Fundamentos de los Generadores Eléctricos: Dinamos y Alternadores

Introducción a los Generadores Eléctricos

La energía eléctrica es fundamental en nuestras vidas por su capacidad de transformación en otras formas de energía: mecánica, térmica, lumínica, etc. Para producir esta forma de energía, utilizamos los generadores eléctricos.

Un generador eléctrico es cualquier dispositivo que transforma una determinada forma de energía (mecánica, química, solar, etc.) en energía eléctrica.

Tipos de Corriente Eléctrica Generada

Según el tipo de corriente eléctrica que produce, un generador puede ser:

• Dinamo: Si el generador produce una corriente eléctrica continua (CC), es decir, la corriente eléctrica siempre mantiene el mismo sentido.
• Alternador: Si la corriente generada es alterna (CA), lo que significa que el sentido de la corriente eléctrica varía periódicamente en el tiempo.

El Alternador: Principios de Funcionamiento

El alternador consiste en una espira plana que se hace girar mecánicamente a una velocidad angular (ω) constante dentro de un campo magnético uniforme (B), el cual es creado por imanes permanentes.

Los extremos de la espira están conectados a dos anillos colectores (A) que giran solidariamente con ella. Un circuito externo puede acoplarse a estos anillos mediante dos escobillas. A medida que la espira gira en el campo magnético, el flujo magnético (Φ) que la atraviesa varía. Esta variación induce una fuerza electromotriz (fem) en la espira, lo que a su vez provoca la circulación de una corriente eléctrica en el circuito exterior.

Cálculo del Flujo Magnético y la Fuerza Electromotriz

Si la espira tiene un área (S), el flujo magnético (Φ) que la atraviesa en cada instante de tiempo se expresa mediante la siguiente relación:

Φ = B S cos θ

Donde θ es el ángulo que forma el vector superficie (S) con el campo magnético (B).

Dado que la espira gira con una velocidad angular constante (ω), el ángulo θ puede escribirse como θ = ωt. Por lo tanto, el flujo magnético que atraviesa la espira en cada instante de tiempo es:

Φ = B S cos(ωt)

Según la Ley de Faraday de la Inducción Electromagnética, la fuerza electromotriz inducida (fem) se calcula como:

Donde ε₀ = BSω representa la fuerza electromotriz inducida máxima.

La fuerza electromotriz inducida (fem) varía con el tiempo de forma sinusoidal. Es decir, es periódica y cambia alternativamente de polaridad. La frecuencia (f) de la fuerza electromotriz coincide con la del movimiento de la espira y se determina mediante:

Es importante destacar que, en los alternadores de uso común, en lugar de una única espira, se utiliza una bobina de N espiras. Esto se hace para aumentar en un factor N tanto el flujo magnético como la fuerza electromotriz inducida, mejorando así la eficiencia del generador.