Generación y Distribucion de la Electricidad

GENERACION DE  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 / turbina-generador) 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.

Hay tres métodos habituales para generar electricidad:

A) Dinamo y alternador

B) Pilas y baterías

C) Central eléctricas (turbina-generador)

A) Dinamo (bicicleta) o alternador (automóvil)

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 (¿por qué 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.

B) Pilas o baterías

¿Cómo funcionan las pilas?

Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o cátodo y el otro es el polo negativo o ánodo.

La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito

Las pilas básicamente consisten en dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o pasta que se llama electrolito. El electrolito es un conductor de iones.

Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los electrodos (el ánodo) se producen electrones (oxidación), y en el otro (cátodo) se produce un defecto de electrones (reducción). Cuando los electrones sobrantes del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo a la pila se produce una corriente eléctrica.

Como puede verse, en el fondo, se trata de una reacción de oxidación y otra de reducción que se producen simultáneamente.

¿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, 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 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?

· Ion litio

. Recargable. Muy buen rendimiento, se utiliza en los últimos PC's portátiles y teléfonos móviles.

· Plata cinc

. Utilizada en aplicaciones aeronáuticas porque el rendimiento es bueno.

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.

 

COMO LLEGA LA ELECTRICIDAD A NUESTROS HOGARES.