Programa de Formación SENA, 2013. Generación, transformación y uso de la energía eléctrica UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Contenidos • • • • • • • Presentación Energía - Fuentes de energía - Clasificación de las fuentes de energía - Para resumir Generación de energía eléctrica - Energía primaria - Transformación - Energía útil Energía eléctrica - El átomo - La electricidad - Cuerpo conductor y aislado - La corriente eléctrica Para finalizar Referencias Créditos Copyright SENA ©, 2013. 2 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Presentación Todas las actividades que el ser humano realiza a diario precisan de un empleo de energía. En sus orígenes, el hombre tomaba toda su energía de los alimentos que cazaba, pescaba y recolectaba, la cual multiplicaba en la potencia de sus músculos al utilizar palos, lanzas y cachiporras para prolongar su supervivencia. Luego domesticó animales como el caballo y el buey para sacar provecho de la fuerza muscular de éstos y trabajar la tierra o transportar grandes cargas. De tal forma, la agricultura empezó a desarrollarse y las ciudades a formarse, lo que requirió mayores cantidades de energía, por lo cual el ser humano utilizó el calor de la leña ardiendo, la fuerza del aire y el agua, y máquinas como la polea y la palanca, para hacer funcionar las fraguas y hornos, derretir metales, hacer funcionar molinos, levantar pesos y alcanzar grandes alturas. De esta manera, a través de esta unidad de estudio, le invitamos a explorar los tipos de energía, su generación y los principios básicos de la electricidad, para continuar comprendiendo la importancia de la energía eléctrica en la humanidad. Explore los links de su interés, tome notas e investigue de los temas que despierten su curiosidad. Resultado de aprendizaje: 28050109101-1: Identificar las fuentes generadores de energía eléctrica. Conocimientos de concepto: Energía, fuente de energía, átomo, corriente eléctrica, energía hidráulica, térmica, nuclear, geotérmica, solar, fotovoltaica. Conocimiento de proceso: Identificar fuentes y mecanismos de producción de fuentes eléctricas. Criterio de evaluación: Identifica las diferentes fuentes de energía que se pueden encontrar en el medio ambiente. Copyright SENA ©, 2013. 3 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Energía Energía es la capacidad de realizar un trabajo. La energía no puede ser creada sino sólo transformada (Senner, 1994, p. 53) La energía es lo que ha de suministrarse o entregarse a un sistema para poder transformarlo (Deléage & Souchon, 1996, p. 60) Hay energía en el agua del río, en el movimiento de las olas, en el ir y venir de las mareas. (Buitrago, 2003, p. 9) ¿Sabía usted qué… Jean P. Joule (1818-1889) fue un físico inglés quien hizo notables investigaciones en el campo de la electricidad, la termodinámica y la energía?. Joule descubrió la relación entre el magnetismo y el trabajo mecánico, lo cual lo condujo a la teoría de la energía, por cuya razón, la unidad internacional de energía, trabajo y calor fue bautizada Joule o Julio (J) en su honor. Copyright SENA ©, 2013. Se define como energía la capacidad de los cuerpos o conjuntos de éstos para desarrollar un determinado trabajo. (Roldán, 2008, p. 2) Podríamos definir la energía como la fuerza que mueve las cosas. Otra definición de la energía sería que es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas materiales de transferir calor o realizar un trabajo. La palabra energía viene del griego y significa “actividad”. La unidad en la qque se mide la energía g g se llama julio (J) (García, 2009, p. 172) 4 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Energía Fuentes de energía Una fuente de energía es aquella capaz de suministrar energía en cualquiera de sus formas, constituyendo las cantidades disponibles los recursos de cada tipo concreto. El problema fundamental estriba en poseer energía utilizable, y la mayor yor o menor dificultad para obtenerla conduce a las diferentes evaluaciones de los recursos disponibles. El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra y origen directo o indirecto de muchas de las otras. Éste, es una gigantesca bomba de hidrógeno, en el que se están produciendo constantemente reacciones de fusión nuclear de átomos moss ligeros. El Sol envía a la Tierra una potencia energética de 170.000 terawatios tioss (billones de vatios), pero la mayor parte de ella es reflejada por las capas dee laa atmósfera y después irradiada hacia el espacio exterior antes de ser absorbida. daa. Solamente 40.000 TW se consumen para la evaporación del agua terrestre strre (cubierta vegetal, océanos, mares, lagos, ríos, etc.), 400 TW se utilizan paraa eell movimiento del aire y las olas, y 40 TW se fijan a las plantas a través dee laa fotosíntesis. Es decir, el Sol es la fuente de energía eólica, de la energía rgía almacenada en la biomasa, tanto viva (plantas, animales) como fósil (carbón, ón, petróleo, gas natural), de la energía de las olas, de la debida a las diferencias de temperatura entre las capas superficiales y profundas de los océanos, y dee la energía hidráulica. (Martínez, 2004, pp. 59-60) Copyright SENA ©, 2013. 5 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Energía Clasificación de las fuentes de energía Las fuentes de energía se clasifican en función de si se encuentran en la Tierra de forma limitada o si, por el contrario se renuevan cada día. Así entonces, se tiene: No renovables: Se genera en procesos lentos, de forma que su almacenamiento es limitado y sus reservas disminuyen según se transforman, sin tiempo suficiente para su renovación. Generalmente son las fuentes que más causan contaminación y problemas ambientales. Dentro de las fuentes de energía no renovables se tiene: la madera, el carbón, el petróleo, el gas natural, el uranio, entre otros. Renovables: Se generan de procesos continuos de la Tierra y por tanto se consideran inagotables. No obstante conviene precisar que las investigaciones realizadas por expertos concluyen que estas fuentes de energía no son eternas, sino que su vida puede estar determinada por otros cauces físicos, que se pueden dar en algún momento de la humanidad. Explore el siguiente cuadro e investigue de llamar su atención más acerca de las fuentes de energía renovables y no renovables: TIPO DE FUENTE No Renovable ORIGEN Fósil Nuclear Solar Renovable FUENTE PRIMARIA Carbón Petróleo Gas Natural Hidrato de Metano Uranio Torio Deuterio Tritio Biomasa Radiación solar luminosa Agua corriente (hidráulica) Viento (eólica) Olas Gradiente oceánico Radiación solar térmica Gravitatorio Mareas Geotérmico Gradiente g geotérmico Copyright SENA ©, 2013. ¿Sabía usted qué…. Las reservas de combustibles fósiles se están agotando rápidamente en Colombia y en el mundo. Afortunadamente y por su gran cantidad de ríos, la electricidad en Colombia no depende solamente de las mismas, sino también de las plantas hidroeléctricas?. No obstante, el agua no es la única fuente primaria de energía, ya que según los estudios del Programa de Asistencia para la Administración del Sector Energético del Bando Mundial, el país tiene varios recursos energéticos renovables aún sin explorar, como la energía solar, eólica y las centrales minihidráulicas; afirmando además que sólo con la explotación suficiente de energía eólica se podría cubrir más de lo que el país necesita. Lo anterior, ha generado que el SENA se comprometa con la investigación y uso de las energías renovables para la sustentabilidad de los sectores económicos del país. Conozca algunos de los proyectos impulsados por el Centro de Investigación Gaviotas y el SENA con energías renovables, explorando los siguientes videos: • Secado de cacao y sistemas de riego con energías renovables: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=4PLRuVVOIdk#! • Alternativas Energéticas Renovables: p y p y g q http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=gmvxJMt3qbw#! 6 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 7 Generación de energía eléctrica Energía Para resumir Combustibles Calor Requiere Transporte Electricidad Generación Consume Hogar Distribución Gestión Se dedican a la Industria Empresas e instituciones Se utiliza en Procesos convencionales Centros de investigación Nuevas alternativas Para mejorar Se hace en Buscando Investigación Se dedican a la La producen, distribuyen, gestionan e investigan ENERGIA Derivado Carbón Para su generación se emplean Fuel Gasóleo Petróleo Se queman en Combustibles fósiles Originan Generan Problemas Energía Eléctrica Gasolinas Fuentes de energía alternativa Centrales Térmicas Son Gas natural Renovables Escasez Contaminación CO2 No Renovables Fisión nuclear Por eso hay que buscar Otros Alternativas Crea Energía solar Hidrógeno Energía eólica Efecto invernadero Ahorro Energético Imprescindible Mediante avances ecnólogicos Disminuyendo ls pérdidas Fusión Nuclear Energía del mar Biomasa Energía geotérmica Energía hidráulica Reduciendo el consumo Tomado de: http://rodolfodjchanramos.blogspot.com/2009/11/mapa-conceptual-de-fuentes-de-energia.html Copyright SENA ©, 2013. Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 8 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Para que el consumidor consuma la energía y ésta le sea útil en el desarrollo de sus actividades productivas, las fuentes de energía o energía primaria, deben transformarse en energía eléctrica, para ello se desarrolla el siguiente proceso: Energía primaria Energía Primaria Petróleo Central eléctrica Transformación Energía eléctrica Energía útil Refinerías de Petróleo Gas Natural Carbón Energía Nuclear Energía Hidráulica Energía Térmica Energía Geotérmica Energía Solar Energía Fotovoltaica Energía Eólica Copyright SENA ©, 2013. Centrales Eléctricas ENERGÍA ELÉCTRICA Hidratos de metano Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Primaria La energía primaria es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser convertida o transformada en energía eléctrica o secundaria. Se debe tener en cuenta que los combustibles fósiles, tipos de energía primaria, pueden tanto ser convertidos en energía secundaria como utilizados directamente. Dentro de los diferentes tipos de energía primaria se encuentran: Combustibles fósiles: Haga clic en cada uno de los 4 combustibles para conocer más al respecto: Copyright SENA ©, 2013. Petróleo Carbón Gas Natural Hidratos de Metano 9 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 10 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Primaria Petróleo Mezcla de hidrocarburos (compuestos de hidrógeno y carbono). Su origen data a millones de años cuando se formó partir de materia orgánica en las zonas continentales y en el fondo del mar, a profundidades entre los 500 y los 4000 metros. Es de color oscuro y menos denso que el agua. ¿Sabía usted qué… ECOPETROL se convirtió en la primera compañía de petróleo de Colombia?. Fundada a mediados del S. XX. Al día de hoy continúa siendo una de las empresas más reconocidas e importantes de la sociedad colombiana, catapultando al petróleo motor de la economía del país. Si desea saber más de la historia del petróleo en Colombia, sus estadísticas y datos importantes visite los siguientes links: El petróleo y su mundo: http://www.ecopetrol.com.co/especiales/elpetroleoysumundo/petroleoencolombia.htm Almanaque del petróleo en Colombia: https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:7mMPW5L-juYJ:openoil.net/%3Fwpdmact%3Dprocess%26did %3DMTUuaG90bGluaw%3D%3D+&hl=es-419&pid=bl&srcid=ADGEESgWf7hmvltBs_hy4gS7oNftM1y4xIpBKh 9RNIGwbbaOUaUwWJn0coEijc76fFhcEFDZgAYYpSko7sR7z91_tUT94hMKXowJ8SZIUPKmoJ7aMHwg8mVe 9HbtkDF1uENChbWkI3rV&sig=AHIEtbSoLorioZaHvEYd3HJG7GY2A_mAqA REGRESAR AL DIAGRAMA Copyright SENA ©, 2013. Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 11 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Primaria Carbón Roca sedimentaria que se encuentra en zonas continentales, formado a partir de restos de plantas dulces existentes en otras épocas geológicas hace millones de años, las cuales quedaron enterradas, transformándose químicamente y enriqueciéndose en carbono. ¿Sabía usted qué… Colombia posee las mayores reservas de Carbón en Latinoamérica y es el quinto exportador de carbón térmico del mundo?. El carbón colombiano es reconocido mundialmente por tener bajo contenido de cenizas y azufre, así como por su gran cantidad de volátiles y valor calorífico. En la economía colombiana, el carbón se ha consolidado como el tercer producto en exportación, después del café y el petróleo, siendo los principales destinos de exportación, Europa y Estados Unidos. La producción nacional ha crecido notablemente en los últimos 20 años, gracias a la inversión realizada por compañías extranjeras como la Drummond y la Exxon. Si desea saber más de la historia del carbón en Colombia y otros datos importantes, visite los siguientes links: La cadena del carbón: http://www.upme.gov.co/Docs/Cadena_carbon.pdf Carbón en Colombia: http://www.portafolio.co/noticias/carbon-colombia REGRESAR AL DIAGRAMA Copyright SENA ©, 2013. Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 12 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Primaria Gas Natural Mezcla de hidrógeno, metano, butano y otros gases. Procede de la fermentación de la materia orgánica acumulada en los sedimentos. ¿Sabía usted qué… Según el XVI Congreso de la Asociación Colombiana de Gas Natural NATURGAS celebrado en Marzo de 2013 en la ciudad de Cartagena, una de las metas del sector energético colombiano para el año 2013 es llegar a 236 nuevos municipios, consolidar un sector más competitivo y ratificar al gas natural como el combustible del siglo XXI?. Si desea saber más de la historia del gas natural en Colombia y otros datos importantes, visite los siguientes links: Gasoductos y campos de gas natural en Colombia: http://www.ecopetrol.com.co/contenido.aspx?conID=42585&catID=358 Gas Natural en Colombia: http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0123-59232003000200006&script=sci_arttext REGRESAR AL DIAGRAMA Copyright SENA ©, 2013. Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 13 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Primaria Hidratos de Metano Mezcla de dos componentes, el hidrato de gas y el metano. Existen en el talud continental y en las regiones polares. ¿Sabía usted qué… Se calcula que la cantidad de hidratos de metanos duplica las reservas existentes de todos los hidrocarburos juntos?. De ahí que esté tomando el nombre de oro blanco, ya que muy probablemente va ser el sustituto del petróleo y el gas natural cuando estos se agoten. En países en los cuales hay petróleo como Colombia, no se han llevado a cabo investigaciones para explotar este combustible, lo que sí ha pasado en países como Estados Unidos, Canadá, Rusia, India y Japón. Si desea saber más acerca del hidrato de metano, visite los siguientes links: Hidratos de metano como fuente de energía y su contribución en la disminución de los gases de invernadero: http://vinculando.org/ecologia/hidratos_de_metano_contribucion_disminucion_gases_invernadero.html Científicos de Japón logran crear “fuego de hielo”, el próximo combustible fósil: http://www.latercera.com/noticia/tendencias/2013/03/659-513728-9-japon-logra-crear-fuego-de-hielo-el-proximo-combustible.shtml REGRESAR AL DIAGRAMA Copyright SENA ©, 2013. Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía hidráulica La Energía hidráulica es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura, que después pasa a las centrales hidroeléctricas para ser transformada en energía eléctrica. ¿Sabía usted qué…. Debido a su situación privilegiada, desde el punto de vista hidrológico, Colombia tiene un gran potencial para desarrollar proyectos de aprovechamiento de esta fuente de energía?. Si desea profundizar al respecto visite el siguiente portal con las noticias más actualizadas acerca de este tipo de energía:http://www.hidroenergia.net/ Copyright SENA ©, 2013. 14 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Térmica: Se le denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (Energía geotérmica), mediante la combustión de algún combustible fósil (petróleo, gas natural o carbón), mediante energía eléctrica, ya sea por efecto Joule, rozamiento, un proceso de fisión nuclear o como residuo de otros procesos mecánicos o químicos. ¿Sabía usted qué…. Los paneles solares térmicos no contaminan. Si desea profundizar al respecto visite el siguiente link: http://www.ambientesoluciones.com/sitio/productos_mo.php?it=180 Copyright SENA ©, 2013. 15 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía nuclear Energía que se obtiene al manipular la estructura interna de los átomos. El proceso de fisión nuclear libera una enorme cantidad de calor que se utiliza para hacer hervir el agua. El vapor impulsa una turbina y al hacerla girar, acciona un generador y éste produce la electricidad. Sabía usted que…. El proceso de fisión nuclear es muy peligroso, el combustible de un reactor nuclear es radioactivo, produce una importante cantidad de radiación peligrosa, tóxica para cualquier ser viviente y conserva su toxicidad por años. Si desea profundizar al respecto, visite el siguiente link: http://www2.udec.cl/emeritos/documentos/energiaatomica.pdf Copyright SENA ©, 2013. 16 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Geotérmica La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. ¿Sabía usted que…. Debido a que Colombia cuenta con una posición geográfica privilegiada y un marco geológico favorable, por su ubicación en el Cinturón de Fuego del Pacífico, zona donde la temperatura natural del subsuelo, cerca a la superficie, es alta gracias a la actividad volcánica presente, el país se hace un excelente depositador de energía geotérmica. Si desea profundizar al respecto, visite el siguiente link: http://www.energiaenlinea.com/index.php?option=com_content&view =article&id=467:la-energia-geotermica-en-colombia&catid=76:categor ia-noticias-gas-natural&Itemid=549 Copyright SENA ©, 2013. 17 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía Solar La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. ¿Sabía usted que…. El sol podría ía suministrar toda la energía que upiera almacenar y aprovechar necesita el planeta, si se supiera correctamente. El sol, de hecho es nuestro astro rey. Si desea conocer más acerca del mismo explore el siguiente documental: tmiUDiXRhPw http://www.youtube.com/watch?v=tmiUDiXRhPw Copyright SENA ©, 2013. 18 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía fotovoltaica La energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada célula solar de película fina. ¿Sabía usted que…. La implementación lementación de paneles fotovoltaicos permite la biente y que el SENA desarrolla constantemente conservación del medio ambiente tovoltaica con los aprendices, para beneficiar a la proyectos de energía solar fotovoltaica er más al respecto, explore el siguiente video: comunidad?. Si desea conocer h?feature=player_embedded&v=jjkMMd_nHnc http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=jjkMMd_nHnc Copyright SENA ©, 2013. 19 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía eólica Energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes es de aire. ¿Sabía usted que…. Las Islas de San Andrés y Providencia, La Guajira, Los Santanderes, el piedemonte llanero y los alrededores de Villa de Leyva son zonas en Colombia que esconden un gran potencial de energía eólica?. Si desea conocer más al respecto, explore el siguiente documento: La energía eólica en Colombia: Implicaciones para la transmisión y la operación: http://www.lawea.org/foro/presentaciones/Idi_Amin_Isaac_Millan.pdf Copyright SENA ©, 2013. 20 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Transformación La transformación de una energía primaria a energía eléctrica se da en las llamadas centrales eléctricas, que son “fábricas” destinadas a transformar un tipo de energía en otra. Dentro de las centrales eléctricas están: • Termoeléctricas: Transforman energía liberada en forma de calor, normalmente desde la ignición de combustibles fósiles (el petróleo, gas y carbón). El calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica. Normalmente, las centrales termoeléctricas contribuyen al efecto invernadero emitiendo dióxido de carbono. • Termosolares: Transforman energía solar, normalmente desde su radiación, haciendo el mismo proceso que una central termoeléctrica, con la diferencia que las centrales termosolares son amigables con el medio ambiente, evitando todo tipo de contaminación. • Hidroeléctricas: Transforman energía hidráulica, como evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda. Estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica a cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica. • Parques eólicos: Transforman energía eólica por medio de aerogeneradores. Los parques eólicos se pueden situar en tierra o en ultramar, siendo los primeros los más usados y los últimos los más innovadores. Para construir un parque eólico se deben hacer estudios del emplazamiento del viento, su dirección y velocidad. • Plantas nucleares: Transforman energía nuclear por medio de reacciones nucleares. Una planta nuclear se compone de uno o más reactores, generadores de vapor, turbinas, barras de control, blindajes y circuitos de refrigeración. • Geotérmicas: Transforman energía geotérmica mediante la fuerza del vapor, que se debe encontrar a alta temperatura y presión, proveniente de la Tierra. Esta fuerza del vapor mueve turbinas de vapor, que a su vez trabaja con los generadores de forma similar a como lo hace una central térmica, con la diferencia que en las geotérmicas no se quema nada para calentar el agua. • Ciclo combinado: Transforman vapor de agua (Calor) y gas (Aunque también se pueden utilizar fuentes de energía renovables y residuos como biomasa o incinerables), producto de una combustión en un ciclo combinado. Estas centrales reducen el impacto ambiental debido al ahorro de energía primaria que trae consigo. Copyright SENA ©, 2013. 21 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Generación de energía eléctrica Energía útil La Energía que se genera luego de la transformación es energía útil o energía eléctrica, lista para ser aprovechada por la humanidad en sus actividades diarias. Para reflexionar ¿Qué sería de la humanidad sin energía eléctrica? ¿Cómo se harían funcionar los equipos eléctricos que se tienen en casa y facilitan la vida de toda la comunidad? Copyright SENA ©, 2013. 22 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Energía eléctrica En el proceso de transformación de una energía primaria a una secundaria o energía eléctrica, siempre hay un elemento en común, éste es el generador. El generador no es más que un alternador movido por una turbina, que será distinta, dependiendo del tipo de energía primaria utilizada. En dichos generadores nace la electricidad potente capaz de iluminar y beneficiar comunidades enteras. Lo que no significa que de otro modo, no se pueda obtener electricidad, ya que la electricidad ha existido desde que existe la materia. Ya los griegos en la antigüedad sabían que después de frotar un trozo de ámbar, éste atraía objetos ligeros, pero no entendían el porqué. Pues bien, ellos estaban produciendo electricidad por fricción. De este experimento, se derivaron las palabras electrón y electricidad, que en el griego elektron, significa ámbar. Sin embargo, no todas las materias, como el trozo de ámbar y los objetos ligeros se atraen, ya que no todas las materias poseen la propiedad de cargarse de electricidad y, aunque lo hagan, pueden comportarse de distintas maneras. El siguiente experimento explicará estas diferencias: Se construye un péndulo con una bolita de médula de saúco y un hilo. Si ahora se le acerca una varilla de ámbar previamente cargada de electricidad (por frotamiento), la bolita se acerca a la varilla. Pero, en el momento que la varilla toca la bolita, se repelen. La explicación es la siguiente: Inicialmente, la bolita estaba descargada y la varilla cargada. La varilla atrae la bolita (por tener cargas de distinto signo). Cuando se tocan, parte de la electricidad de la varilla pasa al péndulo cargándolo (ya tienen cargas del mismo signo) y entonces se repelen. Como el péndulo está cargado, si ahora se le aproxima otra varilla cargada por frotamiento, pero de vidrio, aquel será atraído hacia ésta. De esta experiencia se deduce: - Que existen dos tipos de electricidad: La que adquiere el vidrio y la que adquiere el ámbar. - Que la electricidad del mismo signo se repele, y de distinto tipo se atrae. Para distinguir estos "positivo" (+) y "negativo" (-). dos tipos, se les da el nombre de Experimento tomado de http://www.tecnologia.maestrojuandeavila.es/temas/elec/elec.htm#que_es_la_electricidad Lo anterior, conlleva inexorablemente a estudiar el átomo y otros conceptos relacionados con la energía eléctrica. Copyright SENA ©, 2013. 23 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Energía eléctrica El átomo Al tomar un “trocito” de metal y dividirlo miles y miles de veces, se llega o obtener una “molécula” de este pedacito de metal, que sigue conservando las mismas propiedades físicas del “trocito” original. La materia, entonces, está formada por moléculas, y ésta a su vez, por átomos. El átomo, es por tanto, la parte más pequeña de la materia. Constitución del átomo El átomo es como “Un sistema solar”, en cuyo centro estaría el Núcleo Atómico (el Sol) y orbitando a su alrededor los electrones (los planetas). El Núcleo Atómico está formado por Protones (de carga positiva) y electrones (de carga Negativa, y de masa 1.136 veces menor). Los Neutrones, que comparten núcleo con los Protones, poseen la misma masa que éstos, pero sin carga eléctrica. El Protón: Tiene una Carga Eléctrica Positiva. El Electrón: Posee una Carga Eléctrica Negativa. Copyright SENA ©, 2013. 24 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Energía eléctrica La electricidad Se puede definir como un movimiento de electrones que se produce porque éstos tratan de alcanzar los protones, que en su desplazamiento pueden originar fenómenos térmicos, luminosos, magnéticos y químicos. Cuerpo conductor y aislado Cuando se desarrolla la electricidad en un cuerpo y los efectos sólo se manifiestan en el punto tratado, sin extenderse al resto, se dice que el cuerpo es un mal conductor, aislante o dieléctrico. Ejemplos de malos conductores son el vidrio, el corcho, la madera, la goma, el plástico, el PVC, entre otros. En cambio, si la electricidad desarrollada en el punto se esparce por toda la superficie. Estos cuerpos son llamados buenos conductores de la electricidad o simplemente conductores. Ejemplo de éstos son: los metales, sobresaliendo por or su alta conducción el cobre, oro y aluminio. Un cuerpo conductor al ser electrizado conserva indefinidamente esta propiedad mientras no sea unido a tierra. Si por medio de sustancias aislantes se evita que esto suceda, se dice que el conductor está aislado. Copyright SENA ©, 2013. 25 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Energía eléctrica La corriente eléctrica Circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM). La energía eléctrica así puesta en movimiento quedará evaluada por la medición de las siguientes magnitudes. 1. Diferencia de potencial otensión, medido en Voltios 3. Intensidad de electricidad, expresada en Amperios 2. Cantidad de electricidad, evaluado en Culombios Copyright SENA ©, 2013. 1. Voltaje La diferencia de potencial existente entre los dos polos de un generador se mide en voltios, el aparato con que se efectúa la medición recibe el nombre de voltímetro. 2. Cantidad de electricidad El agua transportada por una tubería se mide en litros; del mismo modo, la cantidad de corriente eléctrica transportada se evalúa en culombios. 3. Intensidad de electricidad La intensidad de una corriente eléctrica es la cantidad de electricidad transportada en un segundo, expresada en amperios. El Amperio es la unidad de intensidad, que en un segundo transporta un Culombio. El amperio, se designa por la letra mayúscula A y también por la letra I. Decir que una resistencia consume 20 Amperios, equivale a decir que se transportan 20 Culombios por segundo y que pasan a través de esta resistencia. Se expresa: I = 20 A. Finalmente, para medir esta corriente se utilizan los amperímetros. 26 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Para finalizar En este primer capítulo del programa de formación, usted ha aprendido la importancia de la energía eléctrica. Reflexione sobre todos los usos que ésta tiene en su comunidad y lo benéfica que puede ser en el desarrollo del sector productivo de Colombia. Adicionalmente, profundice con el material de apoyo referenciado en las fuentes renovables de energía, las cuales están tomando gran auge en la actualidad por su sustentabilidad y amigabilidad con el medio ambiente. Asimismo, investigue más acercaa del átomo, la estática, el magnetismo, y en general todos los conceptos básicos relacionados con la energía ergía eléctrica. De tal forma estará preparado para seguir con la unidad 2 del programa de formación, noo sin antes realizar las actividades propuestas para la semana y consolidar lo aprendido. Copyright SENA ©, 2013. 27 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Referencias • Buitrago, M.R. (2003). Tecnología constructiva 3. Envigado: Susaeta Ediciones. • Deléage, J.P & Souchon, C. (1996). La energía como tema interdisciplinar de la educación. UNESCO. • García, F.J. (2009). Ámbito científico-tecnológico. Equipo Editex. • Martínez, A. (1999). Análisis del binomio Energía - Medio Ambiente. Murcia: Universidad de Castilla de la Mancha. • Roldán, J. (2008). Fuentes de energía. Madrid: Cengage Learning Paraninfo. • Senner, A. (1994). Principios de electrotecnia. Barcelona: Reverté. Copyright SENA ©, 2013. 28 Generación, transformación y uso de la UNIDAD 1 Generación de energía eléctrica Créditos Experto Temático: Wilmar Martínez Urrutia Asesor Pedagógico: Mónica Patricia Osorio Martínez Guionista: Oscar Iván Pineda Céspedes Equipo de Diseño: Julián Mauricio Millán Bonilla Jhonny Ronald Narváez Olarte Leonardo Stiglich Campos Gabriel David Suárez Vargas Programador: Diego Rodríguez Ortegón Líder de Proyecto: Jairo Antonio Castro Casas Copyright SENA ©, 2013. 29
