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ELECTRICIDAD Y
APLICACIONES
M.C.P.
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Índice: 1. ¿Qué es la corriente eléctrica?
2. ¿Cómo se genera la electricidad?
3. Tipos de corriente eléctrica.
4. Tipos de circuitos eléctricos.
5. Ley de OHM.
6. Centrales eléctricas.
7. Conclusiones.
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1. Qué es la corriente eléctrica?
.El término electricidad deriva del Griego "electrón", que significa "ámbar"
Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz .
En un circuito eléctrico cerrado la corriente circula siempre del polo Negativo al polo positivo de la fuente de fuerza electromotriz. (FEM),
El sentido convencional de circulación de la corriente
eléctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo
positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese
planteamiento tiene su origen en razones históricas y no a
cuestiones de la física y se debió a que en la época en que
se formuló la teoría que trataba de explicar cómo fluía la
corriente eléctrica
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por los metales, los físicos desconocían la existencia de los
electrones o cargas negativas.
La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.
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2. ¿Cómo se genera la
electricidad?
En general, la generación de energía eléctrica consiste
en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica
o luminosa, entre otras, en energía eléctrica.
La energía eléctrica se produce en los aparatos llamados generadores o alternadores.
Un generador consta, en su forma más simple de:
o Una espira que gira impulsada por algún medio externo.
o Un campo magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual gira la espira anterior.
A medida que la espira gira, el flujo magnético a través de ella cambia con el tiempo, induciéndose una fuerza electromotriz, y si existe un circuito externo, circulará una corriente eléctrica.
Para que un generador funcione, hace falta una fuente externa de energía ( hidraúlica, térmica, nuclear, etc.) que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.
La producción de energía eléctrica puede ser a gran escala o a
pequeña escala.
1- Pequeña escala :
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Pila voltaica
Se denomina ordinariamente pila eléctrica a un dispositivo que
genera energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras
de 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. En
español es habitual llamarla así, mientras que las pilas
recargables o acumuladores, se ha venido llamando batería.
El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto
entre dos sustancias, mediado por un electrolito. Cuando se
necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un
elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se
pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo.
La capacidad total de una pila se mide en amperios-hora (A•h); es el
número máximo de amperios que el elemento puede suministrar en
una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy
claro dado que depende de la intensidad solicitada y la temperatura.
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Pilas de combustible
Una celda, célula o pila de combustible es un dispositivo electroquímico de generación de electricidad similar a una batería, que se diferencia de esta en estar diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Esto permite producir electricidad a partir de una fuente externa de combustible y de oxígeno, en contraposición a la capacidad limitada de almacenamiento de energía de una batería. Además, la composición química de los electrodos de una batería cambia según el estado de carga, mientras que en una celda de combustible los electrodos funcionan por la acción de catalizadores, por lo que son mucho más estables.
En las celdas de hidrógeno los reactivos usados son hidrógeno en el ánodo y oxígeno en el cátodo. Se puede obtener un suministro continuo de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua, lo que requiere una fuente primaria de generación de electricidad, o a partir de reacciones catalíticas que desprenden hidrógeno de hidrocarburos. El hidrógeno puede almacenarse, lo que permitiría el uso de fuentes discontinuas de energía como la solar y la eólica. El hidrógeno gaseoso (H2) es altamente inflamable y explosivo, por lo que se están desarrollando métodos de almacenamiento en matrices porosas de diversos materiales.
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Generador termoeléctrico de radioisótopos
Un generador termoeléctrico de radioisótopos es un generador eléctrico simple que obtiene su energía de la liberada por la desintegración radiactiva de determinados elementos. En este dispositivo, el calor liberado por la desintegración de un material radiactivo se convierte en electricidad directamente gracias al uso de una serie de termopares, que convierten el calor en electricidad gracias al efecto Seebeck en el llamado Unidad de calor de radioisótopos
2 – A gran escala.
Se producen en las centrales eléctricas. Una central eléctrica es una instalación capaz de convertir la energía mecánica, obtenida mediante otras fuentes de energía primaria, en energía eléctrica.
Podemos considerar que el esquema de una central eléctrica es:
Todas las centrales eléctricas constan de un sistema de "turbina-generador" cuyo funcionamiento básico es, en todas ellas, muy parecido, variando de unas a otras la forma en que se acciona la
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turbina, o sea, dicho de otro modo en que fuente de energía primaria se utiliza, para convertir la energía contenida en ella en energía eléctrica.
Los tipos de centrales los veremos en el punto 6.
3. Tipos de corriente eléctrica
Según el sentido del flujo de los electrones podemos clasificar la
corriente en:
Corriente continua: los electrones fluyen en un único
sentido dentro del circuito eléctrico cerrado, del polo
negativo al positivo. Este tipo de corriente es utilizada en
las pilas o en las baterías.
Corriente alterna: existen cambios de polaridad en la
unidad de tiempo. El cambio de polos en cada instante es
medido en Hertzios. A pesar de esto, los electrones
siempre se trasladan del polo positivo al negativo. La
corriente de los edificios, que permite el funcionamiento del
los aparatos electrónicos y de las luces es alterna.
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4. Tipos de circuitos eléctricos
Circuito en serie: configuración de conexión en la que los terminales
de los dispositivos que están unidos en un solo circuito se conectan
secuencialmente, es decir, la terminal de salida del dispositivo uno
se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.
En función de los dispositivos conectados en serie, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones:
Para Generadores:
VT=V1+V2+…
IT=I1=I2=…
Para Resistencias
Para Condensadores
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Para Interruptores
Interruptor A Interruptor B Interruptor C Salida
Abierto Abierto Abierto Abierto
Abierto Abierto Cerrado Abierto
Abierto Cerrado Abierto Abierto
Abierto Cerrado Cerrado Abierto
Cerrado Abierto Abierto Abierto
Cerrado Abierto Cerrado Abierto
Cerrado Cerrado Abierto Abierto
Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado
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Circuito en paralelo: conexión donde los puertos de entrada de
todos los dispositivos conectados coinciden entre sí, lo mismo que
sus terminales de salida.
Para generadores
Para Resistencias
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Para Condensadores
Para Interruptores
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Interruptor A Interruptor B Interruptor C Salida
Abierto Abierto Abierto Abierto
Abierto Abierto Cerrado Cerrado
Abierto Cerrado Abierto Cerrado
Abierto Cerrado Cerrado Cerrado
Cerrado Abierto Abierto Cerrado
Cerrado Abierto Cerrado Cerrado
Cerrado Cerrado Abierto Cerrado
Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado
5. Ley de Ohm
Establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos
de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión
eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de
proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de
proporcionalidad es la conductancia eléctrica, que es inversa a la
resistencia eléctrica.
I es la intensidad, que se mide en Amperios.
V es la diferencia de potencial y se mide en Voltios.
R es la resistencia y se mide en Ohmios.
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Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables. Él presentó una ecuación un poco más compleja que la mencionada anteriormente para explicar sus resultados experimentales. La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley de Ohm.
Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no tienen cargas inductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas resistivas), o bien han alcanzado un régimen permanente (véase también «Circuito RLC» y «Régimen transitorio (electrónica)»). También debe tenerse en cuenta que el valor de la resistencia de un conductor puede ser influido por la temperatura.
Una forma sencilla de recordar esta ley es formando un triángulo equilátero, donde la punta de arriba se representaria con una V (voltios), y las dos de abajo con una I (intensidad) y R (resistencia) respectivamente, al momento de cubrir imaginariamente cualquiera de estas letras, en automático las restantes nos indicarán la operación a realizar para encontrar dicha incógnita. Ejemplo: si tapamos la V, R e I estarán multiplicandose para encontrar el valor de V; de igual forma si cubrimos R, quedará V/I al descubierto para encontrar la incógnita R.
6.Centrales eléctricas
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Las centrales eléctricas son las diferentes plantas
encargadas de la producción de energía eléctrica y se
sitúan, generalmente, en las cercanías de fuentes de
energía básicas (ríos, yacimientos de carbón, etc.).
También pueden ubicarse próximas a las grandes ciudades
y zonas industriales, donde el consumo de
energía es elevado.
Los generadores o alternadores son las máquinas
encargadas de la obtención de la electricidad. Estas
maquinarias son accionadas por motores primarios. El
motor primario junto con el generador forman un
conjunto denominado grupo.
Tipos de centrales eléctricas:
Los diferentes tipos de centrales eléctricas dependen de las
distintas materias primas empleadas para obtener la energía
eléctrica. Se diferencian en la energía potencial primaria que origina
la transformación
A - Centrales Hidroeléctricas
Fueron las primeras centrales eléctricas que se construyeron.
Una central hidroeléctrica es aquella en la que la energía potencial
del agua almacenada en un embalse se transforma en la energía
cinética necesaria para mover el rotor de un generador, y
posteriormente transformarse en energía eléctrica.
Por ese motivo, se llaman también centrales hidráulicas.
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B - Centrales Térmicas
Una central térmica para producción de energía eléctrica, es una
instalación en donde la energía mecánica que se necesita para
mover el rotor del generador y por tanto para obtener la energía
eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en
una caldera.
El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las
turbinas para que su expansión sea capaz de mover los álabes de
las mismas.
Las denominadas termoeléctricas clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural. En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se emplea para hacer la transformación del agua en vapor.
Una central térmica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.
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C - Centrales Nucleares
Una central nuclear es una central térmica. La diferencia
fundamental entre las centrales térmicas nucleares y las térmicas
clásicas reside en la fuente energética utilizada. En las primeras, el
uranio y en las segundas, la energía de los combustibles fósiles.
Una central nuclear es, por tanto, una central térmica en la que actúa como caldera un reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones de fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.
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D - Centrales Solares Una central solar es aquella instalación en la que se aprovecha la
radiación solar para producir energía eléctrica.
Este proceso puede realizarse mediante dos vías:
o Fotovoltaica: Hacen incidir las radiaciones solares sobre una superficie de un cristal semiconductor, llamada célula solar, y producir en forma directa una corriente eléctrica por efecto fotovoltaico. Este tipo de centrales se están instalando en países donde el transporte de energía eléctrica se debería de realizar desde mucha distancia, y hasta ahora su empleo es básicamente para iluminación, y algunas aplicaciones domésticas.
o Fototérmica: En las centrales solares que emplean el proceso fototérmico, el calor de la radiación solar calienta un fluido y produce vapor que se dirige hacia la turbina produciendo luego energía eléctrica. El proceso de captación y concentración de la radiación solar se efectúa en unos dispositivos llamados heliostatos, que actúan automáticamente para seguir la variación de la orientación del Sol respecto a la Tierra.
E - Centrales Eólicas
Una central eólica es una instalación en donde la energía
cinética del viento se puede transformar en energía mecánica
de rotación. Para ello se instala una torre en cuya parte
superior existe un rotor con múltiples palas, orientadas en la
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dirección del viento. Las palas o hélices giran alrededor de un
eje horizontal que actúa sobre un generador de
electricidad, Aerogeneradores.
A pesar de que aproximadamente un 1% de la energía solar que recibe la Tierra se transforma en movimiento atmosférico, esta energía no se distribuye uniformemente, lo que limita su aprovechamiento.
Existen además limitaciones tecnológicas para alcanzar potencias superiores a un megavatio, lo cual hace que su utilidad esté muy restringida.
Una central eólica no es más que un conjunto de aerogeneradores.
F - Centrales Geotérmicas
Una central geotérmica son unas instalaciones que aprovecha
la energía geotérmica para producir energía eléctrica.
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Una central geotérmica no es nada más que una central térmica en la que la caldera ha sido reemplazada por el reservorio geotérmico y en la que la energía es suministrada por el calor de la Tierra, en vez del petróleo u otro combustible.
G - Central Mareomotriz
La energía mareomotriz es la energía asociada a las mareas
provocadas por la atracción gravitatoria del Sol y
principalmente de la Luna.
Las mareas se aprecian como una variación del nivel del mar, que ocurre cada 12h 30 minutos y puede suponer una diferencia del nivel desde unos 2 metros hasta unos 15 metros, según la diferencia de la topografía costera.
La técnica utilizada consiste en encauzar el agua de la marea en una cuenca y, en su camino, accionar las turbinas de una central eléctrica. Cuando las aguas se retiran, también
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generan electricidad, usando un generador de turbina reversible.
Existen diversos tipos de centrales solares de tipo térmico, pero las más comunes son las de tipo torre, con un número grande de heliostatos. Para una central tipo de solo 10 MWe la superficie ocupada por los heliostatos es de 20 Ha.
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7 . Conclusiones
1 - La electricidad es una de las principales formas de energía
usadas en el mundo actual. Sin ella no existiría la iluminación
conveniente, ni comunicaciones de radio y televisión, ni servicios
telefónicos, y las personas tendrían que prescindir de aparatos
eléctricos que ya llegaron a constituir parte integral del hogar
2 - La electricidad es debida a pequeñas partículas que existen en
todas las materias , no se pueden ver a simple vista y son los
electrones y los protones. La circulación de los electrones
provocada por una diferencia de potencial es lo que provoca la
corriente eléctrica.
3 – La corriente eléctrica para poder ser usada previamente debe
generarse; bien a pequeña escala como es el caso de las pilas ,o
bien a gran escala en las centrales eléctricas.
4 – Las centrales que se deberían usar más son las que utilizan
recursos renovables,como es el caso de las hidraúlicas , las eólicas
y las solares .Pero como no son suficientes se utilizan las nucleares
y las térmicas; puesto que estas proporcionan una gran cantidad de
energía. El inconveniente de las nucleares es que si no están bien
construídas pueden causar grandes daños tanto a la población
como al medio ambiente, por la radiactividad que se puede
escapar.Otro problema son los residuos radioactivos que se
generan.
5 - Una vez generada la electricidad debe ser conducida por unos
materiales conductores y la intensidad de corriente se mide por la
Ley de Ohm.
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6 – El tipo de corriente generada puede ser continua o alterna ,que
es la que se usa domésticamente y puede asociarse en paralelo,
serie o mixta.
7 – debemos hacer un uso responsable de la electricidad para no
agotar los recursos naturales y por ejemplo utilizar bombillas de
bajo consumo.
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