LA DINAMO

Hasta ahora hemos hablado de los motores de corriente continua. Los motores eléctricos transforman la energía eléctrica en trabajo mecánico. En esta entrada vamos a hablar de la dinamo, la cual transforma un trabajo mecánico en energía eléctrica, siendo, por tanto, el caso contrario al motor.

Una dinamo es básicamente un tipo de generador eléctrico, es decir, un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. El principio de operación de la dinamo es la inducción electromagnética, es decir, se logra obtener un flujo de corriente continua mediante el uso de campos magnéticos y una entrada de energía cinética.

El concepto se debe a Michael Faraday que durante 1830 y 1832 descubrió que un conductor eléctrico moviéndose en un campo magnético generaba una diferencia de potencial e inducía una corriente eléctrica. Esa "inducción electromagnética" quedó como principio de los generadores eléctricos, transformadores y muchos otros aparatos. 

Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, empleando un disco de cobre que giraba mediante el uso de una manivela entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose así una pequeña corriente continua.

Disco de Faraday

La dinamo fue un dispositivo que captó la atención de muchos a lo largo del siglo XIX, pero alcanzó su cúspide en el siglo XX cuando se utilizó como generador eléctrico para automóviles. A pesar de su auge anterior, las dínamos fueron sustituidas durante los sesenta y setenta del siglo XX debido a que la energía que podían entregar era limitada, sobre todo por el tamaño que debían alcanzar los imanes para poder suministrar la energía requerida, por lo que fue reemplazada por los alternadores a nivel automotriz.

Sin embargo, estos dispositivos resultan más eficientes en coste que los alternadores para muchas aplicaciones de bajo voltaje, sobre todo para dispositivos sin baterías en los que la energía es proporcionada por una persona, algunos ejemplos son las linternas de mano o los cargadores de baterías.

Además, uno de los nichos en los que más se suele ver la aplicación de dinamos es en circuitería complementaria para bicicletas, en donde una dinamo de cilindro puede aportar energía a una lámpara LED fácilmente, permitiendo a los ciclistas usar lámparas sin baterías en la oscuridad.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA (III): FUNCIONAMIENTO

Para explicar el funcionamiento de este tipo de motor vamos a basarnos en su versión más simple, un motor bipolar.

En la imagen se puede observar que este motor consta de un imán permanente dividido en dos partes fijas y que forman parte del estator. El semicírculo rojo corresponde al polo norte mientras que el azul corresponde al sur.

Entre estos dos polos, observamos el rotor, que consta de un electroimán que va girando entre los polos magnéticos del imán permanente. Además, se puede observar un colector dividido en dos segmentos y dos escobillas haciendo contacto con ellos en el eje del rotor.

La batería está conectada de tal manera que la corriente fluye desde el polo positivo, que se encuentra conectado a la escobilla izquierda hasta el polo negativo conectado a la derecha. Las escobillas permanecen en contacto permanente con las secciones del colector incluso mientras el rotor se encuentra girando.

Como podemos observar en la imagen, los segmentos del colector y por tanto la bobina del rotor se energizan con la corriente eléctrica que suministra la pila por el contacto del colector con las escobillas. La corriente que recibe el colector a través de la escobilla izquierda, identificada con el símbolo + recorre las espiras de la bobina de la mitad roja del electroimán y continúa recorriendo posteriormente las espiras de la mitad azul para finalmente retornar al polo negativo de la batería y completar el circuito eléctrico.

Cuando la corriente eléctrica comienza a fluir por la parte de la bobina con las espiras rojas, el electroimán adquiere polaridad norte “N” en ese extremo y polaridad sur “S” en el lado opuesto, representado por las espiras azules.

Según la Ley de Lorentz y aplicando la “Regla de la mano izquierda” se puede comprobar que, en estas condiciones, debido al torque magnético producido en el sentido contrario a las agujas del reloj, el rotor comienza a girar. Este torque es el resultado del rechazo que se produce entre las polaridades iguales del campo electromagnético del rotor y el campo magnético del imán permanente colocado en el estator.  

Cada vez que el electroimán del rotor gira media vuelta y alcanza la posición vertical, las escobillas dejan de hacer contacto con los segmentos del color, que también giran junto al rotor. En esta posición, el flujo de corriente eléctrica a las espiras de la bobina del rotor para instantáneamente. Sin embargo, la fuerza de inercia o impulso que mantiene el electroimán, hacen que continúe girando y este punto se sobrepase inmediatamente, por lo que los segmentos del colector ahora pasan a tener la posición contraria a la que tenían anteriormente y entran en contacto de nuevo con las escobillas.

Como se puede observar, la bobina del rotor vuelve a energizarse, sin embargo, al haber cambiado la polaridad de la corriente eléctrica suministrada por el colector, los polos magnéticos del electroimán del rotor cambian también. Este cambio periódico en la polaridad de la corriente que alimenta la bobina, permite que los polos del electroimán sean siempre los mismos a cada lado del eje del rotor, por lo que son continuamente rechazados por los polos magnéticos del imán permanente, dando lugar a que el rotor gire ininterrumpidamente mientras se le suministre corriente desde la fuente de fuerza electromotriz.

Hasta aquí la explicación sobre el funcionamiento de este tipo de motores tan importantes a nivel industrial. Con este último post, cerramos las entradas dedicadas a los motores de corriente continua. Próximamente podréis encontrar información sobre motores de alterna, también muy interesantes.  

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA (I): INFORMACIÓN BÁSICA Y APLICACIONES

En esta serie de post vamos a hablar de los tipos de motores existentes, su tipología, constitución, funcionamiento y características. Comenzaremos con el motor de corriente continua. ¡Espero que os resulte interesante y útil!

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA (I)

Los motores de corriente continua (abreviados como c.c.) tienen una serie de características que los hace muy recomendables para ciertas aplicaciones, por lo que poco a poco se hacen más comunes en el ámbito industrial.

Las características que los hacen tan atractivos son entre otras:

• Su amplia gama de velocidad
• Su fácil control
• La flexibilidad de sus curvas par-velocidad
• El alto rendimiento que presentan para un gran rango de velocidades
• Su elevada capacidad de sobrecarga

Pero para poder entender su importancia, primero vamos a describir lo que son, su funcionamiento y su constitución.

¿Qué son los motores de corriente continua?

Los primeros motores que se construyeron ya en el siglo XIX por Michael Faraday y Zénobe Gramme fueron de este tipo, por lo tanto, podemos decir que su desarrollo es relativamente antiguo.

Michael Faraday

Estos motores son convertidores electro-mecánicos que utilizan los fenómenos de inducción y de par electromagnético para transformar la energía eléctrica en mecánica. Básicamente, los devanados de los que consta el motor, recogen la corriente continua de la red y generan campos magnéticos que provocan que el motor se mueva rotativamente.

Cabe distinguir entre dos modos de trabajo, en vacío o con carga. En el primer caso, el motor no realiza ningún trabajo útil ya que no arrastra ninguna carga al no tener acoplado ningún objeto en su eje. En estas condiciones, serían nulos el par motor y la intensidad del inducido, ya que la potencia eléctrica que se absorbe de la red es la mínima para producir el campo magnético inductor.

Al contrario, un motor funciona con carga cuando sí arrastra algún objeto en su eje, con lo que absorbe energía mecánica.

En el próximo post hablaremos del principio de funcionamiento de estos motores y su constitución. ¡Os espero!