ENERGÍA ELÉCTRICA
INTRODUCCIÓN
Como
es natural, el hombre siempre ha tratado de mejorar su calidad de vida, y para
ello se han llevado a cabo ciertas investigaciones sobre la obtención de
energía eléctrica a lo largo de la historia.
En 1672 , el Físico Alemán Otto von Guericke (1602-1686) desarrolló la primera máquina
electrostática para producir cargas eléctricas.
En 1820, Jean-Baptiste Biot
(1774-1862) y Félix Savart (1791-1841) Franceses, determinan la conocida ley de Biot-Savart mediante la cual, calculan la fuerza
que ejerce un campo magnético sobre una carga eléctrica y definen que la
intensidad del campo magnético producido por una corriente eléctrica es
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
En 1823, William Sturgeon
(1753-1850) Inglés
construye el primer electro-imán.
En 1823, Andre-Marie Ampere
(1775-1836) establece
los principios de la electrodinámica, cuando llega a la conclusión de que la
Fuerza Electromotriz es producto de dos efectos: La tensión eléctrica y la
corriente eléctrica. Experimenta con conductores, determinando que estos se
atraen si las corrientes fluyen en la misma dirección, y se repelen cuando
fluyen en contra.
Michael
Faraday, conocido principalmente por su descubrimiento de la inducción
electromagnética, que ha permitido la
construcción de generadores y motores eléctricos, y de las leyes de la electrólisis, por lo que es considerado como el
verdadero fundador del electromagnetismo y de la electro-química.
En 1888, Nikola Tesla
(1857-1943) Serbio-Americano
inventor e investigador quien desarrolló la teoría de campos rotantes, base de
los generadores y motores polifásicos de corriente alterna.
¿QUÉ ES LA
ENERGÍA ELÉCTRICA?
La energía eléctrica es la forma
de energía resultante
de la existencia de una diferencia de
potencial entre dos puntos, lo
que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos —cuando se les coloca en contacto por
medio de sistemas físicos y químicos por la facilidad para trabajar con
magnitudes escalares, en comparación con las magnitudes vectoriales como la
velocidad o la posición.
Hay diversas formas de llevar a
cabo la generación de energía eléctrica. Las que suministran las mayores
cantidades y potencias de
electricidad aprovechan un movimiento rotatorio para generar corriente continua en un dinamo o corriente
alterna en un alternador.
El movimiento rotatorio resulta a su vez de una fuente de energía mecánica directa,
como puede ser la corriente de un salto de agua, la producida por el viento, o a través de un ciclo termodinámico. En este último caso se
calienta un fluido, al que se hace recorrer un circuito en el que mueve un motor o una turbina. El calor
de este proceso se obtiene mediante la quema de combustibles fósiles, reacciones nucleares y otros procesos.
La obtención de energía eléctrica
es algo fundamental para el ser humano
ya que es algo que utilizamos en todos los ámbitos de nuestra vida. Como
es natural, esto tiene su parte negativa, estamos dañando a la Tierra. Todas las
fuentes de energía dañan el medio ambiente, en diferente medida pero todas lo
dañan, aunque hay que reconocer que la energía eléctrica es una de las menos
perjudiciales para el medio ambiente.
La forma de crear energía eléctrica
es mediante el movimiento de electrones. Para que dicho movimiento sea
constante y seguido, debemos suministrar los electrones por el extremo positivo
y así dejar la salida al extremo negativo. Para ello es necesario crear un
campo eléctrico dentro del conductor. A estos aparatos se les conoce como
generadores de electricidad o generadores eléctricos. A continuación,
explicaremos las diversas formas de obtener energía eléctrica.
Las principales formas de
producción energía eléctrica son las siguientes:
Mediante centrales termoeléctricas,
hidroeléctricas, eólicas y fotovoltaica.
CENTRALES ELÉCTRICAS
Central termoeléctrica
Una central termoeléctrica es una
instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de calor.
Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón) como
de la fisión
nuclear del uranio u otro combustible nuclear o del sol como las solares termoeléctricas. Las centrales que en
el futuro utilicen la fusión también
serán centrales termoeléctricas.
En su forma más clásica, las
centrales termoeléctricas consisten en una caldera en
la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos
tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta
presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina
de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad.
Luego el vapor es enfriado en un Condensador donde circula por tubos agua fría de
un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.
Una central térmica
solar es una instalación industrial en la que, a partir del
calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo
termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un
alternador para la generación de energía eléctrica como en una central térmica
clásica. En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan
alcanzar temperaturas elevadas, de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener
así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas.
La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos
con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el
fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de
la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato.
Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de
territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales,
etc.).
Central hidroeléctrica
En
una central hidroeléctrica se
utiliza energía
hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una
rueda.
En
general, estas centrales aprovechan la energía
potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también
conocido como salto geodésico. El agua en su caída
entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina
hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma energía
eléctrica.
El agua de un
embalse cae y empuja unas turbinas acopladas a un generador, que está conectado
a un transformador donde se modifican las características de la corriente
eléctrica para distribuirla por los tendidos eléctricos.
Casi todo el suministro de
energía eléctrica que se efectúa en la actualidad es corriente alterna
trifásica a 50 Hz. Las otras clases de corriente solamente se utilizan en casos
excepcionales. Por ejemplo, la corriente continua apenas se produce ya directamente,
sino que se obtiene en subcentrales convertidoras, a partir de la corriente
trifásica. En nuestras explicaciones y mientas no digamos expresamente lo
contrario, nos referimos a la corriente alterna trifásica, a 50 Hz.
Para indicar los más importantes
elementos de suministro y distribución eléctricos, utilizaremos normalmente el
kilovoltio(abreviado kv), como
unidad de tensión.
Para pequeños abonados e
industriales, la distribución de energía eléctrica se efectúa generalmente a la
tensión de 127/220 V
CENTRAL FOTOVOLTAICA
Las centrales fotovoltaicas producen electricidad
sin la necesidad ni de turbinas ni de generadores, utilizando las características
que tienen ciertos materiales de generar una corriente de electrones cuando
incide sobre ellos una corriente de fotones (rayos solares).
El funcionamiento de dichas células fotovoltaicas
está en la disposición en forma de “sándwich” de materiales dopados de
diferente forma, de tal manera que unos tengan exceso de electrones y otros,
por el contrario, "huecos" con déficit de electrones. Los fotones de
la luz solar portan una energía que arranca los electrones sobrantes de una
capa y los hace moverse en dirección a los "huecos" de la otra capa. El resultado es la creación de flujo
de electrones excitados, y por lo tanto, un voltaje eléctrico.
ELEMENTOS QUE FORMAN PARTE DE UN
COLECTOR DE UNA PLACA SOLAR:
1.-
Superficie de absorción en cromo negro.
2.- Red de conductos..
3.- Conexión de tubería.
4.- Hoja de aluminio reflectante.
5.- Vidrio solar.
6.- Aislante de espuma de poliuretano (30 mm) y fibra de vidrio.
7.- Caja de aluminio anodizado (serie S y T) o acero galvanizado (serie P).
8.- Sellado con junta EPDM adaptable a las dilataciones.
2.- Red de conductos..
3.- Conexión de tubería.
4.- Hoja de aluminio reflectante.
5.- Vidrio solar.
6.- Aislante de espuma de poliuretano (30 mm) y fibra de vidrio.
7.- Caja de aluminio anodizado (serie S y T) o acero galvanizado (serie P).
8.- Sellado con junta EPDM adaptable a las dilataciones.
9.- Superficie absorbedora.
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FUNCIONAMIENTO DE UNA CELULA FOTOVOLTAICA |
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En ausencia
de luz, el sistema no genera energía.
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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.
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A medida que
la luz solar se hace más intensa, el voltaje que se genera entre las dos
capas de la célula fotovoltaica aumenta.
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CENTRAL EÓLICA
Se entiende por energía eólica la energía asociada a los movimientos
del aire. Actualmente este tipo de energía se aprovecha principalmente para la
producción de electricidad. Los centros donde
se realiza esta transformación son las centrales eólicas.
Una central eólica es un
complejo eléctrico cuya parte principal es un conjunto de aerogeneradores
distribuidos con el fin de optimizar al máximo las corrientes de aire. Su
componente principal es el aerogenerador.
AEROGENERADORES
Un aerogenerador es una máquina que produce un movimiento de
rotación aprovechando la fuerza del viento. El rotor es el elemento que
transforma la energía del viento en energía mecánica. A su vez, el rotor se
compone de tres partes fundamentales: las palas, el eje (que transmite el
movimiento giratorio de las palas al aerogenerador) y el buje (que fija las
palas al eje). Las palas son los elementos más importantes, pues son las que
reciben la fuerza del viento y se mueven
gracias a su diseño aerodinámico. Están fabricadas con resina de poliéster y
fibra de vidrio sobre una estructura resistente, y su tamaño depende de la tecnología
empleada y de la velocidad del viento. Así, por ejemplo, si la longitud de las palas es muy grande, es mayor la superficie de
captación del viento, pero el empuje de éste sobre los extremos de las palas puede frenar el movimiento del rotor. Por tanto, el tamaño de
las palas debe ser el óptimo para el rango de velocidades del viento que hay en el lugar donde está el
aerogenerador.
Los rotores se clasifican, en función de su velocidad de giro, en
rotores con velocidad de giro constante
y con velocidad de giro variable. Rotores con velocidad de giro constante. La
velocidad de giro se regula mediante sistemas
mecánicos, de forma que, al controlar la velocidad de giro, se regula la
potencia. Rotores con velocidad de giro variable. En este tipo de generadores
hay una mayor adaptación al viento, ya
que la velocidad de giro depende de la fuerza de éste.
Multiplicador
Es un elemento conectado al rotor que multiplica la velocidad de
rotación del eje para alcanzar el
elevado número de revoluciones que necesitan las dinamos y los
alternadores. Dentro de los
multiplicadores se distinguen dos tipos: los de poleas dentadas y los de engranaje.
Multiplicadores de poleas dentadas. Se utilizan para
rotores de baja potencia
Multiplicadores de engranaje. En este tipo de
multiplicadores los engranajes están protegidos en cajas blindadas para evitar
su desajuste y desengrasado Aunque la mayoría
de los aerogeneradores tienen multiplicador,
existen algunos rotores que no lo
necesitan.
Generador
La función del generador es transformar la energía mecánica en
energía eléctrica. En función de la potencia del aerogenerador se utilizan
dinamos (son generadores de corriente continua y se usan en aerogeneradores de pequeña potencia,
que almacenan la energía eléctrica en
baterías) o alternadores (son generadores de corriente alterna).
TRANSFORMADORES
El transformador eléctrico ha sido uno de los inventos más
importantes de la tecnología eléctrica, sin el no podríamos distribuir la
energía, ya que necesitamos una “maquina” que nos ayude a transformar la
cantidad de kw salidos de una central eléctrica para un uso seguro y doméstico,
utilizando propiedades físicas de la inducción electromagnética.
El transformador es un dispositivo eléctrico que lo forman
dos bobinas acopladas magnéticamente entre si, provocando una transferencia de
potencia ,de la primera bobina que provoca una inducción magnética, a la
segunda bobina.
INDUCCIÓN EN UNA
BOBINA-INDUCCION ELÉCTRICA:
.jpg)
Consta de una bobina de N vueltas con
un núcleo de aire, bobina alimentada con una fuente de alimentación de
corriente alterna (Eg), bobina con una reactancia que absorbe una intensidad
(Im).Si la resistencia de dicha bobina es mínima nos quedara la siguiente
ecuación: Im=Eg/x .
Im
se encuntra desfasada 90º con respecto a Eg.
Flujo
se encuentra en sintonía con la intensidad.
E=Eg=4,44*f*N*Φmax
Bibliografía:
http://vicentelopez0.tripod.com/Electric.html
http://es.wikipedia.org
http://html.rincondelvago.com/central-hidraulica.html
http://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/e_electrica.pdf
www.priceminister.es
tecnologiafuentenueva.wikispaces.com
www.unesa.net
Universidad Alfonso X el Sabio
Grado en Ingenieria de Sistemas de Telecomunicacion (GST)
Componentes del grupo: Ignacio Gonzalez-Outón 102817
Juan vazquez 102508
Alvaro Castro 102077
Angel Camara Camarero 102527
tecnologiafuentenueva.wikispaces.com
www.unesa.net
Universidad Alfonso X el Sabio
Grado en Ingenieria de Sistemas de Telecomunicacion (GST)
Componentes del grupo: Ignacio Gonzalez-Outón 102817
Juan vazquez 102508
Alvaro Castro 102077
Angel Camara Camarero 102527
