Electricidad 1
2. ¿CÓMO SE GENERA LA ELECTRICIDAD?* ¿De dónde viene la electricidad?
Enunciado: La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. (Einstein)
La electricidad es una energía, y lo único que hacemos es transformar una energía mecánica (pedalear
en una bici / caída de agua de unas cataratas) mediante un dispositivo (dinamo / turbinagenerador) en energía
eléctrica, o transformar energía química (compuestos químicos de una pila 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, etc.
¿Qué es lo que se pretende al generar la electricidad?
Lo que se pretende 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:
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
- Pilas y baterías
- Dinamo y alternador
- Central eléctrica (turbinagenerador)
Estas máquinas 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 o
anillos rozantes.
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
los anillos rozantes.
¿Qué es y cómo funciona una dinamo?
Es un Generador eléctrico formado por una bobina de cable de cobre barnizado (¿porqué
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
vosotros lleváis en las bicicletas y que cuando lo
ponéis en contacto con la rueda cuando se está
moviendo y 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 de vuestro
"bólido" se enciendan.
¿Qué es un alternador?
Es un generador eléctrico parecido a la dinamo pero con mejores 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.
Actividad práctica: Generar luz a partir de una dinamo (maletín de electricidadinstituto)
B) 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 lapila y que está formado por variaspilas unidas en serie,polo
positivo conpolo negativo, consiguiendo así un voltaj e 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 cinccarbón es
utilizada en cualquier batería AA, o afín. 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 níquelcadmio. Utiliza el hidróxido de níquel y electrodos de cadmio con hidróxido de
potasio como electrolito. Es recargable.
• Hidruro de níquelmetal. Recargable. Reemplazó rápido al níquelcadmio porque no sufre de los
problemas del efecto memoria que tiene la anterior. ¿Sabes qué es el efecto memoria?
• Ionlitio. Recargable. Muy buen rendimiento, se utiliza en los últimos PC's portátiles y teléfonos
móviles.
• Platacinc. Utilizada en aplicaciones aeronáuticas porque el rendimiento es bueno.
Normalmente las baterías se agrupan en serie para obtener altos voltajes o en paralelo para altas corrientes. El
siguiente diagrama muestra esos arreglos:
* El montaje de arriba es llamado Paralelo. Si cada celda produce 1.5 voltios, entonces 4 baterías en paralelo también producirán 1.5 voltios pero la Intensidad de la corriente será cuatro veces mayor
* El montaje de abajo es llamado Serie. Los cuatro voltajes se suman para producir 6 voltios y la intensidad de la corriente será la misma que el de una sola pila.
* El montaje de abajo es llamado Serie. Los cuatro voltajes se suman para producir 6 voltios y la intensidad de la corriente será la misma que el de una sola pila.
¿Alguna vez has mirado una batería de 9 voltios por dentro? Contiene 6 baterías muy pequeñas que
producen 1.5 voltios en un montaje en serie.
Sabías que…, los fabricantes de aparatos eléctricos recomiendan para sus aparatos no mezclar las pilas
nuevas con las viejas. ¿Por qué?, porque la corriente que nos daría sería la de la más gastada, pudiendo
estropear algún componente, al no funcionar correctamente.
Partes de una pila: dos electrodos + y , -y un líquido conductor llamado electrolito.
C) 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, utilizan turbinas y generadores. Las
turbinas son enormes ruedas con alabes 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 de 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
utilizadas principalmente:
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 o diesel). El resultado
de esta combustión es que gases a altas temperaturas movilizan a la turbina, y su energía cinética es
transformada en electricidad. (Hay una en Huelva, y utiliza gas natural)
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.
Nota. Hay muchos tipos de centrales eléctricas que no se han nombrado y que se emplean en la actualidad. Ej .:
Central eólica con aerogeneradores (los alabes 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 (que 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 los alabes de las turbinas
y ese movimiento lo aprovecha el generador para generar la electricidad).
Otras: Mareomotriz, Biomasa, Geotérmica.
