Generación de Energía Eléctrica Introducción Las plantas generadoras de energía más comunes son la hidroeléctrica, termoeléctrica y nuclear. Estas plantas generan energía eléctrica a partir del agua, combustibles fósiles y reacciones nucleares. A pesar de que cada una tenga materias primas distintas, el principio que se ocupa para generar energía eléctrica es el mismo. Incluso, las plantas de energías no convencionales como la eólica, solar y geotérmica también ocupan el mismo principio: Transforman el movimiento en energía eléctrica 1
Cómo se hace la transformación? Michael Faraday, en 1831 descubrió una relación muy estrecha entre Electricidad y Magnetismo. Esta relación hoy en día es conocida como Ley de Faraday y permite producir energía eléctrica a partir del movimiento de campos magnéticos. Entonces, debemos saber en qué consiste el Magnetismo. Magnetismo Magnetismo es el fenómeno natural por el cual dos objetos se atraen o se repelen. Comúnmente estos objetos son conocidos como imanes. Los imanes están hechos de metales como el níquel, hierro, cobalto o neodimio. 2
Propiedades del Magnetismo Los imanes siempre tendrán un polo Norte y un polo Sur. Polos iguales se repelen y polos distintos se atraen Nunca se ha encontrado un imán con sólo un Norte o sólo un polo Sur. Propiedades del Magnetismo Por qué se llaman polos Norte y Sur? El planeta Tierra es un imán gigante. Si dejamos que un material magnetizable se mueva libremente, este siempre apuntará hacia el polo Norte de la Tierra (Así funcionan las brújulas). Entonces, el polo que apunte al Norte de la Tierra será el Norte y el otro será el Sur. 3
Propiedades del Magnetismo La fuerza magnética se ejerce a distancia, es decir, no es necesario que los objetos estén en contacto para que se ejerza la fuerza. Las fuerzas que se ejercen a distancia son conocidas como Fuerzas de Campo. La gravedad es otro ejemplo de fuerzas de campo. Propiedades del Magnetismo No es necesario que el gato toque la estufa para sentir el calor. De la misma manera, no es necesario que un objeto toque a un imán para sentir su magnetismo. Así como toda la habitación se llena de calor, un imán llena el espacio de Campo Magnético. Este campo se representa con líneas alrededor del imán. 4
Ley de Faraday Ahora que conocemos cómo funciona el magnetismo, podemos entender la Ley de Faraday, la cual permite transformar el movimiento en energía eléctrica. Qué necesitamos para la Ley de Faraday? 1. Un cable conductor 2. Un imán 3. Movimiento Ley de Faraday Inicialmente tenemos sólo un imán con un cable. En la figura, además, se muestra un amperímetro el cual NO aporta energía (no es una batería). Observemos que las líneas de campo magnético (de color verde pero invisibles en la realidad) entran al cable. 5
Ley de Faraday Faraday descubrió que si se mueve el imán, se producirá una corriente en el cable. Esto, sin necesidad de una batería. Sin embargo, si se deja de mover el imán ya no habrá corriente. Sólo se producirá corriente cuando el imán se mueva. Ley de Faraday Faraday se dio cuenta de que la corriente se genera cuando cambia el campo magnético al interior del cable. A medida que el imán entra en el cable, el campo magnético aumenta al interior y cuando el imán sale del cable, el campo magnético disminuye al interior. En ambos casos se producirá corriente. Por el contrario, si el imán se queda quieto, el campo magnético será siempre el mismo al interior del cable y no se producirá corriente. 6
Generador de Corriente Alterna Este generador es el que se utiliza en las plantas de energía. Consta de dos imanes, con polaridades distintas y entremedio está el cable sobre el que se quiere inducir corriente. Generador de Corriente Alterna Cómo se genera la corriente? Se aplica la Ley de Faraday. En este caso, se dejan los imanes quietos y el cable es quien se mueve al girar entremedio. 7
Plantas generadoras de Energía Entonces, usando el generador de corriente alterna, ya se puede transformar el movimiento en energía eléctrica. La pregunta es: Cómo hacer que el cable del generador se mueva continuamente? Ya que si el cable deja de girar, ya no habrá corriente. Hay distintas respuestas, por eso hay distintos tipos de plantas generadoras. La planta eólica es el sistema más simple para mantener al cable girando. Planta Eólica El viento es el encargado de mover las aspas de la hélice, que a su vez mantienen al cable del generador girando. 8
Planta Hidroeléctrica Las centrales hidroeléctricas necesitan acumular agua para funcionar. Luego el agua pasa por un ducto pequeño y su veloz movimiento hace que gire una turbina la cual mantiene al cable del generado girando. Plantas que calientan agua Otro sistema para hacer que el cable del generador gire, es calentando agua. Así, se genera vapor, que bajo ciertas condiciones se mueve lo suficientemente rápido para mantener una turbina girando. Plantas de este tipo son: Termoeléctrica Nuclear Geotérmica Solar Fototérmica 9
Planta Termoeléctrica Para calentar agua, queman combustibles fósiles como el carbón o el petróleo. Son altamente contaminantes. La imagen corresponde a la planta termoeléctrica de Laguna Verde en la Región de Valparaíso. Planta Nuclear Las plantas nucleares aprovechan la enorme energía que se libera al fisionar (separar) núcleos de átomos radioactivos. En general es una energía bastante limpia, sólo que el manejo de los residuos es el complicado. 10
Planta Geotérmica El calor que genera de las profundidades de la Tierra se aprovecha para calentar agua. Es una energía absolutamente limpia. Planta Solar Fototérmica Para calentar agua, se ocupan grandes espejos que reflejan la luz del sol. Los espejos se concentran en un estanque con agua para así producir el vapor necesario 11
Bonus: Planta Solar Fotovoltaica Estas centrales no utilizan la Ley de Faraday para funcionar. Los paneles solares están hechos de materiales que cuando aumentan su temperatura, liberan electrones. Así se produce una corriente eléctrica. ACTIVIDAD Anote y explique las distintas formas de producir energía eléctrica, ayúdese de las páginas 218 a 224 Explique como se distribuye la energía eléctrica (222, 223) Que son las líneas de transición y tendido eléctrico Explique la función de cada uno de los componente de la red eléctrica domiciliaria (224 a 225) 12