Refredament d'un generador síncron

Refredament dels generadors síncrons: Mètodes avantatges i limitacions

Importància del refredament

El refredament és un aspecte crític en l'operació dels generadors síncrons. Els mecanismes de refredament natural són insuficients per dissipar la gran quantitat de calor generada dins els alternadors. Per a abordar això, es fan servir sistemes de refredament forçat d'aire. En aquests sistemes, l'aire es puja activament a l'alternador, assegurant que una més gran volum d'aire passi sobre les seves superfícies, eliminant eficientment una quantitat significativa de calor. Un sistema de ventilació en circuit tancat és particularment efectiu per millorar el refredament dels generadors síncrons. En aquesta configuració, l'aire calent i net de l'alternador es refreda mitjançant un intercanviador de calor refrigerat amb aigua i després es circula de nou a través de l'alternador utilitzant ventiladors.

Per maximitzar la superfície en contacte amb l'aire de refredament, es incorporen conductes al nucli del estator i rotor, així com als voltants del generador. Aquestes conductes es poden configurar en direcció radial o axial, depenent del patró d'aire desitjat.

Sistema de ventilació de flux radial

Descripció

En un sistema de ventilació de flux radial, l'aire de refredament entra a les conductes a través de la fenda d'aire del estator i flueix radialment cap a l'endarrere del estator, on es retira posteriorment.

Avantatges

• Baixa pèrdua d'energia: L'energia necessària per a la ventilació s'ha minimitzat, contribuint a l'eficiència general.

• Versatilitat: Aquest sistema es pot aplicar tant a màquines petites com grans, fent-lo una opció flexible per a diferents mides de generadors.

Limitacions

Mida i compactesa: La presència de conductes de ventilació, que poden ocupar aproximadament un 20% de la longitud de l'armadura, fa que la màquina sigui menys compacta.

Dissipació de calor: Comparat amb altres sistemes de refredament, el sistema de flux radial ofereix una dissipació de calor relativament menor. En alguns casos, la stabilitat del sistema pot veure's compromesa degut a fluctuacions en el volum d'aire de refredament que flueix a través de la màquina.

Sistema de ventilació de flux axial

Descripció

En aquest mètode, l'aire es força a fluir axil·lalment a través de passos creats per forats en el estator i rotor.

Rendiment i limitacions

El sistema de ventilació de flux axial és molt efectiu, excepte per a màquines amb longituds axials significatives. Un dels seus principals inconvenients és la transferència no uniforme de calor. La secció de sortida d'aire de la màquina tendeix a rebre menys refredament perquè l'aire es calenta mentre flueix a través de les conductes axials.

Ventilació circumferencial

Descripció

En la ventilació circumferencial, l'aire es proporciona en un o diversos punts a la periferia externa del nucli del estator i després es força a fluir circumferencialment a través de les conductes entre les laminacions fins a les sortides designades. Aquest mètode permet augmentar l'àrea de les conductes.

Combinacions i consideracions

En alguns casos, la ventilació circumferencial es combina amb el sistema de flux radial. Tanmateix, cal prendre precaucions per evitar interferències entre els dos fluxos d'aire. Per prevenir aquestes interferències, les superfícies externes de les conductes radials alternades solen estar tancades.

Requisits de l'aire de refredament

Per a un refredament eficient, l'aire que s'utilitza ha de ser net i lliure de pols. Les partícules de pols poden obstruir les conductes, reduint la seva àrea transversal i, en conseqüència, disminuint l'eficiència de la transferència de calor per conducció. Per assegurar aire net, es fan servir habitualment filtres d'aire i filtres de gasa. En alguns casos, l'aire es lava en una cambra de spray. Addicionalment, en la majoria de casos, l'aire es refreda mitjançant refrigeradors d'aigua i després es recircula per a reutilitzar-lo.

Limitacions del refredament per aire

Equips i cost: Per a màquines de gran capacitat, els ventiladors necessaris per circular l'aire esdevenen més grans i consumen una quantitat significativa d'energia. Això requereix l'ús d'equips auxiliars, que poden ser caros.

Restriccions de capacitat: Hi ha una valoració òptima per a màquines més enllà de la qual el refredament per aire ja no és suficient per mantenir la temperatura dins dels límits operatius segurs.

Refredament per hidrogen dels generadors síncrons

En un sistema de refredament per hidrogen, el gas hidrogen serveix com a medi de refredament. Una exploració més a fons d'aquest mètode es pot trobar en l'article "Refredament per hidrogen dels generadors síncrons."

Refredament directe per aigua en els generadors síncrons

Aplicació

El refredament per hidrogen resulta inadequat per extreure calor de turbogeneradors grans amb capacitats de 500 MW o més. El gran volum de gas hidrogen necessari per a aquestes màquines pot fer que el seu ús no sigui econòmicament viable. En aquests casos, es fa servir el refredament directe per aigua. En turbogeneradors molt grans, els rotores sovint es refreden amb hidrogen, mentre que els voltants del estator es refreden amb aigua desmineralitzada directa. L'aigua es circula utilitzant una bomba centrífuga accionada per un motor AC, i es fan servir filtres de cartutx per eliminar impuretes. Aquests filtres estan específicament dissenyats per prevenir que les partícules corrosives metàl·liques generades en els voltants i tuberies entren a les condutores buides dels voltants.

Avantatges respecte al refredament per hidrogen

• Eficiència: Els sistemes refredats per aigua són més ràpids i eficients degut a la major conductivitat tèrmica de l'aigua en comparació amb el hidrogen.

• Optimització de l'espai: L'àrea de conductes més petita requerida per l'aigua permet disposar de més espai per acomodar els conductors dins de les ranures, optimitzant el disseny del generador.

Inconvenients

• Requisit de purificació: L'aigua utilitzada per a refredar ha de ser molt purificada per evitar un increment de la seva conductivitat, que podria portar a problemes elèctrics.

• Cost: El refredament per aigua és generalment més car que el refredament per hidrogen, fent-lo una opció més cara per al refredament del generador.

En resum, el refredament dels generadors síncrons implica una sèrie de mètodes, cadascun amb els seus propis avantatges i limitacions. La selecció del mètode de refredament adequat depèn de factors com la mida, la capacitat i els requisits operatius del generador.