CENTRALES ELÉCTRICAS

Centrales Eléctricas

La electricidad llega a los hogares, oficinas y escuelas como resultado de un complejo proceso de transformación de energía que se lleva a cabo en las centrales eléctricas o plantas generadoras.

En las centrales eléctricas se produce la energía eléctrica a partir de otro tipo de energía. Las fases de producción y distribución de electricidad son las siguientes.

Fase de Generación: En esta fase se genera la tensión (voltaje) de salida de alternadores.

Fase de elevación de la tensión: En esta etapa se encarga un transformador se encarga de elevar la tensión para poder transportar la energía, ya que la tensión que se obtiene en los alternadores es muy baja.

Fase de Transporte: En ésta la energía eléctrica es transportada a través de las líneas de transmisión de alto voltaje que se soportan en  torres elevadas por seguridad.


Fase de reducción de tensión: Durante esta fase las líneas de tensión llegan a la subestaciones situadas en los lugares próximos de consumo. Mediante el empleo de transformadores reductores, se baja la tensión de las líneas hasta los valores de consumo.

Fase de distribución: Finalmente mediante redes públicas de distribución, la electricidad se lleva hasta los edificios, industrias o casas habitación.

Tipos de Centrales Eléctricas

Una buena forma de clasificar las centrales eléctricas es haciéndolo en función de la fuente de energía primaria que utilizan para producir la energía mecánica necesaria para generar electricidad:

  Centrales  hidroeléctricas: el agua de una corriente natural o artificial, por el efecto de un desnivel, actúa sobre las palas de una turbina hidráulica.

Centrales térmicas convencionales: el combustible fósil (carbón o gas) es quemado en una caldera para generar energía calorífica que se aprovecha para generar vapor de agua. Este vapor (a alta presión) acciona las palas de una turbina de vapor, transformando la energía calorífica en energía mecánica.

Centrales térmicas de ciclo combinado: combina dos ciclos termodinámicos. En el primero se produce la combustión de gas natural en una turbina de gas, y en el segundo, se aprovecha el calor residual de los gases para generar vapor y expandirlo en una turbina de vapor.

Centrales nucleares: la fisión de los átomos de uranio libera una gran cantidad de energía que se utiliza para obtener vapor de agua que, a su vez, se utiliza en un grupo turbina-alternador para producir electricidad.

Centrales eólicas: la energía cinética del viento se transforma directamente en energía mecánica rotatoria mediante un aerogenerador.

Centrales termoeléctricas solares: la energía del Sol calienta un fluido que transforma en vapor otro segundo fluido, que acciona la turbina-alternador que consigue el movimiento rotatorio y así, generar electricidad.

Centrales de biomasa o de residuos sólidos urbanos (RSU): utilizan el mismo esquema de generación eléctrica que una central térmica convencional. La única diferencia es el combustible utilizado en la caldera, que proviene de nuestros residuos.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________

                                    ________________________________

                                                Después de leer el texto

Realiza.

1-  ¿Qué es una central eléctrica?
2- Identifica las fases de productividad y distribución de electricidad.
3-  ¿Cuáles tipos de centrales eléctricas existen?
4-Investiga los campos de aplicaciones de la electricidad ( automatización de procesos, producción , etc). Comenta en el blog.
5-Explica con tus palabras como se distribuye la electricidad.

FORMAS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA Y APLICACIONES

Obtención de energía eléctrica

El primer paso dado por la humanidad en la obtención de energía eléctrica lo dió Alexandro Volta, quién basado en una reacción química, logró obtener en dos polos opuestos, una concentración de cargas de diferentes signos mediante un material conductor  de la electricidad que posibilitaba el flujo de electrones de un extremo a otro.

Este tipo de baterías se ha perfeccionado con el tiempo, y son las baterías que utilizamos en la actualidad en nuestros equipos de control remoto para la TV o en una linterna.

En 1820 Hans Christian Oesterd descubrió que había una relación estrecha entre el paso de una corriente eléctrica  a través de un conductor y la presencia de un campo magnético, que era capaz de atraer objetos metálicos.

Este fue el principio de los estudios acerca de los campos magnéticos y que si bien una corriente eléctrica era capaz de generar un campo magnético también ocurriría en sentido inverso, es decir, un campo magnético es capaz de generar electricidad. Este principio es en la actualidad el que más energía eléctrica produce y se emplea en el  mundo.

En la actualidad se produce energía de otras formas, las cuales son capaces de generar, en unos casos una cantidad inmensa de energía, como es el caso de la energía nuclear, y otros tipos como la energía eólica, por medio de la cual pueden obtenerse cantidades de energía de forma muy económica.

Formas de producir electricidad

Se puede producir electricidad de distintas maneras como son las siguientes.

Electricidad producida por magnetismo

Basicamente existen dos tipos de electricidad, la que denominamos corriente directa (DC ) yla que denominamos corriente alterna(AC ), pero para producir esta última que es la más empleada, es necesario la variación del campo magnético en relación ene enrollados de material conductor(generalmente cobre).

La variación de un campo magnético a través de un enrollado o bobina de cobre, genera una corriente eléctrica. En el caso de la energía eólica, la única diferencia es que el campo magnético es movido por el viento, y en el caso de la producción hidráulica, el moviemiento del campo magnético lo efectua la fuerza del agua.

Electricidad producida por reacción química

La reacción química entre dos metales genera energía.

Uno de los procesos para producir energía es mediante la reacción química entre dos metales en un medio ácido o alcalino.

Un dispositivo capaz de producir electricidad a través de la reacción química es la pila.

La pila genera corriente eléctrica continua y se basa en la acción química de un electrolítico sobre los electrodos del mismo ion.

1. Tomar dos metales distintos (por ej. cobre y zinc)
2. Unirlos con cable a un reloj, o un galvanómetro, e insertarlos en una papa o limón (o sumergirlos en un recipiente con agua acidulada)
3. Comprobarás que el galvanómetro acusará paso de corriente eléctrica o, en su caso, el reloj comenzará a funcionar.

Electricidad producida por  temperatura o calor

La unión de dos elementos por soldadura o remache proporciona electricidad al calentarse.

Un modo de obtener energía es mediante la producción de calor.

Si calentamos la unión de dos metales remachados, soldados o atornillados los extremos libres manifestaran carga eléctrica.

Estos metales distintos soldados se conocen con el nombre de termocupla y sirven para las válvulas de seguridad de estufas, cocinas y calefones a gas.

Comprobación

1. Soldar dos elementos.
2. Conectarlos a un vúmetro (voltímetro, galvanómetro) y acercarle una fuente de calor.
3. Observar si la aguja se mueve.

Electricidad producida por frotamiento

Las primeras evidencias de las fuerzas eléctricas se observaron al frotar con paños ciertos cuerpos.

Una forma de producir energía es mediante el frotamiento de dos sustancias.

Si frotamos un trozo de plástico con una franela y la acercamos a unas esferitas de telgopor veremos que éstas se adhieren pero luego de un rato se desprenden.

Ocurrió que al adherirse las cargas eléctricas eran distintas, pero al producirse el intercambio de electrones se neutralizaron y comenzaron a rechazarse.

Comprobación

1. Frota fuertemente, varias veces, una lapicera de plástico con un paño de lana.
2. Luego colócala sobre pedacitos de papel.
3. Comprobarás que la lapicera los levanta porque ejerce sobre ellos una fuerza electromagnética.

Electricidad producida por presión o golpe

El choque de dos elementos genera energía

Uno de los procesos para producir energía es mediante la presión o golpe entre dos elementos.

Si raspamos un metal contra un objeto saltan chispas o sea: hay una manifestación de energía. Si golpeamos un clavo también ocurre lo mismo.

A su vez, si queremos chispas más grandes las podemos encontrar en dos piezocerámicos al golpearse (como en el caso del encendedor Magiclick).

Comprobación

1. Toma un martillo y un clavo.
2. Luego golpear el clavo de refilón, desplazándose.
3. Esto te permitirá ver las chispas (o sea escape de electrones) que se producen.

Electricidad producida por luz o iluminación

La incidencia de luz genera energía.

Un modo de obtener energía es mediante la aplicación de luz en una célula fotoeléctrica.

La célula fotoeléctrica es un aparato consistente en un circuito, en el cual va intercalada una superficie de metal alcalino montada de manera especial, que es capaz de generar (como su nombre lo indica) electricidad en presencia de luz.

Comprobación

1. Hacer incidir la luz sobre la superficie metálica obteniendo los electrones que emite esta superficie.
2. Luego aumentar la intensidad de esa luz.
3. Comprobarás que cuando más intensa es la luz, mayor es la emisión de electrones, con lo cual el circuito queda gobernado por las variaciones de intensidad de la luz.

Actividad

Después de observar el video, y leer la información colgada en este blog, Contesta.

1. ¿Dónde es generada la electricidad que recibimos?
2. ¿Por dónde es transportada la electricidad?
3. ¿Cómo se obtiene electricidad?
4. ¿Qué es un generador?
5. ¿Qué sucede con el agua en las centrales hidroeléctricas?
6. ¿Cuáles son las diferentes formas en las que pueden ser movidas las turbinas para generar electricidad?
7. ¿Qué es el efecto fotovoltaico?
8. ¿Qué son los transformadores?
9. ¿Qué es un sistema interconectado?
10. ¿Quién fue Alexandro Volta?
11. ¿Quién fue Hans Christian Oesterd y qué descubrió?
12. ¿Cuáles son las diferentes formas de producción de la electricidad y cuál piensas es la más importante? ¿Por qué?
13. ¿Qué significan las siglas AC Y DC?

Nociones de electricidad

La electricidad

Los primeros descubrimientos  y estudios de fenómenos eléctricos se realizaron entre los años 640-547  a.C. en la antigua Grecia. Thales de Mileto observó que al frotar una piel de animal contra un trozo de ámbar se generaba una fuerza desconocida con la que el material de ámbar era capaz de atraer a otros materiales livianos, como cabellos o pedacitos de papel.

Posteriormente en el año 1600 d.C. el científico inglés William Gilbert continuo estudiando las experiencias de Thales de Mileto, observando que el mismo fenómeno de atracción podía lograrse con otros materiales que ya no eran tan livianos, y denominó estos materiales como "materiales eléctricos" ( del origen griego "electrón" que significa ámbar). A partir de éste momento comienzan a surgir vocablos como "electricidad", "electrizar", etc.

En el siglo XVIII, surgieron otros grandes científicos como Charles François Du Fay y Bengamín Franklin ( 1706-1790)., que hicieron aportes muy importantes al conocimiento de la electricidad, como el hecho de que un cuerpo cargado eléctricamente al entrar en contacto con otro no cargado, transfiere parte de su carga eléctrica al segundo, mientras que al principio se atraen, posteriormente al contacto se repelen.

Paralelamente a este descubrimeinto Luigi Galvani ( 1737 - 1798), observó que al colgar ancas de ranas con ganchos de cobre en una varilla de acero, estas experimentaban contracciones.

Después las colocó en el exterior pensando que se contraerían de la misma manera durante una tormenta y así ocurrió ; lo que provocó que dudara de la procedencia de la electricidad, por lo que declaro que la electricidad provenía de los tejidos animales. Años  más tarde , Alessandro Volta demostró su equivocación. No fue hasta 1800 en que Volta logró su fuente primaria de electricidad.

 De las experiencias de Du Fay Franklin, se definió el concepto de cargas positivas y negativas, atrayéndose cuando eran de signos diferentes y repeliéndose cuando eran del mismo signo.

Basado en todas estas experiencias, Charles A. Coulomb inventó una balanza de torsión para medir la fuerza con estas cargas se atraían o se repelían . Enunció una de las leyes más importantes de la electrostática y que fue la base de todos los avances de todos los avances actuales en las ramas de la electricidad y la electrónica.

Existieron muchos científicos que siguieron desarrollando las leyes y conceptos en referencia al tema, los cuales citaremos de forma breve : Hans Christian Oesterd ( 1777- 1851), Jhon Joseph Thomsom (1856 - 1940), Robert Millikan ( 1868- 1953), James C. Maxwell, ( 1831- 1879), genio que logró la formulación de las ecuaciones que describían el comportamiento y las relaciones entre electricidad y magnetismo.

A partir de aquí el desarrollo del conocimiento humano sobre las leyes de la naturaleza, tanto de la física, como de la química y de las matemáticas, han posibilitado técnicos y tecnologías avanzadas encaminadas a satisfacer las necesidades del ser humano.

¿Qué es la electricidad? 

• Es la forma de energía producto de la acción específica de electrones.

• La electricidad es la acción que producen los electrones al trasladarse de un punto a otro, o la falta o exceso de electrones en un material.
• La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos en los cuáles intervienen partículas cargadas eléctricamente, pudiendo estar las mismas en reposo o en movimiento. La rama de la electricidad que estudia los fenómenos que ocurren cuando las cargas están en reposo se denomina electrostática, sin embargo la mayoría de las aplicaciones prácticas actuales se basan en el movimiento de las cargas eléctricas, y a la parte  de la electricidad que estudia estos fenómenos se denomina electrodinámica.

El movimiento de estas cargas a través de materiales que permiten su traslado se denomina corriente eléctrica , y dichos materiales se conocen como conductores.

Después de haber leído observa el siguiente video para afianzar tus conocimientos.

Actividades

Analiza

1. Enlaza los descubrimientos con su investigador.

Alessandro Volta                  Corriente eléctrica genera magnetismo

James Clark  Maxwell         Ecuaciones y relaciones de la electricidad y el magnetismo

Benjamín Franklin                Descubrió que puede existir transferencia de electricidad

Hans Cristian Oesterd          Fuente primaria de electricidad.             

Aplica

2.De acuerdo al comportamiento de los péndulos representados, contesta.

            1-¿Qué tipo de carga posee cada caso?

       

      2-  ¿En qué principio te basaste para saberlo?

Asignación 

Contesta en el blog las siguientes interrogantes.

1-¿Cuáles científicos e inventores contribuyeron al desarrollo de la electricidad?

2-¿Qué es la electricidad estática (electrostática) y la electricidad dinámica ( electrodinámica)?

La Electricidad Electrostática y la Electricidad Electrodinámica

Los cuerpos se pueden electrificar por medio de los siguientes métodos electrostáticos:

Por contacto: Un caso es cuando un cuerpo electrificado se pone en contacto con un trozo de papel de aluminio y este se electrifica.

Por frotamiento o fricción: Un ejemplo de electrificación de este tipo es cuando Thales de Mileto frotó el ámbar con un trozo de piel.

Por inducción: Este ocurre cuando un cuerpo electrificado se acerca a otro que no se encuentra electrificado sin llegar a tocarlo.Esta electrificación desaparece cuando el cuerpo electrificado se aleja.

A partir del resultado de las diferentes experiencias de electrificación se mencionan algunas conclusiones:

*Cuando se frotan dos cuerpos del mismo material, ninguno de los dos se electrifica.

* Si se frotan dos cuerpos de distinto material, entonces se produce una electrificación .

*Dos cuerpos diferentes electrificados por frotamiento se atraen.

*Dos cuerpos del mismo material electrificados por frotación por un tercer material se repelen .

Electrodinámica: Fuentes de energía eléctrica

Para obtener una corriente continua, se requiere una fuente de energía que no se agote, como es el caso de las pilas , los acumuladores, los alternadores, los generadores, y los condensadores;a este tipo de fuentes se les conoce con el nombre de fuentes de energía eléctrica.

 Las pilas

El primer dispositivo inventado para producir electricidad en forma continua y controlada fue la pila de Volta. 

En las primeras pilas de Volta el elemento básico o celda estaba formado por un aplaca de zinc y una de plata, separadas por una rueda de paño empapado con una solución concentrada de sal. La electricidad fluía por un alambre que unía el último disco de zinc con el último cobre.

En la actualidad, el elemento básico de la pila está conformado por un par de placas de distintos metales llamados electrodos, sumergidos parcialmente en una solución ácida o salina. El efecto de la solución sobre los electrodos da lugar a una diferencia de potencial eléctrico( voltaje) entre las placas.

Si las placas se unen por medio de un conductor, se establece una corriente eléctrica que se mantiene todo el tiempo que duran los constituyentes de la pila.

Una pila seca, como las utilizadas en lámparas de mano, juguetes y radios, consta de una sola celda, formada por una barra de grafito colocada en el centro de un tubo de zinc; en el espacio alrededor de la barra está lleno de un material poroso empapado de una solución de sal de amonio.

  Las baterías

Otra fuente de energía eléctrica son los acumuladores o baterías; los acumuladores están formados por una serie de pilas o celdas electroquímicas que pueden proporcionar más energía que una sola pila.

Por ejemplo, los acumuladores usados en los automóviles están formados por tres o seis celdas. Em cada celda hay un electrodo positivo o ánodo, formado por placas de peróxido de plomo, y un electrodo negativo o cátodo, constituido por placas de plomo metálico, sumergidas en una solución de ácido sulfúrico.

Actividad ---
Después de  ver el video y leer  el texto realiza las actividades de analiza y aplica asignadas por tu profesora.


_______________________________________________________________________________

Naturaleza de la Materia

El mundo que nos rodea está formado por materia. Se da el nombre de materia a todo lo que ocupa un lugar en el espacio, por ejemplo, los libros, las estrellas y el agua.

La material se puede percibir mediante los sentidos y se manifiesta a través de la energía; la electricidad o el calor son manifestaciones de la materia.

Toda la materia se encuentra formada por moléculas, y las moléculas se encuentran divididas en pequeñas partes llamadas átomos.

Los átomos tienen una estructura propia y se diferencian uno de los otros según el tipo de elemento al que pertenezcan. Los átomos están formados (para los fines de estudio de la electricidad) en tres tipos de partículas.

Electrones: partículas con carga eléctrica negativa.

Protones: partículas con carga eléctrica positiva.

Neutrones: partículas sin carga eléctrica.

Los protones y los neutrones forman una agrupación central llamada núcleo, el cual concentra toda la carga positiva del conjunto, y alrededor del mismo se mueven los electrones, en órbitas definidas y concentran la carga negativa.

Si el número de protones y de electrones es igual, el átomo será eléctricamente positivo o negativo.

El flujo de cargas negativas, es decir de electrones, se debe a  que son partículas subatómicas que tienen la menor masa, y se encuentran orbitando alrededor del núcleo. Mediante la aplicación de la fuerza externa, son capaces de desprenderse de sus átomos respectivos y moverse hacia atrás.

Si tomáramos un material cuyos átomos tuviera un exceso de electrones (material cargado negativamente) y lo unimos a otro material por defecto de los mismos (material cargado positivamente), y esta unión se hace empleando un material conductor, se produciría de inmediato un flujo de electrones hasta que se alcanzara el equilibrio electrónico entre dichos materiales, es decir se produce corriente eléctrica.

Existen más de doce partículas subatómicas, sin embargo los fenómenos que estudiaremos más adelante dependerán básicamente del movimiento de electrones.

Efectos que produce la corriente

Desprendimiento o generación de calor: La generación de calor es un efecto universal de la corriente eléctrica, a este fenómeno se le llama efecto Joule; por ejemplo, cuando se sumerge en un recipiente con agua un calentador eléctrico por el que circule la corriente eléctrica, la temperatura del agua se eleva. En algunos casos es benéfica la producción de calor, como en ejemplo, pero en otros es un efecto no deseado, por ejemplo en el funcionamiento de los motores eléctricos.

Efectos químicos: El paso de la corriente eléctrica en algunos sistemas produce reacciones químicas. Por ejemplo, se introduce una pila en una solución de agua de sal, se puede observar que en los extremos de la pila aparecen sustancias que los recubren. La principal aplicación de este efecto son las pilas y los acumuladores.

Aparición de campos magnéticos: Un ejemplo de este caso es cuando se acerca una brújula a un conductor que transporta corriente, y se observa que la aguja adopta posiciones distintas a las que toma por acción del campo magnético terrestre.

Efecto luminoso: Al pasar la corriente eléctrica de algunos materiales se genera una incandescencia o luminosidad. Este fenómeno es aprovechado en los focos de lámparas.

Actividades

Contesta:

1-Para fines de estudio de la electricidad los átomos se dividen en tres tipos de partículas.

            *Nombra dichas Partículas:

*Describe que características presentan las partículas nombradas.

*Explica por  qué son las cargas negativas (los electrones) las encargadas del fenómeno    eléctrico.

*Menciona dos efectos que produce la corriente eléctrica.

Aplica

2- .Si tomamos un material cargado negativamente y lo unimos a otro cargado positivamente mediante un material conductor, explica brevemente qué sucede.

3-.Escribe ala lado de los siguientes ejemplos que efectos de la corriente se ponen de manifiesto.

            *Cuando calentamos agua a través de un calentador eléctrico.

            *Cuando encendemos una lámpara incandescente.

            *Cuando utilizamos un acumulador o batería.