ENERGÍA ELÉCTRICA

Por: Bera y Carmen

DEFINICIÓN DE ELECTRICIDAD

La electricidad es una propiedad física manifestada a través de la atracción o del rechazo que ejercen entre sí las distintas partes de la materia. El origen de esta propiedad se encuentra en la presencia de componentes con carga negativa (denominados electrones) y otros con cara positiva (los protones).

Por otra parte, es el nombre que recibe una clase de energía que se basa en dicha propiedad física y que se manifiesta tanto en movimiento ( la corriente) como en estado de reposo (la estática). Como fuente energética, la electricidad puede usarse para la iluminación o para producir calor.

Su origen etimológico en el término griego es “elektron” que puede traducirse como “ámbar”. El científico inglés William Gilbert, en el siglo XVI, habló de “eléctrico” para explicar los fenómenos de cargas de atracción que descubrieron los griegos.

El hombre genera electricidad manipulando distintos factores: la naturaleza produce esta energía en las tormentas, cuando la transferencia energética que se produce entre una parte de la atmósfera y la superficie del planeta provoca una descarga de electricidad en forma de rayo. La electricidad natural también se halla en el funcionamiento biológico y permite el desarrollo y la actividad del sistema nervioso.

Hoy la electricidad es fundamental pues gracias a la misma llevamos a cabo un sinfín de tareas y tenemos posibilidad de disfrutar de aplicaciones que nos facilitan y hacen mejor nuestra calidad de vida. Así, gracias a aquella tenemos iluminación y podemos hacer uso de una serie de dispositivos tales como lavadoras, frigoríficos, televisores, ordenadores, sistemas de aire acondicionado y una de las más simples como las lámparas.

Por tanto, esta claro que la electricidad se ha convertido en un elemento indispensable en este sentido y ha traído consigo graves consecuencias, como: la necesidad que tenemos de la misma en el día a día la que se produce masivamente para nuestra satisfacción. Un hecho que perjudica notablemente al medio ambiente. En la actualidad se están desarrollando una serie de proyectos e iniciativas en las cuales el objetivo es utilizar los recursos naturales existentes para generar dicha electricidad.

CÓMO SE DESCUBRIÓ

Mediante el experimento de Benjamin Franklin, en el año 1752, demostró que los rayos son una forma de electricidad.

Para eso se puso a volar una cometa en un día de tormenta y ató una llave de metal a la cuerda de la cometa, para que se transmitiese la electricidad a través de ella. La electricidad pasó a través de la tormenta, la llave la condujo y le dio un choque, por suerte no se lastimó, pero fue esto lo que le dio la idea para seguir investigando.

La electricidad no se inventó, sino que se descubrió, ya que es una fuerza de la naturaleza. Sin embargo, debió ser entendida para poder utilizarla como hacemos hoy en día.

La mayoría de las personas dan el crédito a Benjamin Franklin, un adelantado para su época y uno de los mejores científicos de la humanidad. Estaba interesado en muchas áreas, y descubrió e inventó muchas cosas entre ellas, a mediados del siglo XVIII, la electricidad.

Hasta entonces muchos científicos habían hecho experimentos con electricidad estática, sin embargo, Franklin llegó a la conclusión de que existían cargas positivas y negativas, y que la electricidad propiamente dicha flotaba entre ellas. También creía que los rayos eran una forma de electricidad.

Este fue el comienzo del estudio de la electricidad por varios científicos, por ejemplo, en 1879 Thomas Alba Edison inventó la bombilla y en el año 1800 Volta la pila voltaica.

Sin embargo, muchas personas creen firmemente que la electricidad comenzó a entenderse mucho antes, cuando se descubrieron baterías que habían sido construidas hace más de dos mil años; aunque lo cierto es que nadie sabe para que se usaban estas baterías antiguas.

GENERACIÓN DE LA ELECTRICIDAD

La generación de la electricidad consiste en la transformación de alguna clase de energía “no eléctrica” (sea esta química, mecánica, térmica o luminosa) en energía eléctrica.

La generación industrial de energía eléctrica se realiza en instalaciones denominadas centrales eléctricas que ejecutan algunas de las transformaciones mencionadas y constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.

Los generadores y motores eléctricos se utilizan mucho porque la electricidad es una forma muy práctica de energía y se produce con facilidad. Los motores eléctricos pueden realizar muchas funciones: desde perforar agujeros a mover locomotoras.

La electricidad ha existido desde que existe la materia. Porque la materia está formada por á tomos, que contienen unas partículas cargadas eléctricamente llamadas protones y electrones. Los antiguos griegos sabían que después de frotar un trozo de ámbar atraía a los objetos ligeros, pero no entendían por qué. La realidad es que estaban produciendo electricidad por fricción.

Un objeto sin carga eléctrica tiene el mismo número de electrones cargados negativamente, y de protones, que están cargados positivamente. Sus respectivas cargas eléctricas se anulan entre sí, así que, en conjunto, no se detecta ninguna carga eléctrica (ni positiva ni negativa). Pero al frotar dos objetos entre si algunos electrones se transfieren de uno al otro. Esto altera el equilibrio inicial entre las cargas eléctricas de los objetos. El que recibe electrones adicionales queda cargado negativamente y con carga positiva el que pierde electrones. Los objetos con carga eléctrica atraen objetos ligeros; ése es el efecto que los griegos observaban al frotar el ámbar.

Aunque los griegos habían dado un importante paso hacia el gran descubrimiento, hasta el siglo XVII el hombre no inventa la primera máquina para producir electricidad. En Alemania, Otto von Guericke construye un sencillo aparato que contenía una gran bola de azufre. Girando la bola con un manubrio y colocando una mano sobre la bola, se cargaba por fricción. A mediados del siglo XIX, se habían inventado muchos generadores de fricción parecidos.

Otros tipos de generador funcionaban por inducción electrostática, un proceso por el cual un objeto se carga eléctricamente por la proximidad de otro objeto ya cargado. Los generadores de inducción funcionan recogiendo cargas inducidas hasta acumular un voltaje elevado.

Uno de estas máquinas, inventada en 1883 por James Wimshurst, todavía se utiliza en prácticas de laboratorio para generar hasta 50000 voltios, y a veces aun mas.

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TRANSPORTE DE LA ELECTRICIDAD La tecnología de transporte de electricidad lleva la energía eléctrica desde los puntos de

generación a los puntos de distribución. Para evitar las pérdidas, dicho transporte se realiza a alta o a muy alta tensión, entre los doscientos veinte y los quinientos KV.

Debido a la liberación del sector eléctrico en España, las actividades de generación, transporte y distribución de la energía eléctrica deben realizarse, deben realizarse por compañías independientes.

En España, casi la totalidad de la red de transporte está en manos de la red eléctrica, puesto que el mercado de transporte no es rentable para la entrada de otras compañías.

Parte de la red de transporte de energía eléctrica son las llamadas líneas de transporte: Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es básicamente el

medio físico mediante el cual se realiza la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias.

Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente; cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, que son las torres de alta tensión.

Generalmente se dice que los conductores “tienen vida propia” debido a que están sujetos a tracciones causadas por la combinación de agentes, como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del viento, etc.

Gran variedad de torres de transmisión como son conocidas, entre ellas las más importantes y las más usadas son las torres de amarre, la cual debe ser mucho más fuerte para soportar las grandes tracciones generadas por los elementos anteriormente mencionados, y son usadas generalmente cuando es necesario dar un giro con un ángulo determinado para poder cruzar carreteras, evitar obstáculos, y también cuando es necesario elevar la línea para subir un cerro o pasar por debajo/encima de una línea existente.

RED ELÉCTRICA

En una central hidroeléctrica el agua que cae de una presa hace girar turbinas que impulsan generadores eléctricos. La electricidad se transporta a una estación de transmisión, donde una transformador convierte la corriente de baja tensión en una corriente de alta tensión. La electricidad se transporta por cables de alta tensión a las estaciones de distribución, donde se reduce la tensión mediante transformadores hasta niveles adecuados para los usuarios. Las líneas primarias pueden transmitir electricidad con tensiones de hasta 500.000 voltios o más. Las líneas secundarias que van a las viviendas tienen tensiones de 220 o 110 voltios.

El desarrollo actual de los rectificadores de estado sólido para alta tensión hace posible una conversión económica de alta tensón de corriente alterna a alta tensión de corriente continua para la distribución de electricidad. Esto evita las perdida inductivas y capacitivas que se producen la transmisión de corriente alterna.

La estación central de una instalación eléctrica consta de una máquina motriz, como una turbina de combustión que mueve un generador eléctrico. La mayor parte de la energía eléctrica del mundo se genera en centrales térmicas alimentadas con carbón, aceite, energía nuclear más; una pequeña parte se genera en centrales hidroeléctricas, diesel o provistas de otros sistemas de combustión interna.

Las líneas de conducción se pueden diferenciar según su función secundaria en líneas de transporte (altos voltajes) y líneas de distribución (bajos voltajes). Las primeras se identifican a primera vista por el tamaño de las torres o apoyos, la distancia entre conductores, las largas serie de platillos de que constan los aisladores y la existencia de una linera superior de cable mas fino que es la línea de tierra. Las líneas de distribución, también denominadas terciarias, son las últimas existentes antes de llegar la electricidad al usuario, y reciben aquella denominación por tratarse de las que distribuyen la electricidad al último eslabón de la cadena.

Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de equipos suplementarios para proteger los generadores, transformadores y las propias líneas de conducción. Suelen incluir dispositivos diseñados para regular la tensión que se proporciona a los usuarios y corregir el facto de potencia del sistema.

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FALLOS DEL SISTEMA En muchas zonas del mundo las instalaciones locales o nacionales, están

conectadas formando una red. Esta red de conexiones permite que la electricidad generada en un área se

comparta con otras zonas. Cada empresa aumenta la capacidad que tiene de reserva y comparte el riesgo

posible de apagones. Estas redes son enormes, y tiene complejos sistemas compuestos y operados

por grupos diversos. Representan una ventaja económica pero aumentan el riesgo de un apagón

generalizado, ya que ni un pequeño cortocircuito se produce en una zona por sobrecarga, en las zonas cercanas se puede transmitir en cadena a todo el país.

Muchos hospitales, edificios públicos, centros comerciales y otras instalaciones que dependen de la energía eléctrica, tienen sus propios generadores para eliminar el posible riesgo de apagones.

Cuando existe un fallo en el sistema de luces, hay que comprobar que en las luces no estén quemadas, pero antes de todo hay que revisar si hay roturas en los alambres, observar si los fusiles están rotos u oxidados, puesto que esto puede provocar un defectuoso desplazamiento de la corriente eléctrica a los sistemas.

En el caso de un vehículo, los mecánicos recomiendan revisar los sistemas eléctricos una vez al mes. La limpieza del motor se debe efectuar tomando en cuenta que hay circuitos que se pueden dañar.

El sistema eléctrico es el que genera energía al motor, sin que este mecanismo difícilmente un vehículo podría desplazarse. El distribuidor de corriente es el encargado de hacer que la corriente fluya por los diferentes mecanismos del motor.

Un fallo eléctrico en una casa puede llegar a producir un incendio.

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REGULACIÓN DEL VOLTAJE

Las largas líneas de conducción presentan inductancia, capacidad y resistencia al paso de la corriente eléctrica. El efecto de la inductancia y de la capacitancia de la línea es la variación de la tensión si varia la corriente, por lo que la tensión suministrada varía con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos de dispositivos para regular esta variación no deseada. La regulación de la tensión se consigue con reguladores de la inducción y motores síncrono de tres fases, también llamados condensadores síncrono. Ambos varían los valores eficaces de la inductancia y la capacitancia en circuito de transmisión. Ya que la inductancia y la capacidad tienden a anularse entre sí, cuando la carga del circuito tiene mayor reactancia inductiva que capacitiva (lo que suele ocurrir en las grandes instalaciones) la potencia suministrada para una tensión y corriente determinadas es menor que si las dos son iguales. La relación entre esas dos cantidades de potencia se llama factor de potencia. Como las pérdidas en las líneas de conducción son proporcionales a la intensidad de corriente, se aumenta la capacitancia para que el factor de potencia tenga un valor lo más cercano posible a 1. Por esta razón se suelen instalar.

Un sistema de potencia bien diseñado debe ser capaz de entregar un servicio confiable y de calidad. Entre los aspectos que caracterizan una buena calidad de servicio están, la adecuada regulación del voltaje así como de la frecuencia. El Control de Voltaje tiene como objetivo mantener los niveles de tensión dentro de límite razonables.

El problema; sin embargo, es diferente según se trate de una red de distribución o una de transmisión. En una red de transmisión se pueden admitir variaciones de tensión mayores que en una red de distribución. Ya que no existen aparatos de utilización directamente conectados a ella. Por lo tanto, dentro de ciertas limitaciones, no hay mayores inconvenientes en que la tensión en un punto dado de la red de transmisión varíe dentro de límites relativamente amplios, alrededor de un valor que puede ser diferente del nominal.

PÉRDIDA EN EL TRANSPORTE

La energía se va perdiendo desde la central eléctrica hasta cada hogar de la ciudad por: RESISTENCIA: que provoca que la corriente eléctrica no llegue con la misma intensidad debido a la oposición que presenta

el conductor al paso de la corriente. La resistencia que ofrece el cable depende de su: -Diámetro o área de la sección transversal. La conductividad disminuye al disminuir el grosor del cable. (A mayor diámetro,

menor es el número del cable). -Material con el que se ha fabricado. -Longitud: la conductividad de un cable es inversamente proporcional a la longitud y la resistencia es directamente

proporcional a la longitud. -Cambios de temperatura que sufre: al paso de la corriente, la resistencia se ve incrementada ligeramente al aumentar su

temperatura. CAPACIDAD: a medida que se transfiere más carga al conductor, el potencial d3el conductor se vuelve más alto, lo que hace

más complicado transferirle más potencia de carga. El conductor tiene una capacidad determinada para almacenar carga, que depende del tamaño y de la forma del conductor, así como su medio circundante.

Cerca del 10% de la electricidad generada se pierde en el transporte y distribución. Esto genera unas grandes pérdidas para las compañías de unos 1.700 millones de euros anuales.

Son generados por “fugas” que son producidas mediante el transporte y la distribución, según los datos de Red Eléctrica Española (REE).

SISTEMAS DE TRANSMISIÓN

El sistema de energía eléctrica consta de varios elementos esenciales para que realmente la energía eléctrica tenga una utilidad en residencias, industrias, etc. Todo comienza cuando en las plantas generadoras de energía eléctrica de las cuales existen varias formas de generar la energía (plantas geotérmicas, nucleares, hidroeléctricas, térmicas, etc.). Después de esos proceso la energía creada se tiene que acondicionar de cierta manera para que en su transportación a los centros de consumo se tena el mínimo de perdidas de esa energía, y para eso esta el proceso de elevación de voltaje.

Al transmitir la energía se tiene alta tensión o voltaje y menos corriente para que existan menores perdidas en el conductor, ya que la resistencia varia con respecto a la longitud, y como estas líneas son demasiado largas las perdidas de electricidad por calentamiento serían muy grandes. Esa electricidad llega a los centros de distribución el cual estos ya envían la electricidad a los centros de consumo, donde estos reciben electricidad ya acondicionada de acuerdo a sus instalaciones ya sean 110, 127, 220 v, etc.

Las líneas de transmisión y distribución es el conjunto de dispositivos para transportar o guiar la energía eléctrica desde una fuente de generación a los centros de consumo (las cargas). Y estos son utilizados normalmente cuando no es costeables producir la energía eléctrica en los centros de consumo o cuando afecta el medio ambiente (visual, acústico o físico), buscando siempre maximizar la eficiencia, haciendo las perdidas por calor o por radiaciones las más pequeñas posibles.

Los sistemas de transmisión están constituidos por una subestación dotada de transformadores, que elevan el voltaje de generación a otro más alto, un tendido de conductores soportados por estructuras especiales, y subestaciones reductoras intermedias donde se reduce nuevamente el voltaje a tensiones de utilización práctica.

Los voltajes de transmisión dependen de la distancia y volumen de la energía eléctrica a transportar. En la foto puedes comprobar la cantidad de energía eléctrica transportada por los coches que pasan por esta zona de la

carretera.

CORRIENTE ELÉCTRICA

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 (FEM).

Llamamos corriente eléctrica a aquella magnitud física que nos indica la cantidad de electricidad que recorre un conductor, durante una unidad de tiempo determinada. El mencionado flujo de intensidad eléctrica, de acuerdo a lo establecido por el sistema internacional de unidades, que es aquel sistema que en este sentido adoptan la mayor parte de los países del planeta, se mide en lo que se denomina amperios (A).

Por caso, la corriente eléctrica es la consecuencia del movimiento que presentan los electrones que se hayan dispuestos en el interior del material en cuestión. En tanto, por este movimiento recargas que provoca, es habitual que la corriente eléctrica desencadene lo que se conoce como campo magnético.

El amperio, simbolizado a partir de la A, que es la unidad de int6ensidad de la corriente eléctrica constante. Se decidió denominar a la misma de ese modo en homenaje al físico francés André-Marie Ampère, por sus notables aportes en esta materia.

Hasta el siglo XVIII solamente se disponía de electricidad a través de la inducción o de la frotación, en tanto, los experimentos del físico italiano Alessandro Volta permitieron obtener un movimiento constante de carga.

Cabe destacarse que además nos podremos encontrar con otros dos tipos de corriente:-Corriente alterna.-Corriente continua

CIRCUITO ELÉCTRICO

Se denomina circuito eléctrico al conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como , por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor).

Los elementos utilizados para conseguirlo son las siguientes: GENERADOS: parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos. CONDUCTOR: Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador. RESISTENCIAS: Elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente eléctrica. INTERRUPTOR: Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan

los electrones, y si está cerrado permite su paso. La resistencia es la oposición que encuentra la corriente eléctrica para pasar por los materiales y esta depende de tres factores:

EL TIPO DE MATERIAL: Cada material presenta una resistencia diferente y unas características propias, habiendo materiales más conductores que otros. A esta resistencia se le llama resistividad y tiene un valor constante. Se mide en omnios.LA LONGITUD: Cuanto mayor es la longitud del conductor, más resistencia ofrece. Se mide en metros.LA SECCION: Cuanto más grande es la sección, menos resistencia ofrece el conductor. Por lo tanto, presenta más resistencia un hilo conductor delgado que uno grueso.

MEDIOS DE SEGURIDAD

1. Se debe de usar ropa adecuada para este trabajo. Es necesario usar zapato dieléctrico y guantes, pantalón de mezclilla, lentes protectores. Sirve para evitar un arco al no estar

aterrizado y servir como vía de escape a la corriente eléctrica. Cuando los voltajes son altos es necesario usar traje para ArcFlash dependiendo el nivel de la señal hay varios tipos de traje medido en cal/cm2.

2. NO usar en el cuerpo piezas de metal, como por ejemplo: cadenas, relojes, anillos, etc. Ya que podrían ocasionar un corto circuito.

Al tener metales conductores de electricidad en el cuerpo y hubiera un accidente con línea viva esta puede realizar un corto y accidentándonos con ella.

3. Cuando se trabaja cerca de partes con corriente o maquinaria, usar ropa ajustada y zapatos antideslizantes para no tropezarnos.4. De preferencia, trabajar sin energía para evitar algún accidente, es preferente trabajar con el sistema desenergizado.5. Calcular bien las protecciones eléctricas, (fusibles, termo magnéticos) para la correcta protección del cableado como de los

dispositivos eléctricos. Calculando de forma sobrada pero menor a la capacidad de corriente del cableado. Tener en cuenta que una protección bastante grande no serviría como protección perdería utilidad.

6. Es conveniente trabajar con guantes adecuados cuando se trabaja cerca de líneas de alto voltaje y proteger los cables con un material aislante, ya que el alto voltaje y proteger los cables con un material aislante ya que el alto voltaje puede “brincar” (generalmente llamado arcflash) por eso es necesario estar bien aislados.

7. Si no se tiene la seguridad del voltaje, o si esta desactivado, no correr riesgos, verificar si hay señal en el sistema y como quiera tener todas las medidas de seguridad suponiendo que haga voltaje (aunque sea absolutamente innecesario).

8. Deberán abrirse los interruptores completamente, no a la mitad y no cerrarlos hasta estar seguro de las condiciones del circuito y verificar que abramos bien el circuito y estar seguros cuando volvamos a cerrar.

WEBS

1º Web: http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/electrica.htm2º Web: http://definicion.de/energia-electrica/ 3º Web:

http://www.batanga.com/curiosidades/2010/11/13/%C2%BFcomo-se-descubrio-la-electricidad

4º Web: http://enciclopedia.us.es/index.php/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

5º Web: http://www.monografias.com/trabajos13/genytran/genytran.shtml