miércoles, 10 de septiembre de 2008

Generadores eléctricos

Generador eléctrico

Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generador más antiguo que se mantiene en servicio (año 2007) en EEUU.
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generara una fuerza electromotriz (F.E.M.).
Se clasifican en dos tipos fundamentales: primarios y secundarios. Son generadores primarios los que convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, mientras que los secundarios entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente.

Dínamo.
Una dinamo o dínamo (ambas ortografías son aceptadas) es un generador eléctrico destinado a la transformación de energía mecánica en eléctrica mediante el fenómeno de la inducción electromagnética.
La corriente generada es producida cuando el campo magnético creado por un imán o un electroimán fijo (inductor) atraviesa una bobina rotatoria (inducido) colocada en su seno. La corriente inducida en esta bobina giratoria, en principio alterna es transformada en contínua mediante la acción de un conmutador giratorio, solidario con el inducido, denominado colector, constituido por unos electrodos denominados delgas, de aquí es conducida al exterior mediante otros contactos fijos llamados escobillas, que hacen contacto por frotamiento con las delgas del colector.
Historia.
Antecedentes: el disco de Faraday.

Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente a un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua. También fue utilizado como generador de energía en una bicicleta para producir luz de poca intensidad.
Primeros modelos.
El dinamo fue el primer generador eléctrico apto para uso industrial. Emplea principios electromagnéticos para convertir la energía de rotación mecánica en corriente continua. El primer dinamo, basado en los principios de Faraday, fue construido en 1832 por el fabricante francés de herramientas Hipólito Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela. Este imán estaba colocado de forma que sus polos norte y sur pasaban al girar junto a un núcleo de hierro con un cable eléctrico enrollado (como un núcleo y una bobina). Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso de corriente en el cable cada vez que uno de los polos pasaba junto a la bobina; cada polo inducía una corriente en sentido contrario, esto es, una corriente alterna. Añadiendo al esquema un conmutador eléctrico situado en el mismo eje de giro del imán, Pixii convirtió la corriente alterna en corriente continua.
Uno de los principales usos del dinamo es la utilización de la energía eólica, de esta forma el viento hace rotar las aspas conectadas al eje del dinamo, produciendo electricidad y aprovechando esta fuente de energía inagotable.
El dinamo de Gramme.
Los diseños de Faraday y Pixii sufrían el mismo problema: inducían picos repentinos de corriente sólo cuando los polos N o S del imán pasaban cerca de la bobina; la mayor parte del tiempo no generaban nada.
Antonio Pacinotti, un científico italiano, resolvió esto reemplazando la bobina giratoria por una de forma toroidal, enroscada en un trozo de hierro con forma de anillo. Así, siempre había parte de la bobina influida magnéticamente por los imanes, suavizando la corriente.
Posteriormente Zénobe Gramme reinventó el diseño al proyectar los primeros generadores comerciales a gran escala, que operaban en París en torno a 1870. Su diseño se conoce como la dinamo de Gramme.
A partir de entonces se han realizado nuevas versiones con mejoras, pero el concepto básico de bucle giratorio sin fin permanece en todas las dinamos modernas.
El dinamo en el automóvil.
Uno de los usos más corrientes que se le dio a la dinamo fue el de generador de energía eléctrica para el automóvil. A medida que, desde principios del siglo XX, los automóviles se iban haciendo más complejos, se demostró que los sistemas de generación de energía eléctrica con los que se contaba no eran lo suficientemente potentes para las necesidades del vehículo. Esta circunstancia favoreció la implantación paulatina de la dinamo en el mismo.
Aunque se trataba de un elemento que proporcionaba la energía necesaria con relativamente poco peso, presentaba ciertos problemas. El más importante era que la velocidad de rotación que se le suministraba nunca era constante (las revoluciones del motor están continuamente variando) con lo cual tenía que ser capaz de suministrar la misma corriente en ralentí (movimiento lento) que cuando el motor estaba a pleno rendimiento. Esto se solucionó con los reguladores que, aunque son sencillos en su diseño, requieren de un reglaje muy delicado. Estos dispositivos debían ser capaces de regular el voltaje y la intensidad. Además debería evitar que la dinamo funcionara como un motor eléctrico cuando el vehículo estuviera al ralentí, que es cuando prácticamente no produce energía, para que el flujo de corriente no se invirtiera.
Dado que las dinamos tienen un diseño muy parecido al de los motores eléctricos, en el automóvil llegaban a funcionar como tales cuando se invertía el flujo de corriente al ser mayor el potencial que suministraba la batería que el potencial que suministraba la dinamo.

Alternador .
El Alternador es una máquina destinada a transformar la energía mecánica en eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción, una corriente alterna.
Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.
Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Figura 1.- Disposición de elementos en un alternador simple
Así, en el alternador mostrado en la Figura 1, el inductor está constituido por el rotor R, dotado de cuatro piezas magnéticas cuya polaridad se indica. Estas piezas pueden estar imantadas de forma permanente o ser electroimanes. En las grandes máquinas el inductor siempre está constituido por electroimanes, cuya corriente de alimentación o excitación proviene de un generador de corriente continua auxiliar o de la propia corriente alterna generada por el alternador convenientemente rectificada.
El inducido está constituido por las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h, arrolladas sobre piezas de hierro que se magnetizan bajo la acción de los imanes o electroimanes del inductor. Dado que el inductor está girando, el campo magnético que actúa sobre las cuatro piezas de hierro cambia de sentido cuando el rotor gira 90º, y su intensidad pasa de un máximo, cuando están las piezas enfrentadas como en la figura, a un mínimo cuando los polos N y S están equidistantes de las piezas de hierro.
Son estas variaciones de sentido y de intensidad del campo magnético las que inducirán en las cuatro bobinas una diferencia de potencial que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo.
El flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (cos φ), por lo que el flujo en cada instante será:

Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una F.E.M. (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que,

El signo menos delante de E expresa que, según la Ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera.
Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotriz total (ETOT) es igual a:

Siendo n el número total de espiras del inducido.
Central nuclear

Maqueta de una central nuclear tipo PWR.
Una central nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.
Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales con algún elemento fisil (es decir, que puede fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fisil por reacciones nucleares), usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación del uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se establece una reacción que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada.

Torres de refrigeración de la central nuclear de Cofrentes, España, expulsando vapor de agua.
La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio, no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto invernadero, ni precisan el empleo de combustibles fósiles para su operación. Sin embargo, las emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos (se denomina gestión a todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido su almacenamiento) no son despreciables.


Extraído de:
www.wikipedia.com