Ahora mismo, mientras estamos en cualquier lugar de la casa o de la oficina, incluso en un lugar público, podemos conectar nuestro teléfono móvil a un tomacorriente de la pared y, seguramente, se cargará. Es una acción realmente simple. Y así ocurre con muchísimos aparatos eléctricos que tenemos a nuestra mano y que, sin complicaciones, funcionan cuando se conectan.
Sin embargo otra cosa pasa tras el tomacorriente: se desarrolla un complejísimo proceso de aprovechamiento de energías varias que, de forma eficiente, producen o dan lugar a una energía eléctrica aprovechable.
A continuación daremos un breve repaso sobre las principales maneras en que se produce energía eléctrica. Veremos cómo estas distintas maneras de producir electricidad implementan tecnologías diferentes para aprovechar el mismo fenómeno físico. Sin embargo, para empezar a hablar de ellas con propiedad, es necesario hablar de ese fenómeno físico cuyo aprovechamiento es común: la inducción electromagnética.
Acá hay que hacer una precisión: aunque se suela decir que la energía eléctrica se produce, hablar de este modo es impreciso. Lo cierto es que la energía eléctrica no se produce ni se genera espontáneamente de la nada, sino que es el resultado del aprovechamiento de otras formas de energía, como la energía química y la energía mecánica del tipo cinético.
Ahora bien, la inducción electromagnética es el fenómeno mediante el cual se induce una corriente eléctrica en un material conductor, como consecuencia del flujo de sus electrones, que son “arrastrados” por un campo magnético.
Este fenómeno puede ser explicado mediante la ley de Faraday que, en términos más bien prácticos, nos indica que hay una relación de proporcionalidad entre la velocidad del movimiento rotacional de un campo magnético y la tensión inducida (o voltaje).
Es decir que un generador eléctrico puede producir mayores cantidades de corriente si el campo magnético que mueve los electrones de sus bobinas gira a mayor velocidad.
Con excepción del aprovechamiento de la energía solar, que se basa en el efecto fotovoltaico, las demás formas de conseguir energía eléctrica hacen uso de este fenómeno físico. Empecemos, pues a enumerarlas. Comenzaremos con aquellas formas de generar electricidad que se aprovechan de energías primarias renovables y, luego, con las que aprovechan energías no renovables.
Hacer uso de energías primarias renovables significa que se están aprovechando fuerzas físicas o energías que se encuentran en la naturaleza y cuya cantidad es prácticamente ilimitada. Encontramos, por ejemplo, la fuerza del viento, la energía lumínica del sol, la fuerza motriz de los cuerpos de agua.
Como se mencionó, el funcionamiento de los paneles solares no se describe por el fenómeno de la inducción electromagnética sino del efecto fotovoltaico.
Los paneles solares están compuestos por silicio, que es un material cuyos electrones (de carga negativa) se estimulan ante la presencia de los fotones de luz solar y logran desprenderse del núcleo (de carga positiva), convirtiéndose en electrones libres.
Así, y teniendo en cuenta que la electricidad consiste en flujo de electrones, basta con que la luz incida en el panel solar para que este fenómeno tenga lugar.
Debido a que los electrones “abandonan” el núcleo y transitan libres, generándose una carga eléctrico, quedará entonces un campo eléctrico con una polaridad constante; es decir, en el material habrá un lado positivo y un lado negativo definidos. De este modo, captándose la corriente, se llega a tener energía eléctrica aprovechable.
¿Cuándo va a dejar de soplar el viento? Seguramente no veamos el día en que eso llegue a pasar. Por eso, hacer uso de la energía eólica resulta muy inteligente. Aunque su relativamente baja eficiencia y su intermitencia sean una desventaja, la continua expansión de los parques eólicos demuestra cada vez más que se trata de una gran opción.
El funcionamiento de los aerogeneradores, esos enormes “molinos” que forman los parques eólicos, es bastante sencillo. En primer lugar, sus grandes aspas captan la energía cinética de las corrientes de viento. La fuerza del viento les imprime un movimiento rotatorio, que es amplificado por el multiplicador (de unas 30 rpm a unas 1500).
Este movimiento rotatorio es el que, dentro del generador, hace mover un campo magnético, dando lugar al fenómeno de la inducción electromagnética. Así, la energía eólica genera energía eléctrica.
Este tipo de energía es de los más comunes en el mundo. Consiste en aprovechar la energía cinética o potencial de los cuerpos de agua. Hay muchas maneras de hacerlo. A través de molinos en el cauce de los ríos, o en los saltos de agua o, incluso, en las mareas del mar (energía mareomotriz).
Básicamente, todas consisten en el mismo proceso: mueven una turbina que, posteriormente, acciona un generador eléctrico.
Las represas, por ejemplo, direccionan el agua para hacerla pasar una tubería estrecha que incrementa su presión (la energía potencial del agua “quieta” se transforma en energía cinética del agua en movimiento); la tubería lleva el agua hasta una turbina, y entonces su energía cinética se transforma en energía de movimiento de rotación.
Este movimiento rotatorio es cedido al generador, que, valiéndose del fenómeno de la inducción electromagnética, genera electricidad.
A diferencia de las energías renovables, las no renovables son aquellas que hacen uso de recursos limitados. Son bastante comunes en la actualidad. Entre las formas de obtener energía eléctrica a partir de energías no renovables contamos a las plantas termoeléctricas, plantas nucleares, y generadores eléctricos accionados por combustibles fósiles.
Aunque el funcionamiento de las plantas termoeléctricas implique el aprovechamiento del agua como en el caso de las represas, no la aprovechan de la misma manera.
Como su nombre lo indica, las termoeléctricas basan su funcionamiento en la aplicación de energía calórica al agua (en la mayoría de los casos, quemando carbón), que está almacenada en el generador de vapor, produciendo chorros de vapor a alta presión. Este vapor pasa por un sistema de tuberías que lo dirigen hacia las turbinas.
Éstas, impulsadas por la energía cinética del vapor, accionan el generador. Para evitar sobrecargas, se mantiene una velocidad de rotación de las turbinas entre 1800 y 3000 rpm mediante un regulador.
Las plantas nucleares generan electricidad de un modo semejante a como lo hacen las plantas termoeléctricas. Sin embargo, los elementos de aplicación de energía calórica no son combustibles fósiles convencionales, sino elementos químicos tales como uranio, plutonio o torio.
Estos elementos se usan mediante un reactor que posibilita la fisión en una reacción de cadena controlada. El calor producido de esta reacción transforma el agua en vapor, el cual, a presión, se transporta por un sistema de tuberías hasta las turbinas.
El funcionamiento de los generadores eléctricos también obedece al fenómeno de la inducción eléctrica. Es realmente sencillo, en la teoría. Si quieres profundizar en esto, puedes hacerlo acá.
El generador eléctrico se encarga de convertir la energía cinética en energía eléctrica. La energía cinética corresponde al movimiento que ofrece un potente motor Perkins de 4 tiempos, capaz de ofrecer unas 1800 rpm.
Un alternador Stanford capta este movimiento rotacional y lo transfiere al rotor, que se mueve en el rotor, permitiendo el movimiento de un campo magnético y, como consecuencia, la generación de electricidad.
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