Seis fuentes tipicas de producción de electricidad

¿Que es la Electricidad?

La electricidad se puede definir como una forma de energía originada por el movimiento ordenado de electrones. Otros tipos de energía son la mecánica, calorífica, solar, etc.

Dependiendo de la energía que se quiera transformar en electricidad, será necesario aplicar una determinada acción. Se podrá disponer de electricidad por los siguientes procedimientos:

electricid

ad por frotamiento.

Generador electrostático de Wimshurst. Laboratorio de Física. E.U. Ingeniería Técnica de Minas y Obras Públicas (Barakaldo)

Los antiguos griegos ya sabían que el ámbar frotado con lana adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros.

Todos estamos familiarizados con los efectos de la electricidad estática, incluso algunas personas son más susceptibles que otras a su influencia. Ciertos usuarios de automóviles sienten sus efectos al cerrar con la llave (un objeto metálico puntiagudo) o al tocar la chapa del coche.

Creamos electricidad estática, cuando frotamos un bolígrafo con nuestra ropa. A continuación, comprobamos que el bolígrafo atrae pequeños trozos de papel. Lo mismo podemos decir cuando frotamos vidrio con seda o ámbar con lana.

Para explicar cómo se origina la electricidad estática, hemos de considerar que la materia está hecha de átomos y los átomos de partículas cargadas, un núcleo rodeado de una nube de electrones. Normalmente, la materia es neutra, tiene el mismo número de cargas positivas y negativas.

Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica.

El electróforo

Johannes Wilcke inventó el electróforo que fue posteriormente perfeccionado por Alessandro Volta. Este dispositivo se extendió por los laboratorios que realizaban experimentos en electrostática, porque era una fuente de carga fácil de usar.

La carga se genera frotando una superficie aislante por ejemplo, de Teflón que se comporta muy bien ya que es un excelente aislante y es fácil de limpiar y mantener. El signo de la carga depende de la naturaleza de la superficie aislante y del material utilizado para frotarla. Suponemos que una carga negativa se distribuye en la superficie del material aislante.

La carga en el conductor se genera por inducción, las cargas positivas son atraídas en la parte del conductor más cercana a la superficie aislante y las negativas son repelidas. Aunque el conductor se ponga en contacto con la superficie aislante no se transfiere carga negativa al conductor. En principio, el conductor se puede cargar cualquier número de veces repitiendo los pasos que se muestran en el dibujo.
 

La parte superior del conductor se pone en contacto con tierra, tocándola con un dedo o mediante una conexión directa a tierra con un cable. Las cargas negativas se neutralizan mientas que las positivas permanecen en la parte inferior del conductor.
 

El conductor se aleja de la superficie aislante, la carga positiva se redistribuye en la superficie del conductor hasta que se alcanza el equilibrio.
 

Finalmente, el conductor se pone en contacto con el electroscopio que nos indica la carga del conductor.

Antes de repetir estos pasos es necesario descargar el conductor y el electroscopio poniéndoles en contacto a tierra. El procedimiento se puede repetir sin necesidad de volver a frotar la superficie aislante. La razón estriba en que carga por frotamiento está  ligada a la superficie aislante, no se puede redistribuir en el aislante ni puede ser transferida al conductor. La combinación de la carga estacionaria en el aislante, el movimiento libre de las cargas en el conductor y la transferencia de cargas cuando se pone en contacto a tierra, es lo que hace al electróforo un dispositivo de carga perpetuo

 Electricidad por Presión

En esta figura podemos observar, la presión que ejerce las corrientes de agua subterráneas, las mismas que accionan las turbinas que posteriormente generan la energía eléctrica, este mismo proceso lo utilizan en los barcos y grandes buques como energía alterna al sistema principal.

En la figura siguiente, podemos observar la presión que ejerce el agua en una represa de agua, este sistema es el más utilizado.

En las presas se genera electricidad liberando un flujo controlado de agua a alta presión a través de un conducto forzado. El agua impulsa unas turbinas que mueven los generadores y producen así una corriente eléctrica. A continuación, esta corriente elevada de baja tensión pasa por un elevador de tensión que la transforma

Electricidad Hidráulica por Acción de Agua

De todas las energías enunciadas anteriormente, la empleada para producir electricidad en grandes cantidades es la magnética.

Su producción se basa en el hecho de que, al mover un conductor (material con gran movilidad de electrones) en presencia de un imán (campo magnético), en el conductor se produce un movimiento ordenado de electrones, como consecuencia de las fuerzas de atracción y repulsión originadas por el campo magnético.

En esta forma de producción de electricidad se basa el funcionamiento de los alternadores, motores y dinamos.

Alternador: Dispositivo capaz de transformar el movimiento rotativo en electricidad. (Produce Corrientes Alterna)

Motor: Dispositivo capaz de transformar la electricidad en movimiento rotatorio.

Dinamo: Dispositivo capaz de transformar el movimiento rotativo en electricidad. (Produce Corrientes Continua)

Turbina: Dispositivo mecánico que transforma, la energía cinética de un fluido, en movimiento rotativo y viceversa

Cualquier central eléctrica, basa su producción de electricidad en el giro de turbinas unidas a ejes de alternadores. Este giro se producirá por la caída de agua (central hidroeléctrica).

¿Cómo funciona una central hidroeléctrica?
La clave del diseño de las centrales hidroeléctricas está en un diseño adecuado de la tubería forzada de agua, que aumentará su velocidad, y en la elección de la turbina más adecuada para que extraiga la mayor cantidad posible de energía del agua en movimiento.
Uno de los modelos más utilizados es la turbina Kaplan, con eje vertical y provisto de paletas móviles, que le permiten adaptarse a las condiciones de presión del chorro de agua.

Energía magnética

En 1819, el físico danés Hans Christian Oersted llevó a cabo un importante descubrimiento al observar que una aguja magnética podía ser desviada por una corriente eléctrica. Este descubrimiento, que mostraba una conexión entre la electricidad y el magnetismo, fue desarrollado por el científico francés André Marie Ampère, que estudió las fuerzas entre cables por los que circulan corrientes eléctricas, y por el físico francés Dominique François Arago, que magnetizó un pedazo de hierro colocándolo cerca de un cable recorrido por una corriente. En 1831, el científico británico Michael Faraday descubrió que el movimiento de un imán en las proximidades de un cable induce en éste una corriente eléctrica; este efecto era inverso al hallado por Oersted. Así, Oersted demostró que una corriente eléctrica crea un campo magnético, mientras que Faraday demostró que puede emplearse un campo magnético para crear una corriente eléctrica. La unificación plena de las teorías de la electricidad y el magnetismo se debió al físico británico James Clerk Maxwell, que predijo la existencia de ondas electromagnéticas e identificó la luz como un fenómeno electromagnético (véase Física).

James Clerk Maxwell Conocido como uno de los científicos más destacados del siglo XIX, James Clerk Maxwell desarrolló una teoría matemática que relaciona las propiedades de los campos eléctricos y magnéticos. Los trabajos de Maxwell lo llevaron a predecir la existencia de las ondas electromagnéticas, e identificó la luz como un fenómeno electromagnético. Sus investigaciones contribuyeron a algunos de los descubrimientos más importantes en el campo de la física durante el siglo XX, incluidas la teoría de la relatividad especial de Einstein y la teoría cuántica

Los estudios posteriores sobre el magnetismo se centraron cada vez más en la comprensión del origen atómico y molecular de las propiedades magnéticas de la materia. En 1905, el físico francés Paul Langevin desarrolló una teoría sobre la variación con la temperatura de las propiedades magnéticas de las sustancias paramagnéticas (ver más adelante), basada en la estructura atómica de la materia. Esta teoría es uno de los primeros ejemplos de la descripción de propiedades macroscópicas a partir de las propiedades de los electrones y los átomos. Posteriormente, la teoría de Langevin fue ampliada por el físico francés Pierre Ernst Weiss, que postuló la existencia de un campo magnético interno, molecular, en los materiales como el hierro. Este concepto, combinado con la teoría de Langevin, sirvió para explicar las propiedades de los materiales fuertemente magnéticos como la piedra imán.

Campos magnéticos y corrientes En 1813, Hans Christian Oersted predijo que se hallaría una conexión entre la electricidad y el magnetismo. En 1819 colocó una brújula cerca de un hilo recorrido por una corriente y observó que la aguja magnética se desviaba. Con ello demostró que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos. Aquí vemos cómo las líneas del campo magnético rodean el cable por el que fluye la corriente. Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

Después de que Weiss presentara su teoría, las propiedades magnéticas se estudiaron de forma cada vez más detallada. La teoría del físico danés Niels Bohr sobre la estructura atómica, por ejemplo, hizo que se comprendiera la tabla periódica y mostró por qué el magnetismo aparece en los elementos de transición, como el hierro, en los lantánidos o en compuestos que incluyen estos elementos. Los físicos estadounidenses Samuel Abraham Goudsmit y George Eugene Uhlenbeck demostraron en 1925 que los electrones tienen espín y se comportan como pequeños imanes con un ‘momento magnético’ definido. El momento magnético de un objeto es una magnitud vectorial (véase Vector) que expresa la intensidad y orientación del campo magnético del objeto. El físico alemán Werner Heisenberg dio una explicación detallada del campo molecular de Weiss en 1927, basada en la recientemente desarrollada mecánica cuántica (ver Teoría cuántica). Más tarde, otros científicos predijeron muchas estructuras atómicas del momento magnético más complejas, con diferentes propiedades magnéticas.

4 EL CAMPO MAGNÉTICO

Una barra imantada o un cable que transporta corriente pueden influir en otros materiales magnéticos sin tocarlos físicamente porque los objetos magnéticos producen un ‘campo magnético’. Los campos magnéticos suelen representarse mediante ‘líneas de campo magnético’ o ‘líneas de fuerza’. En cualquier punto, la dirección del campo magnético es igual a la dirección de las líneas de fuerza, y la intensidad del campo es inversamente proporcional al espacio entre las líneas. En el caso de una barra imantada, las líneas de fuerza salen de un extremo y se curvan para llegar al otro extremo; estas líneas pueden considerarse como bucles cerrados, con una parte del bucle dentro del imán y otra fuera. En los extremos del imán, donde las líneas de fuerza están más próximas, el campo magnético es más intenso; en los lados del imán, donde las líneas de fuerza están más separadas, el campo magnético es más débil. Según su forma y su fuerza magnética, los distintos tipos de imán producen diferentes esquemas de líneas de fuerza. La estructura de las líneas de fuerza creadas por un imán o por cualquier objeto que genere un campo magnético puede visualizarse utilizando una brújula o limaduras de hierro. Los imanes tienden a orientarse siguiendo las líneas de campo magnético. Por tanto, una brújula, que es un pequeño imán que puede rotar libremente, se orientará en la dirección de las líneas. Marcando la dirección que señala la brújula al colocarla en diferentes puntos alrededor de la fuente del campo magnético, puede deducirse el esquema de líneas de fuerza. Igualmente, si se agitan limaduras de hierro sobre una hoja de papel o un plástico por encima de un objeto que crea un campo magnético, las limaduras se orientan siguiendo las líneas de fuerza y permiten así visualizar su estructura.

Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas. Los campos magnéticos se emplean para controlar las trayectorias de partículas cargadas en dispositivos como los aceleradores de partículas o los espectrógrafos de masas.

Electricidad Térmica por Acción del Calor

Central de generación térmica:

Es el tipo de central donde se usa una turbina accionada por vapor de agua inyectado a presión para mover el eje de los generadores eléctricos. Se puede producir desde los 5 hasta los 5000 kwatts.

Las centrales térmicas convencionales y las térmicas nucleares utilizan la energía contenida en el vapor a presión. El ejemplo más sencillo consiste en conectar una tetera llena de agua hirviendo a una rueda de paletas, enlazada a su vez a un generador. El chorro de vapor procedente de la tetera mueve las paletas, y estas, el rotor.
Podemos conseguir vapor de muchas maneras: quemando carbón, petróleo, gas o residuos urbanos, o bien aprovechando la gran cantidad de calor que generan las reacciones de fisión nuclear. Incluso se puede producir vapor concentrando la energía del sol.
El proceso seguido en todas las centrales térmicas (convencionales o nucleares) tiene cuatro partes principales:
1. Generador de calor (puede ser una caldera para quemar carbón, fuel, gas, biogás, biomasa o residuos urbanos, o bien un reactor nuclear).
2. Circuito cerrado por donde circula el fluido que porta la energía cinética necesaria (agua en fase líquida y en fase de vapor). El generador de vapor tiene una gran superficie de contacto para facilitar la transferencia de calor de la caldera. (En las centrales de gas de ciclo combinado, el fluido es el propio gas en combustión).
3. Condensador o circuito de enfriamiento. Convierte el vapor "muerto" de baja densidad en agua líquida de alta densidad, apta para ser convertida de nuevo en vapor "vivo". El calor residual del vapor "muerto" se transfiere a otro medio (generalmente un río o un embalse).
4. La turbina convierte la energía cinética del vapor "vivo" en movimiento rotatorio. Las ruedas de paletas se disponen una tras otra, con diferentes configuraciones, para aprovechar toda la energía contenida en el vapor a presión a medida que se expande y pierde fuerza. El generador convierte el giro en corriente eléctrica, gracias al proceso de inducción electromagnética.

Energía por acción química

Dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al circuito que hay que alimentar, se produce una corriente eléctrica. 

Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía química se ha transformado en energía eléctrica (es decir, cuando las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias o acumuladores son aquellas pilas reversibles en las que el producto químico que al reaccionar en los electrodos produce energía eléctrica, puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en sentido opuesto a la operación normal de la pila.

Entre los extremos de los metales, fuera del electrolito, se genera una diferencia de potencial, o voltaje, que puede dar lugar a una corriente eléctrica. En la pila de la figura 3 el zinc adquiere carga negativa, mientras que el cobre adquiere cargas positivas. Al zinc se le llama cátodo y el cobre recibe el nombre de ánodo. Así se tiene una fuente de electricidad distinta a la generada por fricción. Con este medio químico para obtener electricidad se abrieron nuevas posibilidades de aplicación práctica y experimental.

La explicación de las reacciones químicas que ocurren en la pila o celda voltaica se dio muchos años después, ya que en la época de Volta la química apenas empezaba a desarrollarse como ciencia moderna. Solamente diremos que, por un lado, el zinc adquiere un exceso de electrones, mientras que por el otro, el ácido con el cobre da lugar a cargas eléctricas positivas. Al unir el cobre con el zinc por medio de un alambre conductor, los electrones del zinc se mueven a través del alambre, atraídos por las cargas del cobre y al llegar a ellas se les unen formando hidrógeno.

Energía por luz:

A medida que la luz solar se hace más intensa, el voltaje que se genera entre las dos capas de la célula fotovoltaica aumenta.

¿Cómo funciona una célula fotovoltaica?

En ausencia de luz, el sistema no genera energía.

Cuando la luz solar incide sobre la placa, la célula empieza a funcionar. Los fotones de la luz solar interaccionan con los electrones disponibles e incrementan su nivel de energía.

Conclusiones:

 La información presentada en el texto anterior comprueba que existe más de una manera para producir electricidad, y estas son utilizadas para usos cotidianos. De igual forma demuestra que dichas fuentes de producción no son ajenas a nuestro conocimiento, sino pues, que pasamos dicha información por alto.

Bibliografía:

www. Monograifias.com

www.sc.ehu.es