¿Cómo se genera electricidad a partir de movimiento y viceversa?

Hoy en día todos conocemos las principales formas de obtener energía eléctrica: energía hidráulica, energía eólica, energía solar, energía mareomotriz, energía geotérmica...

Energía hidráulica

                                                                      Energía eólica

                                                               Energía mareomotriz


Prácticamente, todas ellas van dirigidas a producir movimiento en paletas o turbinas mediante el movimiento de un fluido. ¿Por qué queremos movimiento si lo que buscamos es energía eléctrica?

La respuesta es sencilla: porque una vez obtengamos esa energía mecánica podremos transformarla en energía eléctrica.

Eso nos lleva a otra pregunta: ¿cómo transformamos la energía mecánica en energía eléctrica?

Esto es ampliamente estudiado en asignaturas como Máquinas Eléctricas, común en muchos grados de ingeniería.

Se trata de un fenómeno físico conocido como Ley de Faraday. Para entender lo que esta ley nos dice, es necesario entender el concepto de campo magnético y de lineas de campo magnético:

Sin entrar en demasiada teoría, basta con que tengamos una idea intuitiva de que estas lineas producen efectos de atracción magnética en los materiales ferromagnéticos (como los conductores). También es destacable que estas líneas nacen en el polo negativo del imán y mueren en el polo positivo. Este flujo magnético o multitud de líneas de campo será el responsable de este cambio de energía.

Bien, pues la ley de Faraday establece que la variación de flujo magnético (el movimiento del imán) genera una corriente eléctrica inducida en el conductor eléctrico (¡creamos corriente por mover un imán!). Vemos esta ley representada en la siguiente esquema:

Observamos que cuando el imán se mueve en el centro del conductor, el voltímetro (que mide la tensión) indica que existe una corriente eléctrica. Esto solo ocurre cuando el imán se mueve.
De esta manera, resulta fácil entender por qué el empeño de conseguir movimiento a costa del agua, del viento o de la energía térmica de la tierra.

Así, lo que conocemos como un generador eléctrico es simplemente una máquina que utiliza este principio.

Simplemente tenemos imanes girando (por el movimiento obtenido por el fluido) y conductores a su alrededor en los que se induce una corriente eléctrica.

Obviamente, se tiende a optimizar este proceso situando más "pares de polos" en la máquina y facilitando la conducción del campo magnético entre imanes y circuitos o bobinas.

Tras la generación de esta corriente inducida, la electricidad será almacenada, transportada o usada, pero este es todo el misterio que hay.

Hagámonos la pregunta inversa: ¿cómo se genera energía mecánica a partir de energía eléctrica?

Todos conocemos los motores eléctricos, que son los encargados de llevar a cabo esta misión. Vamos a entender cómo funciona.

En este caso la ley que rige este fenómeno es la Ley de Lorentz. Ésta establece que, cuando a un conductor se le atraviesa con una corriente eléctrica (se le conecta a una fuente de tensión) en presencia de un campo magnético, éste experimenta una fuerza denominada fuerza de Lorentz, que  le empuja en dirección perpendicular a la corriente (hacia arriba en la derecha y hacia abajo en la izquierda).

Así, se crea un "momento", que equivale a decir que este conductor empieza a girar.

Con esta ley en mente, miremos el siguiente esquema del funcionamiento de un motor:

Con la corriente eléctrica, el conductor empieza a rotar en el campo magnético impulsado por la fuerza antes mencionada. De esta manera, solo debemos de imaginarnos un eje (con conductores eléctricos siguiendo esta ley) conectado al elemento que precisa de movimiento rotatorio.

Pues este es el principio que siguen los motores eléctricos, teniendo claro siempre que la velocidad del eje o del conductor dependerán en esencia de la intensidad del campo magnético y de la intensidad que circula por él.

Bueno, pues esto es todo, nada más por mi parte.

¡Hasta la próxima entrada!