Generador eléctrico para niños
Un generador eléctrico es una máquina que convierte la energía mecánica (como el movimiento) en energía eléctrica. Imagina que es como una fábrica de electricidad que usa el movimiento para producir la energía que enciende tus luces o carga tu teléfono.
Esto lo logra gracias a la interacción entre un campo magnético y unos cables conductores. Cuando estos cables se mueven dentro de un campo magnético, se produce una corriente eléctrica. Este principio se basa en la ley de Faraday, un descubrimiento muy importante en la física.
Aunque la electricidad que se produce inicialmente suele ser de un tipo que cambia de dirección (llamada corriente alterna), se puede transformar para que fluya en una sola dirección (llamada corriente continua), según lo que se necesite.
El proceso contrario a un generador es el de un motor eléctrico, que toma energía eléctrica y la convierte en movimiento.
Contenido
La Historia de los Generadores
Mucho antes de que se entendiera bien la relación entre el magnetismo y la electricidad, ya existían unos aparatos llamados generadores electrostáticos. Estos funcionaban usando la electricidad estática, como la que sientes a veces al tocar algo después de frotar tus pies en una alfombra. Producían voltajes muy altos, pero con muy poca corriente, por lo que no eran útiles para generar grandes cantidades de energía. Se usaban principalmente para cosas muy específicas, como los primeros tubos de rayos X.
El Disco de Faraday: Un Gran Paso
El verdadero avance llegó con Michael Faraday en los años 1831-1832. Él descubrió que un conductor eléctrico que se mueve a través de un campo magnético genera electricidad. Este principio se conoce como la ley de Faraday.
Faraday construyó el primer generador electromagnético, al que llamó el disco de Faraday. Era un disco de cobre que giraba entre los polos de un imán. Este invento producía una pequeña cantidad de corriente continua. Aunque era un gran paso, no era muy eficiente porque parte de la corriente se cancelaba a sí misma. Los científicos se dieron cuenta de que usar muchas vueltas de cable (una bobina) en lugar de un solo disco podía producir voltajes mucho más útiles.
La Autoexcitación: Un Avance Clave
Un científico húngaro, Ányos Jedlik, también experimentó con dispositivos electromagnéticos. Él descubrió el principio de la autoexcitación, que significa que un generador puede usar una pequeña parte de la electricidad que produce para fortalecer su propio campo magnético. Esto hizo que los generadores fueran mucho más potentes y no necesitaran imanes permanentes tan grandes.
Generadores de Corriente Continua (Dínamos)
Cuando una bobina de cable gira en un campo magnético, produce una corriente que cambia de dirección constantemente (corriente alterna o CA). Sin embargo, al principio, se necesitaba corriente continua (CC) para muchos usos. Para lograr esto, se inventaron las dínamos.
Las dínamos usaban un componente llamado conmutador, que era como un interruptor giratorio. Este conmutador invertía la dirección de la corriente en el momento justo para que la electricidad fluyera siempre en la misma dirección, aunque fuera de forma pulsante. La primera dínamo práctica fue construida por Hippolyte Pixii en 1832.
Las dínamos modernas, capaces de generar energía para la industria, fueron inventadas de forma independiente por Charles Wheatstone, Werner von Siemens y Samuel Alfred Varley en 1866-1867. Estas nuevas dínamos usaban electroimanes autoalimentados en lugar de imanes permanentes, lo que aumentó enormemente su potencia. Esto permitió los primeros usos industriales importantes de la electricidad, como alimentar hornos para producir metales.
Hoy en día, las dínamos grandes son menos comunes porque la corriente alterna es más fácil de transportar a largas distancias.
Generadores de Corriente Alterna (Alternadores)
Después de las dínamos, surgieron los alternadores, que son generadores diseñados para producir corriente alterna (CA). Estos son los que se usan comúnmente hoy en día para generar la electricidad que llega a nuestros hogares y ciudades.
Faraday ya había construido un alternador temprano. Sin embargo, los grandes generadores de corriente alterna de dos fases fueron construidos por J.E.H. Gordon en 1882. La primera demostración pública de un sistema de alternador fue realizada por William Stanley, Jr., en 1886.
Sebastian Ziani de Ferranti fundó una compañía en 1882 para comercializar su alternador. Él diseñó la central eléctrica de Deptford en Londres en 1887, usando un sistema de corriente alterna. Esta fue la primera estación de energía verdaderamente moderna, que suministraba energía de CA de alto voltaje que luego se "bajaba" para el uso de los consumidores en cada calle. Este sistema básico sigue en uso en todo el mundo.
Después de 1891, se introdujeron los alternadores polifásicos, que podían suministrar corrientes con múltiples fases diferentes, mejorando aún más la eficiencia y la capacidad de los sistemas eléctricos.
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Otros Tipos de Generadores de Electricidad
No solo se puede obtener electricidad a partir del movimiento giratorio. Hay muchas otras formas de generar corriente eléctrica usando diferentes tipos de energía.
Los generadores se pueden clasificar en dos tipos principales:
- Primarios: Convierten directamente otro tipo de energía (como la química o la luz) en energía eléctrica. Ejemplos son los alternadores y las dínamos.
- Secundarios: Primero reciben energía eléctrica, la almacenan de alguna forma y luego la devuelven como energía eléctrica. Un buen ejemplo son las pilas o baterías recargables.
Aquí te mostramos algunos ejemplos de cómo se convierte la energía en electricidad:
| Energía de partida | Proceso físico que convierte dicha energía en energía eléctrica |
|---|---|
| Energía magneto-mecánica | Son los generadores más comunes, como las dínamos (para corriente continua) y los alternadores (para corriente alterna). |
| Energía química | Celdas electroquímicas, como las pilas, baterías y pilas de combustible. |
| Luz (Radiación electromagnética) | Fotoelectricidad, como en los paneles solares. |
| Energía mecánica (sin imanes) |
|
| Energía térmica (calor) | Termoelectricidad (efecto Seebeck): Convierte directamente el calor en electricidad. |
| Energía nuclear | Generador termoeléctrico de radioisótopos: Usa el calor de materiales especiales para generar electricidad. |
A menudo, para obtener mucha electricidad, se usan varias etapas. Por ejemplo, la energía nuclear se convierte en calor, luego el calor en movimiento para una turbina, y finalmente ese movimiento hace girar un alternador para producir electricidad.
¿Cómo se Representan los Generadores? (Generadores Ideales)
Para entender cómo funcionan los generadores, los científicos usan modelos simplificados llamados "generadores ideales":
- Generador de voltaje o tensión: Este tipo de generador mantiene un voltaje constante entre sus puntos de conexión, sin importar qué tan grande sea el aparato que conectes a él.
- Generador de corriente o intensidad: Este generador mantiene una corriente constante fluyendo por el circuito, sin importar la resistencia del aparato conectado.
En la (Figura 1), puedes ver un circuito muy simple con un generador de voltaje ideal conectado a un aparato (carga). La fórmula que lo describe es: E = I×Rc. Aquí, 'E' es el voltaje, 'I' es la corriente y 'Rc' es la resistencia del aparato.
En la vida real, los generadores siempre tienen una pequeña "resistencia interna". Esto significa que una parte de la energía se pierde dentro del propio generador. En la (Figura 2), esta resistencia interna se representa como 'Ri'. Así, la fórmula para un generador real sería: E = I×(Rc+Ri).
Partes Principales de un Generador
Además del motor (que proporciona el movimiento) y el generador en sí, un generador eléctrico suele tener otras partes importantes:
- Un tanque de combustible.
- Un regulador de velocidad para el motor, que lo mantiene funcionando de manera constante.
- Un regulador de voltaje para el generador, que asegura que la electricidad tenga el voltaje correcto.
- Sistemas de enfriamiento y escape.
- Un sistema de lubricación para que las piezas se muevan suavemente.
Los generadores más grandes a menudo tienen una batería y un motor de arranque eléctrico, como los coches. Algunos muy grandes incluso usan aire comprimido para arrancar. Los generadores de respaldo, como los que se usan en hospitales, tienen sistemas automáticos que los encienden si se va la luz.
La Fuerza Electromotriz (F.E.M.)
Una característica importante de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), que se representa con la letra griega épsilon (ε). La F.E.M. es la cantidad de trabajo que el generador realiza para mover una unidad de carga eléctrica desde el polo negativo al polo positivo dentro de sí mismo.
La F.E.M. se mide en voltios. En el circuito de la Figura 2, la F.E.M. (ε) es igual al voltaje 'E'. Sin embargo, el voltaje que realmente llega al aparato conectado (Va-b) puede ser un poco menor debido a la resistencia interna del generador. Cuando no hay ningún aparato conectado, la F.E.M. y el voltaje de salida son iguales.
Galería de imágenes
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Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generador más antiguo que se mantiene en servicio (año 1984) en Estados Unidos.
Véase también
En inglés: Electrical generator Facts for Kids
