Campos magnéticos rotativos: desde la invención hasta la perfección
En cada motor de corriente alterna se utiliza un campo magnético rotativo, un invento que dio inicio a la Revolución Industrial. Este campo magnético rotativo, también conocido como campo magnético tesla, ha sido fundamental en el desarrollo tecnológico y ha revolucionado diversas industrias. ¿Cómo se llegó a este estado de RMF (Rotating Magnetic Field)? Viajaremos a través de las mentes de los genios detrás del desarrollo de RMF para entender cómo las teorías de diseño evolucionaron con el tiempo. Nuestro viaje nos llevará desde los primeros diseños hasta las técnicas de bobinado modernas y la producción de RMF actual. ¡Vamos!
El comienzo de los campos magnéticos rotativos
La idea de los campos magnéticos rotativos comenzó con Walter Bailey, el pionero del electroimán de la revolución industrial. Bailey utilizó una fuente de alimentación de corriente continua (CC) con imanes electromagnéticos y anillos conmutadores para dar vida a esta innovación. Para comprender este proceso de producción de RMF, sigamos los pasos:
- Cuando pasa una corriente continua a través de un electroimán, se crea un campo magnético con una orientación específica.
- Si agregamos un segundo electroimán enrollado en sentido contrario, las líneas de campo magnético se conectan entre los polos opuestos. Podemos representar estas líneas de campo magnético utilizando una flecha.
- Agreguemos otro par de electroimanes en diagonal al primero. La interacción entre estas dos líneas de campo magnético producirá un campo magnético resultante.
- Si desenergizamos el primer par y mantenemos energizado solo el segundo par, el campo magnético resultante será como se muestra.
- Si energizamos ambos pares nuevamente, invirtiendo la polaridad de la corriente en una de las bobinas, el campo magnético resultante cambiará una vez más.
En todos los casos, los campos magnéticos resultantes tienen una característica en común: tienen la misma magnitud pero ángulos diferentes. En resumen, el campo magnético resultante gira en incrementos de 45 grados. Hemos visto el diseño del primer RMF, pero se puede inducir una mayor rotación al encender y apagar repetidamente el proceso en el mismo patrón.
Walter añadió un disco de cobre en la parte superior para demostrar físicamente la rotación del campo magnético. A medida que el campo magnético cambia, induce corrientes de Foucault, lo que provoca la rotación del disco junto con el RMF. Aunque fue un invento ingenioso, había un defecto en el diseño: el movimiento del RMF era brusco y no era una característica especialmente útil para un motor eléctrico.
La ingeniosa invención de tesla
El genio inventor Nikola Tesla propuso su propia idea para producir RMF utilizando corrientes alternas de dos fases, dando lugar al campo magnético rotatorio. Esta idea se detalla en su patente de motores de inducción en 1888. Coincidentemente, el mismo año, un inventor inteligente llamado Galileo Ferraris también introdujo una forma similar de producir RMF, marcando un hito en la historia de la electricidad y el magnetismo.
El diseño de Tesla fue una modificación inteligente de los electromagnetos de Walters, y su primera modificación fue eliminar los conmutadores, que eran tediosos de operar. Luego suministró corrientes alternas con una diferencia angular de 90 grados entre ellas. Esto significa que el campo producido por una bobina se desplaza en posición en relación con la otra. ¿Cómo funciona esto?
Tomemos un punto de partida: la corriente de la bobina A es un valor positivo pequeño, mientras que la corriente de la bobina B es un valor negativo más grande. Los campos magnéticos individuales producidos por ambas bobinas se muestran así. Si sumamos ambos campos, obtenemos este campo resultante en el motor. Ahora, al variar las corrientes, en este momento, la bobina A lleva una corriente positiva de mayor magnitud y la corriente en la bobina B es cero.
En este momento, el campo magnético producido por la bobina A es el único en funcionamiento. Por último, ambas corrientes de las bobinas son positivas y tienen la misma magnitud, creando un campo resultante como se muestra. Al observar estas tres instancias, encontramos que el diseño de la máquina bifásica de Nikola Tesla produce un campo magnético rotativo. Mientras Tesla usaba su generador de CA para hacer posible este desfase de fases, Galileo Ferraris utilizaba un inductor en una de las dos bobinas suministradas por un dinamo de CA monofásico.
Más tarde, el diseño de dos fases de Nikola Tesla se volvió cada vez más popular debido a la viabilidad práctica de sus diseños y a la eficiencia de los generadores de CA polifásicos necesarios para estos motores. Dejaremos que Tesla y Ferraris sigan discutiendo sobre esto.
La llegada de los campos magnéticos rotativos trifásicos
Cuando el RMF de dos fases estaba surgiendo, el ingeniero ruso Mikhail Dobrovolsky presentó al mundo los RMF trifásicos, marcando un hito en la evolución de los campos magnéticos rotativos. Este avance, que introdujo los RMF trifásicos, demostró ser superior en muchos aspectos a los RMF de dos fases de Nikola Tesla.
Utilicemos un diseño de bobinado simplificado para comprender el funcionamiento del RMF trifásico. Un suministro de corriente trifásica variará con el tiempo, como se ilustra en este arreglo. Ahora necesitamos descubrir cómo varía el campo magnético resultante debido a la variación de la corriente. Detengámonos en este instante. Los campos magnéticos producidos por todas las bobinas se ilustran aquí, lo cual se puede deducir fácilmente utilizando la regla de la mano derecha.
Ahora combinemos todas estas seis líneas de campo magnético para obtener el campo magnético resultante. En resumen, esta es la forma del RMF en ese instante. Variemos las corrientes por un intervalo de tiempo pequeño y congelemos la escena. Recuerda que la densidad del campo es mayor para los conductores con corrientes más grandes. Sigamos la trayectoria resultante de nuevo comparando ambas instancias, el campo resultante ha rotado claramente.
Al calcular para todas las demás instancias de corrientes, se observa que el campo magnético rota una vez por cada ciclo de corriente. Y ahí lo tienes, así es como un campo magnético rotativo trifásico realmente rota.
El diseño moderno de bobinado
El bobinado moderno del RMF trifásico es capaz de producir un RMF con casi ninguna oscilación, lo que cumple con la definición real de un RMF que es un campo magnético de magnitud constante que gira. Aquí se muestra un diseño moderno de bobinado que produce un RMF de 4 polos. El diseño de bobinado moderno es un tema amplio que requiere un video dedicado por separado.
Electroimán de la revolución industrial
Uno de los inventos más importantes de la Revolución Industrial fue el electroimán, el cual tuvo un impacto significativo en el desarrollo de la tecnología y la sociedad. El electroimán es un dispositivo que utiliza la electricidad para generar un campo magnético, lo que lo convierte en una herramienta invaluable en la industria y la investigación.
El electroimán fue utilizado por primera vez en la industria textil, donde se utilizaba para controlar las máquinas de tejido y mejorar la eficiencia de la producción. Esto permitió un aumento considerable en la velocidad y la calidad de los tejidos, lo que a su vez impulsó el crecimiento de la industria textil en todo el mundo.
Otro avance importante en el uso del electroimán fue su aplicación en los motores eléctricos. A medida que se perfeccionaba la tecnología, los electroimanes se convirtieron en una parte fundamental de los motores eléctricos, permitiendo la generación de movimiento a través de la conversión de energía eléctrica en energía mecánica. Esto llevó a una revolución en el transporte, la industria y la vida cotidiana de las personas.
Además de su aplicación en la industria, el electroimán también fue utilizado en la investigación científica. Gracias a su capacidad para generar campos magnéticos poderosos, los científicos pudieron realizar experimentos y descubrimientos importantes en el campo de la electricidad y el magnetismo. Estos avances sentaron las bases para el desarrollo de la tecnología actual y nos permitieron comprender mejor el mundo que nos rodea.
En resumen, el electroimán fue una invención clave durante la Revolución Industrial que revolucionó la industria, el transporte y la investigación científica. Su capacidad para generar campos magnéticos poderosos permitió mejoras significativas en la eficiencia y la calidad de la producción industrial, así como en el desarrollo de motores eléctricos. Además, su aplicación en la investigación científica nos permitió comprender mejor el mundo que nos rodea y sentó las bases para la tecnología actual. El electroimán sigue siendo una herramienta fundamental en nuestra sociedad moderna y su impacto en la historia es innegable.
Nikola tesla campo magnético rotativo
Nikola Tesla y el campo magnético rotativo
El campo magnético rotativo es una invención revolucionaria desarrollada por el genio inventor Nikola Tesla. A lo largo de su carrera, Tesla se dedicó a estudiar y experimentar con la electricidad y el magnetismo, y fue en este contexto que descubrió la importancia del campo magnético rotativo.
Funcionamiento del campo magnético rotativo
El campo magnético rotativo consiste en la generación de un campo magnético que gira constantemente alrededor de un eje. Esto se logra mediante la utilización de corrientes alternas y bobinas electromagnéticas. El efecto resultante es una fuerza magnética que puede ser aprovechada para una amplia variedad de aplicaciones.
Aplicaciones del campo magnético rotativo
El campo magnético rotativo ha sido utilizado en numerosos campos de la ciencia y la tecnología. Una de las aplicaciones más destacadas es su uso en los motores eléctricos, donde el campo magnético rotativo impulsa el movimiento de las partes móviles. Además, también se ha utilizado en generadores de energía eléctrica, transformadores y dispositivos de inducción electromagnética.
Beneficios del campo magnético rotativo
El campo magnético rotativo ofrece numerosos beneficios en comparación con otros métodos de generación de energía. En primer lugar, es más eficiente y económico, ya que permite producir mayor cantidad de energía con menor consumo de recursos. Además, su diseño modular y versátil permite adaptarlo a distintas aplicaciones y necesidades específicas.
En conclusión, el campo magnético rotativo es una invención revolucionaria que ha transformado la forma en que utilizamos la energía. Gracias a los avances de Nikola Tesla, hoy en día podemos disfrutar de motores eléctricos más eficientes y generadores de energía más potentes. Sin duda, el desarrollo de los campos magnéticos rotativos ha sido un hito en la historia de la tecnología.
