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Bases del fenómeno homopolar
Por: Luc Lachapelle
Aunque se haya invertido una enorme cantidad de esfuerzo en la investigación del
fenómeno homopolar, todavía hoy, después de más de 180 años después de su
descubrimiento por Faraday, muy poca información se ha hecho pública y su utilización
todavía no ha encontrado su camino en nuestras vidas cotidianas.
Es una lástima, ya que se sabe en la comunidad científica que la generación eléctrica
homopolar es de naturaleza extra-eficiente. El desafío técnico solo ha sido, desde el
principio, la concepción de una unidad operativa que no deteriore el proceso de
generación mientras extrae esta energía libre.
El objetivo del presente artículo es aclarar un poco los principios operativos de varios
diseños que, por definición, emplean el fenómeno homopolar. Espero que esto sirva a
todos.
Generación eléctrica
El proceso de generación eléctrico homopolar se refiere a un conductor eléctrico móvil
rodeado por un campo magnético unidireccional y constante. En este fenómeno, hay una
relación obligada entre el campo eléctrico, el campo magnético y la inercia. La energía
eléctrica generada está determinada directamente por su magnitud.
Cada vez que exista una corriente eléctrica circulando, también existe un campo
magnético y viceversa.
Además, la inercia es la consecuencia de una masa móvil en el espacio circundante, de
vez en cuando llamado Aether. Es bien sabido que el espacio vacío es realmente un
medio fluido de extrema densidad enérgica que tiene fuertes calidades inerciales. Una
manera simple de visualizar la inercia de un fluido es observando, por ejemplo, un
vórtice en un volumen del agua, el remolino mantiene su ímpetu durante un período
largo de tiempo, independientemente de sus alrededores.
Otra observación inmediata es cuando una fuerza se aplica a una masa: la masa acelera
y sigue su curso indefinidamente, a menos que se haga detener. Podría proponerse quela razón de esto se deba a la relación de las masas de los átomos constituyentes con el
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Aether, creando un flujo en este último, de la misma dirección y velocidad que el
desplazamiento de la masa.
Puesto que se necesita un movimiento absolutamente relativo a fin de tener una
inducción eléctrica, se podría sugerir que es el flujo del Aether, que es el principio
operativo subyacente, como se mostrará más adelante. Lo opuesto también es
demostrable en el caso de un motor. Una corriente que fluye con un campo magnético
perpendicular provocará un flujo del Aether y, consecuentemente, el objeto será movido
por este flujo.
El principio de generación homopolar es como sigue: la electricidad se genera cuando
un conductor eléctrico se mueve sumergido en un campo magnético. Brevemente, si el
movimiento (magenta) del conductor eléctrico es perpendicular al campo magnético
(azul), entonces la corriente eléctrica generada (rojo) comenzará a fluir en una de
dirección perpendicular a los dos primeros.
Lo mismo también es cierto cuando se aplica a un motor (la polaridad eléctrica cambia,
puesto que ahora la electricidad es suministrada al motor).
Puesto que la energía eléctrica producida por el generador homopolar es una corriente
continua pura como en una batería, la potencia es constante y siempre óptima. Además,
la tensión generada (voltios) no está afectada por la intensidad de la corriente
(amperios) que es drenada desde el generador, al contrario de cualquier otra fuente de
alimentación, y el proceso de generación de energía no repercute en la máquina motriz
como una cantidad de trabajo adicional. Cuando funciona como motor, el par de torsión
motriz es constante, inmediato y siempre óptimo.
Se analizan ahora varias aplicaciones para entender este fenómeno.
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Disco de Faraday
El disco Faraday es uno de los primitivos diseños de generador homopolar que permitió
a Faraday establecer los fundamentos del teorema electromagnético que todavíautilizamos en nuestros días. Fue propuesto conjuntamente junto al alternador durante su
investigación.
Esta configuración, también conocida como generador homopolar axial puesto que el
campo magnético se mueve paralelamente al eje, genera electricidad entre el eje y la
periferia de un disco eléctricamente conductor que gira rápidamente. Las corrientes
parásitas se reducen teniendo un campo magnético uniforme que encierra la masa entera
del disco.
Faraday ha demostrado además que, fijando un imán permanente en el disco, el proceso
de generación permanecía funcional, aún si la fuente del campo magnético también
giraba. Esto se llama un rotor co-rotativo.
De modo eficaz, esta configuración axial se estropeada no utilizando del modo más
eficiente la masa disponible del conductor eléctrico y la energía del campo magnético,
puesto que la velocidad máxima de los conductores está en la periferia del disco.
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Muy raramente esta configuración produce más de 1 voltio pero, en unidades bien
diseñadas, fue medida una corriente de más de 100.000 amperios, sólo que en un breve
período de tiempo, debido a la concentración excesiva de calor.
Una solución mejor adopta la forma de configuración radial.
El tipo radial
El generador homopolar radial tiene un campo magnético orientado en dirección radial
con relación al eje del cilindro giratorio.
Esta variación aprovecha el hecho de que, puesto que la velocidad del cilindro
eléctricamente conductor es óptima en toda su superficie, la unidad de masa eléctrica
contribuye totalmente al proceso de generación y la energía magnética disponible se
utiliza mejor.
Esta configuración es ahora muy popular y ha sido la que se ha utilizado en la máquina
N de DePalma. En otro caso, con esta configuración, en Poirson (Francia) una unidad
con un cilindro de 340 cm de diámetro girando a 1.975 rpm, ha estado produciendo
fácilmente hasta 8 voltios a 10.000 amperios
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Otra variación de Faraday
Aún hay otro experimento interesante de Faraday para demostrar un modo diferente de
emplear el fenómeno homopolar para generar electricidad.
En este sistema de campo magnético axial, se hace girar un condensador cilíndrico a
gran velocidad. La electricidad se genera y recoge entre los cilindros interior y exterior
eléctricamente conductores o, en otras palabras, en cada electrodo del condensador. La
potencia disponible alcanzable por el condensador está en relación directa con la
constante dieléctrica ( k) de la capa aislante central.
Este enfoque ha sido utilizado recientemente en la patente US 6.051.905 por Clark,
donde muestra una unidad en la cual sólo se hace girar el dieléctrico. Aunque no se
mencione expresamente, el dieléctrico central puede ser también de tipo líquido, como
el agua o un gas, permitiendo un contacto eléctrico más íntimo con los conductores.
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El Motor Electrostático
Otro dispositivo homopolar toma la forma de un motor electrostático de alta tensión.
Este motor tiene un rotor hecho con un cilindro eléctricamente conductor cubierto con
una fina capa de material dieléctrico para su aislamiento. Se pone en rotación cuando se
conecta una alta tensión de corriente continua (> 10.000 voltios) entre los dos cilindros
fijos adyacentes que actúan de estator.
El fenómeno de propulsión homopolar ocurre en el dieléctrico, colocado entre dos
electrodos eléctricamente conductores y se necesita que la alta tensión que actúe contra
la elevada resistencia eléctrica del hueco de aire de separación. También en este caso, es
la constante dieléctrica ( k) de la capa de aislamiento la que determina la potencia del
motor.
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Espiral Plana
Cuando un hilo conductor toma la forma de una espiral plana y se hace que la corriente
circule por él, la espiral comenzará a girar y puede ser utilizada como motor en virtuddel fenómeno homopolar que actúa sobre ella.
La corriente de la espiral plana puede ser vista como la superposición de un sistema de
corrientes circulares, que proporcionan un campo magnético perpendicular al plano de
la espiral, y una corriente radial en la cual las fuerzas de Ampere producen un auto-
momento, cuyo sentido es siempre opuesto al del devanado.
El efecto motor puede incrementarse enormemente proporcionando un aislamiento de
alta constante dieléctrica ( k) entre espiras sucesivas y también un camino de alta
permeabilidad para el campo magnético.
La corriente eléctrica puede fluir en una u otra polaridad, que la dirección de giro no
cambia. La dirección relativa de giro sólo puede cambiarse si se cambia la dirección del
devanado. Además, si la bobina tiene muchas espiras, puede entonces girar en su propio
campo magnético.