Inducción Electromagnética Parte 2: “Generador”

En el artículo anterior, se detalló la teoría necesaria de la Inducción Electromagnética, esa teoría es la que usaremos para un caso práctico. En este artículo será sobre un generador.

Introducción

Vimos que si tenemos un campo magnético y un conductor dentro del mismo, si generamos un movimiento del conductor o del campo comenzara a circular una tensión por el conductor. Un ejemplo de esto son los generadores. De esta manera obtenemos energía mecánica en eléctrica.

También sabemos que funciona el reciproco, si hacemos circular energía eléctrica por el conductor que está dentro de un campo magnético, generamos un movimiento. Un ejemplo de esto son los motores eléctricos, estos convierten energía eléctrica en mecánica, entonces podemos concluir que tanto un generador como un motor eléctrico son exactamente lo mismo, solo se diferencia en el funcionamiento que se le quiera dar.

Existen una gran cantidad de motores eléctricos, en esta ocasión utilizare uno de corriente continua, ya que a estos lo podemos encontrar en una gran cantidad de dispositivos electrónicos tales como Impresoras, Scanners, reproductores varios, etc. Como quiero mostrar la manera más básica pasare por alto el nombre técnico de cada uno de los componentes del motor.

Para profundizar mejor recomiendo una breve lectura a (http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico).

Comenzando… con un motor

Reciclando componentes de una impresora de chorro de tinta, nos podemos encontrar con un motor eléctrico como el siguiente:

Analizando un poco el exterior, podemos ver estampado un código, el cual nos puede ayudar a encontrar las especificaciones técnicas del mismo. Es muy probable que al momento que estés reciclando no encuentras información ya que muchos fabricantes desarrollan los motores específicos para los productos de las empresas, y solo estas tienen la información verdadera. En caso de no encontrar información no nos queda otra que la clásica «Prueba y Error».

Podemos observar los contactos de energía (positiva y negativa):

Como se puede observar estos contactos están adheridos a una tapa, que puede ser removida al mover los calces.

El remover la tapa podemos ver a las pastillas de contacto y el rotor del motor. Atreves de estas pastillas se le suministra la energía al rotor, en este caso el rotor consta de varias bobinas, estas no son más que un cable de cobre enrollado de forma espiral.

Entonces como vimos anteriormente, ya tenemos el conductor y nos falta ahora el campo magnético, el cual es generado por dos imanes ubicados dentro de la carcasa del motor:

Para que se aprecie mejor el funcionamiento, monte la siguiente estructura, donde se pueden ver las piezas al descubierto.

Más de cerca…

Ahí podemos apreciar los componentes necesarios para «ver» en funcionamiento la inducción electromagnética.

A continuación dejo un video donde lo muestro funcionando para que se aprecie el movimiento.

Video: http://youtu.be/U5ZNTUII4y4

Generador

Al comenzar el articulo vimos que un motor y un generador están compuestos de igual manera y solo se diferencian en el modo de uso, estamos ante el modo de uso de generar energía mecánica atravesó de energía eléctrica. A partir de ahora vamos a invertir este modo de uso.

Para esto lo único que tenemos que hacer es aplicar un movimiento en el rotor del motor y ya comenzara a generar energía eléctrica, entonces podemos el principio básico del generador. En la práctica podemos ver que el movimiento del eje se realiza con la fuerza del aire, agua o como el producto del rozamiento de un dinamo con la rueda de la bicicleta. En el siguiente artículo explicare el caso práctico de un generador eólico.

Es muy importante de recordar que el generador nos proporcionara corriente alterna, no voy a entrar en detalle, pero si nosotros tuviéramos un osciloscopio veríamos que la gráfica de la onda va oscilando de la siguiente forma (la más utilizada la onda sinusoidal):

Podemos ver que la dirección oscila en forma periódica con valores positivos y negativos, si quisiéramos transformarla a corriente continua deberíamos implementar un rectificador(http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador) de onda, el cual es el encargado de transformar los periodos negativos en positivos. Un rectificador es muy sencillo de implementar, ya que lo podemos hacer con diodos (en otro artículo explicare cómo funcionan).

A modo de ejemplo así se vería el circuito y su simulación en el software Proteus:

Este rectificador es el llamado rectificador de onda completa. Entonces si vamos a la práctica, así se ve el rectificador montado en un Protoboard, el cual está conectado a los contactos del motor, entonces al mover el eje, este genera corriente alterna que pasa al rectificador y este lo convierte en corriente continua. Ahora si estamos pronto para probar por ejemplo encender un led, activar un relé, etc….

Nuestro entorno será:

Donde se puede ver nuestro generador y que encenderemos, como importante los 12 leds están conectados en paralelo.

En el siguiente video vemos las pruebas realizadas.

Video: http://youtu.be/MZ2n8xFqsDM

Conclusión

En este artículo vimos como a partir de la inducción electromagnética funciona un motor/generador. En la siguiente y última parte veremos en la práctica un ejemplo concreto los generadores eólicos. Ya que la base está en estos dos artículos. Pero los generadores eólicos son un poco más complejos, principalmente la parte de control ya que no es solo girar un rotor.

Inducción Electromagnética Parte 1: “Comenzando”

Después de estar jugando un poco con unos motores reciclados de impresoras y coolers, me decidí a escribir sobre el fenómeno base que da lugar a varios componentes eléctricos, que hoy en día abundan en los dispositivos, la llamada «Inducción Electromagnética».

Un poco de historia.

 

La inducción electromagnética fue descubierta en 1830 por el Físico y Químico Michael Faraday. La idea es muy sencilla, si tenemos un campo magnético (por eje. el generado por dos imánes) y un conductor (por eje. Un alambre de cobre) si ambas están en un punto estacionario (no exista un movimiento) no sucede nada extraño, pero si generamos un movimiento del campo magnético o del conductor se producirá una tensión. El valor de esta tensión es proporcional a la variación del flujo magnético en el tiempo.

Esto lo podemos observar en la siguiente imagen:

 

Al mover la varilla (seria el conductor) dentro del campo magnético se genera una tensión, la cual esta expresada en el voltímetro.

En este punto tenemos un aspecto fundamental, si tenemos un campo magnético, un conductor y aplicamos una fuerza para generar un movimiento, podemos generar una tensión! En estos momentos te podrías preguntar, cual es el principio que usan los generadores eólicos o hidráulicos…

También funciona el reciproco! Si tenemos un campo magnético, un conductor y le aplicamos una tensión al mismo, se producirá un movimiento. En la práctica es más complicado ya que hay muchos factores que determinan este movimiento. Este es el principio de los motores eléctricos.

 

En la vida diaria

 

Hoy en día es muy común estar al alcance un dispositivo cuya principal base es nuestro tema. Por ejemplo las turbinas de una central hidráulica, un dinamo de bicicleta, un taladro, o incluso en un medio de transporte (su alternador)

En la siguiente imagen, se puede ver un modelo a escala de una turbina de una central hidráulica ubicada en el Departamento de Salto, Uruguay,

En la siguiente imagen es de un generador eólico, ubicado en la entrada del departamento de Montevideo, Uruguay.

 

Este fenómeno también se utiliza en un componente llamado Relé, su función no es más que un interruptor. Este interruptor se activa o desactiva gracias a la inducción electromagnética.

Básicamente el relé consta de una bobina y unos contactos, no existe un número fijo ya que varían según el tipo de relé. Pero la idea básica es que dos contactos están separados, igual que un circuito al estar abierto. Si aplicamos una tensión en la bobina la misma generara un campo electromagnético que empujara los contactos para cerrar el circuito y por ende permitir el flujo de electrones por el mismo.

En la siguiente imagen se muestra una imagen real de un relé.

Se puede observar que tiene 3 contactos de los cuales en estado de suspensión es decir cuando no circula corriente dos (2) de ellos se mantienen juntos y cuando se activa la bobina se separa del mismo y se junta con el otro contacto. A esto se le llaman contactos normalmente cerrados y contacto normalmente abierto.

Conclusión

 

Este fue una simple idea de «que es» y «cómo funciona» la inducción electromagnética. Con estos conocimientos básicos son los necesarios para empezar entender cómo funciona un motor, generador, relé, etc. En los siguientes artículos ya serán orientados a un entorno práctico. Y comenzare explicando cómo hacer mini-generador.

Fuentes:

1. Ley de Faraday: http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faraday
2. Inducción Electromagnética: http://es.wikipedia.org/wiki/Inducci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica