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Generación de energía eléctrica

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La generación de electricidad consiste en la transformación de alguna clase de energía «no eléctrica» (sea esta química, mecánica, térmica, luminosa, etc.) en energía eléctrica.

La generación industrial de energía eléctrica se realiza en instalaciones denominadas centrales eléctricas que ejecutan alguna 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 átomos, 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, con carga posistiva. Sus respectivas cargas elécticas se anulan entre sí, y, en conjunto, no puede detectarse ninguna carga eléctrica. Pero al frotar dos objetos entre sí 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 electones. Los objetos con carga eléctrica atraen objetos ligeros; ése es el efecto que los griegos observaban al frotar el ámbar. Las palabras electrón y electricidad derivan de elektron, palabra griega que significa ámbar.


Primeros generadores

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 funcionanban 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. Una de estas máquinas, inventada en 1883 por James Wimshurst, todavía se utiliza en prácticas de laboratorio para generar hasta 50000 voltios, y a veces aún más.

Máquina de megavoltios

Un generador de inducción de gran utilidad práctica es el inventado en 1931 por Robert Van de Graaff. Una correa de material aislante transfiere carga eléctrica a una esfera de metal, que puede alcanzar varios millones de voltios. Este generador se usa para probar aislantes y otros equipos proyectados para resistir altos voltajes. También se usa en investigación nuclear para acelerar con el elevado voltaje partículas subatómicas hasta velocidades increíbles.

Aunque los aparatos de fricción y de inducción eran capaces de generar un voltaje muy elevado, no eran adecuados para producir una corriente intensa y constante. Esta necesidad queda satisfecha a finales del siglo XVIII, cuando el científico italiano Alessandro Volta inventa la primera pila eléctrica. Se van mejorando los diseños hasta que, a finales del siglo XIX. se puede utilizar la electricidad para la iluminación.

Aunque las baterías son en muchos casos una fuente adecuada de electricidad, se van agotando gradualmente y deben reemplazarse. Por tanto, son inadecuadas para suministrar a una población numerosa toda la electricidad que necesita para iluminación, calefacción, etc.

Pero, algunos experimentos realizados a principios del siglo XIX permiten el desarrollo de los modernos generadores eléctricos.

Oersted y Ampere

En 1819, el profesor danés Hans Oersted descubre que un cable por el que pasaba una corriente eléctrica podía desviar la aguja de una brújula. Oersted había descubierto el electromagnetismo: el magnetismo producido por electricidad. En 1821, el científico francés André Ampère comprueba un efecto relacionado con el anterior: al hacer pasar una corrente eléctrica cerca de un imán potente, el cable se movía. Este es el importante principio en el que se basa el motor eléctrico: usar electricidad para producir movimiento.

Rotación eléctrica

El experimento de Ampère era muy interesante, pero carecía de utilidad práctica. El cable sólo se movía un poco al conectar la corriente. Aquel mismo año, el inglés Michael Faraday construye una máquina que usaba electricidad para producir u movimiento continuo. Cuelga un cable e introduce el extremo inferior en un recipiente con mercurio. Dentro del recipiente había un imán. Al conectar una batería entre el extremo superior del cable y el mercurio, el cable se movía alrededor del imán.

Las <<rotaciones eléctricas>> de Faraday, como entonces se llamaban, son el principio básico que todavía se usa en los actuales motores eléctricos. El primer motor eléctrico capaz de realizar un trabajo útil es inventado en 1837 por el ingeniero americano Thomas Davenport, que construye uno para accionar una perforadora y otro para accionar un torno de cortar madera.

Después de utilizar la electricidad para producir movimiento, Faraday investiga la forma de usar el movimiento para producir electricidad. En 1831, observa que moviendo un imán junto a una espiral de cable se producía una corriente eléctrica que podía detectarse con un medidor conectado a la espiral. Con una espiral de cable se conseguía una corriente mucho más fuerte que con un cable sencillo.

Energía para todos

Al utilizar un efecto electromagnético para producir electricidad, Faraday sienta otro principio que hace que otros inventen máquinas con utilidad práctica. A finales de la década de 1870, se habían construido potentes generadores, y en 1881, se pone en funcionamiento la primera central eléctrica del mundo en Sussex, Inglaterra. Era también la primera central hidroeléctrica del mundo, ya que el era movido por un molino de agua. Las luces de gas se reemplazaban por luces eléctricas, pero, el nuevo sistema resultaba caro y atrae a pocos clientes. La central eléctrica acaba cerrándose después de sólo dos años y medio. Entre tanto, se habían puesto en marcha la central eléctrica y la red de distribución construidas por Thomas Alva Edison en Pearl Street, Nueva York, inaguradas el 4 de septiembre de 1882 y que es la primera central del mundo que tiene éxito. Las tiendas, oficinas, fábricas y hoteles se pasan al nuevo sistema de iluminación demostrando al mundo que la producción de energía eléctrica se va a convertir en una industria importante.


Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras se clasifican en:

No obstante todos los tipos indicados, la mayor parte de la energía eléctrica generada proviene de los tres primeros tipos de centrales reseñados.

Todas estas centrales, excepto las fotovoltáicas, tienen en común el elemento generador en si, que no es otro que un alternador, movido mediante una turbina, que será distinta dependiendo del tipo de energía primaria utilizada.
En las centrales fotovoltáicas la corriente obtenida es continua y para su utilización es necesaria su conversión en alterna, mediante el empleo de dispositivos denominados inversores u onduladores.

Referencias


Notas