Cómo se genera la electricidad
Casi toda la electricidad sale de un generador: un electroimán que gira dentro de barras de cobre. La figura es el generador de 340 MVA de la Central Termoeléctrica Valle de México, de la Comisión Federal de Electricidad (CFE): cómo nace su voltaje, cómo se conecta a la red, cuánto puede dar y cómo se enfría.
Definiciones
- Generador síncrono
- Máquina que convierte el giro de una turbina en electricidad, girando al mismo ritmo que la red: con dos polos, 3,600 vueltas por minuto para 60 Hz.
- Rotor y estator
- El rotor es la parte que gira y lleva el campo magnético; el estator es la parte quieta, con las barras de cobre donde aparece el voltaje.
- Excitación
- La corriente directa que alimenta el devanado de campo del rotor. Con ella se controlan el voltaje y la potencia reactiva.
- Sincronizar
- Igualar el voltaje, la frecuencia y el ángulo del generador con los de la red antes de cerrar su interruptor.
- Potencia reactiva
- La que va y viene entre el generador y la red para sostener el voltaje; se mide en MVAr. La activa, la que hace trabajo, en MW.
En palabras simples
- La figura usa los datos de placa del generador de la Central Termoeléctrica Valle de México que da una tesis de la UNAM: Tecnomasio Italiano, 340,160 kVA, 20,000 V, 9,650 A y 3,600 vueltas por minuto, enfriado con hidrógeno y agua.
- Una turbina de vapor hace girar el eje. En el rotor, un devanado de cobre con corriente directa forma un electroimán de dos polos; al girar, su campo barre las barras del estator y en ellas aparece un voltaje alterno.
- La frecuencia sale solo de la velocidad: vueltas por minuto = 120 × frecuencia ÷ polos. Con dos polos, 3,600 vueltas dan 60 Hz; una hidroeléctrica de 56 polos gira a unas 128.6 vueltas por minuto.
- El voltaje sale de la velocidad y de la corriente de campo. Si sube más que la frecuencia, el núcleo se sobreexcita: la norma CFE G0100-07 da alarma a 105 % de la relación voltaje entre frecuencia y dispara a 106 % en 100 s, a 108 % en 30 s y a 116 % en medio segundo. En el modelo, sin carga y con los 3,519 A del máximo, llegaría a 208 %.
- Antes de conectarlo hay que sincronizarlo. Según esa norma, el verificador no deja cerrar el interruptor si el voltaje difiere más de 4 %, la frecuencia más de 0.06 Hz o el ángulo más de 7°, y la aguja del sincronoscopio debe girar hacia «rápido» para no tomar energía de la red. En el modelo, cerrar a 120° daría unas seis veces la corriente nominal.
- Ya conectado, la turbina decide los megawatts y el campo decide la potencia reactiva: con más campo la da a la red; con menos, la absorbe. Con más potencia el rotor se adelanta, y si el campo no alcanza, pierde el paso.
- Su curva de capabilidad dice cuánto puede dar: arriba la limitan el calor del estator y del campo; abajo, la estabilidad. El Código de Red pide que una central síncrona sostenga un factor de potencia de 0.95 en atraso y en adelanto, y las grandes, un tercio de su potencia máxima.
- En el modelo, de cada 100 MW que da la turbina salen a la red 98.95 si se enfría con hidrógeno, y 98.2 con aire. El hidrógeno pesa 14 veces menos que el aire, guarda unas 14 veces más calor y lo conduce 7 veces mejor; pero mezclado con aire, del 5 al 75 %, explota.
Otros temas
- ¿Qué es la electricidad?
- Voltaje, corriente y potencia
- Corriente directa y corriente alterna
- Motor eléctrico
- Transformador
- Inversor: de corriente directa a alterna
- Red Nacional de Transmisión
- Subestación eléctrica
- Red de distribución
- Cómo se equilibra la red
- Central fotovoltaica
- Central de ciclo combinado
- Cogeneración
- Centrales térmicas
- Central eólica
- Central hidroeléctrica
- Central geotérmica
- Central nuclear
- Planta de hidrógeno
- Almacenamiento de energía (SAEE)
- CENACE y el despacho eléctrico
- Tarifas y recibo de luz
- Planeación vinculante, regla 54/46 y Desarrollo Mixto
- ¿Qué son los hidrocarburos?
- Gasoducto
- Terminal de almacenamiento (TAR)
- Refinería de petróleo
- Soberanía, PLADESHi y Asignaciones (Desarrollo Propio vs. Mixto)
- Precios, expendio y mercado de combustibles