GENERACION

GENERACION

ELECTRICA CON EL

CAMPO MAGNETICO

TERRESTRE

Ing. Humberto Porta Caldera Ing. Mauricio Porta Mora San Jos, Costa Rica

MAURICIO PORTA MORA Y HUMBERTO PORTAR CALDERA

GENERACION ELECTRICA CON EL CAMPO

MAGNETICO TERRESTRE

/ Humberto Porta C. y Mauricio Porta M. 1 era. Edicin

San Jos, Costa Rica. 2015

Paginas, 18 x 14 cm.

Ilustraciones: .

Diseo Grfico y Diagramacin: H. Porta C. y M. Porta M. 2015

Queda totalmente prohibido utilizar esta informacin

total o parcialmente para usarla en la generacin de

electricidad utilizando el campo magntico de la

tierra, sin la autorizacin por escrito de los autores.

Este libro no podr ser reproducido ni total ni

parcialmente, en ninguna forma, sin el permiso

por escrito de los autores.

Todos los Derechos Reservados.

- 2 -

MAURICIO PORTA MORA Y HUMBERTO PORTAR CALDERA

C O N T E N I D O

Pag.

1 - INTRODUCCION 4

2 - PRINCIPIOS BASICOS UTILIZADOS 7

3 - DEFINICION DE UNIDADES 11

4 - CAMPO MAGNETICO TERRESTRE 16 5 - CONSIDERACIONES PARA GENERACIN

ELECTRICA CON EL CAMPO MAGNETICO

TERRESTRE 25 5.1 - CONFIRMACION DE GENERACION 28

ELECTRICA CON GEOMAGNETISMO 6 - REFERENCIAS 33

- 3

MAURICIO PORTA MORA Y HUMBERTO PORTAR CALDERA 1 INTRODUCCION:Tanto la Teora Cuntica como la Mecnica Ondulatoria, han demostrado tanto terica como experimentalmente , que la energa se transmite en el espacio en cantidades discretas, finita y definida. Estos paquetes de energa, conocidos como Cuantum de Accin se han designado con la letra h y se conocen con el nombre de Constante de Planck, en honor de su descubrir, Max Planck.

Experimentalmente se ha determinado el valor de la Constante de Planck h:

h = 6.62607 x 10 a la 34 Julios x Seg.

- 4 -El cuantum de accin corresponde a la energa de una sola partcula.

Conforme con la Teora Electromagntica de Lorenz y la de Maxwell, el flujo magntico se representa por lneas de fuerza magntica. El nmero total de lneas de fuerza crean un campo magntico por unidad de rea perpendicular, al que se le llama flujo magntico. La unidad del flujo magntico es una sola lnea de fuerza.

Los polos del campo magntico terrestre corresponden a dos nicos puntos sobre la superficie de la tierra donde el campo magntico es vertical. Las coordenadas geogrfica del polo Norte son: 70 latitud Norte y 96 longitud Oeste. La magnitud del campo magntico en la superficie de la tierra vara entre 0.25 a 0.65 Gaus y se puede considerar - 5 -como el campo magntico creado por un dipolo magntico inclinado unos 10 con respecto al eje de rotacin de la tierra.

En Costa Rica en latitud muy ceca a 10 Norte, el flujo magntico vertical se encontr el valor de 3 x 10 a la 5 Weber/ metro cuadrado, utilizando un magnetmetro TYPG: MS 3R.

En los siguientes captulos se presentan los Principios, Definiciones Bsicas y Ecuaciones con las que se formulan los anlisis y resultados que conforman este trabajo.

- 6 -2 - PRINCIPIOS BASICOS UTILIZADOS

El desarrollo de este trabajo se basa principalmente en los conceptos y principios de las siguientes teoras ampliamente reconocidas y aprobadas como fundamento de la Ciencia actual:

Teora Cuntica,

Mecnica Ondulatoria.

Constante de Planck (Cuantum de Accin).

Teora Electromagntica, Ecuaciones de Maxwell.

Teora Electromagntica de Gauss y Fuerza Magntica de Lorenz.

Teoras del Campo Magntico.

Teoras del Campo Elctrico.

- 7 - Principios de Induccin Electro-magntico.

Ley de Biot. (Induccin electromagn-tica en una Espira)

El principio bsico utilizado es el concepto del Cuantum de Accin el cual establece que la Energa se transmite en el espacio de manera discreta en cantidades definidas y constantes, por paquetes de energa en forma discontinua con una frecuencia entre los 7 y 13 ciclos por segundo para efectos del campo magntico. El valor de cada cuantum de accin es: h = 6.62607 x 10 a la -34 en Julios-Seg., y de

h = 4.1357 x 10 a la -15 en eV-Seg.

Otro de los principios es el conocido efecto ocurrido con el movimiento relativo entre un campo magntico y un conductor.

- 8 -Si es el campo magntico el que permanece en reposo y el conductor es el que se mueve, en ste aparece una fuerza electromotriz que no posee energa de por s, pero que da lugar a corrientes de igual intensidad y sentido que las originadas si fuera el campo magntico el mvil.

Por el contrario, si fuera el conductor el que permanece fijo y es el campo magntico el que se mueve, en el entorno del campo magntico aparece un campo elctrico que posee cierta energa que origina una corriente en los lugares del conductor expuesto al campo magntico.

Es importante mencionar que la fuerza magntica es 1000 a 1040 veces mayor que la fuerza gravitatoria.

- 9 -En Costa Rica, en la ubicacin Geogrfica de coordenadas

Latitud = 9 55` 18`` N

Longitud = 84 2` 17`` O

El Flujo Magntico terrestre vertical medido con un magnetmetro TYPG: MS 3R (YAS532) magnetic Sensor manufacturado por Yamaha Corp, en este sitio, se encontr que el flujo magntico B corresponde a 3 x 10 a la -5 Weber/ metro cuadrado.

Con este flujo magntico, la capacidad de induccin elctrica por espira de una bobina de un rea de un metro cuadrado, sera de 0.116 x 10 2 Volt./ Espira. Para lograr la diferencia de potencial que se requiera alcanzar, esto se reduce a un simple problema de diseo, rea de la bobina y del nmero de espiras de la misma.

- 10 -3 - DEFINICION DE UNIDADES

En esta captulo se presentan de manera escueta y muy resumidamente las principales unidades utilizadas en este trabajo, las cuales se retomarn en las consideraciones para obtener los resultados mostrados en el capitulo Numero Cinco donde se expone la metodologa empleada para obtener la generacin elctrica con el uso del campo magntico terrestre.

Principales Unidades: - Constante de Planck La constante de Planck h es la relacin entre la cantidad de energa y de frecuencia f de la onda asociada a un cuantum o a una partcula elemental. Esto se representa por la ecuacin

E = h.f

- 11

Donde E corresponde a energia, h la constante de Planck y f la frecuencia en ciclos por segundo.

El Valor de h corresponde a h = 6.6261 x 10 a la 34 julios . Seg. y tambin el valor de h,

h= 4.1357 x 10 a la -15 eV . Seg. Esto conforme el sistema de unidades de medida utilizado.

La radiacin electromagntica se transmite en cantidades discretas, definidas y no contnuas y estas cantidades son mltiplos de nmeros enteros. Estas radiaciones se pueden modelar como osciladores sincrnicos con energia cuntica. - JULIO

Trabajo necesario para mover una carga elctrica de un Columbio a travs de unan tensin de un Voltio.

- 12 - ELECTRON VOLTIO ( eV )

eV es la Energa de mover un electrn cuando la diferencia de potencial en un voltio.

Un eV = 1.602176 x 10 a la -19 Julios.

- WEBER

El Flujo Magntico esta representado por lneas de fuerza magntica. La Unidad de flujo magntico en una sola lnea de fuerza, designada Maxwell. El nmero de lneas de fuerza que pasan perpendicularmente por un centmetro cuadrado se llama densidad de flujo y se mide en Gauss.

Un Gauss = a un Maxwell / Cm. cuadrado.

La Unidad de flujo magntico en el sistema MKS en el Weber / metro cuadrado, el cual equivale a 10,000 gauss.

- 13 Gauss:

Un Gauss se define como un Maxwell por centmetro cuadrado. Es la intensidad de campo que obra con una fuerza de una Dina, sobre un polo cuya intensidad magntica es de una unidad CGS.

Maxwell:

Un Maxwell se define como el flujo magntico total alrededor de la superficie, en un rea de un centmetro cuadrado, perpendicular al campo magntico.

1 Maxwell = 1 Gauss = a 10 a la -8 Weber,

Columbio:

Un Columbio es la cantidad de carga elctrica

transportada en un segundo por una corriente

- 14 de un amperio de intensidad.

1 Columbio = 1 Amperio . Segundo 1 Columbio = 1 F . VCarga elctrica de un Electrn ( En Voltios ) :

Carga del Electrn = 0.16 x 10 a la 12 Voltios.

Faradio:

Un faradio es la capacidad de un condensador entre cuyas armaduras existe una diferencia de potencial elctrico de un voltio cuando esta cargado de una cantidad de electricidad igual a un columbio.

- 15 4 - CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

El campo magntico terrestre es bastante dbil, es del orden de 0,3 gauss en las proximidades del ecuador y de 0,7 gauss en las regiones polares, sin embargo es 1000 a 1040 veces mas fuerte que el campo gravitatorio.La existencia del campo magntico terrestre es conocido desde la antigedad por su aplicacin en la navegacin a travs de la brjula. El fsico ingls, William Gilbert, tall un imn en forma esfrica y estudi en l la distribucin del campo magntico en su superficie encontrando que todo coincida con lo que se conoca sobre la distribucin del campo magntico terrestre, concluyendo que una - 16 representacin real de este campo sera el de un imn esfrico cuyo eje de rotacin estuviera desviado unos 10 del eje geogrfico de la Tierra.Si se toma un imn y se suspende horizontalmente con libre rotacin, este adopta una posicin tal que uno de sus extremos apunta aproximadamente hacia el polo norte geogrfico. A este extremo se le llama polo norte del imn; al extremo opuesto se le denomina polo sur. El polo norte de la aguja de una brjula apunta al polo norte geogrfico, porque la Tierra misma es un imn: el polo sur de este imn terrestre esta cerca del polo norte geogrfico, - 17 por lo tanto la brjula indica cul es la direccin de la lnea geogrfica Norte-Sur slo de un modo aproximado, es decir los dospuntos donde el eje de rotacin de la Tierra corta a la superficie terrestre. Ver Figura No. 1. Normalmente, la aguja de la brjula se

desva hacia el Este o hacia el Oeste delnorte geogrfico. Este ngulo de desviacinse denomina declinacin.Este mismo imn suspendido en su centro de gravedad no se mantiene en posicin horizontal, el extremo que seala al Norte se inclina se inclina hacia el suelo en el hemisferio norte, y lo mismo ocurre con el extremo sur que apunta al Sur en el hemisferio sur. Este ngulo de desviacin del imn con respecto a - 18 la horizontal se llama inclinacin magntica.

Figura No. 1: Distribucin del Campo

Magntico Terrestre

El valor de la inclinacin, al igual que el de la declinacin, es diferente de un punto a otro de - 19 la superficie de la Tierra.

El alineamiento en general Norte-Sur de las lneas magnticas, de acuerdo con el eje de rotacin terrestre, sugiere que el campo, en lo fundamental; constituye un dipolo. Resulta inclinado unos 10 respecto al eje de rotacin terrestre, y presenta considerables irregularidades.

El origen de la existencia del campo magntico terrestre se ha tratado de explicar con diferentes teoras las que en su totalidad se han desechado conforme con los diferentes estudios y descubrimientos que se han realizado. Todos estos estudios han llevado a la actual teora que considera la existencia en el ncleo de la tierra de fenmenos semejantes a los de un dinamo auto exitado.

- 20 Los estudios geofsicos muestran la existencia de un ncleo terrestre de naturaleza fluida y alta densidad, compuesto casi en su totalidad de hierro, estos estudios sirven de base a las teoras que sitan el origen del campo magntico en procesos dinmicos que tienen lugar en su interior. El fenmeno se basa en que el movimiento de circulacin de material conductor en presencia de un campo magntico genera corrientes elctricas que, a su vez, realimentan el campo inductor. En la actualidad esta teora es prcticamente la nica manera de explicar el origen del campo geomagntico.

Los diferentes estudios permanentes que se realizan en los observatorios demuestran que - 21 el campo magntico terrestre no es constante, sino que cambia continuamente. Hay una variacin pequea y bastante regular de un da a otro (variacin diurna). La variacin en la declinacin es de algunos minutos de arco, y la variacin en la intensidad es del orden de 10 a la -4 gauss.

Algunos das se producen perturbaciones mucho mayores, que alcanzan hasta varios grados en la declinacin y 0,01 gauss en la intensidad. Son las llamadas tormentas magnticas, generadas por corrienteselctricas que tienen lugar en las capas superiores de la atmsfera.

Existen otras variaciones temporales del campo magntico terrestre, de periodo tan largo que - 22 slo se aprecian al comparar valores medios anuales durante varios aos, reciben el nombre de variacin secular. Un fenmeno de la variacin secular hace referencia a que la distribucin del campo geomagntico se mueve lentamente hacia el Oeste. El promedio de avance es de muy baja velocidad por ao, con la cual, de mantener esa tendencia, la distribucin del campo dara la vuelta completa a la Tierra en unos 2.000 aos. A diferencia de las tempestades magnticas, que ocurren por causas externas, las anomalas alargo plazo y su marcha hacia el Oeste se deben a causas localizadas en el interior de la Tierra. Los cambios internos tienen lugar de modo muy lento y abarcan hasta millares de millones de aos.

- 23 En virtud de que la variacin secular es tan lenta que requiere de 2,000 aos para dar una vuelta completa alrededor el eje de rotacin, y las anomalas a largo plazo no se toman en cuenta por su duracin de millones de aos, por lo que cualquier inversin en el Proyecto de Generacin Elctrica utilizando el campo magntico terrestre no se vera afectado por estos fenmenos seculares, en vista en todo momento las instalaciones de generacin elctrica siempre contaran con un flujo de campo magntico en virtud de la distribucin del campo del dipolo geomgnetico alrededor de la esfera terrestre. - 24 5 - CONSIDERACIONES PARA GENERACIN

ELECTRICA CON EL CAMPO MAGNETICO

TERRESTRE

En el desarrollo de este captulo se mencionarn los principales conceptos que priman para considerar la posibilidad de generar electricidad aprovechando las caractersticas propias de los principios bsicos de transmisin de la energa, los que permiten formular las ecuaciones que llevan a este fin.

Otro de los conceptos fundamentales es el fenmeno que se presenta por el movimiento relativo entre un campo magntico y un conductor.

Es importante tener presente la distribucin, valores de flujo magntico y caractersticas del campo magntico sobre la superficie de la tierra. Para el desarrollo terico de generacin

- 25 Elctrica utilizando el campo geomagntico , se parte de considerar que el nmero de lneas de fuerza de un campo magntico por metro cuadrado y por segundo es igual al nmero de cuantum de accin ( h ) por metro cuadrado y por segundo, establecindose la siguiente ecuacin.

= / h

x m2 donde:

= Nmero de Lneas de Fuerza de

Flujo Magntico en un rea

determinada, igual al nmero de

cuantum por segundo en el rea.

= Flujo Magntico total en un

rea determinada.

- 26

B = Densidad del Flujo Magntico.

(Weber / metro cuadrado).

h = Constante de Planck (Cuantum

de Accin)

m2 = metro cuadrado.

Para determinar el valor de en un rea de

1 m2 en Costa Rica en las coordenadas:

Latitud = 9 55` 18`` N

Longitud = 84 2` 17`` O

se tiene:

x 10 a la 5 / 4.1357 x 10 a la 15 =

= 0.725 x 10 a la 10Como la carga elctrica de un electrn es igual a 0.16 x 10 a la 12 voltios, la capacidad de induccin elctrica en la ubicacin dada en Costa Rica por espira de una bobina de un metro cuadrado de rea ( diferencia de poten-

- 27

cial en voltios ), sera:

= 0.725 x 10 a la 10 x 0.16 x 10 a la -12 =

Induccin = 0.116 x 10 a la -2 Voltios / Espira.

Con una bobina de 100 espiras y de 1 metro cuadrado de rea se obtendra una induccin elctrica de 116 milivoltios.

La produccin de voltaje y otras caractersticas se reduce a un simple problema de diseo. 5.1 - CONFIRMACION DE GENERACION

ELECTRICA CON EL MAGNETISMO

TERRESTRE.

Este apartado tiene por objetivo confirmar experimentalmente si las consideraciones tericas tomadas para este estudio permiten plantear la posibilidad de generar electricidad utilizando el campo magntico terrestre y las caractersticas propias de transmitirse en el espacio el flujo magntico.

Para realizar esta prueba, se construy una bobina de ncleo de aire con un radio de 0.4 metros para cubrir un rea de 0.5 metros - 28

cuadrados, con un total de 100 espiras y utilizando alambre numero 22, colocando el plano de la misma perpendicular al flujo vertical del campo magntico. En la Figura No. 2 se presenta una fotografa de la bobina al momento de realizar la prueba.

Para determinar si en la bobina se induca alguna diferencia de potencial elctrico, se utiliz un multmetro digital UEI mod. DM-310 A de UNIVERSAL ENTERPRISES, INC., realizando la lectura en la escala de 200 milivoltios, DCV. del mismo.

En la Figura No. 3 se presenta una fotografa del multmetro donde se aprecia el valor de la diferencia de potencial que registra, correspondiente a 58.6 milivoltios. Este valor registrado, por ser tomado con una bobina de 1/2 metro cuadrado de rea, corresponde a la mitad del valor calculado en el capitulo 5 anterior, donde fue calculado para una bobina de un metro cuadrado de rea. Con la prueba anteriormente realizada se confirma la posibilidad de generar electricidad utilizando el campo magntico terrestre. Con fecha 14 de septiembre a las 2 de la tarde, - 29

se realiz nuevamente otra lectura, solamente que en esta ocasin se utilizaron las escalas de ACV y ACA, obtenindose las lecturas siguiente:

Lectura de voltaje registrado: 57 milivoltios.

Lectura de amperaje registrado: 7 miliamperios

Figura No. 2: Fotografa de Bobina construida

para realizar prueba de la posibilidad de generar electricidad utilizando el campo - 30

magntico terrestre y las caractersticas propias de transmisin en el espacio del flujo magntico.

Con las pruebas anteriormente realizadas, la produccin de voltaje y otras caractersticas de Figura No. 3 : Multmetro mostrando lectura

de la prueba anterior. - 31

generacin, se reducen a un simple problema de diseo. Esta corriente elctrica inducida podra utilizarse directamente, como tambin usarse aplicndose a un Moto Generador para utilizar la corriente como mas convenga.

En la Figura No. 4 se presenta una fotografa del sistema de rectificacin para poder utilizar el multmetro en la escala de 200 milivoltios, DCV.

Figura No. 4 : Sistema de rectificacin y

sintona utilizado.

- 32

6 - REFERENCIAS - Alberto Einstein. La Relatividad (Memorias

Originales) Editorial EMECE, Argentina.

- Sir Arthur Eddington. - La Expansin del

Universo.

Ediciones Siglo Veinte. Argentina.

- Louis De Broglie- Teora Cuntica y la Mecnica

Ondulatoria.

- Ignacio Puig, S.J. - Materia y Energa. Editorial

Albatros. Argentina.

- Lev Davidovich Landau, E.M. Lifshitz Teora

Clsica de los Campos. Editorial REVERT.

- Louis De Broglie La Fsica Nueva y los

Cuantos. Editorial Losada- S.A.

- Francis W. Sears y Mark W. Zemansky

Fsica General. Editorial Aguilar. Espaa. - 33

- Alexander Gray y G. A. Wallace ELEC-

TROTECNIA. Editorial AGUILAR. Madrid.

- Ignacio Fossi Gutierrez Manual de

Magnetismo Terrestre. Editorial:

Talleres del Instituto Geogrfico de Madrid.

Espaa.

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