La ilusión de los generadores de energía libre: por qué el "eléctrico-a-eléctrico" no puede generar energía adicional

En los últimos años, el concepto de generadores de energía libre ha sido muy popular. También se conoce como «energía libre», «máquina de movimiento perpetuo» o «generador súper eficiente». Muchos vendedores lo promocionan como capaz de «generar electricidad utilizando electricidad», es decir, empleando un motor eléctrico para accionar un generador de imanes permanentes, y normalmente equipado con un mecanismo de engranajes en el centro.

Sin embargo, ¿existen realmente los generadores de energía libre? Según las leyes fundamentales de la física, la denominada máquina de movimiento perpetuo simplemente no puede lograr una ganancia neta de energía. Este artículo explica sistemáticamente los principios subyacentes a todos los lectores, ayudándoles a comprender por qué dichos productos son científicamente imposibles.

Ley de conservación de la energía

Es uno de los principios más fundamentales y universales de la física: en un sistema aislado, la energía no puede crearse ni destruirse; únicamente puede transformarse de una forma a otra.

Es decir:

Cualquier proceso de conversión de energía dará lugar a pérdidas de energía. La energía total de salida del sistema no puede superar la energía total de entrada. En una situación ideal, la energía de salida puede ser igual a la energía de entrada (es decir, la eficiencia de conversión es del 100 %). Sin embargo, en la realidad, debido a las pérdidas de energía, la eficiencia de conversión suele ser inferior al 100 %, por lo que la energía de salida siempre es menor que la energía de entrada.

Pérdidas de energía en los componentes de un generador de energía libre

1. Motor Eléctrico

La eficiencia de conversión de energía eléctrica en energía mecánica suele estar entre el 70 % y el 95 %. Las pérdidas generadas incluyen generalmente: calentamiento por resistencia, pérdidas en el núcleo, fricción mecánica, resistencia al viento, etc. Por lo tanto, ni siquiera el motor más eficiente puede alcanzar una eficiencia de conversión del 100 %.

2. Transmisión por engranajes

En la transmisión por engranajes, la fricción mecánica es inevitable. Por lo tanto, la eficiencia de una transmisión por engranajes de un solo escalón suele oscilar entre el 90 % y el 98 %. La eficiencia de los sistemas de transmisión por engranajes de múltiples escalones es aún menor, y las pérdidas se acumulan.

3. Generador de imanes permanentes

La eficiencia de conversión de energía mecánica en energía eléctrica en generadores de imanes permanentes suele oscilar entre el 80 % y el 95 %. Sus pérdidas incluyen generalmente: pérdida por histéresis, pérdida por corrientes parásitas, pérdida óhmica, pérdida por fricción mecánica, etc.

4. Circuito y sistema de control

Todos los dispositivos electrónicos de potencia tienen su propio consumo de energía. Los cables también presentan pérdidas por resistencia.

Transmisión por caja de cambios: relación triangular «Velocidad – Par – Potencia»

Este es un principio físico fundamental que demuestra la imposibilidad del «generador de energía libre»:

1. Principio de conservación de la energía

- Ignorando los breves procesos transitorios, en una transmisión en estado estacionario, la potencia mecánica en el extremo de entrada de la caja de cambios ≈ la potencia mecánica en el extremo de salida (después de deducir las pérdidas por fricción).

- Potencia mecánica (P) = Par (T) × Velocidad (ω)

- Los engranajes pueden modificar la relación entre par y velocidad, pero no pueden incrementar la potencia total.

2. El coste del aumento de velocidad mediante la caja de cambios

- Cuando la caja de cambios aumenta la velocidad en un factor N (transmisión con aumento de velocidad), el par en el extremo de salida disminuirá aproximadamente a 1/N del par de entrada. Por el contrario, para un motor eléctrico, con el fin de accionar esta caja de cambios aceleradora, el motor debe suministrar un par N veces mayor para superar el par contrario generado por el generador acelerador.

- El par del motor eléctrico es proporcional a la corriente: T_motor = K×I (donde K es la constante del motor).

- Es decir, el aumento de la velocidad de rotación de los engranajes obliga a que la corriente del motor eléctrico aumente significativamente, lo que provoca un aumento cuadrático de las pérdidas por cobre (I²R) del motor y, por ende, una reducción considerable de su eficiencia.

3. Análisis de simulación del flujo de energía

Supongamos un sistema ideal que, de forma temporal, desprecia todas las pérdidas:

El generador requiere 1000 revoluciones por minuto y 10 newton-metros de par para generar electricidad. Entonces, la potencia requerida se calcula como: P = T × ω = 10 newton-metros × (1000 × 2π/60) ≈ 1047 vatios

Si se utiliza una caja reductora de relación 1:10 (el generador gira 10 veces mientras el motor gira 1 vez)

Entonces, la velocidad requerida del motor: 100 revoluciones por minuto (RPM), el par requerido del motor: 100 newton-metros (N·m) (¡10 veces el par del generador!)

Entonces, un motor pequeño común con un par inferior a 100 newton-metros quedará gravemente sobrecargado, y su eficiencia podría caer del 90 % a menos del 50 %.

Cálculo de la eficiencia general de los generadores de energía libre

Suponiendo el uso de los componentes de mayor eficiencia disponibles en el mercado, las eficiencias de conversión son las siguientes:

- Motor eléctrico de alta eficiencia: 95 %

- Transmisión por engranajes de alta eficiencia: 98 %

- Alta eficiencia generador : 95 %

Eficiencia total = 0,95 × 0,98 × 0,95 ≈ 88,5 %

Esto significa que, por cada 100 unidades de energía eléctrica de entrada, como máximo solo se pueden obtener 88,5 unidades de energía eléctrica de salida, con una pérdida neta de 11,5 unidades. En productos reales, la eficiencia de cada componente suele ser menor, y la eficiencia total puede llegar incluso a un 60-70 %. Esto implica que, por cada 100 unidades de energía de entrada, solo se generan 60-70 unidades de salida, lo que hace que el denominado «sistema generador de energía libre» consuma constantemente energía en lugar de generarla.

Afirmaciones engañosas frecuentes

1. Los imanes permanentes pueden proporcionar «energía libre»

De hecho, el campo magnético de los imanes permanentes no realiza trabajo durante el proceso de generación de energía. Simplemente actúa como un medio para la conversión de energía. La energía magnética no se regenera por sí misma. Los generadores experimentan una resistencia magnética durante la rotación y requieren una entrada continua de energía para superar dicha resistencia.

2. Los engranajes pueden aumentar la energía

Los engranajes pueden, efectivamente, modificar el par y la velocidad de rotación, pero no pueden incrementar la energía total. Como se menciona en la tercera sección, un aumento en la velocidad de rotación de los engranajes se logra a costa de duplicar el requisito de par, lo que, en realidad, reduce la eficiencia del sistema.

3. Una vez activado el sistema de generación de energía libre, puede operar de forma independiente.

De hecho, cualquier pérdida hará que el sistema se vaya ralentizando progresivamente hasta detenerse por completo. En estas demostraciones realizadas por dichas empresas, podría incorporarse alguna otra fuente externa de energía, pero no aparece en las imágenes y se oculta a los clientes.

4. Manipulación de los valores de medición de entrada y salida

Durante el proceso de medición, estos comerciantes también pueden utilizar instrumentos de medición con distintos grados de precisión o sistemas de medición incompletos (por ejemplo, ignorando el consumo de energía del sistema de control) para inducir a error a los clientes.

Conclusión

La máquina de movimiento perpetuo ignora el flujo y la pérdida de energía y, por tanto, viola la ley de conservación de la energía. Estos productos suelen carecer de informes de ensayo, y los comerciantes tampoco conocen bien los detalles técnicos de los mismos.

Algunos comerciantes incluso afirman tener patentes sobre sus productos para garantizar a los clientes su eficiencia. Sin embargo, en realidad una patente solo garantiza la novedad del producto, no su validez científica.

Por lo tanto, no crea en los trucos de la máquina de movimiento perpetuo. Al encontrarse con tales productos, puede pedir al vendedor que proporcione un informe completo de detección energética del funcionamiento prolongado del producto en un sistema cerrado. Si no puede proporcionarlo o evade la solicitud, eso ya es suficiente para indicar el problema.

¿Cómo mejorar la eficiencia de conversión energética?

Aunque los generadores de energía libre son imposibles de realizar, sí existen algunos métodos factibles para mejorar la eficiencia de conversión energética. En primer lugar, es recomendable utilizar componentes con la mayor eficiencia de conversión posible. Además, se pueden reducir los pasos innecesarios de conversión para minimizar las pérdidas de energía durante el proceso de conversión.