Motor-generador

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Un motor-generador es la combinación de un generador eléctrico y un motor ( motor primario ) montados juntos para formar una sola pieza de equipo. Esta combinación también se denomina grupo motor-generador o grupo electrógeno . En muchos contextos, el motor se da por sentado y la unidad combinada se denomina simplemente generador . Un motor-generador puede ser una instalación fija, parte de un vehículo o lo suficientemente pequeño como para ser portátil.

Además del motor y el generador, los generadores de motor generalmente incluyen un suministro de combustible, un regulador de velocidad constante del motor (gobernador) en el caso de los motores diésel y un regulador de voltaje del generador , sistemas de enfriamiento y escape, y un sistema de lubricación. Las unidades de potencia nominal superior a 1 kW suelen tener una batería y un motor de arranque eléctrico; las unidades muy grandes pueden arrancar con aire comprimido suministrado a un motor de arranque accionado por aire o introducido directamente en los cilindros del motor para iniciar la rotación del motor. Las unidades generadoras de energía de reserva suelen incluir un sistema de arranque automático y un interruptor de transferencia para desconectar la carga de la fuente de energía de la red pública cuando hay un corte de energía y conectarla al generador.

Los motores-generadores están disponibles en una amplia gama de potencias nominales. Entre ellos se incluyen unidades pequeñas y portátiles que pueden suministrar varios cientos de vatios de potencia, unidades montadas en carros de mano que pueden suministrar varios miles de vatios y unidades estacionarias o montadas en remolques que pueden suministrar más de un millón de vatios. Independientemente del tamaño, los generadores pueden funcionar con gasolina , diésel , gas natural , propano , biodiésel , agua , gas de alcantarillado o hidrógeno . ^[1] La mayoría de las unidades más pequeñas están diseñadas para utilizar gasolina como combustible, y las más grandes tienen varios tipos de combustible, incluidos diésel, gas natural y propano (líquido o gas). Algunos motores también pueden funcionar con diésel y gas simultáneamente ( funcionamiento bicombustible ). ^[2]

Muchos generadores de motor utilizan un motor alternativo , con los combustibles mencionados anteriormente. Puede ser un motor de vapor , como el que utilizan la mayoría de las centrales eléctricas alimentadas con carbón y combustibles fósiles . Algunos generadores de motor utilizan una turbina como motor, como las turbinas de gas industriales que se utilizan en las centrales eléctricas de pico y las microturbinas que se utilizan en algunos autobuses eléctricos híbridos .

Los valores nominales de voltaje (voltios), frecuencia (Hz) y potencia (vatios) del generador se seleccionan para adaptarse a la carga que se conectará. Los generadores portátiles con motor pueden requerir un acondicionador de energía externo para operar de manera segura algunos tipos de equipos electrónicos.

Los generadores accionados por motor y alimentados con gas natural suelen formar el corazón de las instalaciones combinadas de calor y energía a pequeña escala (menos de 1.000 kW) .

En Estados Unidos, solo hay unos pocos modelos de generadores trifásicos portátiles disponibles. La mayoría de las unidades portátiles disponibles son generadores monofásicos y la mayoría de los generadores trifásicos fabricados son generadores industriales de gran tamaño. En otros países donde la energía trifásica es más común en los hogares, hay generadores portátiles disponibles a partir de unos pocos kW.

Los generadores portátiles pequeños pueden utilizar un inversor . Los modelos con inversor pueden funcionar a RPM más bajas para generar la energía necesaria, lo que reduce el ruido del motor y lo hace más eficiente en el consumo de combustible. Los generadores con inversor son los mejores para alimentar dispositivos electrónicos sensibles, como computadoras y luces que utilizan un balastro, ya que tienen una baja distorsión armónica total .

Dado que la carga del generador eléctrico hace que la velocidad del motor disminuya, esto tiene un efecto adverso en la frecuencia y el voltaje de la salida eléctrica. Al utilizar un inversor electrónico para producir la salida de CA requerida, su voltaje y frecuencia pueden ser estables en todo el rango de potencia del generador.

Otra ventaja es que la energía eléctrica generada por el generador accionado por motor puede ser una salida polifásica a una frecuencia más alta y en una forma de onda más adecuada para la rectificación para producir la corriente continua que alimenta al inversor. Esto reduce el peso y el tamaño de la unidad.

Un inversor-generador moderno típico produce 3 kVA y pesa unos 26 kg, lo que hace que sea cómodo para que lo manipule una sola persona.

El motor-generador estacionario de tamaño medio que se muestra aquí es un conjunto de 100 kVA que produce 415 V a alrededor de 110 A. Está impulsado por un motor Perkins Phaser Serie 1000 turboalimentado de 6,7 litros y consume aproximadamente 27 litros de combustible por hora, en un tanque de 400 litros. Los motores diésel en el Reino Unido pueden funcionar con diésel rojo y girar a 1500 o 3000 rpm. Esto produce energía a 50 Hz, que es la frecuencia utilizada en Europa . En regiones donde la frecuencia es de 60 Hz, como en América del Norte, los generadores giran a 1800 rpm u otro divisor de 3600. Los grupos electrógenos con motor diésel que funcionan en su punto de máxima eficiencia pueden producir entre 3 y 4 kilovatios hora de energía eléctrica por cada litro de combustible diésel consumido, con una eficiencia menor en cargas parciales.

Muchos generadores producen suficientes kilovatios para abastecer cualquier empresa o hospital. Estas unidades son particularmente útiles para brindar soluciones de energía de respaldo a empresas que tienen costos económicos importantes asociados con un cierre causado por un corte de energía no planificado. ^[3] Por ejemplo, un hospital necesita electricidad constantemente, porque varios dispositivos médicos que salvan vidas funcionan con electricidad, como los respiradores.

Un uso muy común es el de locomotora diésel-eléctrica ferroviaria , algunas unidades tienen más de 4.000 hp (2.983 kW).

También se utilizan grandes generadores a bordo de barcos que utilizan un sistema de propulsión diésel-eléctrico . Los voltajes y frecuencias pueden variar en diferentes instalaciones.

Los generadores de motor se utilizan para proporcionar energía eléctrica en áreas donde no hay electricidad de la red pública (central eléctrica) o donde la electricidad solo se necesita temporalmente. A veces se utilizan pequeños generadores para proporcionar electricidad a las herramientas eléctricas en los sitios de construcción. Los generadores montados en remolques alimentan instalaciones temporales de iluminación, sistemas de amplificación de sonido, juegos mecánicos, etc. Se puede utilizar un cuadro de potencia para calcular el consumo de energía estimado para diferentes tipos de equipos y determinar cuántos vatios son necesarios para un generador portátil. ^[4]

Los generadores montados en remolques o generadores móviles, los generadores diésel también se utilizan para emergencias o respaldo donde se requiere un sistema redundante o no hay un generador en el lugar. Para que la conexión sea más rápida y segura, con frecuencia se instala un panel de conexión cerca del tablero de distribución del edificio que contiene conectores como levas. El panel de conexión también puede contener un indicador de rotación de fase (para sistemas trifásicos) y un disyuntor. Los conectores con levas están clasificados para sistemas de 400 amperios hasta 480 voltios y se utilizan con un cable tipo W 4/0 que se conecta al generador. Los diseños de paneles de conexión son comunes entre aplicaciones de 200 y 3000 amperios.

Los generadores eléctricos de reserva se instalan de forma permanente y se utilizan para proporcionar electricidad de forma inmediata a cargas críticas durante interrupciones temporales del suministro eléctrico de la red pública. Los hospitales, las instalaciones de servicios de comunicaciones, los centros de procesamiento de datos, las estaciones de bombeo de aguas residuales y muchas otras instalaciones importantes están equipados con generadores de energía de reserva. Algunos generadores de energía de reserva pueden detectar automáticamente la pérdida de energía de la red, poner en marcha el motor, funcionar con combustible de una línea de gas natural, detectar cuándo se restablece la energía de la red y luego apagarse automáticamente, sin interacción humana. ^[5]

Los generadores de propiedad privada son especialmente populares en áreas donde la red eléctrica no es confiable o no está disponible. Los generadores montados en remolques pueden remolcarse a áreas de desastre donde la red eléctrica se ha interrumpido temporalmente.

Cada año, el uso incorrecto de generadores portátiles provoca muertes por intoxicación por monóxido de carbono . ^{[7] [8]} Un generador portátil de 5,5 kW generará la misma cantidad de monóxido de carbono que seis automóviles, que puede acumularse rápidamente hasta niveles letales si el generador se ha colocado en el interior. ^{[9] [10]} El uso de generadores portátiles en garajes o cerca de ventanas abiertas o rejillas de ventilación del aire acondicionado también puede provocar intoxicación por monóxido de carbono. ^[11]

Además, es importante evitar la retroalimentación cuando se utiliza un generador portátil, que puede dañar a los trabajadores de servicios públicos o a las personas en otros edificios. Antes de encender un generador alimentado con diésel o gasolina, los usuarios deben asegurarse de que el disyuntor principal esté en la posición "apagado", para garantizar que la corriente eléctrica no se invierta. ^{[12] [7]}

La extracción de gases de combustión extremadamente calientes de los grupos electrógenos se puede realizar mediante chimeneas de presión positiva construidas en fábrica (certificadas según la norma de prueba UL 103) o tuberías de hierro negro de servicio público general de la categoría 40. Se recomienda utilizar aislamiento para reducir la temperatura superficial de la tubería y reducir la ganancia excesiva de calor en la sala de máquinas. También hay válvulas de alivio de presión excesiva disponibles para aliviar la presión de posibles contraincendios y para mantener la integridad del tubo de escape . ^[13]

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• CDC: Seguridad eléctrica y generadores