¿Hay alguna energía del alternador 'libre'?

Los automóviles en general (y específicamente un Honda Accord 2002) no son muy eficientes energéticamente .

Dadas todas las ineficiencias, ¿es "gratis" enchufar, digamos, un teléfono inteligente en un automóvil para cargarlo mientras conduzco?

Por "gratis" quiero decir, si no enchufo nada, ¿se desperdiciaría la energía que hubiera entrado en mi teléfono de todos modos, convertida en calor, ruido o escape?

Si no es gratis, ¿de dónde proviene específicamente la energía? ¿El alternador pone una mayor carga física en el motor?

(Al responder, tenga en cuenta que ciertamente soy consciente de que no hay "energía libre". Mi definición de "libre" refleja la idea del frenado regenerativo, por ejemplo. Claro, ese poder proviene de su combustible para empezar, pero de todos modos, habría provenido de su combustible: solo está capturando lo que se habría ventilado como calor en las pastillas de freno).

Dadas todas las ineficiencias, ¿es "gratis" enchufar, digamos, un teléfono inteligente en un automóvil para cargarlo mientras conduzco?

Respuesta corta: no (pero es tan difícil medir el impacto que es difícil saberlo).

Recuerde, el alternador tiene que alimentar todo lo conectado al sistema eléctrico. Cargar la batería es una carga grande al principio, pero se cae cuando la batería alcanza una carga completa. Su estéreo maravillosamente robusto también consume mucha potencia. Las luces son otra carga sorprendentemente grande: ¿recuerdas todas esas bombillas incandescentes horriblemente ineficientes que todos están reemplazando en sus casas? En las circunstancias correctas, puedo observar que mi motor en ralentí cae un poco usando solo las luces (si paso de la luz de cruce a las luces altas).

Peor aún, el alternador no es particularmente eficiente en sí mismo. Echemos un vistazo al artículo de Wikipedia para un resumen de por qué:

La eficiencia de los alternadores automotrices está limitada por la pérdida de enfriamiento del ventilador, la pérdida de cojinetes, la pérdida de hierro, la pérdida de cobre y la caída de voltaje en los puentes de diodos. Con una carga parcial, la eficiencia es entre 50-62%, dependiendo del tamaño del alternador y varía con la velocidad del alternador. [6] Esto es similar a los alternadores de imanes permanentes de alto rendimiento muy pequeños, como los utilizados para los sistemas de iluminación de bicicletas, que logran una eficiencia de alrededor del 60%.

Entonces, incluso antes de enchufar su teléfono, el alternador ya está lidiando con una variedad de cargas mucho más grandes, incluidas sus propias ineficiencias internas. Entonces, si conecta un cargador de 2.1 amperios a un alternador que tiene una capacidad de 50-70 amperios, sí, está consumiendo más corriente. También está poniendo más carga inductiva en el alternador que, por lo tanto, pone más carga en todo el sistema mecánico.

¿Vas a poder decirlo? No sin un cuidadoso procedimiento experimental.

Si no es gratis, ¿de dónde proviene específicamente la energía? ¿El alternador pone una mayor carga física en el motor?

Sí (pero no una carga tan alta como mover el automóvil). Nuevamente, usando un artículo de Wikipedia como punto de partida:

Los alternadores generan electricidad utilizando el mismo principio que los generadores de CC, a saber, cuando el campo magnético alrededor de un conductor cambia, se induce una corriente en el conductor. Típicamente, un imán giratorio, llamado rotor, gira dentro de un conjunto estacionario de conductores enrollados en bobinas en un núcleo de hierro, llamado estator. El campo atraviesa los conductores, generando un EMF inducido (fuerza electromotriz), ya que la entrada mecánica hace que el rotor gire.

Entonces, a un nivel increíblemente simplificado, puede pensar en un alternador como algo similar a una bomba de agua, excepto que, en lugar de crear una corriente de agua, está creando una corriente eléctrica.

Esta corriente alterna la dirección muy rápido, lo que nunca haría con una bomba de agua, ya que causaría cavitación. La analogía se rompe bastante rápido, pero pasemos la mano para pasar esa parte ...

Cualquier cosa eléctrica conectada al sistema necesita esa corriente para fluir. Si agrega más carga al sistema eléctrico, eso eventualmente se traducirá en más trabajo mecánico para que el alternador cree esa corriente original. A medida que el motor gira el alternador, eventualmente todo esto hace que el motor haga más trabajo.

El alternador está ahí para cargar su batería. Es la batería la que proporciona energía a los componentes eléctricos dentro de la cabina. Un regulador de voltaje determina si su batería está completamente cargada o no y permitirá que el alternador la cargue si no. Entonces, si no usa la energía, el regulador descartará la energía proveniente del alternador. Probablemente como energía térmica.

El alternador es impulsado por una correa que sale del motor, por lo que hay un arrastre parasitario que reduce un poco la eficiencia del motor. Es por eso que muchos autos de carreras tienen un sistema de encendido de manivela que elimina la necesidad de un alternador. Todavía pueden llevar una batería para alimentar las luces y / o el sistema de gestión. Estas baterías deben cargarse antes de cada carrera.

No, no es gratis. Es solo que, en comparación con todo lo demás que ocurre en el automóvil, la potencia para cargar su teléfono es insignificante. Podrías hacer una pregunta similar: "¿de dónde viene la potencia para conducir los altavoces cuando subo el volumen del estéreo del automóvil?". En ambos casos, la respuesta es: si todo lo demás es igual, la potencia adicional proviene del alternador, que coloca una carga adicional en el motor, que quema un poco más de combustible (manteniendo las mismas RPM) o disminuye un poco ( perdiendo así menos energía inactiva para todas las cosas que un motor pierde potencia cuando está inactivo).

Esto a veces es observable. Cuando un automóvil está en ralentí, como en un semáforo (transmisión automática en la conducción, frenos aplicados para sujetarlo), o posiblemente en estacionamiento (o neutral si se trata de una transmisión manual). Active una señal de giro y escuche atentamente el tono del motor. Puede notar que sube y baja muy ligeramente, al ritmo de la señal de giro. Esto se debe a que la potencia adicional para iluminar todas las bombillas de la señal de giro está imponiendo una carga adicional en el alternador, que a su vez está imponiendo una carga adicional en el motor. Es posible que esta demostración no funcione si las señales de giro usan LED en lugar de bombillas incandescentes (usan menos energía, por lo que el efecto puede ser demasiado pequeño para notarlo).

En pocas palabras: "no hay almuerzo gratis". El poder para cargar su teléfono celular tiene que venir de algún lado; en última instancia, se habría quemado un poco más de combustible que de otra forma se hubiera aplicado a otra cosa.

Depende del vehículo y de cómo se produce la regulación.

A) Es "libre" si el regulador extrae el 100% de la capacidad el 100% del tiempo y desvía el exceso al suelo. Estás tomando energía derramada.

Esto es muy común en motocicletas antiguas y puede acortar la vida útil de los devanados del estator. En el lado positivo, es libre de correr el faro.

B) No es libre de lo contrario, habrá una mayor resistencia bajo carga. El ventilador del calentador es una buena carga para poner en el alternador para probar esto, pero no AC, ya que su acelerador puede ser empujado mientras el embrague del compresor está activado.

Algunos alternadores / generadores especializados tienen cajas de engranajes, y algunos sistemas muy modernos tienen sistemas buck / boost / o Split-Pi que son mucho más eficientes que la regulación tradicional y pueden ayudar a reducir las pérdidas.