del motor; la gasolina llega,, por gravedad, al carburador y se almacena en un
tanque de nivel constante, este nivel se mantiene constante debido a que en el interior
del tanque existe un flotador, que al subir el nivel de gasolina cierra la entrada de la
misma mediante una válvula cónica
En el ducto de admisión existe un estrechamiento llamado dijusor en cuyo centro se
halla el surtidor de combustible del carburador. Cuando el motor aspira el aire éste
arrastra la gasolina en la proporción antes mencionada lográndose, de esta forma, la
vaporización de la gasolina y su intima mezcla con el aire. Una válvula de mariposa,
denominada estrangulador de la mezcla, limita la cantidad de la mezcla aire-gasolina
que se introduce en el cilindro variando, por lo tanto, la potencia del motor.
b) El sistema de encendido
La temperatura alcanzada por la mezcla en la compresión es insuficiente para provocar
el encendido del combustible en forma espontánea, es por esta razón que se requiere de
una fuente auxiliar de energía eléctrica para, que por medio de una chispa eléctrica,
llevara la mezcla a la temperatura de ignición.
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Este motor posee un encendido por magneto que tiene las siguientes partes
constitutivas:
• Generador de corriente
• Arrollamiento primario de la bobina
• Arrollamiento secundario de la bobina
• Bujía
La magneto es un generador de corriente continua que está constituido por un imán
permanente montado sobre el volante de hierro., el cual induce corriente en los
arrollamientos: primario de baja tensión y secundario de alta tensión de la bobina
Como puede apreciarse en la figura 3.2 el secundario tiene una conexión a tierra en el
un extremo, y el otro extremo se conecta a la bujía a través de un cable de alta tensión.
Este sistema permite disponer del voltaje de alta tensión (8000 a 12000 V) en los
electrodos de la bujía para, de esta manera, elevar un punto de mezcla a la temperatura
de ignición y provocar la combustión de la misma
Hacia Control
Cable de Áíta Tensión.
Imán permanente
/ / Bobina primaría de
baja tensión
Electrodos
Fig. 3.2 Esquema del sistema encendido
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La bobina primaría está constituida por un alambre grueso, de un calibre de entre # 20 y
# 24, con pocas vueltas necesarias para engendrar un voltaje de alrededor de 6 voltios;
mientras que la bobina secundaria esta constituida de un alambre fino de un calibre
aproximado de # 38, con muchas vueltas para poder engendrar un alto voltaje (8000 a
12000 V). La calibración de los electrodos en la bujía (separación), es de
aproximadamente 0,30 milésimas de pulgada. Separación necesaria para poder generar
el arco eléctrico que encenderá la mezcla.
El sistema por Delco para el encendido es, en esencia, el mismo sistema de Magneto
pero con la diferencia de que la fuente de energía es una batería de acumuladores.
c) El gobernor
El gobernor o regulador de velocidad que está instalado en este motor es un gobernor
mecánico que se encuentra en el interior del motor, acoplado al eje del cigüeñal;
compuesto por un pifión y excéntricas que dan movimiento a un brazo que regula el
acelerador (estrangulador) del carburador. Este sistema funciona en forma similar al
descrito en el capítulo 2 numeral 2.4.
Adicionalmente consta de un sistema de calibración de velocidad, por tornillos, que
permite regular las revoluciones alas que se quiere que el motor funcione.
El sistema de calibración de revoluciones mantendrá la velocidad del motor constante
dentro de un rango mínimo y máximo, que para el presente caso será de 3000 rpm.
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En vacío el motor consumirá una cantidad mínima de gasolina, por lo tanto el gobernor
mantendrá al motor con "poca aceleración". Entregando en este momento el motor su
mínima potencia.
Al recibir carga el generador., automáticamente el motor responderá aumentando la
cantidad de combustible y produciendo más potencia para poder mantenerse a las
revoluciones requeridas (3000 rpm).
El siguiente gráfico representa el desempeño del motor según las variaciones de la
carga
Puntos cU itaKÍonutütuio átl
Tuertar y su demanda de EP
Ounod»
íendánienlo del
motor )*{úu la
cajiga solxcniada.
1000 2000
T " RPM
3000 3600
Fig, 3.3 Curvas Potencia vs. rpm del motor
d) El sistema de arranque
En este motor se cuenta con un sistema de arranque manual por cuerda arrollada al
volante que funciona de la siguiente forma:
54
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En e] extremo donde se encuentra el volante "equilibrador" del cigüeñal, existe un eje
que es prolongación de éste con forma cuadrada. Este eje está inserto en una caja que
contiene en su interior un sistema de cremallera circular que permite trabarse en un
sentido y moverse libremente en el otro; transmitiendo al eje el movimiento de la cuerda
que se tira para el arranque inicial.
Adicionalmente, esta caja, contiene un resorte espiral de acero que se encarga de recoger
y enrollar la cuerda una vez que ésta a sido utilizada, dejándola lista nuevamente para
realizar posteriores arranques del motor.
Cuando el motor está en movimiento, el eje gira libre de la cremallera en el sentido de
avance del cigüeñal mientras que lacremalleray lacajase encuentran estáticas.
e) El sistema de lubricación
Este motor carece de un sistema de lubricación por bombeo, es decir, no tiene una
bomba de aceite incorporada en su interior,
Se lubrica de la siguiente manera: En la tapa inferior del brazo de biela, que esta
conectada al cigüeñal, posee una aleta y cuando el brazo de biela gira en el interior del
cárter provoca la salpicadura del aceite y su consiguiente esparcimiento, lubricando
todas las partes móviles del interior del motor.
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Adicionalmente este sistema cuenta con un sensor de nivel y una luz piloto que sirven
de control y protección del motor. La luz piloto sirve de indicador de bajo nivel de
aceite y el sensor apaga el motor cuando se ha llegado al nivel crítico de aceite.
f) El sistema de enfriamiento
Este motor se encuentra enfriado por aire.'El cabezote y el cilindro del motor tienen en
su parte exterior aletas de enfriamiento por donde circula el aire que es impulsado por
un ventilador que se encuentra incorporado en el volante.
El volante, así como el motor están recubieríos por un blindaje metálico que encausa el
aire que es producido por el ventilador hacia las aletas de enfriamiento controlando, de
esta manera, la temperatura del motor.
3.1.4 Justificación para usar este motor
Como el alternador es de una potencia de 4 kW o aproximadamente 5.4 HP se ha
escogido este motor de 8 HP nominales por las siguientes razones:
1) El motor es de 8 HP y rendirá su potencia nominal a nivel del mar, pero en Quito
(2800 m) rendirá aproximadamente un 90% de su potencia,, es decir, 7.2 HP
disponibles, esta pérdida en la potencia del motor es debido al Derating del
generador.
2) Adicionalmente, hay que descontar la potencia que se perderá al hacer trabajar a este
motor a3000 rpm, Que comprende aproximadamente otro 10%, es decir, 6.5 HP.
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3) En el reductor de velocidad se perderá aproximadamente un 3 % de la potencia total
debido al rozamiento entre las poleas y las bandas así como en los rodamientos del
generador, quedando una potencia disponible de 6.3 HP.
En consecuencia, este motor dispone de una potencia efectiva írReal" en la ciudad de
Quito de 6.3 HP. Si el generador requiere de 5.4 HP efectivos para trabajar a su máxima
potencia (4 kW), se dispone de 1 HP de reserva.
Esta reserva así como el hecho de que el motor trabaje a 3000 rpm, y no a su máxima
velocidad (3600 rpm), permitirá protegerlo de un desgaste apresurado. Esta
característica de funcionamiento le dará al grupo un rango de tolerancia alto.
Esta tolerancia hará que el grupo funcione sin recalentamiento hasta 12 horas continuas
y que su vida útil sea mayor.
3.2 El reductor de velocidad: Características mecánicas
Puesto que el generador es de 6 polos, debe trabajar a 1200 rpm para producir un voltaje
trifásico de 220 V a. 60 Hz, de acuerdo con larelación (1-3) del capítulo 1.
120 + 6 0
Yl =
n = 1200 rpm
La velocidad de giro del eje del motor es de 3000 rpm, de acuerdo a lo expuesto en los
párrafos anteriores. El acople que se realizará entre el motor y el generador será de
poleas de doble canal en V. Las dimensiones de las poleas se determinarán de acuerdo a
las revoluciones del motor y del generador, de acuerdo con la siguiente relación:
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D + RPM = d+rpm (3-3)
donde:
D = diámetro de la polea motriz
RPM = son las revoluciones de la polea motriz
d = es el diámetro de la polea del generador
rpm = son las revoluciones de la. polea del generador
3.2.1 Demostración de estas relaciones
La