Descubre qué es y cómo funciona un generador de corriente alterna
En nuestra publicación previa, mencionamos acerca del procedimiento de un generador eléctrico. En esta ocasión, profundizaremos un poco más y nos enfocaremos en el procedimiento del generador eléctrico de corriente alterna.
Introducción a los fundamentos esenciales de la corriente alterna AC
Diferencias entre Corriente Alterna y Corriente Continua
La Corriente Alterna (CA) es un tipo de corriente eléctrica con un flujo de electrones que varía periódicamente en su dirección, a diferencia de la Corriente Continua (CC), que fluye en una sola dirección constante. Mientras que la CC se comporta en una línea recta, la CA tiene un patrón de oscilación sinusoidal. La propulsión de la CA permite que la electricidad se transmita a largas distancias sin una pérdida significativa.
Ventajas de la Corriente Alterna en comparación con la Corriente Continua
Aunque ambas corrientes tienen sus aplicaciones específicas, la CA presenta algunas ventajas clave sobre la CC. La forma de onda sinusoidal de la CA permite que la energía se transmita a largas distancias sin una pérdida significativa, mientras que la CC pierde energía con la distancia. Además, la CA es más fácil de transformar en diferentes voltajes mediante el uso de transformadores, lo que la hace más adecuada para su uso en redes de distribución de energía.
Funcionamiento de los alternadores
El funcionamiento del campo magnético rotatorio
Los alternadores son dispositivos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica, mediante la rotación de un imán llamado rotor en medio de bobinas de alambre conocidas como estator. Este movimiento crea un campo magnético que a su vez induce una corriente eléctrica en las bobinas del estator.
El fenómeno de la inducción electromagnética
La corriente eléctrica se produce gracias a la inducción electromagnética, que consiste en que al cambiar el campo magnético alrededor de un conductor, se genera una corriente eléctrica en dicho conductor.
La generación de corriente alterna
Al girar el imán del alternador, se produce un cambio en la dirección del campo magnético, lo que a su vez provoca un cambio periódico en la dirección de la corriente eléctrica inducida. Este proceso, a su vez, da lugar a la producción de corriente alterna.
Parámetros fundamentales de un generador de corriente alterna ciclos rapidez y magnitud de salida
Al girar mecánicamente el eje del generador, la señal de salida aumenta su frecuencia y tensión de manera proporcional a la velocidad del eje. La relación entre la velocidad y la frecuencia está dada por la fórmula: , donde:
Solo midiendo la frecuencia de la señal generada, se puede determinar su velocidad. La frecuencia se calcula utilizando la fórmula: , donde:
La amplitud de la señal generada por un generador de CA se calcula mediante la fórmula: , donde:
Ns = velocidad del eje en revoluciones por minuto (rpm)
f = frecuencia en hertz (Hz)
p = número de pares de polos del generador
K = constante de proporcionalidad del generador
Por lo tanto, al aumentar la velocidad del eje del generador, aumentará la frecuencia y la tensión de la señal de salida, y viceversa. Esto permite controlar la salida del generador a través de la velocidad de su eje, lo que resulta muy útil en diversas aplicaciones. Además, utilizando las fórmulas mencionadas, es posible obtener información sobre la velocidad y la amplitud de la señal generada sin necesidad de mediciones adicionales.
Principios de inducción electromagnética Ley de Faraday y Ley de Lenz
Imaginemos que una espira gira a una velocidad angular constante w. Después de un tiempo t, el ángulo que forma el campo magnético con la perpendicular al plano de la espira es w t. El flujo del campo magnético B a través de una espira de área S es F.
La fuerza electromotriz Ve varía de forma sinusoidal en el tiempo, como se puede observar en la figura. Al alcanzar los valores máximos en valor absoluto cuando w t = π/2 o 3π/2, el flujo F es mínimo (el campo magnético se encuentra en el plano de la espira). Por otro lado, cuando w t = 0 o π, la fuerza electromotriz es nula ya que el flujo es máximo (el campo magnético es perpendicular al plano de la espira).
Utilizando la ley de Lenz, se puede determinar el sentido de la corriente inducida. El movimiento de los portadores de carga positivos, representados por puntos rojos, determina el sentido de la corriente.
Esfuerzo en los transportadores de peso
Si queremos determinar el sentido de la corriente inducida en una espira, podemos hacerlo observando la fuerza sobre un portador de carga positivo imaginario situado en la parte a de la espira. Este portador de carga, bajo la influencia de un campo magnético B y en movimiento con una velocidad v, experimenta una fuerza fm, que se puede calcular por el producto vectorial entre el campo y la velocidad.
En la siguiente gráfica, se puede ver el vector velocidad (con un módulo v=w·b/2) y el vector campo B en la posición de un portador de carga positivo imaginario, representado por un punto de color rojo. A partir de la dirección en la que apunta la fuerza fm, podemos determinar el sentido de la corriente inducida en la espira.
Componentes de un alternador
El rol del regulador de voltaje en un automóvil
El regulador de voltaje es un componente esencial en los sistemas eléctricos de los automóviles. Su función principal es controlar el campo eléctrico y, por consiguiente, regular la cantidad de corriente alterna que se genera.
De corriente alterna a corriente continua
Los diodos rectificadores son una parte fundamental de los sistemas eléctricos de un automóvil. Esto se debe a que los alternadores, que son los encargados de generar la electricidad en el vehículo, producen corriente alterna, pero la mayoría de los dispositivos necesitan corriente continua para funcionar. Por esta razón, los diodos rectificadores realizan la función de convertir la corriente alterna en corriente continua.
Fundamento del funcionamiento de un generador de corriente alterna
En el caso de que se manipule manualmente el eje de un motor de corriente alterna (AC), este adoptará la función de generador de corriente alterna.
He aquí una interesante propiedad de los motores AC: si se les gira mecánicamente su eje, se convierten en generadores de corriente alterna.
Un aspecto fascinante de los motores AC es que, al ser girado su eje manualmente, se transforman en generadores de corriente alterna.
Electromagnetismo
El generador de corriente alterna es un dispositivo que transforma la energía mecánica en energía eléctrica.
El principio básico de funcionamiento de los generadores de corriente alterna es el movimiento de una espira en un campo magnético uniforme.
Esta espira, que generalmente tiene forma rectangular, gira gracias al movimiento de una turbina accionada por agua en una central hidroeléctrica o por vapor en una central térmica.
De esta manera, parte de la energía disponible en el agua embalsada o en el combustible fósil, se convierte en energía eléctrica mediante el generador.
La rotación de la espira produce una variación del campo magnético, lo que origina una fem.
Al girar la espira en el campo magnético, se produce una fuerza electromotriz (fem).
Esta fem es aprovechada al conectar los extremos de la espira a dos anillos que giran simultáneamente.
Estos anillos, a su vez, se conectan a través de escobillas estacionarias al circuito externo, tal como se representa en la figura.
De esta forma, se logra transmitir la energía eléctrica generada al sistema externo para su uso.
