Generadores y motores eléctricos
¿Qué diferencia hay entre ellos?
Aunque se acostumbra representar con ε a la fuerza electromotriz de un generador, y así lo hemos hecho anteriormente, ahora lo representaremos por E, que también podrás encontrarte en alguna ocasión.
Un generador es un aparato capaz de transformar una energía ya sea química, eólica, hidráulica, térmica, nuclear, solar, etc., en energía eléctrica.
Un generador transmite una cantidad de energía a las cargas eléctricas que han de recorrer un circuito manteniendo en sus terminales, o en sus bornes, una determinada diferencia de potencial. A la energía que el generador suministra la llamamos fuerza electromotriz y la representamos en este caso por E.
Recordarás que Trabajo (W) y energía (E) están muy ligados, recordarás que la unidad de ambos es el Voltio (V).
Si la energía que un generador transmite a las cargas eléctricas para que se mantenga la diferencia de potencial es E podemos decir que:
Estudiamos también que la Intensidad de una corriente (I) es la cantidad de cargas que pasan por el conductor por unidad de tiempo, la Potencia de un generador es:
Potencia útil de un generador:
Sucede que en los generadores se produce calor debido a su propia resistencia interna (r), lo que significa que una cosa es la Potencia generada y otra, la Potencia útil (Pu).
Hay una Potencia (Pcalor) que se pierde en calor:
La Potencia útil que dispone un circuito eléctrico es:
Lo más fácil para determinar la Potencia útil de un generador es medir la diferencia de potencial (V) existente en los terminales del circuito sin tener en cuenta la fuerza electromotriz producida por él, deduciendo lo que pierde en calor al transformar una energía no eléctrica en eléctrica, y multiplicarla por la Intensidad de la corriente:
No toda la energía que es capaz de producir un generador lo entrega al circuito al que está conectado. Una parte de esa energía es consumida por la resistencia interna (ri). Esto lo hemos estudiado pero ahora añadimos el concepto de Rendimiento de un Generador.
La Potencia útil (Potenciautil) que el Generador entrega al circuito procede de la Potencia total (Potenciatotal) que produce menos la Potencia perdida (Pperdida) por causa de su resistencia interna, lo que nos permite escribir:
Se denomina Rendimiento de un Generador y se representa con la letra griega η (eta) al cociente:
Generalmente se expresa en tanto por ciento (%).
Ejercicio 1:
Pregunta:
Teniendo en cuenta los datos que observas en el esquema del circuito:
Calcula:
1.- Intensidad de la corriente en el circuito.
2.- Potencia eléctrica que se genera en cada generador.
3.- ¿Cómo realizas la comprobación?
Resultado:
1.- 0,164A; 2.- 3,29W y 4,93W; 3.- Ver Solución
Solución:
1.- Una buena costumbre es que cuando tengas un circuito con más de un generador dibujes una vector indicando, por ejemplo, el sentido de la corriente de cada generador del signo – al +. Te sirve de ayuda porque si quedan enfrentados se restan los valores y si se hallan indicando el mismo sentido los sumamos:
En este circuito las tensiones que nos suministran los generadores se suman por tener la misma dirección: 20 + 30 = 50V
Suponemos I la intensidad del circuito.
Partiendo de un punto lo recorremos tomando nota de los lugares donde existan Resistencias, es decir, donde haya consumo de energía o caídas de tensión, y nos encontramos con R1, r1, R2 y r2. Estas Resistencias provocan una caída de tensión de:
La tensión que disponemos es 50V y la demandada es 304.I, despejamos I:
2.- La Potencia producida en cada generador es:
3.- La Potencia generada veamos si corresponde a la consumida:
Potencia generada = 8,22W
Potencia consumida: Total de ohmios→304
Vemos que coinciden con la excepción de los decimales debido a que solo hemos tenido en cuenta a los dos primeros.
Ejercicio 2:
Pregunta:
¿Podrías calcular: 1) la Intensidad en el circuito y 2) la diferencia de potencial entre los puntos A y B del esquema siguiente?
Resultado:
0,083A y 13,28V
Solución:
En primer lugar señala la dirección de las cargas dentro del circuito:
Los valores de las fuerzas electromotrices se suman como nos lo indican los vectores en rojo de la última figura.
Intensidad del circuito: Sabemos que un punto cualquiera del circuito eléctrico la diferencia de potencial vale 0, la suma de todas las diferencias de potencial debidas a las Resistencias internas y externas del circuito menos los potenciales generados
vale 0:
La diferencia de potencial entre los puntos A y B la calculamos teniendo en cuenta las caídas de tensión desde este punto hasta B:
La tensión en B es la correspondiente al generador que se halla entre A y este punto, es decir, 20V lo que significa que la diferencia es:
Ejercicio 3:
Pregunta:
En este problema variamos los puntos A y B y se pregunta cuánto vale la diferencia de potencial entre ellos:
Resultado:
4,98V
Solución:
Ejercicio 4:
Pregunta:
¿Cuánta Potencia se disipa en el circuito siguiente sabiendo que el Generador pone a nuestro servicio una tensión de 12V?
Resultado:
1,44W
Solución:
Primero tendremos que saber la Intensidad de la corriente en dicho circuito:
Sabemos que la Potencia que se pierde equivale a:
Ejercicio 5:
Pregunta:
En la siguiente figura tienes un Generador capaz de producir una fuerza electromotriz de 20V.
Este Generador tiene una resistencia interna de 2 ohmios y alimenta un circuito en el que existe una Resistencia de 98 ohmios.
¿A cuánto asciende su rendimiento?
Resultado:
98%
Solución:
Tomando la fórmula:
Vemos que necesitamos conocer la Potencia útil y la Potencia total.
Resistencia total del circuito: 98 + 2 = 100 ohmios.
Intensidad del circuito:
¿Cuánta Potencia se pierde en la resistencia interna?
Hemos utilizado para el cálculo de Potencias tanto la fórmula:
Aplicando la segunda igualdad:
¿Cuánto vale la Potencia total?
Aplicamos:
¿Cuánto vale la Potencia útil?
La Potencia útil será igual a la Potencia total menos la que se pierde por causa de la resistencia interna en forma de calor:
Ahora podemos calcular el rendimiento que se expresa en %, es decir, que el resultado que obtenemos los multiplicamos por 100:
