Un turbogenerador es un generador eléctrico conectado al eje de una turbina hidráulica o turbina de vapor o turbina de gas para la generación de energía eléctrica . [nota 1] Los grandes turbogeneradores de vapor proporcionan la mayor parte de la electricidad del mundo y también son utilizados por barcos turboeléctricos de vapor . [1]
Como unidades de energía auxiliares (APU, principalmente para aviones ) se utilizan a menudo pequeños turbogeneradores impulsados por turbinas de gas .
Los primeros turbogeneradores fueron generadores eléctricos impulsados por turbinas hidráulicas . La primera turbina hidráulica húngara fue diseñada por los ingenieros de Ganz Works en 1866; La producción a escala industrial con generadores de dinamo no comenzó hasta 1883. [2] El ingeniero Charles Algernon Parsons demostró un turbogenerador de CC impulsado por vapor utilizando una dinamo en 1887, [3] y en 1901 había suministrado el primer turbogenerador de CA industrial grande de megavatios. energía a una planta en Eberfeld, Alemania. [4]
Los turbogeneradores también se utilizaban en locomotoras de vapor como fuente de energía para la iluminación de los vagones y bombas de agua para los sistemas de calefacción.
Los turbogeneradores se utilizan para velocidades de rotación de eje elevadas, típicas de las turbinas de vapor y de gas. El rotor de un turbogenerador es del tipo de polos no salientes, normalmente con dos polos. [5]
La velocidad normal de un turbogenerador es de 1500 o 3000 rpm de cuatro o dos polos a 50 Hz (1800 o 3600 rpm de cuatro o dos polos a 60 Hz). Las partes giratorias de un turbogenerador están sometidas a elevadas tensiones mecánicas debido a la alta velocidad de funcionamiento. Para hacer que el rotor sea mecánicamente resistente en grandes turboalternadores, el rotor normalmente está forjado de acero macizo y se utilizan aleaciones como cromo-níquel-acero o cromo-níquel-molibdeno. El saliente de los devanados en la periferia se asegurará mediante anillos de retención de acero. Pesadas cuñas metálicas no magnéticas situadas en la parte superior de las ranuras mantienen los devanados de campo contra las fuerzas centrífugas. Normalmente se utilizan materiales aislantes de composición dura, como mica y amianto , en las ranuras del rotor. Estos materiales pueden soportar altas temperaturas y altas fuerzas de aplastamiento. [6]
El estator de los turbogeneradores grandes puede estar formado por dos o más piezas, mientras que en los turbogeneradores más pequeños está formado por una sola pieza completa. [7]
Basado en el turbogenerador refrigerado por aire, el hidrógeno gaseoso entró en servicio por primera vez como refrigerante en un turbogenerador refrigerado 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 de 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 interior reduce significativamente el daño del aislamiento de los devanados por eventuales descargas de corona . El gas hidrógeno circula dentro del recinto del rotor y se enfría mediante un intercambiador de calor de gas a agua . [9]