La producción de energía eléctrica está en gran medida asociada a la combustión y el uso de fluidos como la gasolina y el diésel. Esta manera de pensar tiene un gran componente de lógica y costumbre ya que el petróleo y sus derivados son ampliamente usados en la actualidad. Pero la generación de electricidad también puede ocurrir mediante artefactos como las dinamos. Saber cómo funciona ayuda a ampliar nuestros horizontes en materia energética.
Uno de los principios en los cuales se basa su funcionamiento es el de inducción electromagnética, que a su vez guarda una estrecha relación con los campos magnéticos. Aunque quizás parecen conceptos muy antiguos, tienen aplicaciones prácticas en nuestros días y, como se explica en este artículo, son indispensables en las denominadas energías renovables. De hecho, estas últimas son precisamente las que ganan cada vez mayor auge.
¿Qué es una dinamo?
Se conoce con el nombre de dínamo (o dinamo) a una clase de artefacto empleado para la generación de electricidad. La inducción electromagnética y los campos magnéticos constituyen dos de los principios en los cuales se basa su funcionamiento. Así, al poner este dispositivo en marcha, se transforma un flujo magnético en una corriente continua de carga eléctrica. Debido a lo cual representa un método para generar energía sin utilizar hidrocarburos.
En consecuencia, juega un papel importante dentro de las llamadas energías renovables, como la de tipo eólica. Su creación data del año 1830 y llegó a convertirse en 1870 en uno de los primeros generadores de electricidad a gran escala utilizados en la ciudad de París, Francia. En sus inicios, tuvo tal importancia, que la industria automotriz lo incorporó en su máquinas.
Sin embargo, no se considera que la dinamo esté del todo obsoleta, puesto que estas máquinas aún se utilizan en la actualidad en algunos equipos.
¿Cómo funciona una dínamo?
Para comprender bien la manera en cómo funciona una dínamo es importante tener en cuenta la estructura del equipo. Se compone por un aro de hierro (anillo) de grandes dimensiones, el cual se encuentra rodeado por una bobina metálica, elaborada a partir de múltiples hilos de cobre. Mediante la energía magnética que produce el rotor al cual está conectado, se impulsa la rotación del anillo, que en consecuencia genera un efecto de electroimán.
Cabe destacar que, para su funcionamiento, las dinamos requieren de una fuerza previa la cual transforman en energía. Por esto puede considerar a grandes rasgos que este tipo de máquinas cuentan con dos partes: la giratoria denominada rotor y aquella que es estática, el estator. De esta manera, un elemento genera el flujo magnético y el otro lo convierte en electricidad. Según la energía que producen se clasifican como alternadores o dinamos.
¿En qué se diferencian las dinamos de los alternadores?
Aunque ambos son generadores eléctricos, las dinamos y los alternadores son máquinas distintas. Si bien el funcionamiento de las dos difiere entre sí, la manera más sencilla de comprender sus diferencias es centrarse en el tipo de electricidad que generan. Básicamente, una dínamo produce corriente continua. En cambio su contraparte, los alternadores, generan corriente alterna. Esta última es capaz de recorrer largas distancias con mayor facilidad.
¿Cuáles son las partes que componen una dínamo eléctrica?
Al estudiar previamente cómo funciona una dínamo, se ha visto que el artefacto requiere de un componente que genere un campo magnético y otro que lo transforme en electricidad. A continuación se lista detalladamente y en orden alfabético cuáles son las partes que intervienen en este proceso.
- Carcasa: es una parte del estator. Se trata de un hierro provisto de una alta permeabilidad magnética en el cual se incorporan otros de los componentes de este artefacto.
- Colector: se le llama así al conjunto de láminas que tiene el propósito de girar para así recolectar la corriente que es producida por la máquina.
- Estator (también llamado inductor): consta de un alambre, el cual suele ser hilo de cobre esmaltado, y es una parte del circuito eléctrico encargada de almacenar energía. Este componente de una dinamo (conocido además como bobina) funciona genera el campo magnético. Por esto se considera que la inducción electromagnética es su principio de funcionamiento.
- Rotor (o inducido): comprende el elemento que cuenta con bobinas en serie, las cuales hacen un movimiento en torno al campo magnético que produce.
En la actualidad, estos dispositivos forman a su vez parte de otras maquinarias.
¿Cuánta energía es capaz de generar?
La cantidad de energía que puede llegar a producir una dínamo es variable en función de dos aspectos: la rapidez a la cual gira, que está ligada a la velocidad de su motor, y la fuerza que tenga su campo magnético. Este último factor lo determina el volumen de corriente que circula a través de la bobina de campo.
En ese sentido, se busca controlar la salida que tiene el artefacto para así evitar que una batería reciba una sobrecarga. Aquí es donde interviene un regulador.
¿Cuáles son los usos prácticos que tiene este artefacto electromagnético?
Debido a sus diversas características, como la sencillez de su mecanismo, a las dinamos se les han otorgado distintos usos desde su invención. Una de las primeras aplicaciones prácticas de estas máquinas la encontró la industria automotriz, que las implementó para impulsar los coches. Pero aunque resultaron muy útiles e implicaban escaso peso, a partir del siglo XX se reemplazaron por alternadores a medida que los autos se hacían más potentes.
Cuentan con un sistema de iluminación a base de bioplásticos que funciona con un dínamo, un lugar de guardado para objetos personales, un marcador para intervenirla y un código QR que permite acceder a piezas sonoras, visuales y de lectura estableciendo una interacción poética.
— ArtesElectrónicas (@maeUNTREF) October 23, 2020
En la actualidad, ya no quedan automóviles que incorporen dinamos. No obstante, a estos artefactos se les aprovecha en otros sectores, por lo cual se mantienen vigentes. Forman parte de sistemas de producción de energía limpia, por ejemplo, la energía eólica. De modo que se conectan a molinos de viento y al mismo tiempo que se mueven las aspas, gira el eje del dispositivo para generar electricidad. Otro de los usos más recientes es en linternas de mano.
¿Quién inventó el dinamo?
A lo largo de su historia, han existido básicamente tres tipos de dinamos, que van desde el prototipo del artefacto hasta los modelos más evolucionados. Todo comenzó a raíz del descubrimiento de la inducción electromagnética, en el año 1831, por parte del físico de origen británico Michael Faraday, a quien se puede considerar como el padre de este generador eléctrico.
Fue este científico, nacido en Newington Butt, quien ideó el denominado disco de Faraday, un precursor de este tipo de generador. Constaba de una especie de plato de cobre que giraba entre las dos puntas de un imán con forma de uve. Un año más tarde, el inventor francés Hippolyte Pixii construyó el primer prototipo de dinamo tras hacer modificaciones al aparato y agregar un conmutador eléctrico. A esta máquina magnetoeléctrica se le conoce como Dínamo de Pixii.
Posteriormente, sería el físico italiano Antonio Pacinotti quien perfeccionó el invento. Agregó una bobina en forma de aro o rosquilla en lugar de la giratoria que se usaba anteriormente y así, en 1860, creó el llamado Dinamo de Pacinotti. Transcurrió una década hasta que Zénobe Gramme ideara un modelo más evolucionado, el dinamo de Gramme, que ya en 1870 empezaron a usarse comercialmente.
¿Qué es la inducción electromagnética?
Si bien en hoy en día contamos con motores eléctricos y generadores gracias al principio de la inducción electromagnética, este concepto es de vieja data. Se le debe al científico Michael Faraday, quien lo descubrió en el año 1831. Puede explicarse como el fenómeno mediante el cual se produce electricidad cuando una bobina de cobre se mueve en un campo magnético generado por un imán.
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Son posibles gracias al aporte de Michael Faraday, investigador autodidacta y gran divulgador de la ciencia.
Un 29 de agosto de 1831 descubrió la inducción electromagnética. pic.twitter.com/rWFSTC7QDl— Programa Explora (@explora_cl) August 29, 2019
Debido al campo magnético que crea el imán, los electrones fluyen en dirección al cable de la bobina que actúa como conductor. Como se ha explicado previamente, esta invención pavimentó el camino para que fuera posible la construcción del prototipo de dinamo. Más tarde esta máquina se perfeccionaría hasta la creación de los alternadores que se utilizan en nuestros días.
Los aportes más relevantes de Michael Faraday a la ciencia
Michael Faraday fue un físico que nació en Newington Butt (Inglaterra) el 22 de septiembre del año 1791. Incursionó en diferentes especialidades de las ciencias, como la física y la química, a las que hizo grandes aportes. Uno de los más importantes lo constituyó la inducción electromagnética (que abrió paso a la invención de la dínamo), pero su nombre también destaca por las contribuciones que hizo a la electrólisis y el la diamagnetismo.
Aunque estos dos últimos no fueron propiamente hallazgos de Faraday, el británico acuñó los términos y estudios ambos procesos. Además, descubrió el hidrocarburo aromático conocido como benceno. A este científico se deben los términos ánodo, cátodo, electrodo e ion, los cuales aún se utilizan en la actualidad. Por otra parte, se bautizó a la unidad de capacidad eléctrica faradio o farad en honor a este científico inglés.
La fama póstuma de Hippolyte Pixii
En la actualidad el científico francés Hippolyte Pixii es ampliamente reconocido por haber construido la primera dínamo, pero la situación en vida fue muy distinta para el hijo del también inventor Nicolas Constant Pixii. La razón es que el hallazgo del científico galo se produjo no mucho tiempo antes de su muerte, por lo cual no pudo gozar del éxito y la fama que merecía.
Pixii falleció en 1835, tan solamente tres años después de haber presentado su creación en la Academia Francesa de las Ciencias. Los principios que hacen posible su funcionamiento ahora se conocen en detalle, al punto que es posible construir una dínamo eléctrica a modo de experimento.