Esta sencilla fuente de energía accionada mecánicamente tiene casi 200 años y todavía tiene un papel bien definido, aunque limitado, en los sistemas actuales.
¿Qué o quién es un magneto? No, un “magneto” no es sólo el poderoso mutante que tiene la capacidad de generar y controlar campos magnéticos y apareció por primera vez en la edición debut de Los X-Men en el 1963.
En cambio, el magneto de ingeniería es una forma electromecánica básica de convertir el movimiento (generalmente rotatorio, pero puede ser lineal) en energía eléctrica. A pesar de su antigüedad, es una técnica muy antigua y todavía se utiliza en versiones modernas que van desde aplicaciones relativamente mundanas hasta aplicaciones de gama alta donde la seguridad es fundamental. En algunos casos, incluso se podría considerar el uso del magneto como una forma de recolección de energía, ya que toma o “sifona” parte de la energía mecánica disponible y la convierte en energía eléctrica.
Nota: los términos y parámetros energía y potencia son entidades distintas. La energía es la capacidad de realizar un trabajo y la potencia es la velocidad a la que se realiza el trabajo. Sin embargo, para nuestros propósitos en estas preguntas frecuentes, los dos términos son aproximadamente intercambiables y no es necesario hacer una distinción entre ellos.
Estas preguntas frecuentes explorarán la historia, la construcción y las aplicaciones del magneto, así como sus ventajas y limitaciones.
P: Comience con lo básico: ¿qué hace un magneto?
A: Un magneto consta de un imán permanente y una bobina eléctrica (de cobre) enrollada. Es una fuente de corriente eléctrica "inestable" que no es CC, que funciona como un generador eléctrico básico, pero eficaz. El flujo cambiante o inverso generado por un imán que pasa a través de la bobina produce una diferencia de voltaje a través de la bobina primaria (Ley de Faraday) (Figura 1 y XNUMX). Esta diferencia de voltaje también hace que una corriente pase a través de la bobina y hacia una carga, creando así energía eléctrica a partir del movimiento mecánico.
P: ¿Existe más de una estructura magneto básica?
A: Sí. Un magneto lanzadera tiene un imán fijo mientras la bobina gira o se mueve; un magneto inductor mantiene la bobina fija mientras gira o mueve el imán. Generalmente se prefiere el diseño del inductor, ya que no es necesario conectar cables a un conjunto de bobina móvil o giratoria, por lo que el diseño es más confiable. De cualquier manera, el principio físico subyacente y el uso de la Ley de Faraday son los mismos.
P: ¿Cómo es la salida bruta de un magneto? ¿Cuál es su amplitud?
A: La salida es una forma de onda de CA muy no sinusoidal (Figura 2 y XNUMX). La aptitud es función del diseño, tamaño y velocidad con la que el imán pasa por la bobina y tópicamente está entre ±15 y ±40 V; algunos magnetos más grandes pueden entregar hasta ±100 V.
P: ¿Cuál es la diferencia entre un magneto y una dinamo?
A: En general, una dinamo produce una corriente CA sinusoidal limpia y de bajos armónicos, que es muy diferente de la salida de forma de onda distorsionada y "puntiaguda" del magneto.
P: ¿Cuántos años tiene el uso del magneto como fuente eléctrica?
A: Muy viejo. El fabricante de instrumentos francés Hippolyte Pixii lo construyó en 1832, apenas un año después del descubrimiento de Michael Faraday de los principios de la inducción electromagnética. Operado por una manivela, su magneto fue el primer generador práctico de corriente eléctrica (Figura 3).
Al girar la manivela, los imanes rectangulares (relativamente débiles en aquellos días) entraban y salían de las bobinas mediante un simple mecanismo de movimiento de rotación a lineal, generando así la corriente eléctrica. Este fue el primer esquema sin batería para generar un flujo de corriente confiable y algo continuo. Incluso si no era continuo como lo sería de una batería, era una fuente “limpia” que no implicaba productos químicos ni sufría agotamiento.
P: Todo esto suena a historia antigua y algo irrelevante. ¿Por qué deberíamos mirarlo ahora?
A: En primer lugar, los magnetos se utilizaron en los primeros automóviles, como el Modelo T, y condujeron a muchos avances en el sector. la tecnología de los modernos encendidos por chispa y del electromagnetismo. Más importante aún, siguen siendo ampliamente y más eficaces gracias a mejores materiales, componentes mecánicos e imanes.
P: ¿Dónde se utilizan? ¿Cuál es su papel?
A: Se utilizan tanto en aplicaciones de “gama baja”, como cortadoras de césped o motosierras que funcionan con gasolina, como en aviones pequeños. La salida eléctrica de bajo voltaje del magneto se transforma en un voltaje/corriente adecuado para encender la bujía del motor de gasolina de pistón de combustión interna. Estas aplicaciones relacionadas con chispas son las dominantes para los magnetos, donde no necesitan proporcionar un flujo continuo de energía sino sólo ráfagas periódicas.
También se usaban en los primeros días de la telefonía, donde el usuario giraba una manivela en el costado del teléfono para generar el voltaje más alto (50 a 100 V) necesario para el timbre, mientras que una batería de bajo voltaje funcionaba. ser utilizado para el circuito de conversación real (Figura 4 y XNUMX).
P: ¿Se utiliza directamente el voltaje de salida del magneto?
A: Generalmente, no es útil directamente. Se puede utilizar "tal cual" si solo alimenta un circuito de menor voltaje, como el timbre del teléfono (alrededor de 20-40 V, a veces hasta 80-100 V). Sin embargo, el voltaje es demasiado bajo para encender una chispa en un motor de gasolina donde se necesitan alrededor de 10 kV. En estos casos, se emplean varios esquemas de aumento de voltaje que utilizan un transformador de doble devanado donde el voltaje del magneto es el primario y el transformador lo aumenta en dos órdenes de magnitud (10 V a 1000 V).
P: ¿Por qué se utilizan magnetos hoy en día? Después de todo, ahora disponemos de baterías potentes y ligeras.
A: Una de las ventajas de un sistema de encendido por magneto es que no requiere ninguna fuente de energía externa, como una batería; es un sistema totalmente autónomo y autoalimentado. Esto lo convierte en una buena opción para aplicaciones en las que una batería como fuente principal de alimentación de CC no está disponible o no es factible, como motores pequeños (cortacésped, motosierras). Además, los sistemas de encendido por magneto son relativamente simples y tienen pocas piezas móviles, lo que los hace duraderos y fáciles de mantener.
P: Eso tiene sentido, pero ¿para qué sirven en los aviones?
A: Hay varias razones por las que incluso los aviones modernos con motores de hélice/pistón y baterías todavía utilizan magnetos para proporcionar a los cilindros chispas de alto voltaje; son los siguientes:
- Los magnetos no dependen del sistema eléctrico del avión, de las baterías u otras fuentes de electricidad a bordo; el sistema eléctrico del avión se desconecta y pierde energía por completo; los motores del avión impulsados por magnetos seguirán funcionando.
- Los magnetos son confiables. Como se mencionó anteriormente, son una de las tecnologías de encendido más antiguas de la industria aeroespacial, utilizadas por los primeros aviones. Son confiables y probados en el tiempo.
- Es posible que los pilotos tengan que apagar deliberadamente todo el sistema eléctrico del avión en algunas circunstancias drásticas, como en el caso de un incendio eléctrico, para evitar que se propague. Al utilizar magnetos para su sistema de encendido, los motores seguirán funcionando incluso cuando el sistema eléctrico esté apagado.
La siguiente parte entra en más detalles sobre el uso de magnetos en sistemas de encendido.
Contenido mundial de EE relacionado
¿Cuántos motores eléctricos hay en un automóvil?
Por qué no necesita un variador de velocidad para cambiar la velocidad de un ventilador
La diferencia entre el efecto Faraday y la ley de inducción de Faraday.
¿Por qué los enchufes chisporrotean cuando los desconectas?
Los investigadores exploran motores de gasolina para automóviles agresivos, de alta eficiencia y sin bujías
Referencias
Hemmings Motor News, “Sistemas de encendido magnético”
Academia Nacional MagLab Magnet, “Magneto – 1832”
Mechanical Jungle, "¿Qué es el sistema de encendido por magneto?"
Monroe Aerospace, "¿Qué es un magneto y por qué lo utilizan los aviones?"
AOPA News, “Cómo funciona: Magneto”
Volando, “Cómo funciona: Magneto”
Antique Auto Electrics (Australia), “Historia de Magneto”
Wikipedia, “Magneto”
Wikipedia, "Ignición magnética"
Buzz Pound, “Magnetos y sincronización del Ford modelo T”
Modelo T Ford Club of America, “Forma de onda de salida magnética”
Ford Club of America Modelo T, “El sistema de encendido y sincronización de chispas del Ford Modelo T”
Revista Gas Engine, “Valor de voltaje magnético: cómo utilizar un voltímetro”
Teléfonos antiguos de Vern, “Circuitos telefónicos magnéticos”
Publicaciones Marvel, “Max Eisenhardt y Magneto”