INGENIERIA ELECTRICA - Generadores
EL MAGNETO
El generador comercial más simple que se fabrica se llama magneto, y toma su nombre del
hecho que su campo magnético es logrado por medio de un imán permanente en forma de U o
de herradura.
Los magnetos se emplean en su mayor parte en los motores de combustión interna, en los que
generan la energía eléctrica para la ignición, evitándose así el empleo de baterías; también se
utilizan, con relativa frecuencia, en los sistemas telefónicos de los pueblos de campo y en los
teléfonos de los ferrocarriles, para producir la energía eléctrica que acciona la campanilla de
llamada; generalmente, estos últimos magnetos se accionan a mano, por medio de una
pequeña manija y engranajes.
En la figura se muestra un teléfono cuya llamada se efectúa por medio de un magneto; cuando
la bobina giratoria o inducido rota a través de las líneas de fuerza del campo magnético creado
por el imán, se genera una f.e.m. inducida en la bobina. Si recordamos lo dicho en parágrafos
anteriores, notaremos que cada punto del inducido, cuando gira, corta primero las líneas de
fuerza en una dirección (hacia arriba, por ejemplo) y luego en la dirección contraria (hacia
abajo); esta acción induce la f.e.m. primero en una dirección y luego en la opuesta,
produciendo una tensión o voltaje alternado, y como la bobina está conectada a un circuito
externo, en este caso con una campanilla, circulará por el mismo una corriente alterna.
Se puede analizar y verificar este efecto, aplicando la regla de la mano derecha.
Circuito magnético y eléctrico de una campanilla telefónica corriente y su conexión con el
magneto. La campanilla funciona con la corriente alternada de baja frecuencia proveniente del
magneto; el martillo fijado a la armadura del imán permanente golpea a uno y otro lado al
pasar la corriente. Abajo, esquema de la constitución del magneto.
Como el magneto es la forma más simple de los generadores de energía eléctrica, y es
esencialmente idéntico en sus características fundamentales eléctricas y magnéticas a los
grandes generadores de energía, lo tomaremos como ejemplo para discutir brevemente
algunas de las características más importantes de los generadores más generalmente utilizados.
De acuerdo con la ley de Lenz, la corriente inducida en los arrollamientos del inducido tiene
una dirección tal, que el campo magnético creado por la corriente se opone al movimiento que
induce a la corriente. Este hecho puede ponerse de manifiesto fácilmente con un magneto para
llamada telefónica, observando que con los terminales del magneto desconectados, y, por lo
tanto, los arrollamientos de inducido abiertos, por los que no circula corriente, la manivela
puede moverse con toda facilidad, mientras que si conectamos la campanilla cerrando el
circuito, lo que permite circular una corriente por los arrollamientos, se notará en seguida que
se requiere una fuerza mucho mayor para mover la manivela, lo que puede interpretarse
fácilmente observando la figura.
Esquema de un generador elemental que ilustra la interacción entre los campos magnéticos y
las fuerzas magnéticas resultantes. Al hacer girar la espira que representa al inducido, se
induce una corriente eléctrica en la misma; esta corriente engendra un campo magnético
circular y se produce una repulsión de ambos campos en una rama de la espira, y una
atracción en la otra. Por ello se requiere una fuerza exterior para hacer girar la espira.
Para que sea más simple, consideremos solamente una espira de las muchas que constituyen el
arrollamiento del inducido. Al girar, los conductores de cada lado de las espiras de la bobina
se introducen o se mueven dentro del campo magnético existente entre los polos,
produciéndose, en cada uno. La corriente inducida en las diferentes espiras origina un campo
magnético circular alrededor de los conductores, como indican las flechas, es decir, que se han
producido en el mismo espacio dos campos magnéticos enteramente diferentes, cuya
interacción, o sea la acción mutua, está indicada en la figura por la curvatura hacia abajo de las
líneas de fuerza, previamente rectas, del campo magnético formado entre el polo norte y el sur.
Puede observarse que en todo momento el campo magnético circular alrededor de los
conductores actúa, en el espacio arriba del conductor, en sentido contrario u opuesto a las
líneas de fuerza existentes entre los polos, mientras que en el espacio situado debajo de los
conductores ambas líneas de fuerza
tienen la misma dirección. En otras palabras, el campo
magnético circular producido por las corrientes inducidas, alrededor de los conductores del
inducido, tiende a anular el campo magnético principal en el espacio situado encima de los
conductores y a aumentarlo en el espacio inferior.
La importancia de esta interacción depende de la intensidad relativa del campo magnético
principal y del creado alrededor de los conductores. El resultado de este efecto e interferencia
con el campo principal, es producir una fuerza que se opone a la acción, que realizamos en ese
instante, de mover hacia abajo los conductores.
Por comodidad, se dice que las líneas de fuerza curvadas, debido a esta interacción, tienden a
enderezarse de la misma manera que tiende a enderezarse una banda de goma curvada, esto
es, se produce una fuerza que empuja al conductor que crea el campo interferente hacia arriba
y afuera del campo magnético, como es dado esperar.
En cada uno de los conductores del inducido se produce este efecto, en forma doble, o sea, de
cada lado de la espira, resultando una fuerza muy aumentada que se opondrá fuertemente al
esfuerzo que realizamos sobre la manivela del magneto.
Luego, para que nuestro magneto entregue la energía eléctrica necesaria para accionar la
campanilla del teléfono, debemos dar al mismo una cantidad equivalente de energía mecánica
a través de la manivela que hace girar el inducido. Si se comprende y recuerda bien este hecho,
en la forma simple presentada para un magneto elemental, no se tendrá inconveniente en
comprender por qué se requiere una cantidad tan grande de energía mecánica para hacer
marchar un generador que produzca una cantidad elevada de energía eléctrica.
A partir de la ley de conservación de la energía que dice: la energía no puede ser creada o
destruida, sino únicamente transformada de una forma en otra, sabemos que una máquina no
puede entregar más energía que la recibida, es decir, no puede existir una máquina de la cual
pueda obtenerse más energía que la introducida en la misma.
En la práctica, significa que una máquina no puede entregar igual cantidad de energía a la
recibida, debido a las pérdidas inevitables de energía representadas por la fricción en los
cojinetes, el calentamiento de los conductores al paso de la corriente, la energía quitada por el
movimiento del aire alrededor del inducido en rotación, etc. Cuanto mayor cantidad de
energía es entregada por el magneto u otro tipo de generador eléctrico, mayor es la cantidad
de energía mecánica necesaria para hacer girar el rotor. Cuanto mayor es la intensidad de la
corriente que circula por las bobinas del inducido, más intenso es el campo magnético creado
por la corriente que se opone al movimiento que produce o causa la inducción de la corriente
(ley de Lenz).
Desde el punto de vista de su aspecto exterior y otros detalles constructivos, existen muchos
tipos de magnetos, incluyendo uno en el cual el movimiento de rotación relativo entre el
inducido y el campo magnético, se produce manteniendo fijo el primero y haciendo girar el
campo magnético.
En los magnetos con inducido giratorio, la conexión eléctrica necesaria entre éste y el circuito
exterior, lógicamente fijo, debe mantenerse por medio de anillos cilíndricos o circulares,
llamados anillos colectores, fijos al inducido y por contactos de rozamiento fijos, llamados
escobillas colectoras, que se mantienen constantemente apoyados sobre los anillos colectores.
En los magnetos con inducido fijo y campo magnético giratorio la conexión entre el inducido y
el circuito exterior es fija, y, por lo tanto, más durable y permanente, suprimiéndose los anillos
y escobillas colectoras. Estos factores son de mucha importancia en los generadores de
potencias y tensiones elevadas, y por ello, todos los grandes generadores de uso industrial son
de este tipo, es decir, campo giratorio e inducido fijo.
En estos generadores, para mantener el campo giratorio debe conducirse una corriente a la
parte rotatoria, que alimenta a los electroimanes que producen el campo, lo que se realiza por
medio de anillos y escobillas; pero la potencia es mucho menor que la entregada por la
máquina, de modo que no presentan un problema técnico tan difícil.
