Un grupo generador de turbo o grupo generador de turbina es el compuesto de una turbina de vapor o un eje de turbina de gas conectado a un generador eléctrico de funcionamiento rápido para la generación de energía eléctrica . Los grandes turbogeneradores de vapor proporcionan la mayor parte de la electricidad del mundo y también son utilizados por barcos turboeléctricos de vapor . [1]
Los pequeños turbogeneradores con turbinas de gas se utilizan a menudo como unidades de potencia auxiliares (APU, principalmente para aviones ). Para cargas básicas se suelen preferir los generadores diésel o los motores de gas , ya que ofrecen una mejor eficiencia de combustible ; sin embargo, dichos motores estacionarios tienen una densidad de potencia más baja y se construyen solo hasta aproximadamente 10 MW de potencia por unidad.
La eficiencia de las turbinas de gas más grandes (50 MW o más) se puede mejorar mediante el uso de un ciclo combinado , donde la energía restante de los gases de escape calientes se usa para generar vapor que impulsa otra turbina de vapor en el mismo eje o un grupo electrógeno separado.
Historia
Los primeros turbogeneradores fueron turbinas de agua que propulsaban generadores eléctricos. La primera turbina de agua húngara fue diseñada por los ingenieros de Ganz Works en 1866; La producción a escala industrial con generadores de dínamo comenzó solo en 1883. [2] El ingeniero Charles Algernon Parsons demostró un turbogenerador de vapor de CC que usaba un dínamo en 1887, [3] y en 1901 había suministrado el primer turbogenerador de CA industrial grande de megavatios de potencia para una planta en Eberfeld, Alemania. [4]
Los turbogeneradores también se utilizaron en locomotoras de vapor como fuente de energía para la iluminación de los autocares y bombas de agua para los sistemas de calefacción.
Características constructivas
A diferencia de las turbinas hidráulicas que generalmente operan a velocidades más bajas (100 a 600 rpm), la eficiencia de una turbina de vapor es mayor a velocidades más altas y, por lo tanto, se utiliza un turbogenerador para las turbinas de vapor. El rotor de un turbogenerador es un tipo de polo no saliente, generalmente con dos polos. [5]
La velocidad normal de un turbogenerador es de 1500 o 3000 rpm con cuatro o dos polos a 50 Hz (1800 o 3600 rpm con cuatro o dos polos a 60 Hz). Los rotores salientes serán muy ruidosos y con mucha pérdida de viento. Las partes giratorias de un turbogenerador están sometidas a grandes esfuerzos mecánicos debido a la alta velocidad de funcionamiento. Para hacer que el rotor sea mecánicamente resistente en grandes turbo-alternadores, el rotor normalmente está forjado de acero sólido y se utilizan aleaciones como acero al cromo-níquel o al cromo-níquel-molibdeno. El voladizo de los devanados en la periferia estará asegurado por anillos de retención de acero. Las cuñas de metal no magnéticas pesadas en la parte superior de las ranuras sostienen los devanados de campo contra las fuerzas centrífugas. Los materiales aislantes de composición dura, como la mica y el asbesto , se utilizan normalmente en las ranuras del rotor. Este material puede soportar altas temperaturas y altas fuerzas de trituración. [6]
El estator de los turbogeneradores grandes puede estar construido con dos o más partes, mientras que en los turbogeneradores más pequeños está construido en una sola pieza. [7]
Turbogenerador refrigerado por hidrógeno
Basado en el turbogenerador enfriado por aire, el hidrógeno gaseoso entró en servicio por primera vez como refrigerante en un turbogenerador enfriado por hidrógeno en octubre de 1937, en Dayton Power & Light Co. en Dayton, Ohio . [8] El hidrógeno se utiliza como refrigerante en el rotor y, a veces, en el estator , lo que permite un aumento en la utilización específica y una eficiencia del 99,0%. Debido a la alta conductividad térmica , el alto calor específico y la baja densidad del gas hidrógeno, este es el tipo más común en su campo en la actualidad. El hidrógeno se puede fabricar in situ mediante electrólisis .
El generador está sellado herméticamente para evitar el escape del gas hidrógeno. La ausencia de oxígeno en la atmósfera reduce significativamente el daño del aislamiento de los devanados por eventuales descargas de corona . El gas hidrógeno se hace circular dentro del recinto del rotor y se enfría mediante un intercambiador de calor de gas a agua . [9]
Ver también
- Ciclo combinado
- Turbocompresores
Referencias
- ^ "El turbogenerador: un desafío de ingeniería continuo" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 21 de agosto de 2010.
- ^ http://www.sze.hu/~mgergo/EnergiatudatosEpulettervezes/2013_1_feladat/ErosErika/V%EDzenergia%20hasznos%EDt%E1s%20szigetk%F6zi%20szemmel%20EL%D5AD%C1SANYAG.pdf
- ^ Smil, Vaclav (2005). Creando el siglo XX . Prensa de la Universidad de Oxford. págs. 63 –64. ISBN 0195168747.
- ^ Scientific American . 27 de abril de 1901. Falta o vacío
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( ayuda ) - ^ Ingeniería Eléctrica Básica (Be 104) . McGraw-Hill Education (India) Pvt Limited. 1990. p. 8.1. ISBN 978-1-259-08116-3. Archivado desde el original el 11 de febrero de 2018 . Consultado el 8 de agosto de 2017 .
- ^ Ingeniería Eléctrica Básica (Be 104) . McGraw-Hill Education (India) Pvt Limited. 1990. p. 8.3. ISBN 978-1-259-08116-3. Archivado desde el original el 11 de febrero de 2018 . Consultado el 8 de agosto de 2017 .
- ^ Ingeniería Eléctrica Básica (Be 104) . McGraw-Hill Education (India) Pvt Limited. 1990. p. 8.4. ISBN 978-1-259-08116-3. Archivado desde el original el 11 de febrero de 2018 . Consultado el 8 de agosto de 2017 .
- ^ Asociación Nacional de Fabricantes de Electricidad (11 de febrero de 2018). "Una historia cronológica del desarrollo eléctrico desde el año 600 a. C." Nueva York, NY, Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos, a través de Internet Archive.
- ^ "Turbinas de gas aeroderivadas y de servicio pesado - GE Power" . www.gepower.com . Archivado desde el original el 5 de mayo de 2010.
enlaces externos
- Pequeño turbogenerador para DG e híbridos