Energía de propulsión humana en bicicletad

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Energía de propulsión humana en bicicletad

  1. 1. Energía de propulsión humana enbicicletaLa mayoría de las personas del siglo XXI somos tan analfabetos en temas energéticos quehemos quedado reducidos a simples “abonados” de las corporaciones que producen ycomercializan energía. Nuestra civilización se ha lanzado históricamente sobre cualquierfuente de energía disponible. Primero, fueron las llamadas energías de sangre (animalesdomésticos y esclavos humanos) luego al aprovechamiento del viento y el agua (velas, norias,etc.) hasta que de pronto descubrimos el vapor quemando madera o carbón y luego yallegamos al paroxismo con los combustibles fósiles líquidos y la fisión del átomo. El vapor nospermitió a su vez generar un vector energético como la electricidad. Y hoy la electricidadaporta la energía a un 40 % de las necesidades humanas (especialmente, en el ámbitodoméstico). Pero para la producción de electricidad hemos descubierto otras formas mássostenibles que el sucio petróleo y la peligrosa radiactividad: son las llamadas energíasrenovables (la fotovoltaica, la eólica, la mareomotriz, la minihidráulica, etc.).Pero a menudo nos descuidamos de otra fuente renovable nada despreciable: la energíahumana como fuente para producir electricidad. Este reportaje quiere ser una aproximación ala energía de propulsión humana mediante la bicicleta para usos domésticos (otro cantar esla bicimanía para volar, navegar, etc. que sería objeto de otro reportaje).Capacidad energética del ser humano click para ampliar
  2. 2. Central energética a propulsión humana a base de pedaleo comunitario.La fuerza mecánica de los humanos nace de la aportación energética de los alimentos quedan movimiento a la musculatura e intervienen en el buen funcionamiento metabólico que nospermite la vida. El valor de los alimentos (vegetales y animales) es proporcional a la cantidadde energía que nos proporciona cuando se metaboliza en presencia de oxígeno. La unidad demedida es el Joule, aunque por tradición se emplea también la caloría que equivale a lacantidad de calor que necesitamos para aumentar en un grado la temperatura de un gramo deagua (ver cuadro de equivalencias al final del texto) [1]. Este unidad energética es muypequeña por lo que la aportación energética de los alimentos se mide en kilocalorías (1 kcal =1.000 calorías). Las dietas humanas contienen entre 1.000 kcal/día hasta 4.000 kcal/día. Lacantidad de energía varía según la actividad que desarrollemos. No es lo mismo cortar leñaque correr o atender el trabajo en una oficina. Una parte de la energía de los alimentos estádestinada a lo que se llama mantenimiento metabólico basal (incluida la necesidad del reposoo dormir). En una persona adulta de unos 70 kg este mínimo vital se lleva ya unas 1.650 kcalen alimento. Aquí también es importante la dieta o aportación calórica de cada tipo dealimento. Mientras los hidratos de carbono proporcionan 4 kcal por gramo, igual que lasproteínas, las grasas proporcionan 9 kcal por gramo. El combustible que ingerimos pues esdeterminante para la actividad que realizamos. Si consumimos más que no gastamos, puesuno engorda y podemos perder calidad metabólica (o sea perjudicar nuestra salud). click para ampliarMáquina de coser montada sobre un triciclo en Yakarta. Foto Wiki Commons.La potencia media energética humana, con alimentación adecuada, está alrededor de los 150W sobre una máquina capaz de su aprovechamiento, como es una bicicleta. Un aficionado alciclismo puede dar fácilmente unas 90 pedaladas por minuto (1,5 pedaladas por segundo), delos que ya se consumen unos 100 W en mover el peso de las propias piernas. Los niveles depotencia que un ser humano puede proporcionar pedaleando depende de la fortalezamuscular, pero también del tiempo. Por breves espacios de tiempo sobre una bicicleta sepueden desarrollar potencias de hasta 400 W (determinados ciclistas de competición en
  3. 3. un sprint), pero lo habitual es que para usos energéticos extendidos durante varias horas, nose supere los 50 W de potencia. Igualmente, el trabajo muscular depende también de lainteracción con el entorno del ser humano. No es lo mismo el pedaleo estacionario que enruta. En movimiento sobre un camino el ciclista ha de vencer la resistencia al viento y elrozamiento de la superficie por donde se circula. Además, la disponibilidad de líquidos yalimentos en el recorrido, la temperatura ambiental, etc. también influyen en la potencia finaldesarrollada por quien pedala. click para ampliarEl potencial energético de la propulsión humana en bicicleta está condicionada porel propio diseño del ciclo y muy especialmente del sistema de pedaleo. Foto: RotorRS4X de Rotor Componentes Tecnológicos.Finalmente, la potencia real que podemos ejercer depende de la relación entre la velocidad derotación en revoluciones por minuto y el rendimiento en la transmisión. Adentrarnos en elmundo de la ciencia sobre la bicicleta nos obligaría a una extensión y nivel de comprensiónque ultrapasa la finalidad de este artículo. Sin embargo, de forma simplificada podemosafirmar que una bicicleta con un plato en el eje de pedaleo de 48 dientes y un engranaje de 12dientes en la transmisión nos permite un desarrollo con sólo una pérdida del 10 % respecto aun ideal como es 15:1. En otras palabras aplicando 50 W de potencia el pedaleo nosentregaría 45 W. Sin embargo, hay otras partes que intervienen como son la medida de lasbielas o también la propia posición del ciclista. Igualmente, el diseño del plato aporta mejorasen la eficiencia. Este es el caso de los plato ovalados oQring y el plato articulado Rotor [2]desarrollados por al empresa española Rotor Componentes Tecnológicos que incrementanentre un 11 % y el 16 % la potencia respectivamente en comparación con un plato dentadoconvencional. Pero si en vez de desplazarnos con la bicicleta, lo que queremos es generarenergia eléctrica, el rendimiento final obtenido dependerá del ingenio que genere la energíaeléctrica, en este caso la dinamo o generador.En síntesis, un ciclista de unos 70 kg que pedalee entre 10 y 20 km/h consume entre 245 y410 kcal/hora. Un ejercicio de esta potencia durante una hora al día y por semana supondría
  4. 4. quemar entre 1 y 1,5 kg de grasa y nos aportaría la energía necesaria para ver una película enDVD sobre una pantalla plana de unas 19 pulgadas.Redescubriendo la energía de los pedalesPartiremos del principio que una de las máquinas más eficientes para transmitir la potenciaenergética humana es la bicicleta. Recordemos que cuando uno se desplaza en bicicleta seconsumen alrededor de 0,15 calorías por gramo de peso del individuo y por kilómetro,comparado con 0,75 calorías andando. Montados en una bicicleta, tanto por la posición delcuerpo como por su diseño preparado para el movimiento de la mayor masa musculardisponible en el ser humano (las piernas), se llega a grados de eficiencia elevados de hasta el25 %. No es extraño pues que la invención de la bicicleta y de la electricidad pronto tuvieranuna convergencia tecnológica. En seguida se aplicó al movimiento de la rueda la posibilidadde producir la iluminación para circular de noche con la llamada dinamo que rodaba sobre lacubierta neumática. Más tarde este mismo principio de generación eléctrica se aplicó sobre losbujes de las ruedas (dinamos de buje) que reducen la pérdida energética por el rozamiento.Finalmente, los propios engranajes ciclistas han servido para imaginar un sin fin deaplicaciones para obtener energía mecánica de una forma más eficiente. click para ampliarHerramienta de taladro accionada por pedaleo difundida por el grupo CCAT de laUniversidad de Humbolt (EUA).A principios de los años 70 y como resultado de la crisis energética muchas personas volcaronsu capacidad intelectual para buscar cómo obtener energía con sistemas autónomos y menosdependientes del petróleo. Sin duda, las energías renovables, y en especial los ingenioseólicos y solares fueron de los primeros. Pero también recibió una significativa atención laenergía de propulsión humana. Un libro histórico en este sentido es Pedal Power in work,
  5. 5. leisure and transportation (Pennsylvania: Rodale Press, 1974) de James C. McCullagh querecopila algunas de las experiencias en el ámbito del aprovechamiento de la potencia de lospedales incluidas máquinas como los dynapod (dinamo de pié) o artilugios para trabajosmecánicos accionados a pedales. Hoy hay pedales generadores de electricidad paraproporcionar iluminación, elevar agua con una bomba, pero también para trabajos mecánicoscomo moler grano, descascarillar frutos secos, mover herramientas como pulidoras, etc. Lavariedad de artilugios para generar trabajo en bicicleta constituye uno de los elencos detecnología apropiada más interesantes de todo lo disponible.Existen diseños múltiples para realizar trabajos de forma más eficiente a partir de la energíaque puede brindar el pedaleo. Son las llamadas bicimáquinas como los que promueve laorganización mexicana Centro Autónomo para la Creación Intercultural de TecnologíasApropiadas en México o la organización guatemalteca Maya Pedal. Estas organizaciones,además de diseñar sus bicimáquinas pues tienen también el objetivo de recuperar bicicletasviejas. Los inventos en este ámbito de lo que podemos llamar tecnologías apropiadas vienendesarrollándose por todo el planeta. Un ejemplo, curioso son las máquinas de coser a pedalesque en Yakarta en Indonesia forman parte de los trabajadores a domicilio que ofrecen susservicios de forma ambulante; razón por la cual van sobre un triciclo. La bicicleta como fuentede energía mecánica es sin duda la que tiene el mayor abanico de aplicaciones descritas ydocumentadas.Licuadora a base de pedaleo fabricada por Maya Pedal reciclando piezas debicicleta viejas.Aplicaciones cicloeléctricas
  6. 6. Una de las revoluciones a las que asistiremos en los próximos años será la generacióneléctrica con energía de propulsión humana. Lo que puede parecer una broma es una realidadgracias a las posibilidades que otorgan los nuevos imanes cerámicos y los diseños degeneradores y estabilizadores que permite la microelectrónica de los semiconductores. Estossistemas de generación eléctrica con pedaleo parten habitualmente de un principio básico quees producir la electricidad con un generador de corriente continua para que sea almacenada auna batería y de esta ya de forma estabilizada convertirla si es necesario a corriente alternapara alimentar pequeños electrodomésticos caseros. La clave en la conversión eléctrica de laenergía del pedaleo está en que el rango de velocidad puede ser muy variable y esto exige,como hemos comentado, el almacenamiento previo. Sin embargo, puede que cuando seimplante la autoproducción energética en el ámbito doméstico se diseñen inversores capacesde inyectar cicloelectricidad alterna a la red.Un caso de tecnología emergente en el ámbito de la generación eléctrica a partir de lasbicicletas son las dinamos de buje. Estas dinamos situadas en lugar del buje tradicional tienenla ventaja de tener menos rozamiento y un mayor potencial energético. Gracias a elloactualmente se han convertido ya en una tecnología muy apreciada para cargar, mientras sepedalea, pequeñas utilidades microelectrónicas tales como teléfonos móviles, aparatos deMP3, GPS, etc. Las dinamos de buje empezaron a ser populares a partir de 1940 por ser máseficientes que las dinamos de botella que perdían eficiencia debido al rozamiento con elneumático. El coeficiente de rozamiento que añaden las dinamos de buje es mínimo y aunquesu peso puede ser unas 5 veces mayor que un buje le aportan una gran utilidad a la rueda.Dinamo de buje de SON, sistema de transmisión de la energía generada por ladinamo hasta la batería polivalente (según una idea de Dahon) que permiteposteriormente la recarga de pequeñas utilidades microelectrónicas. El cargadorPedalPower+ puede necesitar de unas 2,5 horas de pedaleo para que la dinamode buje haga una carga completa de nuestro teléfono móvil.El rozamiento de noche cuando la luz está encendida es algo mayor, pero tanto con la luzapagada como en funcionamiento a 15 km/h no supone más que un decrecimiento en elrendimiento del pedaleo inferior al 10 %. La cantidad de luz que ofrecen es en base a lalegislación alemana para bicicletas que exige 0,75 W de luz a 5 km/h y 2,7 W a 15 km/h.
  7. 7. 
Actualmente, existen esencialmente tres fabricantes: la inglesa Sturmey-Archer, la japonesaShimano y la alemana Schmidt Maschinenbau (SON). Esta última ofrece también el modeloXS100 para ruedas de bicicletas plegables.Junta con la dinamo de buje algunos fabricantes han desarrollado ya estabilizadores de lacorriente continua para cargar aparatos microelectrónicos, caso del E-Werk de Busch&Müller.En general son dispositivos diseñados para modular la electricidad continua generada por ladinamo de buje para que sea adecuada al aparato que queremos recargar durante nuestropaseo. Otras marcas han lanzado baterías de alta capacidad que almacenan la electricidadgenerada en la dinamo de buje que luego podemos traspasar a los pequeños gadgetsmicroelectrónicos.Kits de cicloenergía eléctrica click para ampliarKit de producción energética para una bicicleta de la empresa americanaWindstream Power. Uno de los de mayor calidad que existen en el mercado.Finalmente, hay que destacar los kits decicloenergía que basan su tecnología en potentesgeneradores de corriente continua que se adjuntan a caballetes de entrenamiento parabicicletas. Sobre estos caballetes, nuestra bicicleta convencional puede convertirse enbicicleta estática y de este modo pedalear en casa a la vez que generamos energía eléctrica.En este caso la calidad energética o el mejor rendimiento de los mismos dependen de un buendiseño ya que además del generador propiamente dicho deben tener un buen eje así comouna superficie de rodamiento con el mínimo de fricción posible. Entre los kits de mayor calidaddestaca el norteamericano de Windstream capaces de proporcionar unos 20 Ah en un ritmo depedaleo sostenible. Si lo usamos de cargador para una batería de 12 V este tipo degeneradores pueden entregar 240 W a 15 V máximo. Pero existen verdaderos forofos delllamado Pedal Power capaces de convertir una bicicleta en una verdadera máquina productorade energía. Los manuales y trabajos en este campo son innumerables. Tanto informacionesaccesibles en internet, como la hoja técnica de David Gordon, hasta el libro de Tamara
  8. 8. Dean, The Human-Powered Home publicado por NewSociety, ofrecen posibilidades paraaprender sobre el tema. Al fin y al cabo, diseñarse su propio kit de cicloenergíaautónomo destinado a países no desarrollados no es tan difícil y la información no falta eninternet donde pueden encontrarse ingenios diversos.Sistema de generación eléctrica con múltiples bicicletas. Una dinamo-generadorpara la rueda de una bicicleta para generar electricidad deRollergen. Mesa depedaleo para alimentar un ordenador portátil.El segundo elemento clave de estos kits son las baterías. Windstream, por ejemplo sesuministra con baterías de 20 a 60 Ah en 12 voltios que pueden proporcionar de 240 a 720Wh, las cuales, una vez cargadas gracias a la energía mecánica del pedaleo, disponen desuficiente energía para suministrar varias horas de electricidad en continua o en alterna (siañadimos un inversor) para un ordenador, la televisión y otros pequeños electrodomésticos denuestro hogar. Los generadores más usuales de bicicletas rinden unos 200 W y a 12 Vpueden proporcionar de 8 a 17 Ah (jo posaría : pueden proporcionar un máximo de 17 Ah ...)con un ritmo de pedaleo respetable. Otro producto interesante es el Shakti de laempresaRollergen, que de forma muy compacta ofrece 100 W de potencia y es especialmenteadecuado para actividades de cooperación.Kit de producción energética demostrativo haciendo funcionar un Scalextric, unaactividad pedagógica propiedad del Institut Català de lEnergia en Barcelona.
  9. 9. Obsérvese en la imagen de la izquierda el motor generador de 200 W y lasuperficie de rodamiento. Foto: Fundación Tierra.Estos kits son interesantes porqué en si mismos llevan la esencia de las bases deconocimiento esencial sobre la electricidad. El motor tiene una potencia pero en función denuestro pedaleo y las revoluciones del mismo, el voltaje es variable. Una experiencia bieninteresante es el Scalextric cicloeléctrico. Los cochecitos funcionan entre 6 y 12 V de corriente.Con un motor de 200 W se observa perfectamente cuanto pedaleo es necesario para que elcoche avance y sobretodo el esfuerzo que hay que hacer si queremos que corra a máximavelocidad. Lo máximo que los chavales han sido capaces de generar en estas experienciasson 140 W·h, según han observado en Intiam Ruai, una de las empresas pioneras en lapedagogía de las renovables, son 140 W·h.Detalle de uno de los famosos árboles navideños de propulsión ciclista que elAyuntamiento de Barcelona puso en las calles en el 2008-09. Nótese la escasacalidad del kit generador como muestra la imagen de la izquierda. Se trata desimple dinamo de botella deslizándose sobre un cilindro giratorio; una auténticachapuza tecnológica que se vio nuevamente en el Festival de la Infancia 2009-10de Barcelona. Foto: Fundación Tierra.Otra aplicación de la energía humana generadora de electricidad es la diseñada por laempresa Azimut360 que llama anthroposinergía y en la que el movimiento de la dinamo seconsigue con la fuerza de una rueda que a modo de volante de inercia le da estabilidad alpedaleo y facilidad para la producción energética. Esta aplicación se puso en marcha para elproyecto En Clave de Sol diseñada por la Asociación Producciones Callejeras que impulsanconciertos musicales con renovables y energía biomotriz. El diseño de etas bicimáquinasenergéticas es sin duda una de las más interesantes para producir electricidad limpia. Laenergía de la dinamo se pasa por un regulador que la envía a una batería y desde la misma se
  10. 10. conecta a los equipos de música implicados en el sistema. En fin, una buena iniciativa paraconvertir los eventos artísticos y musicales no sólo una actividad sostenible y participativa.Las bicicletas con volante de inercia para generar electricidad y convertir enautónomos energéticamente los conciertos musicales con renovables y bici. Fotos:Fundación Tierra.Más allá de la cantidad de energía que un kit cicloeléctrico puede entregarnos de formaalternativa y renovable, estas aplicaciones cicloeléctricas tienen una componente pedagógicamuy importante pues nos dan una relación directa del esfuerzo que supone la generación deenergía eléctrica y la necesidad del ahorro de la misma. Sin ir más lejos y como ejemplo,pedalear a buen ritmo durante treinta minutos nos aportaría 1 hora de consumo para unordenador portátil. Sin duda, las aplicaciones didácticas en este caso pueden doblar en interésal objetivo de producción energética, aunque ésta tampoco es despreciable y aporta unaautonomía energética de alto valor. En el futuro será interesante que, a la par de las mejorastecnológicas de la bicicleta, aparezcan dinamos diseñadas específicamente para el pedaleo yque permitan inyectar directamente la electricidad generada a la red eléctrica de nuestravivienda. De este modo el esfuerzo de estos, digamos por ejemplo 140 Wh de una hora depedaleo y ejercicio, tendrán la compensación de la autoproducción energética.
  11. 11. Pedales humanos convertidos en la fuerza para accionar un tiovivo lleno desensibilidad para que los más pequeños viajen al país de los sueños creadopor Theatre de la Toupine. Foto: Fundación Tierra.[1] Algunas de las unidades de energía empleadas, así como sus equivalencias:En el sistema internacional la unidad de medida de energía es el Joule (J), aunque por tradición también seemplea la caloría (cal). Tienen equivalencias con el vatio hora (W·h) y el kilovatio hora (kW·h). -6 -31 Cal = 4,18 J = 1,157•10 kW•h = 1,157•10 W•h -7 -41 Joule = 0,24 cal = 2,778•10 kW•h = 2,778•10 W•h1 kW•h = 864000 cal = 3.600000 J = 1000 W•hLa potencia es la energía consumida o generada por unidad de tiempo. La unidad en el sistema internacionales el vatio (W), que es un Julio por segundo.Y cuando hablamos de energía o potencia eléctrica vale la pena recordar que:Ah (amperios hora) • Voltaje en Voltios (V) = energía en W•h (vatios hora)A (amperios)• Voltaje en V (voltios) = potencia en W (vatios)[2] Rotor es un innovador pedalier con la capacidad de eliminar el punto muerto del pedaleo. El punto muertoen el pedaleo convencional es el vacío que ocurre cuando los pedales se posicionan en vertical (uno arriba yel otro hacia abajo), momento en el cual las piernas no pueden transmitir potencia a la rueda.
  12. 12. El punto muerto limita el rendimiento del ciclista, causa tendinitis y lesiones de rodilla, así como discontinuidaden la tracción. El sistema Rotor proporciona la solución definitiva a esta ineficiencia, típica de los pedalieresconvencionales, eliminando los puntos muertos. Rotor crea una cierta independencia entre las dos bielas demanera que no se alinean a 180º de manera fija, sino que el ángulo entre ellas varía durante el ciclo de lapedalada, así un pedal nunca se sitúa debajo del otro, evitando el vacío de potencia.Eliminando el punto muerto, Rotor optimiza el esfuerzo del ciclista y reduce el riesgo de lesión,proporcionando un notable aumento de rendimiento y un pedaleo más saludable y confortable. El efecto Rotorse consigue gracias al uso de bielas independientes sincronizadas mediante dos bieletas o tirantes y unsoporte excéntrico sobre el cual giran los platos. El desarrollo a mover por el ciclista varía dependiendo delpunto dónde se sitúa la biela según un esquema similar al de la figura superior, de manera que el desarrolloes mayor en las zonas en las que el ciclista puede ejercer más fuerza sobre los pedales y menor en las zonasen las que no se puede generar potencia, optimizando el esfuerzo muscular de cada pedalada.http://www.terra.org/energia-de-propulsion-humana-en-bicicleta_2374.htmlCómo generar electricidad con unabicicletaDesde antaño la generación de electricidad (energía eléctrica) mediante elmovimiento (energía mecánica) ha sido ha sido uno de los descubrimientos másimportantes que ha dado la ciencia. Este descubrimiento ha permitido desarrollaruna gran cantidad de centrales. Algunas de ellas son las nucleares, las eólicas, lastérmicas, etc.Todas ellas se basan en la utilización de vapor o aire que permiten el movimientode una turbina que induce la electricidad.Además de usos industriales, este descubrimiento se ha aplicado a muchosutensilios de nuestro día a día. Uno de ellos es la luz de la bicicleta. Su
  13. 13. funcionamiento se basa en el uso del movimiento de las ruedas para generarelectricidad a través de una dinamo.Una dinamo es un pequeño motor al que se aplica movimiento a través de su ejeque está en contacto permanente con las ruedas de la bici. Este eje hace girar unbobinado interno entre los polos (Norte y Sur) de un imán. El movimiento delbobinado entre los polos genera una corriente eléctrica inducida que esextraída mediante dos escobillas hacia un circuito externo. A este circuito sepuede conectar cualquier componente electrónico que funcione con corrientecontinua. En el caso de la bicicleta se suele generar electricidad para encenderuna linterna que nos permitirá ver de noche.Esta forma de generar energía revoluciono toda la industria y en la actualidad esuno de los métodos preferidos para transformar un tipo de energía en otra.Algunos elementos de nuestro día a día que utilizan esta tecnología son las placasde inducción (placas de cocina), los ventiladores, los motores de cualquier mediode transporte, etc.Para finalizar me gustaría recordarles que si tienen alguna pregunta pueden acudira nuestro foro y se la resolveremos cuanto antes.
  14. 14. http://www.comohacer.eu/como-generar-electricidad-con-una-bicicleta/Generador eléctricoSaltar a: navegación, búsquedaGenerador eléctrico de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambiaperiódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina.Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencialeléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando laenergía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campomagnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominadatambién estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los
  15. 15. conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema estábasado en la ley de Faraday.Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener unacorriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generadorsimple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tresfases.El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energíaeléctrica en mecánica.Generador en la central eléctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se trataría del generadormás antiguo que se mantiene en servicio (año 1984) en EEUU.Contenido 1 Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas o 1.1 Generadores primarios 2 Generadores ideales 3 Fuerza electromotriz de un generador 4 Véase también 5 ReferenciasOtros sistemas de generación de corrientes eléctricasNo sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotaciónsino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desdeeste punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales: Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc. Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma
  16. 16. de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve defundamento.Generadores primariosSe indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Seha considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, elhidrógeno posee energía química y puede ser convertida directamente en una corrienteeléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para liberarenergía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haríagirar un alternador para, por inducción magnética, obtener finalmente la corriente deseada. Proceso físico que convierte dicha energía en energía Energía de partida eléctrica Son los más frecuentes y fueron tratados como generadores eléctricos genéricos.Energía magneto-mecánica Corriente continua: Dinamo Corriente alterna: Alternador Celdas electroquímicas y sus derivados: pilas eléctricas,Energía química (sin intervención baterías, pilas de combustible.de campos magnéticos) Ver sus diferencias en generadores electroquímicos.Radiación electromagnética Fotoelectricidad, como en el panel fotovoltaico Triboelectricidad o Cuerpos frotadosEnergía mecánica (sin intervención o Máquinas electrostáticas, como el generadorde campos magnéticos) de Van de Graaff PiezoelectricidadEnergía térmica (sin intervención de Termoelectricidad (efecto Seebeck)campos magnéticos)Energía nuclear (sin intervención de Generador termoeléctrico de radioisótoposcampos magnéticos)
  17. 17. Generador termoeléctrico de radioisótopos de la sonda espacial Cassini.En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que espreferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energíatérmica, posteriormente en energía mecánica de un gas a gran presión que hace girar unaturbina a gran velocidad, para finalmente, por inducción electromagnética obtener unacorriente alterna en un alternador, el generador eléctrico más importante desde un punto devista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos actuales.Generadores idealesDesde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadoresideales:1* Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijoentre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estarconectada entre ellos.Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc* Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene unacorriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la cargaque pueda estar conectada entre ellos.
  18. 18. En la (Figura 1) se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador detensión constante E conectado a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación:E = I×RcFigura 2: E = I×(Rc+Ri)El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que,convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmenteuna resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal.En la (Figura 2) se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia internadel generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con loque la ecuación anterior se transforma en:E = I×(Rc+Ri)Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal detensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidaden paralelo con una resistencia.1Fuerza electromotriz de un generadorUna característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada porla letra griega epsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar launidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sería igual a latensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, esdependiente de la carga Rc.La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya queen este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.
  19. 19. http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctricoGeneración de energía eléctricaSaltar a: navegación, búsquedaAlternador de fábrica textil (Museo de la Ciencia y de la Técnica de Cataluña, Tarrasa).En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase deenergía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para lageneración industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, queejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón delsistema de suministro eléctrico.La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien estos nodifieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma enque se accionan. Explicado de otro modo, difiere en qué fuente de energía primaria utilizapara convertir la energía contenida en ella, en energía eléctrica.Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en losalternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la energía
  20. 20. eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción degrandes y variadas centrales eléctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte ysistemas de distribución. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muydesigual en todo el planeta. Así, los países industrializados o del Primer mundo son grandesconsumidores de energía eléctrica, mientras que los países del llamado Tercer mundoapenas disfrutan de sus ventajas.Planta nuclear en Cattenom, Francia.La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largodel día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que destacan: tipos deindustrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producción, climatologíaextremas de frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente, tipode calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del año y la hora deldía en que se considera la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curvade demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar lapotencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generación con unidadesadicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos períodos. Engeneral los sistemas de generación se diferencian por el periodo del ciclo en el que estáplanificado que sean utilizados; se consideran de base la nuclear y la eólica, de valle latermoeléctrica de combustibles fósiles, y de pico la hidroeléctrica principalmente (loscombustibles fósiles y la hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).
  21. 21. Corriente de Energía.Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales generadoras seclasifican en químicas cuando se utilizan plantas de radioactidvidad, que generan energiaeléctrica con el contacto de esta, termoeléctricas (de carbón, petróleo, gas, nucleares ysolares termoeléctricas), hidroeléctricas (aprovechando las corrientes de los ríos o del mar:mareomotrices), eólicas y solares fotovoltaicas. La mayor parte de la energía eléctricagenerada a nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de centrales reseñados. Todasestas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen en común el elemento generador,constituido por un alternador de corriente, movido mediante una turbina que será distintadependiendo del tipo de energía primaria utilizada.Por otro lado, un 64% de los directivos de las principales empresas eléctricas consideranque en el horizonte de 2018 existirán tecnologías limpias, WN, asequibles y renovables degeneración local, lo que obligará a las grandes corporaciones del sector a un cambio dementalidad.1
  22. 22. Contenido 1 Centrales termoeléctricas 2 Centrales Térmicas Solares 3 Centrales hidroeléctricas 4 Centrales Mareomotrices 5 Centrales eólicas 6 Centrales fotovoltaicas 7 Generación a pequeña escala o 7.1 Grupo electrógeno o 7.2 Pila voltaica o 7.3 Pilas de combustible o 7.4 Generador termoeléctrico de radioisótopos 8 Véase también 9 Referencias 10 Enlaces externosCentrales termoeléctricasRotor de una turbina de una central termoeléctrica.Artículo principal: Central termoeléctrica.Una central termoeléctrica es una instalación empleada para la generación de energíaeléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de combustibles fósiles(petróleo, gas natural o carbón) como de la fisión nuclear del uranio u otro combustible
  23. 23. nuclear o del sol como las solares termoeléctricas. Las centrales que en el futuro utilicen lafusión también serán centrales termoeléctricas.En su forma más clásica, las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que sequema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circulaagua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande acontinuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que generala electricidad. Luego el vapor es enfriado en un Condensador donde circula por tubos aguafría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.En las centrales termoeléctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de lacombustión del gas natural para mover una turbina de gas. En una cámara de combustión sequema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y mover laturbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases todavía se encuentran a altatemperatura (500 °C), se reutilizan para generar vapor que mueve una turbina de vapor.Cada una de estas turbinas impulsa un alternador, como en una central termoeléctricacomún. El vapor luego es enfriado por medio de un caudal de agua abierto o torre derefrigeración como en una central térmica común. Además, se puede obtener lacogeneración en este tipo de plantas, al alternar entre la generación por medio de gasnatural o carbón. Este tipo de plantas está en capacidad de producir energía más allá de lalimitación de uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilización de fuentes deenergía por insumos diferentes.Las centrales térmicas que usan combustibles fósiles liberan a la atmósfera dióxido decarbono (CO2), considerado el principal gas responsable del calentamiento global.También, dependiendo del combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes comoóxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, partículas sólidas (polvo) y cantidades variables deresiduos sólidos. Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales(véase accidente de Chernóbil) y también generan residuos radiactivos de diversa índole.The 11MW PS10 central termosolar funcionando en Sevilla, España.Centrales Térmicas SolaresUna central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, apartir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo
  24. 24. termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternadorpara generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica. En ellas esnecesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas,de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico,que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de losrayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a unatorre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometríaparabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación sedenomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la necesidad de grandesextensiones de territorio que dejan de ser útiles para otros usos (agrícolas, forestales, etc.).Véanse también: Central nuclear, ciclo combinado, central térmica solar y controversia sobre laenergía nuclear.Centrales hidroeléctricasRotor de una turbina de una central hidroeléctrica.Artículo principal: Central hidroeléctrica.Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctricamediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presasituada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la salade máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce laelectricidad en alternadores. Las dos características principales de una centralhidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:
  25. 25. La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador. La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada.La potencia de una central hidroeléctrica puede variar desde unos pocos MW, hasta variosGW. Hasta 10 MW se consideran minicentrales. En China se encuentra la mayor centralhidroeléctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaipú (que pertenece a Brasil y Paraguay), conuna potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la construcción degrandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, inclusourbanos en algunas ocasiones.Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión enelectricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centralesmareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general pueden ser útilesen zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las condiciones morfológicasde la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la mareaen una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento delvaciado de la bobinaCentrales MareomotricesLas centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, pueden serútiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condicionesmorfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salidade la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en elmomento del vaciado de la bahía.Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión enelectricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centralesundimotrices.
  26. 26. Centrales eólicasCapacidad eólica mundial total instalada y previsiones 1997-2010. Fuente: WWEA e.V.Artículo principal: Energía eólica.La energía eólica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de la energíacinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dichoviento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler elgrano, bombear agua u otras tareas que requieren una energía. En la actualidad se usanaerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientosfrecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energía del viento estárelacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de altapresión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionalesal gradiente de presión.2El impacto medioambiental de este sistema de obtención de energía es relativamente bajo,pudiéndose nombrar el impacto estético, porque deforman el paisaje, la muerte de aves porchoque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio quese sustraen de otros usos. Además, este tipo de energía, al igual que la solar o lahidroeléctrica, están fuertemente condicionadas por las condiciones climatológicas, siendoaleatoria la disponibilidad de las mismas.
  27. 27. Centrales fotovoltaicasPanel solar.Artículo principal: Energía solar fotovoltaica.Se denomina energía solar fotovoltaica a la obtención de energía eléctrica a través depaneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados pordispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan yprovocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en susextremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención devoltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeñosdispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionanlos paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la redeléctrica. Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energía solarfotovoltaica tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol,aunque sólo representa el 0,03% de su producción energética total. La venta de panelesfotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa.En la Unión Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de lapotencia instalada de la Unión.3Los principales problemas de este tipo de energía son su elevado coste en comparación conlos otros métodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otrosusos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el sílicees el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con lascondiciones climatológicas. Este último problema hace que sean necesarios sistemas dealmacenamiento de energía para que la potencia generada en un momento determinado,pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se están estudiando sistemas como elalmacenamiento cinético, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento químico,entre otros.
  28. 28. Generación a pequeña escalaGrupo electrógeno de 500 kVA instalado en un complejo turístico en Egipto.Grupo electrógenoArtículo principal: Grupo electrógeno.Un grupo electrógeno es una máquina que mueve un generador de energía eléctrica a travésde un motor de combustión interna. Es comúnmente utilizado cuando hay déficit en lageneración de energía de algún lugar, o cuando hay corte en el suministro eléctrico y esnecesario mantener la actividad. Una de sus utilidades más comunes es en aquellos lugaresdonde no hay suministro a través de la red eléctrica, generalmente son zonas agrícolas conpocas infraestructuras o viviendas aisladas. Otro caso es en locales de pública concurrencia,hospitales, fábricas, etc., que, a falta de energía eléctrica de red, necesiten de otra fuente deenergía alterna para abastecerse en caso de emergencia. Un grupo electrógeno consta de lassiguientes partes: Motor de combustión interna. El motor que acciona el grupo electrógeno suele estar diseñado específicamente para ejecutar dicha labor. Su potencia depende de las características del generador. Pueden ser motores de gasolina o diésel. Sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración del motor es problemático, por tratarse de un motor estático, y puede ser refrigerado por medio de agua, aceite o aire. Alternador. La energía eléctrica de salida se produce por medio de una alternador apantallado, protegido contra salpicaduras, autoexcitado, autorregulado y sin escobillas, acoplado con precisión al motor. El tamaño del alternador y sus prestaciones son muy variables en función de la cantidad de energía que tienen que generar. Depósito de combustible y bancada. El motor y el alternador están acoplados y montados sobre una bancada de acero. La bancada incluye un depósito de combustible con una capacidad mínima de funcionamiento a plena carga según las especificaciones técnicas que tenga el grupo en su autonomía. Sistema de control. Se puede instalar uno de los diferentes tipos de paneles y sistemas de control que existen para controlar el funcionamiento, salida del grupo y la protección contra posibles fallos en el funcionamiento.
  29. 29. Interruptor automático de salida. Para proteger al alternador, llevan instalado un interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del grupo electrógeno. Existen otros dispositivos que ayudan a controlar y mantener, de forma automática, el correcto funcionamiento del mismo. Regulación del motor. El regulador del motor es un dispositivo mecánico diseñado para mantener una velocidad constante del motor con relación a los requisitos de carga. La velocidad del motor está directamente relacionada con la frecuencia de salida del alternador, por lo que cualquier variación de la velocidad del motor afectará a la frecuencia de la potencia de salida.4Pila voltaicaEsquema funcional de una pila eléctrica.Artículo principal: Pila eléctrica.Se denomina ordinariamente pila eléctrica a un dispositivo que genera energía eléctrica porun proceso químico transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse suselementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante elmismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dosterminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polopositivo o cátodo y el otro es el polo negativo o ánodo. En español es habitual llamarla así,mientras que las pilas recargables o acumuladores, se ha venido llamando batería.La primera pila eléctrica fue dada a conocer al mundo por Volta en 1800, mediante unacarta que envió al presidente de la Royal Society londinense, por tanto son elementosprovenientes de los primeros tiempos de la electricidad. Aunque la apariencia de una pilasea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividadcientífica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías, y la demanda creciente quetiene este producto en el mercado sigue haciendo de él objeto de investigación intensa.El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto entre dos sustancias,mediado por un electrolito.5 Cuando se necesita una corriente mayor que la que puedesuministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadirotros elementos en la conexión llamada en paralelo. La capacidad total de una pila se mideen amperios-hora (A•h); es el número máximo de amperios que el elemento puede
  30. 30. suministrar en una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy claro dadoque depende de la intensidad solicitada y la temperatura.Un importante avance en la calidad de las pilas ha sido la pila denominada seca, al quepertenecen prácticamente todas las utilizadas hoy día (2008). Las pilas eléctricas, baterías yacumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas en función de su forma,tensión y capacidad que tengan.Los metales y productos químicos constituyentes de las pilas pueden resultar perjudicialespara el medio ambiente, produciendo contaminación química. Es muy importante notirarlas a la basura (en algunos países no está permitido), sino llevarlas a centros dereciclado. En algunos países, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadastambién se hacen cargo de las pilas gastadas. Una vez que la envoltura metálica que recubrelas pilas se daña, las sustancias químicas que contienen se ven liberadas al medio ambientecausando contaminación. Con mayor o menor grado, las sustancias son absorbidas por latierra pudiéndose filtrar hacia los mantos acuíferos y de éstos pueden pasar directamente alos seres vivos, entrando con esto en la cadena alimenticia. Las pilas son residuospeligrosos por lo que desde el momento en que se empiezan a reunir, deben ser manejadaspor personal capacitado que siga las precauciones adecuadas empleando todos losprocedimientos técnicos y legales para el manejo de dicho residuos.6Estas pilas suelen utilizarse en los aparatos eléctricos portátiles, que son una gran cantidadde dispositivos que se han inventado y que se nutren para su funcionamiento de la energíafacilitada por una o varias pilas eléctricas o de baterías recargables. Entre los dispositivosde uso masivo destacan juguetes, linternas, relojes, teléfonos móviles, marcapasos,audífonos, calculadoras, ordenadores personales portátiles, reproductores de música, radiotransistores, mando a distancia, etc.Véanse también: Almacenamiento de energía, Batería eléctrica, Condensador eléctrico,Supercondensador, Bobina y Central hidroeléctrica reversible.
  31. 31. Pila de hidrógeno. La celda en sí es la estructura cúbica del centro de la imagen.Pilas de combustibleArtículo principal: Pila de combustible.Una celda, célula o pila de combustible es un dispositivo electroquímico de generación deelectricidad similar a una batería, que se diferencia de esta en estar diseñada para permitir elreabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Esto permite producir electricidada partir de una fuente externa de combustible y de oxígeno, en contraposición a lacapacidad limitada de almacenamiento de energía de una batería. Además, la composiciónquímica de los electrodos de una batería cambia según el estado de carga, mientras que enuna celda de combustible los electrodos funcionan por la acción de catalizadores, por lo queson mucho más estables.En las celdas de hidrógeno los reactivos usados son hidrógeno en el ánodo y oxígeno en elcátodo. Se puede obtener un suministro continuo de hidrógeno a partir de la electrólisis delagua, lo que requiere una fuente primaria de generación de electricidad, o a partir dereacciones catalíticas que desprenden hidrógeno de hidrocarburos. El hidrógeno puedealmacenarse, lo que permitiría el uso de fuentes discontinuas de energía como la solar y laeólica. El hidrógeno gaseoso (H2) es altamente inflamable y explosivo, por lo que se estándesarrollando métodos de almacenamiento en matrices porosas de diversos materiales.7Generador termoeléctrico de radioisótoposArtículo principal: Generador termoeléctrico de radioisótopos.
  32. 32. Un generador termoeléctrico de radioisótopos es un generador eléctrico simple que obtienesu energía de la liberada por la desintegración radiactiva de determinados elementos. Eneste dispositivo, el calor liberado por la desintegración de un material radiactivo seconvierte en electricidad directamente gracias al uso de una serie de termopares, queconvierten el calor en electricidad gracias al efecto Seebeck en el llamado Unidad de calorde radioisótopos (o RHU en inglés).Los RTG se pueden considerar un tipo de batería y se han usado en satélites, sondasespaciales no tripuladas e instalaciones remotas que no disponen de otro tipo de fuenteeléctrica o de calor.Los RTG son los dispositivos más adecuados en situaciones donde no hay presenciahumana y se necesitan potencias de varios centenares de vatios durante largos períodos detiempo, situaciones en las que los generadores convencionales como las pilas decombustible o las baterías no son viables económicamente y donde no pueden usarsecélulas fotovoltaicas.Véase también Portal:Energía. Contenido relacionado con Energía. Energía eléctrica Energía nuclear Energía eólica Energía potencial Energía cinética Energía solarReferencias 1. ↑ «La tecnología revolucionará la producción eléctrica en 10 años». 2. ↑ Energía eólica construible.es[29-5-2008] 3. ↑ Energía solar fotovoltaica solarweb.net [29-5-2008] 4. ↑ Grupos electrógenos geocities.com [11-6-2008] 5. ↑ Véase por ejemplo, Francis W. Sears, Electricidad y magnetismo, Editorial Aguilar, Madrid (España), 1958, pp. 142-155. 6. ↑ Pila eléctrica perso.wanadoo.es [21-5-2008] 7. ↑ Pilas de combustible de hidrógeno Artículo técnico fecyt.es [30-5-2008]
  33. 33. http://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctricagenerar: Producir o crear alguna cosahttp://es.thefreedictionary.com/generandoElectricidad:La electricidad (del griego ήλεκτρον elektron, cuyo significado es ámbar) es el conjunto defenómenos físicos relacionados con la atracción de cargas negativas o positivas. Semanifiesta en una gran variedad de fenómenos conocidos como la iluminación, electricidadestática, inducción electromagnética y el flujo de corriente eléctrica.1 2 3 4La electricidad es tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones que incluyen eltransporte, climatización, iluminación y computación. La electricidad es la columna de laindustria moderna, y se espera que se mantenga así en un futuro cercano.5
  34. 34. Contenido 1 Historia de la electricidad 2 Conceptos o 2.1 Carga eléctrica o 2.2 Corriente eléctrica o 2.3 Campo eléctrico o 2.4 Potencial eléctrico o 2.5 Electromagnetismo 3 Circuitos 4 Propiedades eléctricas de los materiales o 4.1 Origen microscópico o 4.2 Conductividad y resistividad 5 Producción y usos de la electricidad o 5.1 Generación y transmisión o 5.2 Aplicaciones de la electricidad 6 Electricidad en la naturaleza o 6.1 Mundo inorgánico  6.1.1 Descargas eléctricas atmosféricas  6.1.2 Campo magnético terrestre o 6.2 Mundo orgánico  6.2.1 Impulso nervioso  6.2.2 Uso biológico 7 Véase también 8 Referencias 9 Bibliografía 10 Enlaces externosHistoria de la electricidad
  35. 35. Michael Faraday relacionó el magnetismo con la electricidad.Artículo principal: Historia de la electricidad.La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con observaciones aisladas ysimples especulaciones o intuiciones médicas, como el uso de peces eléctricos enenfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de interpretacióndiscutible, como la batería de Bagdad.6 Tales de Mileto fue el primero en observar losfenómenos eléctricos cuando, al frotar una barra de ámbar con un paño, notó que la barrapodía atraer objetos livianos.2 4Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, lasprimeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIIIpor investigadores sistemáticos como Gilbert,7 von Guericke,8 Henry Cavendish,9 10 DuFay,11 van Musschenbroek12 y Watson.13 Estas observaciones empiezan a dar sus frutos conGalvani,14 Volta,15 Coulomb16 y Franklin,17 y, ya a comienzos del siglo XIX, conAmpère,18 Faraday19 y Ohm.20 No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara laelectricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no sealcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell en 1865.21Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieronuso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctricode Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones.22 La generación masivade electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctricade las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidadprodujo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segundarevolución industrial.23 Fue éste el momento de grandes inventores como Gramme,24Westinghouse,25 von Siemens26 y Alexander Graham Bell.27 Entre ellos destacaron NikolaTesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entreinvestigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividadindustrial.28 29ConceptosCarga eléctricaInteracciones entre cargas de igual y distinta naturaleza.
  36. 36. La carga en un electroscopio causa que las láminas se repelan entre sí.Artículo principal: Carga eléctrica.La carga eléctrica es una propiedad de la materia que produce experimentar una fuerzacuando hay otra materia cerca cargada eléctricamente. La carga se origina en el átomo, elcual tiene portadores muy comunes que son el electrón y el protón. Es una cantidadconservativa, es decir, la carga neta de un sistema aislado se mantendrá constante, a menosque una carga externa se desplace a ese sistema. 30 En el sistema, la carga puede transferirseentre los cuerpos por contacto directo, o al pasar por un material conductor, como un cable.31 El término electricidad estática hace referencia a la presencia de carga en un cuerpo, porlo general causado por que dos materiales distintos se frotan entre sí, transfiriéndose cargauno al otro. 32La presencia de carga da lugar a la fuerza electromágnetica: La carga ejerce una fuerza a lasotras, un efecto que era conocido en la antigüedad, pero no comprendido. 33 Una bolaliviana que estaba suspendida de un hilo podía cargarse al contacto con una barra de vidrioque ya había sido cargada por fricción con ropa. Se encontró que si una bola similar secargaba con la misma barra de vidrio, se atraían entre sí. Este fenómeno fue investigado afinales del siglo XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que dedujo que la carga semanifiesta de dos formas opuestas.34 Este descubrimiento trajo el muy famoso axioma"objetos con la misma polaridad se repelen y con diferente polaridad se atraen".33 35La fuerza actúa en las partículas cargadas entre sí, y además la carga tiene una tendencia aextenderse sobre una superficie conductora. La magnitud de la fuerza electromagnética, yasea atractiva o repulsiva, está dada por la ley de Coulomb, que relaciona la fuerza con elproducto de las cargas y tiene una relación cuadrática inversa a la distancia entre ellas.36 37La fuerza electromagnética es muy fuerte, la segunda después de la interacción nuclearfuerte38 , con la diferencia que esa fuerza opera sobre todas las distancias. 39 Encomparación con la débil fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética que aleja a doselectrones es 1042 veces más grande que la atracción gravitacional que los une.40
  37. 37. La carga en los electrones y los protones tienen signos contrarios, además una cantidad decarga puede ser expresada como positiva o negativa. Por convención, la carga que posee loselectrones se asume negativa y la de los protones positiva, una costumbre que se originócon el trabajo de Benjamin Franklin.41 La cantidad de carga esta dada por el símbolo Q y seexpresa en Culombios. 42 Cada electrón posee la misma carga de aproximadamente -1.6022×10-19 culombios. El protón tiene una carga que es igual y opuesta +1.6022×10-19coulombios. La carga no sólo está presente en la materia, sino también por la antimateria,cada antipartícula tiene una carga igual y opuesta a su correspondiente partícula.43La carga puede medirse de diferentes maneras, un instrumento muy antiguo es elelectroscopio, que aunque todavía se usa para demostraciones en los salones de clase, hasido superado por el electrómetro electrónico. 44Corriente eléctricaArtículo principal: Corriente eléctrica.Un arco eléctrico provee una demostración energética de la corriente eléctricaSe conoce como corriente eléctrica al movimiento de carga eléctrica, cuya intensidad estámedida por lo general en amperios. La corriente puede consistir de cualquier partículacargada en movimiento; frecuentemente son electrones, pero cualquier carga enmovimiento constituye una corriente. 45Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentidoconvencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivoal negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, que en los metales los portadores decarga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario alconvencional.46 Sin embargo, dependiendo de las condiciones, una corriente eléctrica puedeconsistir de un flujo de partículas cargadas en una dirección, o incluso en ambasdirecciones al mismo tiempo. La convención positivo-negativo es ampliamente usada parasimplificar esta situación.45El proceso por el cual la corriente eléctrica pasa a través de un material se llamaconducción eléctrica, y su naturaleza varía dependiendo de las partículas cargadas y elmaterial por el cual ellos están viajando. Ejemplos de corrientes eléctricas incluyen la
  38. 38. conducción metálica, donde los electrones fluyen a través de un conductor eléctrico, comoel metal, y la electrólisis, donde los iones (átomos cargados) fluyen a través de líquidos.Mientras que las partículas pueden moverse muy despacio, algunas veces con unavelocidad de deriva promedio de sólo fracciones de un milímetro por segundo,31 el campoeléctrico que las controla se propaga cerca a la velocidad de la luz, permitiendo que lasseñales eléctricas se transmitan rápidamente por los cables.47La corriente produce muchos efectos visibles, que han hecho que se reconozca su presenciaa lo largo de la historia. En 1800, Nicholson y Carlisle descubrieron que el agua podíadescomponerse por la corriente de una pila voltaica en un proceso que se conoce comoelectrólisis; trabajo que posteriormente fue ampliado por Michael Faraday en 1833.48 Lacorriente a través de un resistencia eléctrica produce un aumento de la temperatura, unefecto que James Prescott Joule estudió matemáticamente en 1840. 48Campo eléctricoLíneas de campo saliendo de una carga positiva hacia un conductor plano.Artículo principal: Campo eléctrico.El concepto de campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday. Un campo eléctricose crea por un cuerpo cargado en el espacio que lo rodea, y produce una fuerza que ejercesobre otras cargas que están ubicadas en el campo. El campo eléctrico actúa entre doscargas actúa muy parecido al campo gravitacional que actúa sobre dos masas, y como tal,se extiende hasta el infinito y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.39Sin embargo, tienen una pequeña diferencia. La gravedad siempre actúa en atracción,mientras que el campo eléctrico puede producir atracción o repulsión. Si un cuerpo grandecomo un planeta no tienen carga neta, el campo eléctrico a una distancia es cero. Por esto,la gravedad es la fuerza dominante en el universo, a pesar de ser mucho más débil. 40Un campo eléctrico varía en el espacio, y su fuerza en cualquier punto se define como lafuerza (por unidad de carga) que se necesita para que una carga se ubicará en ese punto. 49La carga de prueba deber ser insignificante para evitar que su propio campo afecte elcampo principal y también debe ser estacionaria para evitar el efecto de los camposmagnéticos. Como el campo eléctrico se define en términos de fuerza, y una fuerza es un
  39. 39. vector, entonces el campo eléctrico también es un vector, con magnitud y dirección.Específicamente, es un campo vectorial. 49Potencial eléctricoUn par de pilas AA. El signo + indica la polaridad de la diferencia de potencial entre las terminalesde la batería.Artículo principal: Potencial eléctrico.El concepto de potencial eléctrico tiene mucha relación con el campo eléctrico. Una cagapequeña ubicada en un campo eléctrico experimenta una fuerza, y para haber llevado esacarga a ese punto en contra de la fuerza se necesito trabajo. El potencial eléctrico encualquier punto se define como la energía requerida para mover una carga de pruebaubicada en el infinito a ese punto.50 Por lo general se mide en voltios, donde un voltio es elpotencia en el que un julio (unidad) de trabajo debe gastarse para traer una carga de unculombio del infinito. Esta definición formal de potencial tiene una aplicación práctica,aunque un concepto más útil es el de diferencia de potencial, y es la energía requerida paramover una carga entre dos puntos específicos. El campo eléctrico tiene la propiedadespecial de ser conservativo, es decir que no importa la trayectoria realizada por la carga deprueba; todas las trayectorias de dos puntos específicos consumen la misma energía, yademás con un único valor de diferencia de potencial. 50 El voltio está tan identificadocomo la unidad de elección de medida y descripción de la diferencia de potencial que eltérmino voltaje se usa frecuentemente en la vida diaria.
  40. 40. ElectromagnetismoFluido ferroso que se agrupa cerca de los polos de un imán o magneto.El motor eléctrico aprovecha un efecto importante del electromagnetismo: una corriente a travésde un campo magnético experimenta una fuerza en el mismo ángulo del campo y la corriente.Artículo principal: Electromagnetismo.Se denomina electromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos ymagnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueronformulados por primera vez de modo completo por Maxwell. La formulación consiste encuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, querelacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales:densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente dedesplazamiento.A principios del siglo XIX Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenosmagnéticos y eléctricos estaban relacionados. A partir de esa base Maxwell unificó en 1861los trabajos de físicos como Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto deecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, el fenómenoelectromagnético.Se trata de una teoría de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan enmagnitudes físicas vectoriales y son dependientes de la posición en el espacio y del tiempo.El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que intervienen
  41. 41. cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos ymagnéticos y sus efectos sobre la materia. Para la descripción de fenómenos a nivelmolecular, atómico o corpuscular, es necesario emplear las expresiones clásicas de laenergía electromagnética conjuntamente con las de la mecánica cuántica. Ecuaciones de Maxwell, en su forma diferencial Nombre de la ley Forma diferencial Ley de Gauss Ley de Gauss para el magnetismo o inexistencia del monopolo magnético Ecuación de Maxwell-Faraday (ley de Faraday) Ley de Ampère-MaxwellLas ecuaciones de Maxwell describen los campos eléctricos y magnéticos comomanifestaciones de un solo campo electromagnético. Además, explican la naturalezaondulatoria de la luz como parte de una onda electromagnética.51 Al contar con una teoríaunificada consistente que describiera estos dos fenómenos antes separados, se pudieronrealizar varios experimentos novedosos e inventos muy útiles, como el generador decorriente alterna inventado por Tesla.52 El éxito predictivo de la teoría de Maxwell y labúsqueda de una interpretación coherente con el experimento de Michelson y Morley llevóa Einstein a formular la teoría de la relatividad, que se apoyaba en algunos resultadosprevios de Lorentz y Poincaré.Esta unificación es fundamental para describir las relaciones que existen entre los camposeléctricos variables que se utilizan en la vida diaria —como la corriente alterna utilizada enlas redes eléctricas domésticas— y los campos magnéticos que inducen. Entre otrasaplicaciones técnicas, se utiliza para el cálculo de antenas de telecomunicaciones y decircuitos eléctricos o electrónicos en los que hay campos eléctricos y magnéticos variablesque se generan mutuamente.Véanse también: Inducción magnética, Ley de Faraday, Onda electromagnética y Fotón.
  42. 42. CircuitosUn circuito eléctrico básico. La fuente de tensión V en la izquierda provee una corriente I alcircuito, entregándole energía eléctrica al resistor R. Del resistor, la corriente regresa a la fuente,completando el circuito.Artículos principales: Circuito eléctrico y Análisis de circuitos.Un circuito eléctrico es una interconexión de componentes eléctricos tales que la cargaeléctrica fluye en un camino cerrado, por lo general para ejecutar alguna tarea útil.Los componentes en un circuito eléctrico pueden ser muy variados, puede tener elementoscomo resistores, capacitores, interruptores, transformadores y electronicos. Los circuitoselectrónicos contienen componentes activos, normalmente semiconductores, exhibiendo uncomportamiento no linear, necesitando análisis complejos. Los componentes eléctricos mássimples son los pasivos y lineales.El comportamiento de los circuitos eléctricos que contienen solamente resistencias yfuentes electromotrices de corriente continua está gobernado por las Leyes de Kirchoff.Para estudiarlo, el circuito se descompone en mallas eléctricas, estableciendo un sistema deecuaciones lineales cuya resolución brinda los valores de los voltajes y corrientes quecirculan entre sus diferentes partes.La resolución de circuitos de corriente alterna requiere la ampliación del concepto deresistencia eléctrica, ahora ampliado por el de impedancia para incluir los comportamientosde bobinas y condensadores. La resolución de estos circuitos puede hacerse congeneralizaciones de las leyes de Kirchoff, pero requiere usualmente métodos matemáticosavanzados, como el de Transformada de Laplace, para describir los comportamientostransitorios y estacionarios de los mismos.
  43. 43. Propiedades eléctricas de los materialesConfiguración electrónica del átomo de cobre. Sus propiedades conductoras se deben a la facilidadde circulación que tiene su electrón más exterior (4s).Origen microscópicoLa posibilidad de generar corrientes eléctricas en los materiales depende de la estructura einteracción de los átomos que los componen. Los átomos están constituidos por partículascargadas positivamente (los protones), negativamente (los electrones) y neutras (losneutrones). La conducción eléctrica de los materiales sólidos, cuando existe, se debe a loselectrones más exteriores, ya que tanto los electrones interiores como los protones de losnúcleos atómicos no pueden desplazarse con facilidad. Los materiales conductores porexcelencia son metales, como el cobre, que usualmente tienen un único electrón en laúltima capa electrónica. Estos electrones pueden pasar con facilidad a átomos contiguos,constituyendo los electrones libres responsables del flujo de corriente eléctrica. En otrosmateriales sólidos los electrones se liberan con dificultad constituyendo semiconductores,cuando la liberación puede ser producida por excitación térmica, o aisladores, cuando no selogra esta liberación.Los mecanismos microscópicos de conducción eléctrica son diferentes en los materialessuperconductores y en los líquidos. En los primeros, a muy bajas temperaturas y comoconsecuencia de fenómenos cuánticos, los electrones no interactúan con los átomosdesplazándose con total libertad (resistividad nula). En los segundos, como en loselectrólitos de las baterías eléctricas, la conducción de corriente es producida por eldesplazamiento de átomos o moléculas completas ionizadas de modo positivo o negativo.Los materiales superconductores se usan en imanes superconductores para la generación deelevadísimos campos magnéticos.En todos los materiales sometidos a campos eléctricos se modifican, en mayor o menorgrado, las distribuciones espaciales relativas de las cargas negativas (electrones) y positivas(núcleos atómicos). Este fenómeno se denomina polarización eléctrica y es más notorio en
  44. 44. los aisladores eléctricos debido a la ausencia de apantallamiento del campo eléctricoaplicado por los electrones libres.Conductividad y resistividadConductor eléctrico de cobre.Artículos principales: Conductividad eléctrica y Resistividad.La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad conque las cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo eléctrico. Laresistividad es una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultadque encuentran los electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o malconductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductormientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad delos metales aumenta con la temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuyeante el aumento de la temperatura.Los materiales se clasifican según su conductividad eléctrica o resistividad en conductores,dieléctricos, semiconductores y superconductores. Conductores eléctricos. Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones. Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de la energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el metal más empleado es el cobre en forma de cables de uno o varios hilos. Alternativamente se emplea el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho más ligero, lo que favorece su empleo en líneas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión. Para aplicaciones especiales se utiliza como conductor el oro.53
  45. 45. Dieléctricos. Son los materiales que no conducen la electricidad, por lo que pueden ser utilizados como aislantes. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son vidrio, cerámica, plásticos, goma, mica, cera, papel, madera seca, porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. Aunque no existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos (forrando con ellos los conductores eléctricos, para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden producir una descarga) y para confeccionar aisladores (elementos utilizados en las redes de distribución eléctrica para fijar los conductores a sus soportes sin que haya contacto eléctrico). Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, es aislante a temperatura ambiente pero, bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.La conductividad se designa por la letra griega sigma minúscula ( ) y se mide en siemenspor metro, mientras que la resistividad se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y semide en ohms por metro (Ω•m, a veces también en Ω•mm²/m).Producción y usos de la electricidadGeneración y transmisiónLa energía eólica está tomando importancia en muchos países.Artículo principal: Red eléctrica.Hasta la invención de la pila voltaica en el siglo XVIII no se tenía una fuente viable deelectricidad. La pila voltaica y su descendiente moderna, la batería eléctrica, almacenabaenergía químicamente y la entregaba según la demanda en forma de energía eléctrica. La
  46. 46. batería es una fuente común muy versátil que se usa para muchas aplicaciones, pero sualmacenamiento de energía es limitado, y una vez descargado debe ser reemplazada odescargada. Para una demanda eléctrica mucho más grande la energía debe ser generada ytransmitida continuamente sobre líneas de transmisión conductivas.Por lo general, la energía eléctrica es generada por generadores electromecánicoscontrolados por el vapor producido por combustibles fósiles, o por el calor generado porreacciones nucleares, o de otras fuentes como la energía cinética extraída del viento o elagua. La moderna turbina de vapor inventada por Charles Algernon Parsons en 1884 generacerca del 80% de la energía eléctrica en el mundo usando una gran variedad de fuentes decalentamiento. Este generador no tiene ningún parecido al generador de disco homopolar deFaraday, aunque ambos funcionan bajo el mismo principio electromágnetico de que unconductor al cambiarle el campo mágnetico produce una diferencia de potencial en susterminales. La invención a finales del siglo XIX del transformador implico transmitir laenergía eléctrica de una forma más eficiente. La transmisión eléctrica eficiente significó enpermitir generar electricidad en plantas generadoras, para entonces ser despachada a largasdistancias donde fuera necesario.Debido a que la energía eléctrica no puede ser almacenada fácilmente para atender lademanda a una escala nacional, la mayoría de las veces todo lo que se produce es lo que serequiere. Esto requiere de una bolsa eléctrica quienes hacen predicciones de la cargaeléctrica, y mantener una coordinación constante con las plantas generadoras. Una ciertacantidad de generación debe mantenerse en reserva para soportar cualquier anomalía en lared.La demanda de la electricidad crece con una gran rapidez si una nación se moderniza y sueconomía se desarrolla. Estados Unidos tuvo un aumento del 12% anual de la demanda enlas tres primeras décadas del siglo XX, una tasa de crecimiento que es similar a laseconomías emergentes como India o China. Históricamente, la tasa de crecimiento de lademanda eléctrica ha superado a otras formas de energía.Las preocupaciones medioambientales con la generación de energía eléctrica han hecho quese enfoque en las energías renovables, en particular la energía eólica e hidráulica. Mientrasel debate continúe sobre el impacto medioambiental de diferentes tipos de produccióneléctrica, su forma final sera relativamente limpia.Aplicaciones de la electricidadArtículo principal: Aplicaciones de la electricidad.La electricidad tiene un sinfín de aplicaciones tanto para uso doméstico, industrial,medicinal y en el transporte. Solo para citar se puede mencionar a la electrónica, Generadoreléctrico, Motor eléctrico, Transformador, Maquinas frigoríficas, aire acondicionado,electroimanes, Telecomunicaciones, Electroquímica, electrovalvulas, Iluminación yalumbrado, Producción de calor, Electrodomésticos, Robótica, Señales luminosas. Tambiénse aplica la inducción electromagnética para la construcción de motores movidos porenergía eléctrica, que permiten el funcionamiento de innumerables dispositivos.
  47. 47. Electricidad en la naturalezaMundo inorgánicoDescargas eléctricas atmosféricasEl fenómeno eléctrico más común del mundo inorgánico son las descargas eléctricasatmosféricas denominadas rayos y relámpagos. Debido al rozamiento de las partículas deagua o hielo con el aire, se produce la creciente separación de cargas eléctricas positivas ynegativas en las nubes, separación que genera campos eléctricos. Cuando el campoeléctrico resultante excede el de ruptura dieléctrica del medio, se produce una descargaentre dos partes de una nube, entre dos nubes diferentes o entre la parte inferior de una nubey tierra. Esta descarga ioniza el aire por calentamiento y excita transiciones electrónicasmoleculares. La brusca dilatación del aire genera el trueno, mientras que el decaimiento delos electrones a sus niveles de equilibrio genera radiación electromagnética, luz.Son de origen similar las centellas y el fuego de San Telmo. Este último es común en losbarcos durante las tormentas y es similar al efecto corona que se produce en algunos cablesde alta tensión.El daño que producen los rayos a las personas y sus instalaciones puede prevenirsederivando la descarga a tierra, de modo inocuo, mediante pararrayos.Campo magnético terrestreAurora boreal.Aunque no se puede verificar experimentalmente, la existencia del campo magnéticoterrestre se debe casi seguramente a la circulación de cargas en el núcleo externo líquido dela Tierra. La hipótesis de su origen en materiales con magnetización permanente, como elhierro, parece desmentida por la constatación de las inversiones periódicas de su sentido enel transcurso de las eras geológicas, donde el polo norte magnético es remplazado por el sury viceversa. Medido en tiempos humanos, sin embargo, los polos magnéticos son estables,lo que permite su uso, mediante el antiguo invento chino de la brújula, para la orientaciónen el mar y en la tierra.El campo magnético terrestre desvía las partículas cargadas provenientes del Sol (vientosolar). Cuando esas partículas chocan con los átomos y moléculas de oxígeno y nitrógeno
  48. 48. de la magnetosfera, se produce un efecto fotoeléctrico mediante el cual parte de la energíade la colisión excita los átomos a niveles de energía tales que cuando dejan de estarexcitados devuelven esa energía en forma de luz visible. Este fenómeno puede observarse asimple vista en las cercanías de de los polos, en las auroras polares.Mundo orgánicoArtículo principal: Bioelectromagnetismo.El bioelectromagnetismo (a veces denominado parcialmente como bioelectricidad obiomagnetismo) es el fenómeno biológico presente en todos los seres vivos, incluidas todaslas plantas y los animales, consistente en la producción de campos electromagnéticos (semanifiesten como eléctricos o magnéticos) producidos por la materia viva ( células, tejidosu organismos). Los ejemplos de este fenómeno incluyen el potencial eléctrico de lasmembranas celulares y las corrientes eléctricas que fluyen en nervios y músculos comoconsecuencia de su potencial de acción. No debe confundirse con la bioelectromagnética,que se ocupa de los efectos de una fuente externa de electromagnetismo sobre losorganismos vivos.Véanse también: Bioenergética, Electrocito, Electroencefalografía, Electrofisiología,Electromiografía y Potencial de membrana.Impulso nerviosoArtículo principal: Impulso nervioso.Grabado antiguo mostrando la excitación del nervio crural de una rana mediante una máquinaelectrostática.El fenómeno de excitación de los músculos de las patas de una rana, descubierto porGalvani, puso en evidencia la importancia de los fenómenos eléctricos en los organismosvivientes. Aunque inicialmente se pensó que se trataba de una clase especial deelectricidad, se verificó gradualmente que estaban en juego las cargas eléctricas usuales de
  49. 49. la física. En los organismos con sistema nervioso las neuronas son los canales por los quese trasmiten a los músculos las señales que comandan su contracción y relajación. Lasneuronas también transmiten al cerebro las señales de los órganos internos, de la piel y delos transductores que son los órganos de los sentidos, señales como dolor, calor, textura,presión, imágenes, sonidos, olores y sabores. Los mecanismos de propagación de lasseñales por las neuronas, sin embargo, son muy diferentes del de conducción de electronesen los cables eléctricos. Consisten en la modificación de la concentración de iones de sodioy de potasio a ambos lados de una membrana celular. Se generan así diferencias depotencial, variables a lo largo del interior de la neurona, que varían en el tiempopropagándose de un extremo al otro de la misma con altas velocidades.Los pequeños hoyos en la cabeza de este lucio contiene neuromastos del sistema de la línealateral.El pez torpedo es uno de los "fuertemente eléctricos".Véase también: Galvanismo.Uso biológicoArtículo principal: Bioelectromagnetismo.Muchos peces y unos pocos mamíferos tienen la capacidad de detectar la variación de loscampos eléctricos en los que están inmersos, entre los que se cuentan los teleostei, las
  50. 50. rayas54 y los ornitorrincos. Esta detección es hecha por neuronas especializadas llamadasneuromastos,55 que en los gimnótidos están ubicadas en la línea lateral del pez.56La localización por medios eléctricos (electrorrecepción) puede ser pasiva o activa. En lalocalización pasiva el animal sólo detecta la variación de los campos eléctricoscircundantes, a los que no genera. Los "peces poco eléctricos" son capaces de generarcampos eléctricos débiles a través de órganos y circuitos especiales de neuronas, cuya únicafunción es detectar variaciones del entorno y comunicarse con otros miembros de suespecie. Los voltajes generados son inferiores a 1 V y las características de los sistemas dedetección y control varían grandemente de especie a especie.57Algunos peces, como las anguilas y las rayas eléctricas son capaces de producir grandesdescargas eléctricas con fines defensivos u ofensivos, son los llamados peces eléctricos.Estos peces, también llamados "peces fuertemente eléctricos", pueden generar voltajes dehasta 2.000 V y corrientes superiores a 1 A. Entre los peces eléctricos se cuentan losApteronotidae, Gymnotidae, Electrophoridae, Hypopomidae, Rhamphichthyidae,Sternopygidae, Gymnarchidae, Mormyridae y Malapteruridae.58Véanse también: Magnetorrecepción, Paloma mensajera y Bacteria magnética.Véase también Anexo:Países por producción de electricidad Anexo:Países por consumo de electricidad Alta tensión Baja tensión Batería Cálculo de secciones de líneas eléctricas Electrotecnia Energía eléctrica Historia de la electricidad Mediciones eléctricas Riesgo eléctrico Sistema de suministro eléctrico Tensión eléctrica Termoelectricidad Electromecánica Nikola TeslaReferencias 1. ↑ El pequeño Larousse Ilustrado. Editorial Larousse, S. A.. 2006. ISBN 970-22-1233-2. 2. ↑ a b Enciclopedia ilustrada Cumbre. México:Editorial Cumbre, S. A.. 1958. 3. ↑ Gran diccionario enciclopédico siglo xxi. Colombia:Ibalpe Internacional de Ediciones, S. A. DE C.V. 2001. ISBN 958-615-582-X. 4. ↑ a b «Glosario». Consultado el 17 de julio de 2008.
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