Come funzionano i generatori

Quali sono le parti di un generatore elettrico?

Ci sono nove parti in un generatore e tutte hanno un ruolo nel portare l’energia dove è più necessaria. Le parti di un generatore sono:

1. Motore. Il motore fornisce energia al generatore. La potenza del motore determina quanta elettricità un generatore può fornire.

1. Alternatore. Questo è il luogo in cui avviene la conversione dall’energia meccanica all’energia elettrica. Chiamato anche “genhead”, l’alternatore contiene sia parti mobili che fisse che lavorano insieme per creare il campo elettromagnetico e il movimento di elettroni che genera elettricità.

1. Sistema di alimentazione. Il sistema di alimentazione rende possibile al generatore di produrre l’energia necessaria. Il sistema comprende un serbatoio del carburante, una pompa del carburante, un tubo che collega il serbatoio al motore e un tubo di ritorno. Un filtro del carburante rimuove i detriti prima che arrivino al motore e un iniettore spinge il carburante nella camera di combustione.

1. Regolatore di tensione. Questo componente aiuta a controllare la tensione dell’elettricità prodotta. Aiuta anche a convertire l’elettricità da AC a DC, se necessario.

1. Sistemi di raffreddamento e di scarico. I generatori creano molto calore. Il sistema di raffreddamento assicura che la macchina non si surriscaldi. Il sistema di scarico dirige e rimuove i fumi che si formano durante il funzionamento.

1. Sistema di lubrificazione. Ci sono molte piccole parti mobili all’interno di un generatore. E’ essenziale lubrificarle adeguatamente con olio motore per assicurare un funzionamento regolare e proteggerle dall’usura eccessiva. I livelli di lubrificante dovrebbero essere controllati regolarmente, anche ogni 8 ore di funzionamento.

1. Caricabatterie. Le batterie sono usate per avviare il generatore. Il caricabatterie è un componente completamente automatico che assicura che la batteria sia pronta a partire quando necessario, fornendole un basso livello costante di tensione.

1. Pannello di controllo. Il pannello di controllo controlla ogni aspetto del funzionamento del generatore, dall’avvio alla velocità di funzionamento e alle uscite. Le unità moderne sono anche in grado di rilevare quando la potenza si abbassa o si spegne e possono avviare o spegnere il generatore automaticamente.

1. Assemblaggio principale / Telaio. Questo è il corpo del generatore. E’ la parte che vediamo; la struttura che tiene tutto al suo posto.

Che tipo di carburante serve ai generatori elettrici?

I generatori elettrici di oggi sono disponibili in diverse opzioni di alimentazione. I generatori diesel sono i generatori industriali più popolari sul mercato. I generatori residenziali includono più comunemente: generatori a gas naturale o a propano, mentre i generatori portatili più piccoli funzionano tipicamente a benzina, gasolio o propano. Alcuni generatori sono bi-carburante – funzionano sia a benzina che a diesel.

Serbatoi di carburante per generatori

Il sistema di carburante assicura che il generatore abbia le materie prime necessarie per fornire elettricità, avviando il processo di combustione interna. Senza combustibile, la combustione non può avvenire e il generatore non può convertire l’energia meccanica creata in energia elettrica. Il combustibile del generatore deve essere immagazzinato in loco in modo che il generatore possa essere messo in funzione immediatamente quando è necessario.

A seconda del tipo di generatore e della sua applicazione, i serbatoi di carburante possono essere montati sul telaio del generatore o possono essere serbatoi esterni situati lontano dal generatore stesso. In generale, più grande è il generatore e più a lungo deve funzionare, più grande è il serbatoio del carburante. Il carburante del generatore è immagazzinato in serbatoi di varie capacità, a seconda dell’uso previsto del generatore e della quantità di potenza richiesta. I serbatoi possono essere situati fuori terra, sotto terra o sotto base. I serbatoi sub-base sono destinati a immagazzinare meno di 1.000 galloni di carburante e sono situati fuori terra, ma sotto la base del gruppo elettrogeno.

I serbatoi di stoccaggio del carburante per generatori sopra e sotto terra sono una scelta migliore per esigenze di alta capacità. I serbatoi di stoccaggio sotterranei sono più costosi da installare, ma tendono a durare più a lungo perché sono protetti dagli elementi. Ci sono pro e contro per entrambi i tipi di serbatoi di stoccaggio del carburante, ma non sarete soli nel prendere una decisione. I serbatoi di carburante per generatori e i sistemi di carburante per generatori devono soddisfare diversi requisiti di codice e approvazioni prima di poter essere installati, sia che l’installazione sia per uso residenziale o commerciale.

Il codice principale che regola i serbatoi di carburante per generatori negli Stati Uniti è il National Fire Protection Association Codes and Standards (NFPA), in particolare le sezioni NFPA 30 e NFPA 37. Come tale, tutte le richieste per un serbatoio di combustibile per generatore devono essere presentate allo State Fire Marshall per l’approvazione.

Per determinare le vostre esigenze di capacità minima del serbatoio di carburante, dovrete pensare a come intendete usare il generatore. Per brevi o infrequenti interruzioni di corrente, un generatore di riserva con un serbatoio più piccolo può essere accettabile, ma dovrete riempire il serbatoio più frequentemente di quanto dovreste fare con serbatoi più grandi. Serbatoi di stoccaggio più grandi possono essere richiesti se state progettando di alimentare una grande struttura commerciale con un generatore principale o se siete soggetti a lunghe e frequenti interruzioni di corrente.

Il vostro fornitore di generatori può aiutarvi a determinare la dimensione ottimale del serbatoio di carburante per assicurarvi di avere abbastanza carburante a portata di mano quando ne avete bisogno. Un’altra cosa da tenere a mente sia quando si acquista un generatore che quando si seleziona un serbatoio di stoccaggio del carburante per generatori è il costo e la disponibilità dei carburanti per la vostra posizione. E’ una buona idea parlare con i fornitori locali di carburante prima di comprare un generatore per avere un’idea migliore del costo e della logistica per ottenere il carburante per il generatore.

Sistemi di scarico del generatore e controlli delle emissioni

Come macchine che bruciano combustibili fossili e funzionano continuamente, anche se il tempo di funzionamento è irregolare, i generatori devono essere dotati di componenti per raffreddarli e per filtrare le emissioni. I sistemi di raffreddamento e ventilazione dei generatori riducono e rimuovono il calore in vari modi:

• Acqua. L’acqua può essere usata per raffreddare i componenti del generatore. Questo tipo di sistema di raffreddamento è tipicamente limitato a situazioni specifiche o a unità molto grandi da 2.250 kW in su.

• Idrogeno. L’idrogeno è un refrigerante molto efficiente che viene usato per assorbire il calore emesso da un generatore in funzione. Il calore viene trasferito a uno scambiatore di calore e a un circuito di raffreddamento secondario, spesso situato in grandi torri di raffreddamento in loco.

• Radiatori e ventilatori. I generatori più piccoli sono raffreddati attraverso una combinazione di un radiatore standard e un ventilatore.

I fumi emessi dai generatori sono proprio come quelli emessi da altri motori a gas o diesel. Includono sostanze chimiche tossiche, come l’anidride carbonica, che devono essere filtrate e rimosse dalle emissioni. Il sistema di scarico del generatore gestisce questo compito.

I tubi di scarico sono collegati al motore dove dirigono i fumi in alto, fuori e lontano dal generatore e dalla struttura. Il tubo si estende all’esterno dell’edificio che ospita il generatore e dovrebbe terminare lontano da porte, finestre e altre aree di aspirazione dell’aria.

Oltre ai sistemi di scarico, alcuni generatori sono soggetti a controlli federali delle emissioni. Le emissioni del generatore monitorate sono: Ossido di azoto (NOx), idrocarburi, monossido di carbonio (CO) e particolato.

In generale, i generatori di emergenza e i generatori che funzionano per meno di 100 ore all’anno non sono soggetti ai requisiti federali sulle emissioni dei generatori, tuttavia, i generatori principali e i generatori standby installati in modo permanente sono soggetti ai requisiti federali sulle emissioni secondo tre regole EPA:

• National Emission Standard for Hazardous Air Pollutants (NESHAP) – Per motori a combustione interna alternativi (RICE). 40 Code of Federal Regulations Part 63, Subpart ZZZZ. Conosciuto anche come la regola RICE.

• New Source Performance Standards (NSPS) – Standard di prestazione per motori fissi ad accensione comandata. 40 CFR, parte 60, sottoparte JJJJ. Conosciuto anche come regola NSPS per l’accensione della scintilla.

• Standards of Performance for Stationary Compression Ignition Internal Combustion Engines. 40 CFR, Parte 60, sottoparte IIII. Conosciuto anche come la regola NSPS per l’accensione a compressione.

La buona notizia è che molti nuovi gruppi elettrogeni già soddisfano gli standard di emissione del generatore grazie ai miglioramenti di produzione. I gruppi elettrogeni più vecchi possono essere considerati “grandfathered in”, rendendoli esenti dai regolamenti federali e soggetti solo alle norme sulle emissioni statali e locali. I requisiti di controllo delle emissioni variano a seconda del produttore, delle dimensioni del generatore e della data di produzione, quindi il modo migliore per determinare i requisiti delle emissioni è parlare con il rivenditore o il produttore del generatore.

Per uno sguardo più approfondito alle normative sulle emissioni, leggete questo white paper della Cummins, “The Impact of Tier 4 Emission Regulations on the Power Generation Industry”.

Il pannello di controllo del generatore e l’interruttore di trasferimento automatico (ATS)

Uno dei componenti più importanti dei generatori moderni è il pannello di controllo del generatore. Il pannello di controllo è il cervello del generatore ed è anche l’interfaccia utente del generatore; il punto da cui si accede e si controlla il funzionamento del generatore.

Molti pannelli di controllo hanno un Automatic Transfer Switch (ATS), che monitora continuamente la potenza in entrata. Quando il livello di potenza scende o si interrompe del tutto, l’ATS segnala al pannello di controllo di avviare il generatore. Allo stesso modo, quando la potenza in entrata viene ripristinata, l’ATS segnala al pannello di controllo di spegnere il generatore e ricollegarsi alla rete elettrica.

Oltre al monitoraggio 24/7, il pannello di controllo del generatore fornisce una ricchezza di informazioni per i responsabili del sito:

• Gli indicatori del motore forniscono importanti informazioni sui livelli dell’olio e dei fluidi, la tensione della batteria, la velocità del motore e le ore di funzionamento. In molti gruppi elettrogeni, il pannello spegne anche automaticamente il motore quando rileva un problema con i livelli dei fluidi o altri aspetti del funzionamento del generatore.

• I misuratori del generatore forniscono informazioni preziose sulla corrente di uscita, la tensione e la frequenza operativa.

Che tipo di manutenzione richiede un generatore?

I generatori sono motori e richiedono una manutenzione di routine del motore per garantire un funzionamento corretto. Dal momento che molti generatori sono utilizzati per fornire energia di riserva in caso di emergenze, è fondamentale per gli operatori condurre controlli regolari e ispezioni dei loro gruppi elettrogeni per garantire che la macchina funzioni come necessario, quando necessario.

La migliore routine di manutenzione del generatore è quella raccomandata dal produttore, ma, come minimo, tutti i piani di manutenzione del generatore dovrebbero includere regolari e di routine:

• Ispezione e rimozione delle parti usurate.
• Controllo dei livelli dei fluidi, compresi il refrigerante e il carburante.
• Ispezione e pulizia della batteria.
• Conduzione di un test del banco di carico sul generatore e sull’interruttore di trasferimento automatico.
• Controllo del pannello di controllo per assicurare la precisione delle letture e degli indicatori.
• Cambio dei filtri dell’aria e del carburante.
• Ispezione del sistema di raffreddamento.
• Lubrificazione delle parti come necessario.

Assicurarsi di mantenere un registro di manutenzione per la registrazione. Includere tutte le letture, i livelli dei fluidi, ecc. insieme alla data e alla lettura del contaore del generatore. Questi registri possono essere confrontati con i registri futuri e usati per aiutare a rilevare anomalie o cambiamenti nel funzionamento che possono indicare problemi nascosti che potrebbero diventare problemi maggiori se non controllati.

I generatori possono durare per decenni se mantenuti correttamente. Questi semplici, piccoli investimenti saranno sicuramente ripagati nel tempo, risparmiando su costose riparazioni o addirittura sulla sostituzione completa del gruppo elettrogeno. Se la manutenzione del generatore non è qualcosa che potete gestire internamente, molti rivenditori di generatori offrono contratti di manutenzione o possono raccomandare tecnici di manutenzione qualificati per aiutarvi a mantenere il vostro generatore in perfetta forma anno dopo anno dopo anno. Sono tempo e denaro ben spesi se possono mantenere il vostro business attivo e funzionante quando manca la corrente.