Generación de Corriente Eléctrica en Automoción

Generación de Corriente Eléctrica

Introducción

La corriente eléctrica se genera mediante fenómenos que logran arrancar electrones del átomo y establecer un flujo de electrones. Estos fenómenos son los siguientes:

Fenómenos de Generación de Corriente

Térmico

Los termopares son la unión de dos metales con diferente potencial termoeléctrico que, al ser calentados, generan corriente. Los sistemas de generación térmicos tienen un bajo rendimiento y no se emplean en automoción para generar electricidad.

Piezoeléctrico

La deformación física experimentada por un cristal de cuarzo genera corriente en los extremos del mismo. El fenómeno también es reversible: al aplicar una corriente eléctrica en los cristales de cuarzo, aumenta el tamaño de los cristales.

Fotoeléctrico

Al incidir la luz en materiales semiconductores, compuestos de silicio, se desprenden electrones y se establece una corriente eléctrica. La electricidad se genera a través de celdas solares. Una delgada rejilla semiconductora es especialmente tratada para formar un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro.

Activación de la Turbina de Aire Fresco

La activación de la turbina de aire fresco permite forzar la circulación de aire en el interior del habitáculo y con ello consigue:

• Reducir la temperatura del habitáculo cuando el vehículo está estacionado con la incidencia del sol.
• Mejorar la efectividad del climatizador, ya que se alcanza antes la temperatura seleccionada por el usuario.

Las condiciones necesarias para que se active son las siguientes:

• Encendido desconectado.
• Incidencia del sol en el techo.
• Techo cerrado.

Magnético

Por inducción magnética sobre un conductor se genera corriente. Si desplazamos un conductor, al que se le ha unido un amperímetro, por el interior de un campo magnético, podemos comprobar cómo se genera una corriente. En las motocicletas de baja cilindrada que no tienen batería se emplea el magneto.

Químico

La reacción química de dos compuestos puede originar el desprendimiento de los electrones y la circulación de corriente. Dos electrodos, uno de cobre y otro de hierro, insertados en un limón producen una corriente eléctrica.

Principios Básicos de la Generación de Corriente Eléctrica

Inducción Electromagnética

Faraday demostró que este fenómeno se produce igualmente al contrario; es decir, cuando un flujo magnético atraviesa una bobina, se genera en ésta una corriente eléctrica. Este fenómeno se conoce como inducción electromagnética.

Factores que Determinan la Inducción Electromagnética

Si colocamos un solenoide con sus dos extremos conectados a un galvanómetro y acercamos o alejamos un imán al solenoide, la aguja del galvanómetro se desviará en un sentido o en otro del punto de reposo. Del estudio anterior podemos sacar las siguientes consecuencias:

• Al acercar el imán a la bobina, la aguja del galvanómetro se desviará en un sentido. Cuando el imán se aleja de la bobina, la aguja se desviará en el sentido contrario.
• Si acercamos y retiramos el imán lentamente de la bobina, la aguja del galvanómetro se desplaza poco. Al contrario, si lo realizamos rápidamente, la desviación de la aguja es muy superior.
• La aguja se desplazará más cuanto más potente sea el imán. Esta experiencia nos demuestra que será mayor la fuerza electromotriz inducida cuanto mayor sea el campo magnético.
• Como hemos visto, la aguja del galvanómetro se desplaza de la posición de reposo con el movimiento del imán respecto a la bobina.
• Los fenómenos estudiados anteriormente ocurren de forma análoga cuando se mueve la bobina respecto al imán.
• Dado que se genera una fuerza electromotriz en cada una de las espiras de la bobina, la fuerza electromotriz total aumentará si aumentamos el número de espiras.

Corriente Electromagnética Inducida en un Conductor

Al mover un conductor en el seno de un campo magnético, éste corta las líneas de flujo del campo y, en consecuencia, aparecerá una fuerza electromotriz inducida en el conductor. Regla de la mano derecha: colocando el dedo índice en dirección del flujo magnético y el dedo pulgar según el sentido del movimiento del conductor, la dirección de la corriente vendrá determinada por la dirección que nos indique el dedo corazón.

Principio de un Generador

Según las experiencias de Faraday, la fuerza electromotriz inducida, E, en un conductor depende del flujo cortado y del tiempo empleado en cortar este flujo.

Generador Elemental

Un generador elemental está constituido por una espira cuadrada cuyos extremos están conectados a dos anillos que forman el colector, y a los cuales acoplamos unas escobillas. Esta espira gira sobre su eje a una velocidad determinada y constante, dentro de un imán. Al girar la espira aparecerá en ella una fuerza electromotriz, E, que a lo largo de una vuelta va cambiando de magnitud y sentido. Descompongamos el movimiento a lo largo de una vuelta en ocho fases de 45º cada una, según la figura, y estudiemos lo que ocurre en cada fase:

• En el punto 0º, origen del movimiento, E valdrá 0 al no cortar línea de flujo alguna.
• En la fase 2, E va aumentando conforme va cortando más líneas de flujo por unidad de tiempo.
• En la fase 3, el conductor se aproxima a los 90º y es en esta zona donde se cortan más líneas de flujo por unidad de tiempo y, en consecuencia, el valor de la fuerza electromotriz E será máximo.
• En la fase 4, el conductor se aleja del máximo y E irá disminuyendo de la forma que aumentó en las fases primeras.
• En la fase 5, E continuará disminuyendo hasta anularse al pasar el conductor por los 180º.
• En el resto de las fases, el proceso se repite hasta llegar a los 360º.

Características de la Corriente Alterna Monofásica

Se hace una gráfica que representa una función sinusoidal, esto significa que sus puntos son valores que toma la función seno. Esta función se repite cada vuelta del conductor, por lo que la denominamos periódica. Características más importantes de esta función son:

• Periodo T: Se define periodo como el tiempo en realizarse un ciclo completo.
• Amplitud A: Es un intervalo de valores que puede tomar la función.
• Frecuencia F: Número de ciclos completos que se producen por segundo.
• Pulsación ω: Representa la frecuencia angular.

Leyes y Fenómenos de Autoinducción

Autoinducción y Ley de Lenz

Si tomamos una bobina y hacemos que la recorra una corriente de valor I, vemos que la corriente no alcanza su valor máximo de inmediato al cerrar el interruptor debido a que la corriente, al comenzar a circular por la bobina, crea una variación de flujo y esta variación de flujo, a su vez, crea una f.e.m. inducida que se opone a la producida por la batería. Según la ley de Lenz, los efectos se oponen a las causas que los producen. Este fenómeno se conoce como autoinducción.

Medida de la f.e.m. Autoinducida

La f.e.m. autoinducida es proporcional a la variación de intensidad en la bobina respecto del tiempo en producirse y a un coeficiente, L, que se denomina inductancia y depende de las características de la bobina. Este coeficiente se mide en henrios (H).

Inducción Mutua

Coloquemos dos bobinas una al lado de la otra. La bobina A la conectamos a una batería formando un circuito primario; a la vez, conectamos la bobina B a un galvanómetro. Al cerrar el interruptor del circuito, circula por la bobina A una corriente, creando un flujo magnético que también atravesará la bobina B por su proximidad, originando en la bobina B una f.e.m. inducida de sentido contrario a la de la batería, cumpliendo la ley de Lenz. Al abrir de nuevo el interruptor, deja de pasar corriente por la bobina A y tiende a desaparecer el flujo creado por esta corriente, apareciendo nuevamente en la bobina B una f.e.m. que será ahora de la misma dirección que la f.e.m. generada por la batería, al oponerse a la desaparición del flujo. Este fenómeno se llama inducción mutua.