Los sistemas de potencia eléctrica dependen en gran medida de dos máquinas estrechamente relacionadas que, en apariencia, hacen trabajos opuestos. Un generador convierte la rotación mecánica —de una turbina que hacen girar el vapor, el agua o el viento— en corriente eléctrica. Un motor eléctrico hace lo contrario, convirtiendo la corriente eléctrica en rotación mecánica capaz de mover una rueda, un ventilador o un compresor. En realidad, ambas máquinas se basan esencialmente en el mismo principio electromagnético subyacente, solo que aplicado en direcciones opuestas.
Un generador usa el movimiento a través de un campo magnético para inducir corriente
Un generador funciona haciendo girar una bobina de cable dentro de un campo magnético, o de forma equivalente haciendo girar imanes alrededor de una bobina fija, de modo que el campo magnético que atraviesa la bobina cambia constantemente a medida que avanza la rotación. Ese campo magnético cambiante induce una corriente eléctrica en la bobina, una consecuencia directa de la inducción electromagnética: cada vez que el campo magnético que atraviesa un conductor cambia, se induce una corriente en ese conductor. Toda la función de un generador se reduce a forzar mecánicamente exactamente este tipo de cambio continuo, convirtiendo la energía mecánica que impulsa la rotación en energía eléctrica transportada por la corriente inducida.
Un motor aplica la misma física en sentido inverso: la corriente produce fuerza rotacional
Un motor explota un efecto electromagnético estrechamente relacionado que funciona en la dirección opuesta: cuando una corriente eléctrica circula por un conductor situado dentro de un campo magnético, ese conductor experimenta una fuerza física. Disponiendo bobinas por las que circula corriente dentro de un campo magnético de manera que esa fuerza empuje de forma constante la bobina alrededor de un eje central, un motor convierte la energía eléctrica de la corriente de entrada directamente en energía mecánica rotacional. Como los generadores y los motores comparten gran parte de su mecanismo físico subyacente, muchas máquinas eléctricas están, de hecho, construidas para poder usarse como una u otra, según se suministre energía mecánica o energía eléctrica como entrada.
Lo que todavía no tenemos claro
Los principios electromagnéticos básicos detrás de los generadores y los motores están definidos con precisión, son física e ingeniería eléctrica de los siglos XIX y XX extremadamente bien establecida, confirmada en una enorme variedad de máquinas prácticas construidas precisamente sobre esta base. Lo que sí es, de forma más genuina, un área activa de investigación en ingeniería aplicada es diseñar motores y generadores que extraigan más potencia utilizable de un tamaño y un peso de máquina determinados desperdiciando menos energía en forma de calor, un desafío persistente dada la resistencia eléctrica y la fricción mecánica inevitables de los materiales reales —los ingenieros siguen desarrollando materiales, diseños de imanes y electrónica de control mejorados para llevar estos límites de eficiencia más lejos, sin que ninguna máquina real llegue nunca a una conversión perfecta y sin pérdidas.
Esto forma parte de Sistemas de Potencia & Máquinas Eléctricas, uno de los ocho temas de Ingeniería Eléctrica, uno de los cuatro ámbitos de Ingeniería, una de las diecisiete asignaturas sobre las que la app puede ponerte a prueba.