Motores eléctricos y generadores: Conversión entre energía eléctrica y mecánica

Motores y generadores

Todos hemos estado allí: en un momento estás viendo tu programa favorito en la televisión y al siguiente estás en la oscuridad porque se ha ido la luz. En ese momento, es posible que desee tener una vela o una linterna para poder ver en su casa oscura. Pero lo realmente útil es un generador porque convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Si el generador fuera lo suficientemente potente, podría usarlo para restaurar la electricidad en su casa, al menos por un tiempo.

Ahora que sabe lo útil que es un generador, es posible que sienta la tentación de ir corriendo a la tienda y comprar uno. Entonces, te subes a tu auto y conduces hasta allí, recoges uno y lo llevas a casa. Una vez que recuperas la energía, te das cuenta de que en la oscuridad fuiste torpe y derribaste el plato al piso. Entonces, saca la aspiradora y comienza a limpiarla. En este punto, ha hecho algo asombroso: ¡esencialmente ha revertido lo que hizo el generador! Dentro de la aspiradora hay un motor eléctrico , que convierte la energía eléctrica en energía mecánica.

Si bien el generador y la aspiradora (o cualquier otro dispositivo impulsado por un motor) pueden cumplir funciones diferentes, en realidad son dos caras de la misma moneda. De hecho, ¡son el mismo dispositivo! En un motor eléctrico, la entrada es electricidad y la salida es energía mecánica. Al contrario de esto, un generador toma energía mecánica y produce electricidad. En ambos casos, la electricidad fluye, ¡solo que en una dirección diferente!

Electromagnetismo

Tanto los motores como los generadores funcionan debido a algo llamado inducción electromagnética . Descubierto por Michael Faraday, esto es cuando un campo magnético cambiante induce un voltaje. Con la inducción electromagnética, se puede producir una corriente eléctrica en una bobina de alambre moviendo un imán dentro o fuera de esa bobina, o moviendo la bobina a través del campo magnético. De cualquier manera, el voltaje se crea a través del movimiento.

La cantidad de voltaje inducido depende del número de bucles en la bobina de alambre, así como de la velocidad a la que se mueve el imán a través de la bobina. Un mayor número de bobinas significa que se induce una mayor cantidad de voltaje. De manera similar, cuanto más rápido se mueva el imán a través de la bobina, más voltaje obtendrá.

¿Qué tiene esto que ver con motores y generadores? Bueno, un generador produce electricidad al hacer girar una bobina en un campo magnético estacionario, y en un motor, una corriente pasa a través de una bobina, lo que la obliga a girar. En ambos casos, se emplea la ley de inducción electromagnética de Faraday, que le permite producir electricidad en su casa y luego usarla para aspirar el piso, lavar los platos en el lavavajillas, mantener los alimentos frescos en el refrigerador y mucho más.

¿Recuerda antes cómo dijimos que un motor y un generador son el mismo dispositivo, pero producen resultados opuestos? Lo que queremos decir aquí es que el flujo de electricidad se invierte, no que la máquina en sí opera al revés. Por lo tanto, no puede simplemente tomar un generador y convertirlo en un motor “invirtiendo” los componentes de la máquina. Del mismo modo, con un motor eléctrico no se puede simplemente activar un interruptor que hace que los componentes funcionen en reversa para producir electricidad. En cambio, lo que tiene que cambiar es la dirección en la que fluye la electricidad: hacia adentro para un motor y hacia afuera para un generador.

Corriente alterna y continua

¿Has oído hablar de AC / DC? No estamos hablando de la banda de rock australiana, ¡después de todo, esta es una lección de física! Cuando nos referimos a AC / DC (que en español seria CA y CC) para motores y generadores, estamos hablando de corriente alterna y corriente continua. Como su nombre lo indica, la corriente alterna cambia de dirección a medida que fluye a través de un circuito. Por el contrario, la corriente continua no cambia de dirección cuando fluye a través de un circuito.

Los motores y generadores son generalmente de CA o CC. El tipo de corriente utilizada en el dispositivo depende de si le preocupa más la eficiencia o el costo. Por ejemplo, los motores y generadores de CA son más eficientes, pero también cuestan más. La mayoría de los dispositivos electrónicos que usa, como su teléfono celular y tableta, dependen de la energía de CA debido a su eficiencia. La mayoría de los coches híbridos y eléctricos también utilizan corriente alterna.

Probablemente hayas oído hablar de Thomas Edison y Nikola Tesla, pero ¿sabías que estuvieron involucrados en una batalla larga y acalorada por estos dos tipos de flujo de corriente? Lo crea o no, algo tan simple como las corrientes de CA y CC causó una gran controversia y conflicto durante mucho tiempo.

Si bien Edison fue un firme defensor de CC, Tesla apoyó el uso de CA. Ambos eran individuos firmes y decididos, y el conflicto entre los dos condujo a apuestas altas, campañas de difamación y relaciones tensas entre los dos hombres. Finalmente, debido a que CA es mejor para enviar grandes cantidades de energía a largas distancias, triunfó como el ganador de esta ‘batalla actual’. Hoy en día, su hogar, oficina y la mayoría de los otros edificios están conectados para CA como resultado.

Resumen de la lección

Aunque podría llamarlos el mismo dispositivo, un generador y un motor eléctrico son en realidad más como dos caras de la misma moneda. Un generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica, mientras que un motor hace lo contrario: convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Ambos dispositivos funcionan debido a la inducción electromagnética , que es cuando un campo magnético cambiante induce un voltaje.

Los motores y generadores suelen ser de CA o CC , lo que significa que funcionan con corriente alterna o corriente continua. Tal como lo indican sus nombres, la corriente alterna alterna la dirección a medida que fluye, mientras que la corriente continua no cambia de dirección a medida que se mueve a través de un circuito.

La mayoría de los dispositivos con los que está familiarizado utilizan CA porque es mucho más eficiente que CC. Los vehículos híbridos y eléctricos, su hogar, su teléfono celular e incluso su oficina están conectados para CA. Pero a pesar de que utilizan la misma corriente, es importante recordar que no se puede “cambiar” un motor a un generador o un generador a un motor. Lo que se invierte es el flujo de electricidad, no la actividad de la máquina en sí.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya terminado con esta lección, debería tener la capacidad de:

• Explica cómo los generadores y los motores eléctricos son como dos caras de la misma moneda.
• Describir cómo funcionan los generadores y motores debido a la inducción electromagnética.
• Diferenciar entre CA y CC y los pros y los contras de cada uno