De dónde proviene la corriente eléctrica

Día a día se ve la necesidad de generar mayor cantidad de energía eléctrica debido al rápido avance tecnológico que presentan todos los componentes e instrumentos que usamos, desde automóviles eléctricos, hasta lo más novedoso en computadoras y demás artefactos electrónicos, lo que hace que el consumo energético vaya aumentando año tras año.

Solo imagínense una casa a oscuras sin corriente o un control remoto sin un par de pilas que nos haga la vida más fácil.

En este articulo responderemos a preguntas que son de interés de todos que nos ayudarán a conocer mas acerca de la energía eléctrica tales como:

  • ¿Cómo se genera toda esa energía eléctrica para que todo pueda funcionar? y de esa manera hacernos la vida más práctica.
  • ¿Qué diferencia  hay entre la corriente eléctrica alterna y  continua?
  • ¿que tipo de corriente usamos a diario?.

 

La Corriente Alterna

Se puede generar energía eléctrica usando un campo magnético variable o móvil, creando así una Corriente Inducida. Supóngase que tenemos un cable en forma circular, como se muestra en la Ilustración 1, y tomamos un imán y lo movemos cerca del cable conductor (incluso lo podemos mover dentro de la circunferencia). En dicho conductor conectamos un galvanómetro, para poder detectar que efectivamente se crea dicha corriente cuando movemos el imán.

como-es-corriente-continua-y-energía eléctrica
Ilustración 1. Creación de corriente continua inducida. Ilustración creada por Jesús Bruzual.

 

Si movemos el imán en una dirección específica, obtendremos una corriente continua, que se caracteriza por un flujo de electrones (fenómeno que llamamos “corriente”) el cual se desplaza en un sentido dentro del cable. Este es el principio fundamental de la generación de la corriente inducida. Si el imán se mueve en una dirección, la corriente irá en un sentido; si el movimiento del imán es en la dirección contraria, la corriente será contraria también.

Ahora bien, si mantenemos fijo el imán o el campo magnético y hacemos que el conductor gire a través de él, el campo magnético no se moverá en una misma dirección a través del cable, sino que será “más desordenado” (en realidad varía la dirección, aunque de igual manera, lineal), en el sentido de que se moverá en una dirección y luego en otra con respecto al cable, dependiendo de las posiciones que tome el mismo dentro del campo magnético. Nótese en la Ilustración 2.

como funciona corriente alterna y energía eléctrica
Ilustración 2. Cuando gira el conductor circular dentro del campo magnético, se puede observar cómo cambia la dirección de la corriente, dependiendo de la posición en que esté. En la posición 1, la corriente entra en B y sale por A, en cambio en la posición 3 la corriente entra por A y sale por B. Aquí se está generando es corriente alterna. Ilustración creada por Jesús Bruzual.

En este caso, lo que se genera es, la corriente alterna ya que la corriente está cambiando constantemente de sentido. Cuando la corriente va de A hasta B y luego regresa de B hasta A, se cumple un ciclo de la corriente.Tenemos que la cantidad de ciclos que se evidencie en la corriente en un segundo, determinará su frecuencia: corrientes de 50 Hertz o Hercio (Hz) o 60 Hz, es decir, 50 o 60 ciclos en un segundo. En diferentes países se usa corrientes de una frecuencia u otra.

Comprendiendo la corriente alterna

motores eléctricos para enerar energía eléctrica
Motores eléctricos que usan los carritos de juguetes, pequeños ventiladores de computadora, etc., que podemos usar para generar corrientes pequeñas haciéndolos girar. Tomado de WikimediaCommons.

Un experimento muy sencillo para comprender la generación de corriente usando el método anteriormente explicado, consiste en usar un motorcito eléctrico (por ejemplo, los que se usan en carritos eléctricos, pequeños ventiladores, entre otros, tal como se muestra en la Foto), conectado a un voltímetro con una escala pequeña (o mejor aún, conectarlo a un pequeño bombillo LED) y, con los dedos, girarlo con fuerza. Se evidencia allí la generación de corriente.

Internamente, estos motorcitos eléctricos funcionan bajo el mismo método anteriormente explicado, pero en vez de un solo cable moviéndose dentro de un campo magnético, tenemos un cable enrollado alrededor de una estructura metálica (embobinado).  Esto hace que se aumente la corriente que se crea: un embobinado de 1000 vueltas del cable será mejor que un embobinado de 20 vueltas.

motor eléctrico corriente alterna y energía eléctrica
Estructura interna de un motor eléctrico. Imágenes tomadas de WikimediaCommons de Phil Parker (izquierda) y Jean-Jacques Milan (derecha).

En el siguiente video de youtube,  se explica claramente cómo funciona la generación de la corriente eléctrica alterna con un motor.

La energía eléctrica tiene que ser movida

Ahora bien, imagínense un motor eléctrico como ese, pero gigante, con muchos embobinados y muchos imanes. Tendríamos una perfecta fuente de generación de energía eléctrica. El único inconveniente sería que necesitaríamos más que dos dedos para poder mover a dicho motor debido a sus dimensiones. Para ello hacemos uso de las fuerzas creadas por la naturaleza, o por fenómenos físicos y químicos.

Es allí donde entra las Centrales Generadoras de Energía Eléctrica, las cuales dependiendo de la fuente en la cual obtienen el movimiento de dichos motores (en este caso llamada turbinas), reciben un nombre en particular. Así, para nombrar solo las más importantes, si la fuente generadora de los movimientos de las turbinas es el agua, las centrales de generación se llaman Hidroeléctricas; si la fuente generadora es el viento, la Central se llama Eólica; si la fuente generadora es el Vapor de Agua, dependiendo del proceso de cómo se obtuvo el calor para evaporar dicha agua, se llamará Central Termoeléctrica o Central Nuclear. Pero todas funcionan con el mismo principio: un motor eléctrico (o varios) que, al ser movidos, generan la corriente.

Así, en las Centrales Hidroeléctricas, el agua cae de grandes alturas desde una Represa, para hacer mover esos motores eléctricos que tienen aspas (turbinas) y así generar la corriente.

En las Centrales Eólicas, el viento es el encargado de mover a esos motores eléctricos; estos están provistos de grandes aspas, parecidos a unos ventiladores gigantes.

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Funcionamiento de una Central Hidroeléctrica. A la derecha, el funcionamiento de la turbina de generación. Tomado de WikimediaCommons. Imágenes de Tomia (izquierda) y Ortisa (derecha).

Otra forma de mover esas turbinas es por medio del vapor de agua. Pero para transformar el agua en vapor hacen falta grandes cantidades de calor para poner a hervir a dicha agua. Allí es donde se usa la quema de combustibles fósiles (carbón, gas, combustibles derivados del petróleo, etc.) para lograr obtenerlo y de esta manera se puedan mover las turbinas. Así, tenemos las Centrales Termoeléctricas.

como funciona central termoelectrica para generar energía eléctrica
Funcionamiento de una Central termoeléctrica. Tomada de WikimediaCommons. Imagen de UnitedStates Tennessee Valley Authority.

Ahora, si usamos las Reacciones Nucleares (en particular, la fisión nuclear, que es la división de núcleos atómicos), que libera grandes cantidades de energía y calor, para lograr dicha evaporación con el fin de crear el posterior movimiento de las turbinas generadoras, estaremos hablando de Centrales Nucleares.

como funciona central nuclear para generar corriente eléctrica
Funcionamiento de una Central Nuclear. 1 – Bloque del reactor. 2 – Torre de refrigeración. 3 – Reactor (donde ocurre la fisión nuclear generadora de calor). 4 – Barras de control (que permite una fisión controlada de los átomos). 5 – Soporte de presión. 6 – Generador de vapor (que es el que moverá las turbinas). 7 – Combustible (el material fisionable, radiactivo). 8 – Turbina. 9 – Generador. 10 – Transformador. 11 – Condensador. 12 – Partículas de gas. 13 – Líquido. 14 – Aire. 15 – Aire (húmedo). 16 – Río. 17 – Circuito de refrigeración. 18 – Circuito primario. 19 – Circuito secundario. 20 – Vapor de agua. 21 – Bomba de agua. Tomado de WikimediaCommons. Imagen de Kuntoff-commonswiki.

Estas son las principales fuentes de generación de la corriente alterna la cual, al salir de las Centrales Eléctricas correspondientes es de gran voltaje. La energía eléctrica antes de ser usada en nuestros hogares, debe ser transformada a un valor en el que todos los equipos eléctricos puedan funcionar (110 o 220 Voltios). Es allí donde entran las Subestaciones y Centrales de Transformación, que se encargan de dicha tarea por medio de Transformadores.

La Corriente Continua.

La corriente continua se caracteriza por el movimiento ordenado de los electrones en un mismo sentido. Si bien la corriente alterna se caracterizaba porque el movimiento de los electrones siempre es cambiante (se mueve en un sentido, luego cambia al sentido contrario, tal como se explicó anteriormente, ocurriendo este ciclo entre 50 o 60 veces en un segundo), esta corriente alterna puede ser transformada a corriente continua por medio de un proceso electrónico llamado rectificación, que consiste básicamente en darle un solo sentido a la corriente, y bloquear el sentido contrario del mismo, usando rectificadores o diodos.

Aparatos que utilizan corriente continua

Por lo general, los instrumentos electrónicos que usamos a diario utilizan pilas o baterías, como los celulares, linternas, controles, entre otros, es decir se usa corriente continua en estos casos.

Una pila, batería o celda electroquímica consiste en la obtención de la energía eléctrica por medio de reacciones químicas. Para ello participan dos elementos principales: electrodos y electrolitos.las baterias usan corriente continua

Estructura interna

El electrolito es una sustancia que, al reaccionar con los electrodos, se ioniza (es decir, el compuesto, de carga neutra en ese momento, al entrar en contacto con los electrodos, a nivel atómico se separa en dos compuestos o elementos más sencillos pero provistos de carga eléctrica: uno positivo y otro negativo). Los iones positivos se van a un electrodo, y los iones negativos se van al otro electrodo.

Los electrodos son dos metales o compuestos diferentes que, al entrar en contacto con el electrolito, uno funciona como el polo positivo (ánodo) de la pila y el otro como el polo negativo (cátodo). Por convención se toma que la corriente circulará desde el polo positivo hacia el polo negativo.

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Celda electroquímica. Tomado de WikimediaCommons. Imagen de Cmx~commonswiki.

La pila así creada, funcionará hasta que tanto electrodos como electrolito hayan reaccionado completamente y se acabe la reacción química, ocasionando así que ya no se genere energía eléctrica. Quién no ha experimentado ese incómodo momento cuando las “pilas se acaban”, ¿verdad?

La calidad de una pila viene determinada por el uso de sustancias y electrodos que no se descompongan ni reaccionen tan rápido, permitiendo una generación un poco más sostenida y prolongada de energía eléctrica.

visión interna de bateria y energía eléctrica
Pila de Zinc-Carbono. 1 – Botón metálico superior (+).2 – Barra de carbono (electrodo positivo). 3 – Vasija de zinc (electrodo negativo). 4 – óxido de manganeso(IV). 5 – pasta húmeda de cloruro de amonio (electrolito). 6 – Base metálica (-). Tomado de WikimediaCommons. Imagen de Ivob (izquierda) y Jacek FH (derecha).

Finalmente

Si bien el presente artículo se orientó más para entender el principio básico de funcionamiento de generación de la energía eléctrica, evitando una explicación en un sentido netamente académico o formal desde el punto de vista físico y de la ingeniería, sino al contrario, exponiéndolo de una manera sencilla, sin tantas fórmulas ni cálculos complejos, que nos permita conocer el funcionamiento de los mismos con el fin de comprender no solo el mecanismo y las estructuras implicadas en ambos tipos de corrientes sino también de qué manera cada una está involucrada en nuestras actividades diarias.

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Por Jesús E. Bruzual A.

De dónde proviene la corriente eléctrica
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Licenciado en Educación mención Matemática, graduado en la Universidad de Los Andes (Venezuela). Actualmente estudiante de Ingenieria Eléctrica.

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