Page 1

FUNDAMENTOS DE ELECTROMECANICA Durante varios años, la generación y la conversión de la energía eléctrica han ocupado un lugar secundario en la apreciación pública. Los ingenieros eléctricos, los científicos, los profesores y sus alumnos han considerado a la energía eléctrica un campo de estudio más bien estéril. Las reservas de estudios fósiles y el nivel de vida en contante aumento, permiten predecir que en el caso más favorable, las reservas de combustible bastan para 230 años aproximadamente, mientras que, cálculos más pesimistas, los estiman en solo 23 años. Ello aconseja la búsqueda de nuevas fuentes, pero cualquiera que sea el método de generación de energía, parece que, puesto que la electricidad es la única forma de la energía que es relativamente fácil de utilizar, controlar y convertir a otras formas de energía, probablemente continuara siendo la principal forma de la energía utilizada por el hombre. 1.1.Conversión de energía electromecánica. La primera idea de conversión de energía eléctrica y mecánica fue por Michael Faraday en 1831. Este es el germen del desarrollo del generador o motor eléctrico, el micrófono, alta voz, transformador, el galvanómetro, y de hecho prácticamente todos los dispositivos cuyos principios y características sean similares. La conversión de electromagnética de la energía relaciona las fuerzas eléctricas y magnéticas del átomo con las fuerzas mecánicas aplicadas a la materia y con el movimiento. Como resultado de esta relación, la energía mecánica puede convertirse en energía eléctrica y viceversa, mediante dinamos. Aunque esta conversión también puede producir otra forma de energía como calor y luz en la mayoría de las aplicaciones prácticas, la técnica se ha perfeccionado hasta un grado tal que estas pérdidas de energía se mantienen en su mínima expresión con lo que se consigue una conversión casi total en ambos sentidos. Así como la energía mecánica de un salto de agua se convierte fácilmente en energía eléctrica mediante un alternador. La energía eléctrica producida es transformada por procedimientos electromagnéticos a una tensión superior para su transporte a las largas distancias y en algún punto terminal es transformado de nuevo para la distribución a subestaciones centrales de carga en las que la energía eléctrica es redistribuida a instalaciones rurales, factorías, residencias, y establecimientos comerciales. En estos lugares la energía mecánica por medio de motores en energía calorífica mediante un horno eléctrico, en luminosa mediante lámparas eléctricas y en energía química mediante técnicas y procesos electroquímicos o bien puede ser convertida en otras formas de energía. Mediante convertidores, rectificadores y cambiadores de frecuencia


1.2. Relación entre la inducción electromagnética y fuerza electromagnética.

Son varios fenómenos electromecánicos naturales que relacionan la energía eléctrica con la energía mecánica, la relativa facilidad con la que se consigue esta conversión es debido sin duda, al conocimiento de estas relaciones. Para la mayoría de las finalidades practicas la conversación de la energía eléctrica a mecánica y viceversa, puede ser considerada como una reacción reversible. Sin embargo no debe considerarse como tal en su totalidad ya que en el proceso se originan otras formas de energía que no son deseable (calor, luz y energía química) las cuales determinan perdidas de energía en el sistema electromecánico. Tal vez los efectos electromecánicos más importantes son los relacionados con una fuerza mecánica aplicada a un cuerpo en presencia de campos eléctricos y magnéticos (por ejemplo una masa que consta de partículas cargadas, principalmente protones y electrones en movimiento que dé lugar a un movimiento del cuerpo). Aquí se consideran 4 de estos efectos. Estos fenómenos implicados en la conversión de la energía electromecánica son:

1. La fuerza de atracción que existe entre las placas con carga opuesta de un condensador. 2. Principio de reluctancia: sobre una muestra de material magnético situada en un campo magnético actúa una fuerza mecánica. La fuerza tiende a actuar sobre el material de tal manera que sitúe en la parte del campo magnético que presenta la densidad mayor. 3. Inducción electromagnética. 4. Fuerza electromagnética.

1.3. Ley de Faraday de la inducción electromagnética.

Antes del descubrimiento de Faraday, fue generada una tensión en un circuito por medio de un dispositivo de naturaleza química análogo a una pila seca o una batería de acumuladores. La contribución singular del descubrimiento de Faraday en 1831 fue la generación de una tensión debida al movimiento relativo entre un campo magnético y un condensador de electricidad. Faraday denomino a esta tensión, tensión << inducida>> debido a que solo se produce cuando existe un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético sin contacto <<físico >> real entre ellos.


El enunciado general de la ley de Faraday puede expresarse así: El valor de la tensión inducida en una sola espira de hilo proporcional a la velocidad de la variación de las líneas de fuerza que la atraviesan (o concatenan con ella). De la definición anterior, es evidente que la tensión inducida generada puede incrementarse aumentando la intensidad del campo magnético o reduciendo el tiempo durante el que se produce la variación en la concatenación de flujo.

1.4. Factores que afectan la magnitud de la FEM inducida. La expresión cuantitativa de Neumann de la ley de Faraday, es cierta únicamente cuando el circuito magnético es físicamente idéntico tanto al final como al principio y durante el periodo de la variación de la concatenación de flujo. En las maquinas eléctricas rotatorias, sin embargo, la variación de concatenación de flujo no queda claramente definida. 1.5. Sentido de la tensión inducida. Regla de Fleming.

Debe notarse que cuando un conductor se desplaza hacia arriba, desde la parte inferior derecha la superior izquierda, de modo que Ɵ es mayor de 90°. Análogamente, si la fuerza aplicada al conductor tiende a moverlo hacia abajo, ya que sen Ɵ es negativo para angulos entre 180° y 360°, Ɵ de la ecuación es negativo para todas las direcciones, en general, hacia abajo. La relación entre los sentidos de la FEM inducida, el campo magnético y el movimiento del conductor, se representa mediante la regla nemotécnica de Fleming. Cuando se trata de corriente convencional, para determinar el sentido de la FEM generada, puede denominarse regla de Fleming de la <<mano derecha>>.


La regla de Fleming de la mano derecha presupone que el campo es fijo y que el conductor se mueve con respecto al campo fijo. Puesto que la tensi贸n inducida depende del movimiento relativo entre el conductor y el campo, puede aplicarse en el caso de un conductor fijo y un campo m贸vil, pero suponiendo que el conductor se mueve en sentido opuesto.

Fundamentos de electromecanica  
Advertisement