martes, 11 de agosto de 2009

¿Cómo se Genera y Transporta la Electricidad?

La Electricidad se presenta de 3 maneras fundamentales

Electrostática: cuando un cuerpo posee carga positiva o negativa, pero no se traslada a ningún sitio. Por ejemplo frotar un peine de plástico con una tela para atraer trozos de papel, o la esfera de Van de Graaff para experimentos de Electrostatica.









Corriente continua (CC): Cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, del polo negativo al positivo. Por ejemplo Las pilas y las baterías de los coches.






Corriente alterna (CA): No es una corriente verdadera, por que los electrones no circulan en un sentido único, sino alterno, es decir cambiando de sentido unas 50 o 60 veces por segundo, por lo que más bien oscilan, y por eso se produce un cambio de polos en el enchufe. Este tipo de corriente es la utilizada en viviendas, industrias, etc. Y es la más fácil de transportar.








Por ejemplo la Electrostática se aplica en el pintado automotriz, de esta manera se carga la carrocería de una carga negativa y la pintura con carga positiva, para que el carro atraiga la pintura y se desperdicie menos pintura.

Ejemplo de corriente continua: La iluminación constante de la bombilla de una linterna que se alimentada por pilas de corriente continua, los televisores, los ordenadores, aunque se conectan a corriente alterna, funcionan internamente con corriente continua (transforman la corriente alterna a continua internamente con su fuente de alimentación, para poder funcionar).

Ejemplo de corriente alterna: Las bombillas de las casas, motor eléctrico de la lavadora, etc., funcionan directamente con la corriente alterna (CA). Las bombillas de casa en realidad no iluminan constantemente sino que se encienden y apagan 50 (60 en EEUU) veces en un segundo debido a la alternancia de la polaridad, solo que nuestros ojos no lo perciben.

Quiero dejar aquí bien claro ciertos términos que aun confunden a personas profesionales de la electricidad e inclusive a educadores y es la Diferencia entre corriente continua y corriente directa. Muchas veces se usa un término u otro y termina por dejar confundido a todos los presentes. Corriente Continua (CC) es el término que se utiliza en el Español y corriente directa o Direct Current (DC), es el termino que se utiliza en Ingles que al traducirlo literalmente seria corriente directa. Pero algo muy importante y que quede bien claro, ambos son la misma cosa. Corriente Continua o Corriente Directa es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, aquí las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Por favor no se deje confundir, que esto es muy importante para poder continuar ya que hay literaturas que usan un término o el otro.

¿Por que se usa la corriente alterna para la distribución publica y no la continua?

1- La corriente alterna es más fácil de generarla y transportarla que la continua.

2- La corriente alterna es relativamente fácil de transformar en otras formas de energía.

3- Los alternadores son de constitución más sencilla y de mantenimiento más fácil que los generadores de continua.

4- Es mas económico transportar la corriente alterna a alta tensión, luego esta se puede aumentar mediante transformadores (por la disminución en el cableado de abonados) y transportase a alta tensión para luego disminuirse progresivamente mediante otros transformadores a medida que se acerca al consumidor y con corriente continua no se puede emplear estos transformadores.

La corriente eléctrica puede producir diferentes efectos y ellos pueden ser:

Luminoso, Caloríficos, Magnéticos, Dinámicos, Químicos, etc.

Los efectos luminosos y caloríficos suelen aparecer relacionados entre sí. Por ejemplo: una lámpara desprende luz y también calor, y un calefactor eléctrico desprende calor y también luz. Al circular la corriente, los electrones que la componen chocan con los átomos del conductor y pierden energía, que se transforma y se pierde en forma de calor. De estos hechos podemos deducir que, si conseguimos que un conductor eléctrico (cable) se caliente mucho sin que se queme, ese filamento podría llegar a darnos luz; en esto se fundamenta la lámpara.

El efecto magnético suele aparecer en un conductor enrollado a una barra metálica, y haciendo circular una corriente eléctrica por el conductor.

El efecto dinámico consiste en la producción de movimiento, como ocurre en los motores eléctricos.

El efecto químico es el que da lugar a la carga y descarga de las baterías eléctricas.

En realidad, sólo es necesario inventar un aparato que sea capaz de transformar la energía eléctrica en otra energía que nosotros necesitemos y podemos utilizar para ello ya sean: lámparas, motores, electroimanes, radiadores, cocinas, planchas, etc.

¿De donde surge la Electricidad?

Para empezar a contestar esta pregunta es necesario mencionar a Einstein que nos enseño que: La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

La electricidad es una energía, y lo único que hacemos es transformar una energía mecánica (pedalear en una bicicleta) mediante un dispositivo (dinamo ) en energía eléctrica, o transformar energía química (compuestos químicos de una batería que reaccionan transfiriendo electrones de un polo a otro) a energía eléctrica. También hay otros sistemas de generación de energía eléctrica como son: Energía solar mediante paneles fotovoltaicos, energía eólica mediante aerogeneradores, Energía hidráulica por acción de Agua, etc.

¿Qué pretendemos al generar la electricidad?

Lo que pretendemos es “expulsar” a los electrones de las órbitas que están alrededor del núcleo de un átomo. Para expulsar esos electrones se requiere cierta energía, y se pueden emplear 6 clases de energía básicas:

a) Frotamiento: Electricidad obtenida frotando dos materiales.

b) Presión: Electricidad obtenida producida aplicando presión a un cristal (Ej.: cuarzo).

c) Calor: Electricidad producida por calentamiento en materiales.

d) Luz: Electricidad producida por la luz que incide en materiales fotosensibles.

e) Magnetismo: Electricidad producida por el movimiento de un imán y un conductor.

f) Química: Electricidad producida por reacción química de ciertos materiales.

En la práctica solamente se utilizan dos de ellas: la química (pila) y el magnetismo (alternador). Las otras formas de producir electricidad se utilizan pero en casos específicos.

Métodos habituales de generar Electricidad.

Hay tres métodos habituales para generar electricidad:

1- Dinamo y Alternador

2- Pilas y Baterías.

3- Centrales eléctricas (Turbina-Generador)

1- Dinamo (bicicleta) o Alternador (automóvil)

Estas están compuestas por una parte móvil que gira, llamada rotor y una fija o estática llamada estator. El rotor se compone de unas bobinas de hilo de cobre que giran con el eje. El estator es un imán o electroimán que está fijo y que rodea al rotor.

Al girar el eje de la máquina, el imán crea sobre estas bobinas un campo magnético variable induciendo una tensión en los terminales de las bobinas. Esta tensión se saca fuera de la máquina por medio de unas escobillas.

También puede encontrarse una construcción inversa, es decir, el imán en el eje o rotor y la bobina en el estator. Esta tensión generada en la máquina puede ser continua o alterna, según la construcción o el montaje de las escobillas.

¿Qué es y cómo funciona una dinamo?

Es un Generador eléctrico formado por una bobina de cable de cobre barnizado, arrollada en un núcleo de hierro dulce ( no de acero) que gira dentro de un campo magnético producido por un imán situado alrededor de ella y que cuando gira transforma la energía cinética que recibe en energía eléctrica continua.

Por ejemplo: un dinamo es lo que tenemos en las bicicletas que al ponerse en contacto con la rueda en movimiento que tiene energía cinética, ésta hace girar el eje en torno al cual está arrollado el bobinado de cobre formando un electroimán que gira dentro del campo magnético del imán de la dinamo, transformando así la energía cinética de la rueda de la bicicleta en la energía eléctrica necesaria para que las lámparas se enciendan.

¿Qué es un alternador?

Es un generador eléctrico parecido al dinamo pero con mas ventajas, debido a que es más robusta y duradera. Produce corriente eléctrica alterna al cambiar la polaridad cada media vuelta, por lo que hay que rectificarla para convertirla en CC, si se quiere emplear para ciertas aplicaciones que lo requieran. (Por ejemplo el alternador del coche aprovecha el movimiento rotatorio del motor para recargar la batería, pero tiene que rectificarla antes de que vaya a la batería, al ser ésta de CC). En las centrales hidroeléctricas se emplean también gigantescos alternadores que generan corriente alterna trifásica.

2- Pilas o baterías

¿Cómo funcionan las pilas?

Una pila o batería es esencialmente una lata llena de productos químicos que producen electrones. Las reacciones químicas son capaces de producir electrones y este fenómeno es llamado reacción electroquímica, y la velocidad de la producción de electrones hecha por esta reacción controla cuántos electrones pueden pasar por los terminales (en las pilas) o bornes (en las baterías).

¿Qué es una batería?

Es un Generador eléctrico que funciona como la pila y que está formado por varias pilas unidas en serie, polo positivo con polo negativo, consiguiendo así un voltaje mayor en el circuito.

Las baterías modernas utilizan una variedad de químicos para realizar sus reacciones. La química de las baterías comunes incluye:

  • Baterías de Cinc, también conocidas como baterías estándar de carbón. La química de cinc-carbón es utilizada en cualquier batería AA. Los electrodos son de cinc y carbón, con una unión ácida entre ellas como electrolito.
  • Baterías alcalinas. Los electrodos son de cinc y óxido de manganeso con un electrolito alcalino.
  • Batería de níquel-cadmio. Utiliza el hidróxido de níquel y electrodos de cadmio con hidróxido de potasio como electrolito. Es recargable.
  • Hidruro de níquel-metal. Recargable. Reemplazó rápido al níquel-cadmio porque no sufre de los problemas del efecto memoria que tiene la anterior.

¿Sabes qué es el efecto memoria?

Es un fenómeno que reduce la capacidad de las baterías con cargas incompletas, es decir cuando cargamos la batería sin que se halla descargado completamente es que se produce este fenómeno: La batería recuerda el nivel de carga que tenia cuando se la comenzó a cargar, de forma que cuando la utilizamos nuevamente, solo se descarga hasta dicho nivel disminuyendo su tiempo de uso.

  • Ion-litio. Recargable. Muy buen rendimiento, se utiliza en los últimos PC's portátiles y teléfonos móviles.
  • Plata-cinc. Utilizada en aplicaciones aeronáuticas por su buen rendimiento.

Normalmente las baterías se agrupan en serie para obtener altos voltajes o en paralelo para altas corrientes.

¿Has visto una batería de 9 voltios por dentro? Contiene 6 baterías muy pequeñas que producen 1.5 voltios en un montaje en serie.

3- Centrales eléctricas, turbinas y generadores.

La electricidad que consumimos, es transportada por una red de cables, que se produce básicamente al transformar la energía cinética en energía eléctrica. Para ello, se utilizan turbinas y generadores. Las turbinas son enormes ruedas con paletas y engranajes que rotan sobre sí mismos una y otra vez, impulsados por una energía externa. Los generadores son aparatos que transforman la energía cinética del movimiento de una turbina, en energía eléctrica (parecido a un alternador muy grande).

Existen dos tipos principales de centrales generadoras de electricidad: hidroeléctricas y termoeléctricas (térmicas a vapor, térmicas a gas y de ciclo combinado).

- Centrales hidroeléctricas: utilizan la fuerza y velocidad del agua para hacer girar las turbinas. Las hay de dos tipos: de pasada (que aprovechan la energía cinética natural del agua de los ríos) y de embalse (el agua se acumula mediante presas, y luego se libera con mayor presión hacia la central eléctrica).

- Centrales termoeléctricas: usan el calor para producir electricidad. Calientan una sustancia, que puede ser agua o gas, los cuales al calentarse salen a presión y mueven turbinas y entonces el movimiento se transforma. Como ya hemos visto, para alimentar una central termoeléctrica se pueden usar muchas fuentes energéticas: carbón, petróleo, gas natural, energía solar, geotérmica o nuclear, biomasa... Estas son las mas utilizadas:

1. Centrales térmicas a vapor. En este caso, se utiliza agua en un ciclo cerrado (siempre es la misma agua). El agua se calienta en grandes calderas, usando como combustible el carbón, gas, biomasa, etc. La turbina se mueve debido a la presión del vapor de agua, y su energía cinética es transformada en electricidad por un generador.

2. Centrales térmicas a gas. En vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles (gas, petróleo, etc). El resultado de esta combustión es que gases a altas temperaturas movilizan a la turbina, y su energía cinética es transformada en electricidad.

3. Centrales de ciclo combinado. Utilizan dos turbinas, una a gas y otra a vapor. El gas calentado moviliza a una turbina y luego calienta agua, la que se transforma en vapor y moviliza, a su vez, a una segunda turbina.

Hay muchos tipos de centrales eléctricas que no hemos mencionado y que se utilizan en la actualidad. Por ejemplo:

- Central eólica con aerogeneradores: Las paletas de los aerogeneradores actúan de turbina.

- Central solar con paneles solares y fotovoltaicos: Los paneles solares sólo calientan agua u otro líquido, y los fotovoltaicos recogen la radiación del sol en forma de fotones creando una diferencia de potencial en placas de Silicio u otras, acumulando la electricidad generada en baterías.

- Central nuclear: A partir de la fisión (“rotura”) de un átomo de isótopo de Uranio u otro, crea energía en forma de calor y “radiaciones”, que calientan agua hasta la evaporación para así mover las paletas de las turbinas y ese movimiento lo aprovecha el generador para generar la electricidad..

- Otras pueden ser: Mareomotriz, Biomasa, Geotérmica, etc.

Después de haber visto todo lo anterior alguien puede decir con sus palabras:

¿Qué es la corriente eléctrica?

Bueno yo te lo voy a decir y como siempre de diferentes maneras.

Es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado. O también: La tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. O también La circulación de electrones y los efectos que producen en el conductor y en el entorno.

Aquí tienes varias formas de definir de manera aproximada que es la corriente eléctrica y es muy importante establecer la diferencia entre electricidad y corriente eléctrica. Que como ya dijimos electricidad es un fenómeno físico, producido por el movimiento e interacción entre cargas eléctricas. Y la corriente eléctrica La tasa de flujo de carga que pasa por alguna región de espacio. O sea que la electricidad se refiere al fenómeno físico es si y la corriente eléctrica al flujo o movimiento de los electrones en el conductor.

Quiero que este punto este bien claro antes de continuar con los siguientes temas para que halla una mayor comprensión de todo lo que acontece.


No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada