Generadores de corriente eléctrica




El mundo actual no se puede imaginar sin las aplicaciones desarrolladas a partir de los fenómenos de la inducción electromagnética. Utilizando estas ideas Nikola Tesla (1856-1943) sentó las bases de los sistemas modernos de potencia eléctrica y corriente alterna. Tesla es el responsable del sistema que hoy utilizamos para distribuir y consumir la electricidad


    Los trabajos de Faraday fueron el inicio de una revolución en las aplicaciones de la electricidad. Gracias al fenómeno de inducción pueden construirse generadores que convierten la energía mecánica en energía eléctrica de una forma eficiente.
Consideraremos aquí los dos tipos básicos, el alternador para la producción de corriente alterna y el dinamo para corriente continua.

La base de ambos generadores es una bobina giratoria en un campo magnético homogéneo.


Cuando la espira gira de forma periódica, el flujo varía de forma periódica.


Si hacemos que la espira (de área A) de la figura gire con velocidad angular constante \(\omega\), el flujo magnético que la atraviesa, disminuye y aumenta de forma periódica.

 \(\phi=BAcos(\omega t)\).

A parir de la ley de Faraday sabemos que éste flujo variable una induce fem  que también varía periódicamente:

 \(\epsilon=BA\omega sen(\omega t\))
 
Esta fem. periodica produce a su vez una corriente que cambia de polaridad periodicamente, por lo que se le denomina corriente alterna. Al  dispositivo que la produce se le llama alternador.

Si en vez de poner a girar una espira, se  haece girar una bobina, la f.e.m. inducida es:

 \(\epsilon=nBA\omega sen(\omega t\))

Como dato interesante, en México la frecuencia de la red eléctrica en las casas es de 60Hz.


Los dispositivos que generan corriente continua, dinamos, tienen el mismo principio. Realmente la corriente inducida no es constante,  sino que circula por la bobina en el mismo sentido. La fem inducida tiene la forma siguiente:


Para obtener este efecto, se modifica el alternador sustituyendo  los anillos colectores del alternador por un aro partido en dos mitades que conmutan automaticamente (conmutador). De esta forma la polaridad del generador cambia cada media vuelta y la corriente circula en el mismo sentido.

Animación

Simulación de un generador de corriente elemental, mostrando simplificadamente sus partes más importantes para mayor claridad.

El botón selector de la esquina superior derecha permite seleccionar un generador AC (sin conmutador) o un generador DC (con conmutador). El control deslizante permite variar la velocidad de rotación. 

Dos flechas en negro marcan el sentido instantáneo del movimiento. Las líneas de campo magnético aparecen en azul, dirigiéndose desde el polo norte (pintado en rojo) hacia el polo sur (pintado en verde). Las flechas en rojo representan el sentido convencional de la corriente inducida.

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8.4 rot/min
Corriente
Campo Magnético
Fuerza de Lorentz
©  W. Fendt 1997
©  J. Muñoz 1999

Applet tomado de http://www.walter-fendt.de/ph14s/generator_s.htm (educativo)