¿CÓMO FUNCIONA UN GENERADOR ELECTRICO?

 

Los generadores electricos son aparatos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica. La energía mecánica, a su vez, se produce a partir de la energía química o nuclear con varios tipos de combustible, o se obtiene a partir de fuentes renovables como el viento o los saltos de agua. Las turbinas de vapor, los motores de combustión interna, las turbinas de combustión de gas, los motores eléctricos, las turbinas de agua y de viento son los métodos comunes que proporcionan energía mecánica para este tipo de dispositivos. Hay generadores electricos de todo tipo de tamaños, desde muy pequeños de unos pocos vatios de potencia de salida hasta centrales eléctricas de gran potencia que proporcionan gigavatios de potencia.

Esta imagen de un generador electrico pone de manifiesto un ejemplo de cómo produce energía un generador electrico. Las dos flechas negras indican la dirección de rotación de la bobina. Las líneas azules representan el campo magnético orientado del polo norte al polo sur. Las flechas rojas indican la dirección instantánea de la corriente CA (corriente alterna) inducida.

 

 

Funcionamiento de los generadores electricos

El funcionamiento de los generadores electricos se basa en el fenómeno de inducción electromagnética: cuando un conductor hace un movimiento relativo hacia el campo magnético, se induce el voltaje en el conductor. Particularmente, si una bobina está girando en un campo magnético, significa que las dos caras de la turbina se mueven en direcciones opuestas y se añaden los voltajes inducidos a cada lado. Numéricamente, el valor instantáneo del voltaje final (denominado fuerza electromotriz –emf–) es igual al resto del índice de cambio del flujo magnético Φ veces el nombre de vueltas de la bobina: V=−N•∆Φ/Δt. Esta relación se ha encontrado experimentalmente y hace referencia a la Ley de Faraday. El símbolo "menos" es por la ley de Lenz, que indica que la dirección de emf es tal que el campo magnético de la corriente inducida se opone al cambio en el flujo que produce esta emf. La ley de Lenz está relacionada con la conservación de energía.

Como la frecuencia de flujo magnético cambia a través de la bobina que gira en una frecuencia constante que varia de forma sinusoidal con la rotación, el voltaje generado a las terminales de la bobina también es sinusoidal (CA). Si un circuito externo se conecta a las terminales de bobina, este voltaje creará corriente a través de este circuito, que será energía que se transferirá a la carga. Por lo tanto, la energía mecánica que hace rotar la bobina se convierte en energía eléctrica.

La corriente de la carga, a su vez, crea un campo magnético que se opone al cambio del flujo de la bobina, por lo tanto, la bobina se opone al movimiento. Como más alta sea la corriente, más grande debe de ser la fuerza que se tiene que aplicar a la armadura para evitar que se ralentice. En la imagen, una biela manual hace rotar la bobina. A la práctica, la energía mecánica es producida por turbinas o motores que se denominan fuentes energéticas. En un generador electrico de CA pequeño, una fuente energética normalmente es un motor de combustión interna rotatorio.

Entre los aparatos comercialmente disponibles, un alternador está integrado con un motor en un aparato simple. El dispositivo resultante se denomina generador electrico. Un generador electrico es la fuente de energía de reserva más común en caso de emergencia y probablemente la más económica para uso doméstico.

Los generadores electricos más económicos se venden por unos 70 € por kilovatio. La producción de voltaje depende solamente del movimiento relativo entre la bobina y el campo magnético. La emf es inducida por la misma ley de la física si el campo magnético traviesa una bobina fija, o la bobina pasa a través de un campo magnético fijo. Los generadores electricos de CA actuales normalmente no tienen escobillas. Tienen un campo giratorio y una armadura fija que produce energía.

Esta armadura incluye un grupo de bobinas que forman un cilindro. Además, a la práctica, el campo magnético normalmente es inducido por un electroimán en vez de un imán permanente. El electroimán está formado por las denominadas bobinas de campo fijadas encima de un núcleo de hierro. El flujo de corriente de las bobinas de campo produce el campo magnético.

Esta corriente se puede obtener a partir de la fuente externa o de la propia armadura del sistema. Se alcanza la regulación detectando el voltaje de salida, que lo convierte en CC

(corriente continua) y que compara su nivel con un voltaje de referencia. Un error se utiliza para controlar el campo por tal de mantener una salida constante. Las fuentes de CA modernas con bobinas de campo son autoexcitadas: la corriente por las bobinas de campo es accionado por un bobinado excitador adicional de la armadura.

¿Cómo funciona la autoexcitación?

El voltaje de salida del excitador lo rectifica un puente de diodos y normalmente se incluye en el regulador de voltaje. Cuando se genera la corriente CA de salida, una porción de ella fluye en la bobina de campo para generar el campo magnético. El campo magnético inicial, de antes de encender el generador electrico lo produce el magnetismo residual en núcleos de electroimanes o lo crea una corriente eléctrica que se transfiere durante el acoplamiento del motor desde una batería.

Los campos magnéticos de cualquier fuente o la no utilización del generador electricos durante un largo periodo de tiempo pueden perder o debilitar el magnetismo residual del núcleo excitador. Algunos modelos de generadores electricos proporcionan excitación inicial del campo automática. Por el contrario, si el núcleo electromagnético perdiera su magnetismo residual, el rotor giraría, pero no se produciría voltaje de salida de CA.

En este caso, para encender el aparato sería necesario hacer lo denominado excitación inicial del campo del generador electrico. El procedimiento típico de excitación inicial del campo consiste en parar el motor, desconectar los cables eléctricos del campo excitador desde el regulador de voltaje (vigilar la polaridad de los cables eléctricos) y apagar el interruptor. Después se tendría que aplicar voltaje desde una batería externa o desde otra fuente de CC en series de 10-20 Ohm 25 W de resistencia restrictiva o una bombilla hacia la bobina del campo controlando la polaridad.

Una vez hecho esto, se debería permitir que el campo se excite durante unos 10 segundos, después eliminar la fuente de voltaje externa, y finalmente volver a conectar la bobina

excitadora. Para los modelos particulares es mejor consultar el propio manual de funcionamiento, ya que incluye recomendaciones.

Generador eléctricoDe Wikipedia, la enciclopedia libre

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Generador eléctrico de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina.

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generador más antiguo que se mantiene en servicio (año 1984) en EEUU.

Índice

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1 Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas o 1.1 Generadores primarios

2 Generadores ideales 3 Fuerza electromotriz de un generador 4 Véase también 5 Referencias

Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas[editar]

No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:

Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.

Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.

Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento.

Generadores primarios[editar]

Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía química y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada.

Energía de partidaProceso físico que convierte dicha energía en energía

eléctrica

Energía magneto-mecánica

Son los más frecuentes y fueron tratados como generadores eléctricos genéricos.

Corriente continua : Dinamo Corriente alterna : Alternador

Energía química (sin intervención de campos magnéticos)

Celdas electroquímicas y sus derivados: pilas eléctricas, baterías, pilas de combustible.

Ver sus diferencias en generadores electroquímicos.Radiación electromagnética Fotoelectricidad, como en el panel fotovoltaico

Energía mecánica (sin intervención de campos magnéticos)

Triboelectricidad o Cuerpos frotadoso Máquinas electrostáticas, como el generador

de Van de Graaff Piezoelectricidad

Energía térmica (sin intervención de campos magnéticos)

Termoelectricidad (efecto Seebeck)

Energía nuclear (sin intervención de campos magnéticos)

Generador termoeléctrico de radioisótopos

Generador termoeléctrico de radioisótopos de la sonda espacial Cassini.

En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energía térmica, posteriormente en energía mecánica de un gas a gran presión que hace girar una turbina a gran velocidad, para finalmente, por inducción electromagnética obtener una corriente alterna en un alternador, el generador eléctrico más importante desde un punto de vista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos actuales.

Generadores ideales[editar]

Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:[1]

* Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos.

Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc

* Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.

En la (Figura 1) se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectado a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación:

E = I×Rc

Figura 2: E = I×(Rc+Ri)

El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal.

En la (Figura 2) se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en:

E = I×(Rc+Ri)

Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.[1]

Fuerza electromotriz de un generador[editar]

Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.

La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc.

La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.

Véase también[editar]

Dinamo (generador eléctrico) Alternador

Ley de Ohm

Dinamo (generador eléctrico)De Wikipedia, la enciclopedia libre

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Una dinamo o dínamo[1] es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo magnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción electromagnética, generando una corriente continua.

Índice

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1 Historia o 1.1 La dinamo de Gramme o 1.2 La dinamo en el automóvil

2 Usos comunes de la dinamo 3 Véase también 4 Referencias 5 Bibliografía 6 Enlaces externos

Historia[editar]

Disco de Faraday.

Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor mecánico moviéndose en un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador

homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua.

Dínamo de Pixii.

El dínamo fue el primer generador eléctrico apto para un uso industrial, pues fue el primero basado en los principios de Michael Faraday. Construido en 1832 por el fabricante francés de herramientas Hippolyte Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela. Este imán estaba colocado de forma que sus polos norte y sur pasaban al girar junto a un núcleo de hierro con un cable eléctrico enrollado (como un núcleo y una bobina). Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso de corriente en el cable cada vez que uno de los polos pasaba junto a la bobina; cada polo inducía una corriente en sentido contrario, esto es, una corriente alterna. Añadiendo al esquema un conmutador eléctrico situado en el mismo eje de giro del imán, Pixii convirtió la corriente alterna en corriente continua.

Dinamo de Pacinotti, 1860.

En 1831 aparece el primer generador Británico, inventado por Michael Faraday. En 1836 Hippolyte Pixii, un francés que se dedicaba a la fabricación de instrumentos, tomando como la base los principios de Faraday, construyó el primer dinamo, llamada Pixii's dynamo. Para ello se utilizó un imán permanente que se giraba mediante una manivela. El imán se colocó de forma que sus polos norte y sur quedaran unidos por un pedazo de hierro envuelto con un alambre. Entonces Pixii se dio cuenta que el imán producía un impulso de corriente eléctrica en el cable cada vez que transcurría un polo de la bobina. Para convertir la corriente alterna a una corriente directa ideó un colector que era una división de metal en el eje del cilindro, con dos contactos de metal.

En 1860 Antonio Pacinotti, un científico italiano, ideó otra solución al problema de la corriente alterna.

En 1871 Zénobe diseña la primera central comercial de plantas de energía, que operaba en París en la década de 1870. Una de sus ventajas fue la de idear un mejor camino para el flujo magnético, rellenando el espacio ocupado por el campo magnético con fuertes núcleos de hierro y reducir al mínimo las diferencias entre el aire inmóvil y las piezas giratorias. El resultado fue la primera dinamo como máquina para generar cantidades comerciales de energía para la industria.

La dinamo de Gramme[editar]

Dínamo pequeño Gramme, ca. 1878.

Los diseños de Faraday y Pixii sufrían del mismo problema: inducían picos repentinos de corriente sólo cuando los polos N o S del imán pasaban cerca de la bobina; la mayor parte del tiempo no generaban nada.

Antonio Pacinotti, un científico italiano, resolvió esto reemplazando la bobina giratoria por una de forma toroidal, enroscada en un trozo de hierro con forma de anillo. Así, siempre estaba una parte de la bobina influida magnéticamente por los imanes, suavizando la corriente.

Posteriormente Zénobe Gramme reinventó el diseño al proyectar los primeros generadores comerciales a gran escala, que operaban en París en torno a 1870. Su diseño se conoce como la dinamo de Gramme.

A partir de entonces se han realizado nuevas versiones con mejoras, pero el concepto básico de bucle giratorio sin fin permanece en todas las dinamos modernas.

La dinamo en el automóvil[editar]

Uno de los usos más comunes que se le dio a la dinamo fue el de generador de energía eléctrica para el automóvil. A medida que, desde principios del siglo XX, los automóviles se iban haciendo más complejos, se demostró que los sistemas de generación de energía eléctrica con los que se contaba(principalmente magnetos) no eran lo suficientemente potentes para las necesidades del vehículo. Aunque se trataba de un elemento que proporcionaba la energía necesaria con relativamente poco peso, presentaba ciertos problemas. El más importante era que la velocidad de rotación que se le suministraba nunca era constante, ya que las revoluciones del motor están continuamente variando, siendo requisito el que tenía que ser capaz de suministrar la misma corriente en ralentí, movimiento lento, aun cuando el motor estuviera a pleno rendimiento. Esto se solucionó con los reguladores que, aunque son sencillos en su diseño, requieren de un reglaje muy delicado. Estos dispositivos debían ser capaces de regular el voltaje y la intensidad. Además debería evitar que la dinamo funcionara como un motor eléctrico cuando el vehículo estuviera al ralentí, que es cuando prácticamente no produce energía, para que el flujo de corriente no se invirtiera.

Dado que las dinamos tienen un diseño muy parecido al de los motores eléctricos, en el automóvil llegaban a funcionar como tales cuando se invertía el flujo de corriente al ser mayor el potencial que suministraba la batería que el potencial que suministraba la dinamo.

Desde los años 70 han sido sustituidos progresivamente por el alternador , no quedando ningún vehículo en producción con este sistema actualmente. La corriente generada es producida cuando el campo magnético creado por un imán o un electroimán fijo, inductor, atraviesa una bobina, inducido, colocada en su centro. La corriente inducida en esta bobina giratoria, en principio alterna, es transformada en continua mediante la acción de un conmutador giratorio, solidario con el inducido, denominado colector, constituido por unos electrodos denominados delgas. De aquí es conducida al exterior mediante otros contactos fijos llamados escobillas que conectan por frotamiento con las delgas del colector.

Usos comunes de la dinamo[editar]

Dinamo de botella convencional.

Uno de los principales usos de la dinamo es la utilización de la energía hidroeléctrica, de esta forma el agua hace rotar las turbinas conectadas al eje de la dinamo, produciendo electricidad y aprovechando esta fuente de energía inagotable.

Han sido ampliamente utilizadas por los ciclistas durante años. Gracias a la dinamo, que genera energía eléctrica, los ciclistas han podido circular por las noches por la carretera con una mínima iluminación. En realidad, las denominadas dinamos de bicicleta, son alternadores; ya que consisten en un imán, solidario al eje de giro, y una bobina estática, sin delgas, ni escobillas, que rectifiquen la corriente. La corriente así producida es alterna y no continua, a pesar de ello, tradicionalmente, se les ha llamado dinamos.

En las dinamos tradicionales, o de botella, el extremo del eje de la dinamo porta un cabezal que se apoya a voluntad en el neumático de una de las ruedas, de modo que al girar la rueda gira a su vez la dinamo. El sistema es bastante rudimentario y produce un apreciable rozamiento que obliga a pedalear con fuerza. Debido a esto este tipo de dinamos ha ido siendo sustituido por otros modelos sin fricción, como la dinamo de buje o la de oreja.[2] Además, la aparición de nuevos métodos de iluminación con lámparas de leds y de mejores baterías, con gran potencia y autonomía, ha reducido el uso de las dinamos en general..

Véase también[editar]

Alternador Alternador del motor Generador eléctrico Máquina eléctrica Electricidad

Referencias[editar]