Ver 2ª PARTE
Sistemas de transmisión
Para poder
generar electricidad de forma estable en voltaje y frecuencia, el sistema de
transmisión necesita transmitir potencia desde la turbina al eje del generador
en la dirección requerida y a la velocidad requerida. Los sistemas de
transmisión típicos en las micro hidroeléctricas son los siguientes:
- Transmisión directa: Un sistema de transmisión directa es aquel en el que el eje de la turbina se conecta directamente al eje del generador. Los sistemas de transmisión directa se usan solamente para los casos donde la velocidad del eje del eje del generador y la velocidad de la turbina son compatibles. Las ventajas de este tipo de sistema son un bajo mantenimiento, alta eficiencia y bajo coste.
- Poleas y correas en V o cuña: (“V” or wedge belts and pulley) Esta es la elección más común en los sistemas micro hidroeléctricos. Las correas de este tipo se usan ampliamente en todo tipo de pequeñas industrias y maquinarias.
- Correas de distribución y poleas dentadas: (Timing belt and sprocket pulley) Estas transmisiones se usan comúnmente en las transmisiones por árbol de levas de los vehículos y usan poleas y correas dentadas. Son eficientes y su funcionamiento es limpio y es interesante considerarlas especialmente para su uso en transmisiones de sistemas pequeños (menos de 3 kW) donde la eficiencia es crítica.
- Cajas de engranaje: Las cajas de engranaje se usan con las máquinas más grandes donde las transmisiones con correas serán demasiado pesadas e ineficientes. Las cajas de engranaje dan problemas de especificación, alineación, mantenimiento y coste, y esto las excluye de los sistemas micro excepto si se especifican como parte del conjunto generador-turbina.
Controladores de carga electrónicos
Las turbinas
de agua, como ocurre con los motores diesel o gasolina, variarán en velocidad
cuando se aplican o desconectan las cargas. Aunque no es un gran problema con
máquinas que usan energía de eje directo, esta variación de velocidad afectará
seriamente a la salida de voltaje y frecuencia del generador. Esto puede dañar
al generador sobrecargándolo debido a la alta demanda de potencia y
sobre-velocidad bajo condiciones de carga ligeras o sin carga. Tradicionalmente
se han usado reguladores de velocidad hidráulicos o mecánicos complejos o
costosos similares a los de los grandes sistemas hidro para regular el caudal
de agua en la turbina cuando varía la demanda de carga. Pero en los últimos
años se han desarrollado controladores de carga electrónicos (ELCs) que
incrementan la simplicidad y fiabilidad de los sistemas microhidroeléctricos
modernos.
Un ELC es un
dispositivo de estado sólido diseñado para regular la salida de energía de un
sistema micro hidro. Manteniendo una carga constante en la turbina se genera
una frecuencia de voltaje estable. El controlador se compensa por variaciones
en la carga principal variando automáticamente la cantidad de energía disipada
en una carga resistiva, generalmente conocida como balasto, para mantener
constante la carga total en el generador y la turbina. Un ELC constantemente
siente y regula la frecuencia generada. La frecuencia es directamente
proporcional a la velocidad de la turbina.
En los
generadores síncronos no se requiere control de voltaje porque ya tienen un regulador
de voltaje automático integrado. Sin un ELC, la frecuencia variaría cuando
cambia la carga y sin carga sería mucho mayor que la frecuencia nominal. ELCs
reaccionan tan rápido a los cambios de carga que los cambios de velocidad no
son ni siquiera observables a menos que se apliquen cargas muy grandes. El
principal beneficio de ELCs es que no tienen partes móviles, son fiables y
virtualmente libres de mantenimiento. La llegada de los ELCs ha permitido la
introducción de turbinas multi chorro simples y eficientes para los sistemas
micro hidráulicos que no requieren el gobierno de los costosos sistemas
hidráulicos.
ELCs pueden
también utilizarse como sistemas de gestión de carga asignando una carga
secundaria prioriza la predeterminada, tales como calentar agua, calentar
espacios u otras cargas. De esta forma, puede usarse la energía disponible para
otras alternativas en vez de tirar la en un balasto. Esto puede usarse para
conectar cargas por secuencia de prioridad y podemos así controlar las cargas
que sean cuatro o cinco veces superiores a la producción del sistema micro.
Hay varios
tipos de ELC en el mercado que puedan regular sistemas tan pequeños como 1 kW o
100 kW. La elección del controlador depende del tipo de generador que
utilicemos. ELCs son convenientes para generadores síncronos. Si tenemos un
generador de inducción, necesitaríamos un controlador de generador de inducción
(induction generator controller o
IGC). El trabajo con IGCs sigue un
principio similar al usado por ELCs, pero un IGC controla el voltaje generado y
desvía la energía sobrante a la carga.
Otros tipos
de controladores se están introduciendo en el mercado basándose en principios
similares. Por ejemplo, los controladores de carga inteligente distribuida (distributed intelligent load controllers
DILCs), que distribuyen la corriente a varias cargas o al sistema de
distribución. DILCs se conectan directamente a los aparatos para aplicaciones
de refrigeración, calentamiento de espacio o calentamiento de agua en una
secuencia priorizada. Detectan la frecuencia y el voltaje del sistema de
generación y conmutan las cargas en consecuencia, sin riesgo de sobrecargar el
sistema de generación. DILCS pueden usarse con otros controladores tales como
ELC e IGC como parte de una solución de gestión de cargas o pueden usarse para
desplazar completamente los controladores.
Debemos
tener cuidado porque estos controladores pueden causar algún tipo de
interferencia en la frecuencia de radio. Estos controladores se suministran
usualmente con carcasas resistentes al agua que pueden contener medidores
eléctricos, dispositivos de protección de seguridad e interruptores.
Bibliografía: Micro-Hydropower systems. A Buyer´s
Guide. Natural Resources Canada
Palabras
clave:
pump-as-turbine, electronic load controller (ELC)
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