Energía de Bobina: ¿Qué es? ¿Cómo funciona? [Uso y Ejemplos]

 

¿Qué es la energía en una bobina?

Se le llama bobina o inductor a un componente pasivo de un circuito eléctrico, compuesto de un embobinado de X vueltas, que introduce inductancia en un circuito eléctrico.

La inductancia es la propiedad que tiene un dispositivo eléctrico que hace que el paso de una corriente variable con el tiempo produzca un voltaje a través del mismo.

Se elaboran a  partir de un alambre o hilo  de cobre esmaltado que s e enrolla en un núcleo compuesto de un material ferroso  (acero magnético) a fin de aumentar su capacidad de magnetismo.

¿Qué componentes tiene un inductor?

Los componentes de inductor son los siguientes: pieza polar; núcleo; devanado inductor; expansión polar; polo auxiliar y la llamada culata.

¿Qué ventajas tiene?

No necesita de una fuente eléctrica externa 

energía de bobinaLos cambios que se originan en una bobina de un generador de corriente alterna, ocurren en  el campo magnético que se genera e inducen la producción de voltaje de corriente alterna,  donde la corriente cambia de dirección, entre los dos extremos de salida de la bobina.

La energía requerida proviene únicamente del movimiento mecánico de la bobina

Este tipo de dispositivo es muy ventajoso cuando la fuente de  energía es una turbina de vapor o gas, o un motor diésel o de gasolina. 

Es versátil, porque genera energía eléctrica alterna o continua

Son muy numerosas y efectivas las diversas aplicaciones que tiene la inducción electromagnética para la ciencia, tecnología, electrónica, en fin, para toda la sociedad, dadas sus variados usos en transformadores, generadores de corriente eléctrica,  hornos de inducción, sistemas de frenos magnéticos y algunos controles.

Bastará una fuente confiable de energía mecánica.

Sabías qué...
La inducción de un horno es sorprendentemente. Personalmente la he probado y parece magia lo rápido que puede calentar los alimentos o el café.

¿Qué desventajas tiene?

Puede ser peligrosa

Las fuente de energía electromagnética producidas en generadores, con la ayuda de bobinas, en ocasiones pueden registrar algunos peligros en su uso, porque si se necesita tener una fuente de alimentación con salida de corriente regulada, los generadores de energía de corriente alterna y continua deberán operar a una velocidad variable.

Cuando trabaja un generador de corriente continua, se produce una corriente eléctrica que fluye en una dirección, pero la misma es irregular.

 Se necesitará entonces un equipo eléctrico adicional  como una batería, condensador y un conductor y componentes electrónicos denominados diodos para que la corriente se mantenga dentro de un rango regulado.

Esos campos electromagnéticos interfieren con otros dispositivos eléctricos y electrónicos, como computadoras y teléfonos celulares.

Sabías qué...
En personas que usan marcapasos, también puede ser peligroso porque las interferencias puedan dañar el dispositivo y afectar gravemente a la persona.

¿Cómo se produce la energía en una bobina?

El funcionamiento de la bobina se basa que en reaccionará contra los cambios de corriente, gracias a la generación de un voltaje opuesto al voltaje aplicado que será de resultado proporcional a la alteración de la corriente.

campo electromagnético energía de bobinaLa bobina genera un flujo magnético que  tiene como misión posibilitar que la corriente eléctrica circule  y también se puede oponer a los cambios en la misma, propiedad que evita fluctuaciones bruscas en la intensidad de la corriente que pueden ocasionar daños o alteraciones que traen desperfectos al equipo o dispositivo.

Existen dos tipos de bobinas:  Fijas y variables. 

Bobinas fijas

En valor de la bobina, como su nombre lo indica, es fijo y se incluyen en esta categorización  las bobinas con núcleo de aire y núcleo sólido. 

Para el caso de las bobina de núcleo de aire se enrolla un conductor en un soporte hueco para retirarlo posteriormente y simular la apariencia de un muelle. Estas se emplean en transmisores, equipos de radio y televisión.

Por ejemplo:
Las bobinas de tipo electromagnético tienen muchos usos en la vida cotidiana.

Pueden ayudarnos a prender un timbre, ayudan a echar a andar una electroválvula o activar un relé.

Intervienen también en un motor eléctrico, en un interruptor diferencial o lineal y en el freno y embrague de un automóvil. En las lámparas fluorescentes también operan y fuentes diversas de alimentación.

Bobina de núcleo sólido

energía de bobina conceptoPueden fabricarse con núcleos de hierro y ferrita.

Las primeras se emplean siempre que se requiera un valor de inductancia alto,  con la intención de crear un mayor efecto electromagnético,  en comparación con un núcleo de aire.

Por su parte, las bobinas de núcleo solido de ferrita se usan en la electrónica, porque su tamaño es más pequeño, son de alta inductancia y trabajan en circuitos de alta frecuencia.

¿En qué unidades se mide?

Existe un valor de oposición de la bobina al paso de corriente que se mide por la inductancia, en una  unidad conocida como HENRIOS (H). 

Se deben tener en cuenta los siguientes factores, al momento de calcular los Henrios.

  • Número y diámetro de las espiras.
  • Tipo de núcleo.
  • Longitud del hilo
  • La bobina tendrá más inductancia y, por ende, más Henrios, dependiendo del tamaño o si estos factores son mayores.

¿Cómo se transforma la energía en una bobina?

En una central de generación de energía eléctrica, nuclear, hidráulica o térmica, la energía mecánica que el generador transforma en energía eléctrica proviene del movimiento de una turbina que funciona con la ayuda de vapor de agua, aire o agua.

En el caso de una  central hidráulica,  en el rotor se anida un electroimán que opera formado por una bobina enrollada en torno a un material ferromagnético por donde circula una corriente que produce un campo magnético.

Este tiene la ventaja de ser más intenso que uno producido por un imán permanente.

A su vez, hay un estátor, compuesto por bobinas por donde circula la corriente. Al hacer girar el rotor, el flujo del campo magnético a través del estator varía con el tiempo y se produce entonces una corriente eléctrica.

¿Cómo se almacena la energía en una bobina?

El inductor ideal es la bobina con alambre sin resistencia.

Cuando existe corriente en el alambre del dispositivo, se almacena energía en el campo magnético que rodea al devanado. Entonces tenemos que una corriente i en la bobina producirá un voltaje cero a través de ella. Y una corriente variable produce un voltaje auto inducido.

En este proceso, no se va a producir ningún cambio brusco de la corriente, ya que se requeriría un voltaje infinito que no existe en este caso.

Sabías qué...
Su almacenaje se diferencia de un capacitor o condensador, porque la bobina usa un campo magnético activado gracias a la presencia del espiral de alambre, mientras que los condensadores emplean un campo eléctrico para el almacenamiento.

¿Qué necesitamos para producir energía en una bobina?

La bobina es de mucha utilidad y produce  un efecto electromagnético indispensable  para que produzca la energía mecánica que finalmente se transforma en energía eléctrica.

Un inductor consta de las siguientes partes:

  • Devanado inductor: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.
  • Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina.
  • Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar.
  • Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.
  • Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro.
  • Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia.

¿Es un tipo de energía eficiente?

Son muchas las aplicaciones que tienen las bobinas que ayudan a  generar energía eléctrica a partir de efectos electromagnéticos.  Su utilidad en la vida cotidiana es total. 

Veamos algunas de las más relevantes:

  1. Motores eléctricos: la bobina genera campos magnéticos que transformarán la energía eléctrica en un movimiento rotatorio en el eje.
  2. Motores lineales: el principio es de un motor convencional pero las bobinas producen un campo magnético cuando se ubican linealmente.
  3. Interruptor diferencial: aquí se ubican dos bobinas en serie para generar un campo magnético opuesto. La fuerza se descompensa si la corriente que circula no es igual.
  4. Freno eléctrico: se usan bobinas en su construcción que se colocan en los discos con un eje de transmisión del vehículo.
  5. Transformador eléctrico: está formado por dos bobinas que comparten un circuito magnético.
  6. Sensor inductivo: la bobina detectará el paso de un elemento ferromagnético por las proximidades, generándose así una tensión eléctrica en los extremos.
  7. Bobina de ignición: se forma con dos bobinas y su función es semejante a la de un transformador.
  8. Rele o Contactór: se trata de un interruptor que se contralará eléctricamente.  Con la bobina va a circular una corriente, que a su vez generará un campo magnético con el que se mueve un elemento ferromagnético, que abre o cierra el interruptor eléctrico.
  9. Timbre: una bobina por donde circula una corriente alterna, hace mover de modo alterno a un lado y a otro, gracias al campo magnético que se genera en una paleta que golpea la campana.
  10. Bobina automotriz: brindan a las bujías del automóvil corrientes de alta tensión para que se genere una chispa necesaria para que se genere la combustión en el motor.

Un poco de historia sobre la energía en una bobina

energía de una bobina nikola teslaTiene su antecedente a finales del siglo XIX, gracias a los grandiosos aportes que hizo el inventor Nikola Tesla, un físico de  origen croata quien inventó la Bobina de Tesla,  un transformador resonante que genera descargas eléctricas de gran alcance.

Presentó ante el mudo el primer motor de inducción, sin escobillas y alimentado con corriente alterna, en 1888, año que también le llevó a desarrollar el principio básico que regiría su bobina de Tesla.

Trabajó entonces con la empresa  Westinghouse Electric & Manufacturing Companys, en Pittsburgh. USA. 

Tesla realizó innumerables demostraciones con varias máquinas ante el American Institute of Electrical Engineers, en el Columbia College. Tesla, siguiendo las investigaciones antes realizadas por William Crookes, diseñó y construyó varias bobinas que produjeron diversas corrientes de alto voltaje y alta frecuencia.

El inventor croata hizo estas primeras bobinas que usaban la acción disruptiva de un explosor en su funcionamiento. Las bobinas Tesla se componen de varios circuitos eléctricos resonantes acoplados.

Los sistemas de transporte de energía eléctrica a larga distancia y que transmiten electricidad a 400 mil vatios, se erigen en uno de los más valiosos legados de Tesla, quien fue un ferviente defensor de la corriente alterna y hoy día se le considera  el verdadero padre de la electricidad. 

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