Los vehículos eléctricos dependen exclusivamente de motores eléctricos para su propulsión, y los híbridos utilizan motores eléctricos para ayudar a sus motores de combustión interna para la locomoción. Pero eso no es todo. Estos mismos motores pueden utilizarse, y se utilizan, para generar electricidad (mediante el proceso de frenado regenerativo) para cargar las baterías a bordo de estos vehículos.
La pregunta más habitual es: «¿Cómo puede ser… cómo funciona?» La mayoría de la gente entiende que un motor se alimenta de electricidad para hacer un trabajo: lo ven todos los días en sus electrodomésticos (lavadoras, aspiradoras, procesadores de alimentos).
Pero la idea de que un motor pueda «funcionar al revés», generando electricidad en lugar de consumirla, parece casi mágica. Pero una vez que se entiende la relación entre los imanes y la electricidad (electromagnetismo) y el concepto de conservación de la energía, el misterio desaparece.
Tabla de contenidos
El electromagnetismo
La fuerza motriz y la generación de electricidad comienzan con la propiedad del electromagnetismo: la relación física entre un imán y la electricidad. Un electroimán es un dispositivo que actúa como un imán, pero su fuerza magnética se manifiesta y controla mediante la electricidad.
Cuando un hilo de material conductor (cobre, por ejemplo) se mueve a través de un campo magnético, se crea corriente en el hilo (un generador rudimentario). A la inversa, cuando se hace pasar la electricidad por un hilo enrollado alrededor de un núcleo de hierro, y este núcleo está en presencia de un campo magnético, se moverá y girará (un motor muy básico).
Motores/generadores
Los motores/generadores son en realidad un solo dispositivo que puede funcionar en dos modos opuestos. Al contrario de lo que la gente piensa a veces, eso no significa que los dos modos del motor/generador funcionen al revés el uno del otro (que como motor el aparato gire en un sentido y como generador, gire en el sentido contrario).
El eje siempre gira en el mismo sentido. El «cambio de dirección» es en el flujo de electricidad. Como motor, consume electricidad (entra) para producir energía mecánica, y como generador, consume energía mecánica para producir electricidad (sale).
Rotación electromecánica
Los motores/generadores eléctricos suelen ser de dos tipos, de CA (corriente alterna) o de CC (corriente continua) y esas denominaciones son indicativas del tipo de electricidad que consumen y generan.
Sin entrar en demasiados detalles y sin enturbiar la cuestión, ésta es la diferencia: La corriente alterna cambia de dirección (se alterna) cuando circula por un circuito. La corriente continua fluye unidireccionalmente (permanece igual) al atravesar un circuito.
El tipo de corriente utilizado tiene que ver sobre todo con el coste de la unidad y su eficiencia (un motor/generador de CA suele ser más caro, pero también es mucho más eficiente). Basta con decir que la mayoría de los híbridos y muchos de los vehículos eléctricos más grandes utilizan motores/generadores de CA, por lo que nos centraremos en este tipo de explicación.
Un motor/generador de CA consta de 4 partes principales:
- Un inducido de alambre montado en el eje (rotor)
- Un campo de imanes que inducen energía eléctrica apilados uno al lado del otro en una carcasa (estator)
- Anillos de deslizamiento que transportan la corriente alterna hacia/desde el inducido
- Cepillos que entran en contacto con los anillos rozantes y transfieren la corriente hacia/desde el circuito eléctrico
.
.
.
Se trata de un generador de corriente alterna.
El generador de CA en acción
El inducido es accionado por una fuente de energía mecánica (por ejemplo, en la producción de energía eléctrica comercial sería una turbina de vapor). Al girar este rotor, su bobina de alambre pasa por encima de los imanes permanentes del estator y se crea una corriente eléctrica en los alambres del inducido.
Pero como cada bucle individual de la bobina pasa primero por el polo norte y luego por el polo sur de cada imán de forma secuencial mientras gira sobre su eje, la corriente inducida cambia continuamente, y con rapidez, de dirección. Cada cambio de dirección se denomina ciclo, y se mide en ciclos por segundo o hercios (Hz).
En Estados Unidos, la frecuencia del ciclo es de 60 Hz (60 veces por segundo), mientras que en la mayoría de las demás partes desarrolladas del mundo es de 50 Hz. Los anillos rozantes individuales se colocan en cada uno de los dos extremos del bucle de alambre del rotor para proporcionar un camino para que la corriente salga del inducido. Las escobillas (que en realidad son contactos de carbono) van contra los anillos rozantes y completan el camino de la corriente hacia el circuito al que está conectado el generador.
El motor de CA en acción
La acción del motor (suministro de energía mecánica) es, en esencia, lo contrario de la acción del generador. En lugar de hacer girar el inducido para producir electricidad, la corriente es alimentada por un circuito, a través de las escobillas y los anillos rozantes y hacia el inducido. Esta corriente que fluye por el rotor bobinado (inducido) lo convierte en un electroimán. Los imanes permanentes del estator repelen esta fuerza electromagnética haciendo girar el inducido. Mientras la electricidad fluya por el circuito, el motor funcionará.