Analogía electromecánica
Una analogía electromecánica consiste en la representación de un sistema mecánico mediante un circuito eléctrico.
James Clerk Maxwell introdujo analogías de este tipo en el siglo XIX.
Sin embargo, a medida que el análisis de circuitos maduraba, se descubrió que ciertos problemas mecánicos podían resolverse más fácilmente a través de una analogía eléctrica.
Los desarrollos teóricos en el dominio eléctrico[nota 1] fueron particularmente útiles cuando la representación de una red eléctrica como un diagrama topológico abstracto (un diagrama electrónico) usando circuitos de parámetros concentrados y la capacidad del análisis de red para modelizar un circuito que se ajuste a la respuesta en frecuencia buscada.
Este enfoque es especialmente útil en el diseño de filtros mecánicos, ya que se utilizan simples dispositivos eléctricos para emular sistemas mecánicos mucho más caros y complejos.
Esta técnica puede usarse para resolver problemas puramente mecánicos, y también puede extenderse a otros dominios de energía.
Por sí mismo, este supuesto no es suficiente para definir completamente la analogía, y se debe elegir una segunda variable.
Estas son variables que cuando se multiplican entre sí tienen unidades de potencia.
Las variaciones de estas analogías se utilizan para sistemas mecánicos rotativos, como en motores eléctricos.
[1] Son útiles en general cuando el sistema incluye transductores entre diferentes dominios de energía.
En épocas anteriores, hasta aproximadamente principios del siglo XX, era más probable que se utilizara la analogía inversa, ideándose analogías mecánicas de los fenómenos eléctricos por entonces mal comprendidos.
Por ejemplo, una bobina electromagnética destinada a ser utilizada como inductor tiene resistencia e inductancia.
El modelo funciona bien si los componentes son lo suficientemente pequeños como para que el tiempo que tarda una onda en atravesarlos sea insignificante o equivalente, si no hay una diferencia significativa de fase en la onda a cada lado del componente.
Por ejemplo, los filtros mecánicos tradicionales solo se fabrican hasta alrededor de 600 kHz[10] (aunque los dispositivos de los sistemas microelectromecánicos pueden operar a frecuencias mucho más altas debido a su tamaño muy pequeño).
Por ejemplo, para modelizar la cóclea del oído humano se ha utilizado un modelo de este tipo.
[14] Otra condición requerida de los sistemas eléctricos para la aplicación del modelo de elementos agrupados es que no existan campos significativos fuera del componente, ya que estos pueden acoplarse a otros componentes no relacionados.
[15] Sin embargo, estos efectos a menudo se pueden modelar mediante la introducción de algunos elementos virtuales agrupados denominados corrientes "vagabundas" o "parásitas".
En el dominio eléctrico, las variables conjugadas de potencia elegidas son invariablemente tensión (v) y la corriente (i).
Sin embargo, esto no es suficiente para que la elección de variables mecánicas fundamentales sea única.
La elección habitual para un sistema mecánico traslacional es escoger la fuerza (F) y la velocidad (u), pero no es la única opción.
Sin embargo, las asociaciones alternativas u con v y F con i también son posibles.
Se requieren analogías entre los tres dominios (eléctrico, mecánico y acústico) para representar completamente los sistemas de audio electromecánicos.
Se eligen variables conjugadas de potencia en el dominio analógico que tienen cierta semejanza con la fuerza y la velocidad.
[40] La analogía eléctrica se puede extender a muchos otros dominios de energía.
A menudo son reversibles, pero rara vez se usan de esa manera.
Esto debe compararse con los elementos analizados hasta ahora, que son todos de un solo puerto.
El elemento de dos puertos en el dominio eléctrico que hace esto se llama girador.
[49] James Clerk Maxwell desarrolló analogías mecánicas muy detalladas de fenómenos eléctricos.
[52] La idea de impedancia fue introducida por Arthur Edwin Kennelly en 1893, y el concepto de impedancia no se extendió al dominio mecánico hasta 1920, gracias a Kennelly y Arthur Gordon Webster.
En 1900, la analogía eléctrica del dominio mecánico se estaba convirtiendo en algo común.
