Generadores electricos
- 1. Generador eléctrico Generador 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 estator). 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. Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas 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.
- 2. 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 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 sucombustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para, porinducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada. Energía de partida Proceso 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 Cuerpos frotados Máquinas electrostáticas, como el generador de Van de Graaff
- 3. 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 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.
- 4. 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 cargaRc 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)
- 5. 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 Tiendas de China continental que venden pequeños generadores 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.