La electricidad –parte 2–

Contenidos

La electricidad, nuestra gran aliadaLa corriente eléctrica en acciónLa obtención de la electricidadProducción masiva de electricidadUna central para cada tipo de combustibleLa electricidad en viajeEl camino del electrónInterconexiones

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La electricidad,nuestra gran aliada

Energía confiable y servicialLa electricidad es una de las formas más útilesde la energía: se distribuye con facilidad, rápi-damente y con pocas pérdidas. Recordemosque una corriente eléctrica es un flujo de partí-culas llamadas electrones, cada uno con lamisma y diminuta carga negativa. Normalmen-te, los electrones forman parte de los átomos,pero en los buenos conductores como el cobrelos más externos se desprenden con facilidad,de manera que siempre hay “electrones libres”que saltan de átomo en átomo. Si se estableceuna diferencia de “presión” eléctrica entre losextremos de un conductor, es decir, si en unextremo hay un exceso de electrones (carga-dos negativamente) y en el otro faltan – haymuchos con carga positiva –, los electrones sedesplazarán saltando de átomo en átomo deun extremo al otro del conductor. Se originaráasí una corriente eléctrica, la que mediantesucesivas conversiones se transformará en ilu-minación, calor y fuerza motriz; desempeñan-do de este modo un papel vital en nuestrasociedad.

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Los generadores de electricidadLas máquinas que producen corriente eléctricapara su uso en gran escala se llaman genera-dores. El principio del generador es simple:cada vez que un conductor se mueve cerca delextremo de un imán se origina en él una dife-rencia de tensión eléctrica (voltaje). Esta nota-ble propiedad del magnetismo, es decir sucapacidad de crear un flujo de electrones, estodavía un misterio. Simplemente se aceptacomo un hecho de experiencia que, cuando unconductor se mueve en un campo magnético,nace entre sus extremos una diferencia de“presión” eléctrica; y si conectamos ese con-ductor a un circuito cerrado circulará por éluna corriente eléctrica.

El campo magnéticoSe llama campo magnético a la zona que rodeaa un imán y en la cual se manifiestan sus efec-tos. Los campos magnéticos se representanhabitualmente mediante líneas llamadas líneasde fuerza que van del polo norte (N) al polo sur(S) de un imán. Al pie de la página siguiente sepuede visualizar el campo que genera un imány su influencia sobre unas limaduras de hierro.Para que nazca una tensión eléctrica el conduc-tor debe moverse y atravesar las líneas defuerza del campo magnético. Si no se mueve yno corta dichas líneas no hay voltaje.La secuencia de la izquierda (fig. 1) muestrauna espira de alambre conductor ubicada en elcampo magnético generado por dos imanescon sus polos opuestos enfrentados. Al girar,“corta” las líneas de fuerza y si está conectadaa un circuito exterior, se produce una corriente.En la fig. 2 la espira rotó a una posición dondeno corta las líneas de fuerza y no se produce lacorriente. En las dos últimas figuras la mitadde color rojo de la espira corta nuevamente laslíneas de fuerza, pero gira ahora hacia arriba,de modo que se invierte la dirección de lacorriente.

La corriente eléctrica en acción

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

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Corriente continua y corriente alternaUna batería o una pila producen una corrientecontinua porque los electrones circulan siem-pre por el mismo sentido, desde el terminalnegativo hacia el positivo. En cambio, cuandola dirección de la corriente se invierte a interva-los regulares, la corriente se llama alterna(C.A.) y los electrones se mueven hacia atrás yadelante, en torno a una posición media en elcircuito conductor. En el diagrama de estapágina se puede ver una bobina de frente, enocho posiciones distintas de una revolucióncompleta. La intensidad varía como lo muestrala curva. En la posición “e” (bobina vertical) seinvierte la corriente.

La C.A. corre con ventajaAmbas corrientes, continua y alterna, sonigualmente eficaces. ¿Por qué entonces se pre-fiere, para la mayoría de los usos, la corrientealterna? En primer lugar porque el generadorla produce directamente. En segundo lugarporque el transporte de grandes cantidades deelectricidad a bajo voltaje es antieconómico yse prefiere enviar menos electrones con muchamayor energía. Para eso se necesita a la salidadel generador un elevador de voltaje y a la lle-gada a la red domiciliaria otro transformadorque baje la tensión a valores más seguros, yello no se puede conseguir económicamentecon la corriente continua.

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a b c d e f g h a

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N

S

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Turbina y generador, un dúo dinámicoLa generación de electricidad se basa en elprincipio de la “inducción electromagnética”descubierto por Michael Faraday, el cual tienelugar en los generadores. A partir de la rota-ción de un rotor electromagnético impulsadopor una turbina, se induce la tensión en lospaquetes de bobinas del estator, que es unapieza que contiene un electroimán encargadode crear el campo magnético fijo y en la cualse produce la electricidad. Finalmente, de lasterminales o bornes del estator es posibleextraer energía eléctrica. Pero si la energía nose crea de la nada ¿de dónde sale la energíaque produce la corriente eléctrica? Sale de laturbina que mueve el rotor del generador. Esteúltimo sólo convierte esa energía mecánica enenergía eléctrica.

La obtención de la electricidad

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Producción masivade electricidad

Las centrales eléctricasLa energía eléctrica para consumo masivo segenera siempre a través de una central eléctri-ca, una instalación capaz de convertir energíamecánica, obtenida mediante otras fuentes deenergía primaria, en energía eléctrica. Todaslas centrales eléctricas constan de un sistemade "turbina - generador"; lo que varía de unas aotras es la energía primaria utilizada paraaccionar la turbina y de este modo generarenergía eléctrica.

En 1882, Thomas Edison abrió la primer centraleléctrica de gran escala en la ciudad de NuevaYork. Su generador eléctrico era una versiónmayor del experimento básico de Faraday: unenorme imán que gira alrededor de un conduc-tor para producir una corriente eléctrica. En elpresente, las centrales son más grandes yestán controladas por computadoras, pero elproceso básico permanece sin cambios desdehace más de un siglo.

Combustibles y centralesLas centrales reciben el nombre genérico de laenergía primaria utilizada para mover las turbi-nas: centrales térmicas, nucleares, hidroeléctri-cas, eólicas, geotérmicas, etc.Aunque las fuentes de electricidad investiga-das han abarcado campos poco conocidoscomo el aprovechamiento del movimiento y dela energía de los mares, las más generalizadasson la hidroeléctrica, la térmica y, finalmente,la energía nuclear, de uso eficiente en los paí-ses desarrollados.

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La central hidroeléctricaEn este tipo de centrales se aprovecha la energía potencialdel agua para, haciéndola caer, convertirla en energía ciné-tica. Esta energía moverá los álabes (paletas curvas) de unaturbina situada al pie de la presa, cuyo eje está conectadoal rotor de un generador, el cual se encarga de transformar-la en energía eléctrica.

La central térmicaEn estas centrales se utiliza gas, petróleo o carbón paracalentar agua. A continuación, el vapor de agua producidoentra en una turbina a través de un sistema de tuberías, lahace girar y produce energía mecánica, la cual se transfor-ma en energía eléctrica por medio de un generador acopla-do a la turbina.

La central atómicaSon centrales térmicas en las que la caldera ha sido susti-tuida por un reactor nuclear. En éste, la fisión (rotura) de losnúcleos atómicos del combustible nuclear, generalmenteuranio enriquecido, libera el calor necesario para calentar elagua y transformarla en el vapor que moverá las turbinasde un generador.

Las centrales eólicasEstas centrales aprovechan la energía cinética del vientopara mover las palas de un rotor situado en lo alto de unatorre (aerogenerador). La po-tencia total y el rendimientode la instalación depende de la velocidad y cantidad dehoras de viento y del número de aerogeneradores de quedispone.

Las centrales solaresSon centrales térmicas que utilizan el calor de la radiaciónsolar para calentar un fluido y producir vapor para alimen-tar una turbina como en una central térmica clásica. La cap-tación de los rayos solares se hacen por medio de un con-junto de espejos con orientación automática denominado"heliostato".

Las centrales de biomasaLa energía de la biomasa se puede obtener a partir de vege-tación natural, restos de poda, rastrojos o cultivos específi-cos, como el girasol y la remolacha. La central de biomasaquema este tipo de combustible para producir vapor deagua, el cual mueve una turbina que, conectada a un gene-rador, produce electricidad.

Una central para cada tipo de combustible

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La electricidad en viaje

Electrones en movimientoLa electricidad se transporta a nuestros hoga-res a través de cables, pero como vimos, éstafluye mejor en algunos materiales que enotros. Por ejemplo, la resistencia que un cableofrece al paso de la corriente eléctrica dependede y se mide por su diámetro, longitud y elmetal de que está hecho. A menor resistenciadel cable, mejor será la conducción de la elec-tricidad en el mismo. El oro, la plata, el aluminio y el cobre son exce-lentes conductores de electricidad. Los prime-ros resultarían demasiado caros para ser utili-zados en los millones de kilómetros de líneaseléctricas que existen en el planeta; de ahí queel cobre sea utilizado más que cualquier otrometal en las instalaciones eléctricas.De manera opuesta, otros materiales como elvidrio, los plásticos, la goma y la cerámica noson buenos conductores y se los conoce comoaislantes. Estos elementos se utilizan paracubrir los cables y los componentes para pro-tegernos de las descargas eléctricas y evitarcortocircuitos.

Una larga carrera de resistenciaEs frecuente que la corriente eléctrica se gene-re en lugares alejados de las áreas de consu-mo. Ahora bien, como la electricidad es uncaudal de electrones que chocan contra losátomos y los agitan, y, por otra parte, la inten-sidad de la corriente expresa el número deelectrones transportados en un segundo, laspérdidas en forma de calor (para vencer laresistencia de los cables) son mucho mayorescuando se transportan grandes cantidades decorriente, aunque el voltaje no sea alto. Poreste motivo se prefiere elevar el voltaje de lacorriente (con disminución proporcional de suintensidad), transportarla mediante cables dealta tensión y luego reducir su voltaje para elconsumo doméstico.

En general, podemos distinguir seis elementosprincipales en la carrera de la electricidad des-de el generador hasta nuestros hogares: la cen-tral eléctrica; los transformadores que elevanel voltaje de la energía eléctrica generada a lasaltas tensiones utilizadas en las líneas de trans-porte; las líneas de transporte; las subestacio-nes donde la señal baja su voltaje para ade-cuarse a las líneas de distribución; las líneas dedistribución y los transformadores que bajan elvoltaje al valor utilizado por los consumidores.

La línea aérea es la formamás empleada de transportede energía eléctrica cuandoésta se consume en lugaresdistantes del de producción.Esencialmente, las líneasaéreas están constituidaspor conductores, aisladores,apoyos y crucetas.

El transformador es undispositivo que convierteenergía eléctrica de un ciertonivel de voltaje, en energíaeléctrica de otro nivel de vol-taje, por medio de la acciónde un campo magnético.

El sistema de potenciaTodo este recorrido de la electricidad desde sugeneración hasta su entrega final, se realiza en loque se denomina el sistema de potencia, el cualse encuentra dividido en 4 partes fundamentales:Generación, Transmisión, Sub-transmisión y Dis-tribución–Explotación.

GeneraciónEs aquí donde se realiza la con-versión de energía potencial, tér-mica, química, eólica o nuclearen energía mecánica y ésta enenergía eléctrica. Para ello se utilizan gigantescosgrupos de turbinas-generadores.

TransmisiónLa electricidad producida se debe transpor-tar hacia los centros poblados (por lo gene-ral, bastante alejados de las centrales). Pararealizar esta labor de forma eficiente, se ele-va el voltaje por medio de transformadoresa valores de 33, 62, 132 y 500 KV y se utilizangrandes torres metálicas para sujetar loscables que la transportan.

El camino del electrón

Laboratorio de medi-dores ubicado en laCentral Deán Funes.

Depósito de cables enel edificio de Almacenes.

Material aislante ubica-do en el edificio deAlmacenes.

Subestación transfor-madora Nueva Córdoba.12

Las cadenas de aisladores impiden que lacorriente pase de los cables a tierra a tra-vés de las torres.

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SubtransmisiónAl aproximarnos a los centrospoblados, es necesario reducir elvoltaje por medio de transforma-dores reductores a valores meno-res (132 kV) para facilitar el trans-porte y la entrega de energía (alpoder utilizar estructuras metáli-cas de menores dimensiones).

Distribución y explotaciónFinalmente y para poder llegar a cada uno de los hogares, centros comercia-les e industrias, se vuelve a reducir el voltaje a valores de 13,2 KV por mediode transformadores reductores. De esta forma es mucho mas sencillo, eco-nómico y seguro, transportar la energía eléctrica a cada rincón del pueblo,urbanización o ciudad. Luego se vuelve a reducir el la tensión de la energía a220 Volt para su comercialización. Dicha reducción se realiza a través detransformadores instalados directamente en los postes.

Un circuito completoLos postes y cables que normalmente vemos enlas calles y los transformadores que se ven col-gando en algunos postes, los cables que partende los postes hacia cada casa, comercio o indus-tria y los equipos contadores de energía (medido-res) también son componentes de la fase de dis-tribución y los últimos en la carrera de la electrici-dad desde el generador hasta nuestro hogar.

Detalle de un transformador y un postecon los cables que sostiene.

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Las centrales generadoras de un país suelenconectarse entre sí. La razón es, a la vez, eco-nómica y técnica. Es económica porque, en losmomentos de mayor consumo, las empresasgeneradoras de una zona deben deben recurrira combustibles caros para satisfacer la deman-da, por lo que resulta más conveniente recurrira la corriente sobrante de los generadores deotra zona. El motivo también es técnico porquede este modo se ayuda a mantener un voltajeuniforme, el cual es esencial para el buen fun-cionamiento de los aparatos eléctricos.

En Córdoba, esta interconección se supervisaen unas instalación llamada Centro de Control,desde la cual se pueden monitorear en tiemporeal tanto las unidades generadoras, flujo dealivio y nivel de generación eléctrica como losprocesos de sincronización de la energía gene-rada por nuestras centrales con el SistemaInterconectado Nacional, del cual forman partetodas las plantas hidroeléctricas y termoeléctri-cas de nuestro país.

Interconexiones

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