¿Alguna vez te has preguntado cómo se mantiene fresco un generador síncrono? En este artículo, te contaremos todo sobre la refrigeración de estos potentes dispositivos y cómo se aseguran de funcionar de manera eficiente y segura. Si te interesa saber más sobre este fascinante aspecto de la generación de energía, ¡sigue leyendo!
Generadores síncronos requieren adecuado enfriamiento para asegurar su correcto funcionamiento. Los procesos de enfriamiento natural no brindan suficiente enfriamiento a los alternadores. Por lo tanto, los procesos de enfriamiento forzado se utilizan para proporcionar un enfriamiento mejorado a los generadores y también para expulsar una gran parte del calor disipado por la máquina. Según el método utilizado para el enfriamiento forzado, el sistema de enfriamiento se puede clasificar en los siguientes dos tipos.
- Refrigeración de circuito abierto
- Refrigeración de circuito cerrado
En este artículo, discutiremos el enfriamiento de circuito abierto y circuito cerrado de generadores síncronos junto con sus tipos, ventajas y limitaciones.
¿Qué es el enfriamiento de circuito abierto?
El enfriamiento de circuito abierto funciona forzando el aire a través de la máquina generadora a través de ventiladores o sopladores y haciendo circular el aire aspirado dentro del generador. El aire aspirado en el generador luego se disipa fuera de la máquina a la atmósfera. Este método de enfriamiento de circuito abierto es utilizado por generadores o alternadores de tamaño pequeño.
¿Qué es el enfriamiento de circuito cerrado?
El enfriamiento de circuito cerrado funciona como un sistema de circuito cerrado en el que el aire caliente liberado por el generador se enfría mediante un intercambiador de calor enfriado por agua, y el aire enfriado del intercambiador de calor luego se envía de regreso al generador o alternador a través de ventiladores para enfriar el generador desde dentro.
Los conductos de aire de refrigeración se instalan en los núcleos del estator y el rotor y, a veces, incluso en los devanados de campo, para ampliar el área de superficie de contacto con el aire de refrigeración. Según la dirección en la que el aire fluye a través de los conductos de aire, se puede dividir en los siguientes dos tipos:
- Sistema de ventilación de flujo radial
- Sistema de ventilación de flujo axial
¿Qué es el sistema de ventilación de flujo radial?
A sistema de ventilación de flujo radial se describe como un sistema de refrigeración en el que el aire frío pasa desde los conductos presentes en el núcleo del estator a través de espacios de aire, seguido de lo cual el aire frío pasa a la parte posterior del estator donde se libera a la atmósfera.
Ventajas de una ventilación de flujo radial
- La pérdida de energía durante el proceso de enfriamiento es considerablemente baja.
- El sistema de ventilación de flujo radial encuentra su aplicación tanto en máquinas generadoras pequeñas como grandes.
- La temperatura aumenta uniformemente en la dirección axial.
Desventajas de la ventilación de flujo radial
- La disipación de calor es comparativamente menor en comparación con otros métodos de enfriamiento.
- Debido a la ocupación del 20% de los conductos de aire de refrigeración de ventilación dentro del generador, el tamaño del generador aumenta, es decir, se vuelve más voluminoso.
- El sistema de flujo radial también tiene un problema de inestabilidad cuando se trata de la cantidad de aire frío que fluye a través de los conductos del generador.
¿Qué es el sistema de ventilación de flujo axial?
El sistema de ventilación de flujo axial funciona forzando el flujo de aire enfriado a través de los conductos de aire en dirección axial, presentes en los núcleos del estator y del rotor. Además de los generadores con longitudes axiales más largas, este método de enfriamiento en dirección axial es altamente efectivo.
Pero el principal inconveniente del sistema de aire de refrigeración axial es que la transferencia de calor no es uniforme a lo largo de los conductos axiales. Dado que el conducto axial pierde su efecto de enfriamiento y se calienta cuando el aire debe liberarse de la parte de salida del generador, esta región de salida no se enfría lo suficiente, lo que da como resultado un enfriamiento no uniforme en todo el conducto axial.
Sistema de ventilación circunferencial
El sistema de enfriamiento circunferencial funciona forzando el aire enfriado a través de numerosas entradas de la máquina generadora presente en el lado exterior del núcleo del estator. El aire enfriado pasa de manera circunferencial a través de los conductos de aire presentes entre las láminas de las salidas deseadas. Para adaptarse a la aplicación, el tamaño de los conductos se puede ampliar.
Además, para mejorar el proceso de enfriamiento de los generadores síncronos, los sistemas de flujo de ventilación circunferencial y de flujo radial se integran juntos. Pero el principal inconveniente de esta combinación de los dos sistemas de ventilación podría ser la posible interferencia de los dos flujos de aire de refrigeración. Para evitar que ocurra esta interferencia, las vías alternas de los conductos radiales se cierran en el lado exterior de los generadores.
¿Cuáles son las necesidades de la refrigeración por aire?
Para garantizar una refrigeración adecuada de los generadores y alternadores, el aire de refrigeración forzado a través de los conductos de aire instalados dentro de estas máquinas debe estar libre de polvo y hollín, especialmente en áreas comerciales. Las partículas de polvo presentes en el aire de refrigeración podrían bloquear los conductos de ventilación, lo que provocaría una transferencia de calor mínima o no uniforme a través de los conductos del generador.
Los filtros de aire instalados dentro del generador y los alternadores son la solución para hacer circular el aire de refrigeración libre de polvo y hollín a través de sus conductos. Por ejemplo, se pueden utilizar filtros específicos, como los filtros de queso, ya que se renuevan con frecuencia. En algunas situaciones, es posible que el aire enfriado deba pasar por una cámara de rociado para eliminar el polvo y otras impurezas presentes en el aire de enfriamiento. En la práctica y más comúnmente, los enfriadores de agua se utilizan para enfriar y filtrar el aire y reutilizarlo nuevamente en un ciclo continuo.
Limitación del aire de refrigeración
- Uno de los principales inconvenientes del enfriamiento por aire es que, por encima de un umbral específico de la clasificación del generador, el aire enfriado no puede mantener la temperatura del generador dentro del umbral de seguridad.
- El uso de procesos de enfriamiento por aire no es ideal para usar en el caso de generadores y alternadores de gran tamaño, ya que sería muy costoso usar ventiladores voluminosos para enfriar y otros equipos costosos que requieren un alto consumo de energía.
Enfriamiento de hidrógeno del generador síncrono
El gas de hidrógeno tiene una propiedad de enfriamiento superior y los generadores de menos de 500 MW se enfrían usando un sistema de enfriamiento de hidrógeno. La proporción de hidrógeno y aire se marina en el sistema de refrigeración de hidrógeno para evitar una explosión. La proporción de hidrógeno a aire de 9:1 se utiliza en un generador de gran potencia.
Refrigeración directa por agua en generador síncrono
El generador síncrono de 500 MW y más potencia requiere un gran volumen de gas hidrógeno para su enfriamiento. El sistema de refrigeración por hidrógeno no es económico para tales aplicaciones.
La refrigeración directa por agua se utiliza para el generador síncrono de 500 Mw y superior. En turbogeneradores muy grandes, se utiliza refrigeración por hidrógeno para la refrigeración del rotor y el devanado del estator se refrigera con agua desmineralizada directa. La bomba centrífuga hace circular el agua. El sistema de refrigeración por agua cuenta con filtros de cartucho que impiden la entrada de partículas metálicas corrosivas en los conductores huecos del bobinado. Las partículas metálicas corrosivas pueden generarse en bobinados y tuberías.
Ventajas de la refrigeración por agua
- La conductividad térmica del agua es mayor que la del hidrógeno. Por tanto, un sistema de refrigeración por agua es más eficiente para la extracción de calor del equipo.
- La mayor conductividad térmica permite mantener la menor área de conductos para el agua. Significa que hay más espacio disponible para los conductores en la ranura.
Desventajas de la refrigeración por agua
- El agua pura no es conductora. Por lo tanto, para un sistema de refrigeración por agua, el agua debe estar altamente purificada.
- La refrigeración por agua es comparativamente más cara que el otro sistema de refrigeración.
Se trata del enfriamiento de un generador síncrono o alternador.
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