Energía, Electricidad y Magnetismo: Fundamentos y Aplicaciones

Energía

La energía se define por la fórmula: E = V . I . t

La energía se mide en julios (J), aunque también en calorías (cal).

• Motores: Transforman la energía eléctrica en energía mecánica de rotación.
• Bombillas: Transforman la electricidad en energía luminosa.
• Radiadores: Transforman en calor casi toda la energía eléctrica que reciben del generador.

Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica es la capacidad que tiene un receptor eléctrico cualquiera para transformar energía en un tiempo determinado. Se mide en vatios (W), y también en kilovatios (kW).

Fórmulas:

• P = V . I
• E = P . t

Calor

La energía en forma de calor ocasionada por la corriente eléctrica se conoce con el nombre de efecto Joule. Su fórmula es: E = I . I . R . t

Luz

Existen dos formas de producir luz mediante electricidad:

• Por calentamiento de un hilo conductor (lámpara incandescente).
• Por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas (fluorescentes, lámparas de vapor sólido).

Tubo Fluorescente

En el interior se encuentra un filamento metálico, un gas inerte y una pequeña cantidad de mercurio. El vidrio está recubierto en su interior por una capa de fósforo. Cuando se enciende se produce un calentamiento del filamento que da lugar a una corriente eléctrica.

Bombilla

El calentamiento de un hilo metálico mediante el paso de la corriente eléctrica produce un efecto aprovechable: la emisión de luz. Este fenómeno se llama incandescencia.

Electromagnetismo

La combinación de los efectos de la electricidad y el magnetismo nos permite generar electricidad, producir movimiento y utilizar la fuerza de atracción de un electroimán.

Movimiento: Motor Eléctrico

Un motor es un dispositivo capaz de transformar la energía eléctrica en movimiento. Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión ocasionadas por un imán y un hilo por donde hacemos circular una corriente eléctrica.

Electroimán: Relé

Un relé es un elemento electromagnético que funciona de la siguiente forma: cuando se hace circular una corriente eléctrica por la bobina, esta se comporta como un electroimán y atrae a una pieza móvil metálica que cierra dos contactos; si no se aplica ninguna señal eléctrica a la bobina, el contacto central permanece en su posición de reposo: unido al contacto de la izquierda.

Condensador

Indica la cantidad de carga que es capaz de almacenar con una tensión dada. Se mide en faradios (F).

Diodo

Es un componente electrónico fabricado con material semiconductor que solo permite el paso de la corriente eléctrica en un sentido. Un LED es un diodo que emite luz cuando pasa corriente por él.

Transistor

Es un elemento básico en los circuitos electrónicos. Con transistores se puede fabricar desde un simple interruptor hasta un microprocesador. Está formado por semiconductores y dispone de tres patillas llamadas: emisor, base y colector.

Centrales Eléctricas

Generador Eléctrico

Transforma la energía mecánica en eléctrica. Los generadores producen electricidad a partir del movimiento de un conductor en un campo magnético producido por un imán o un electroimán.

• Estator: Es una pieza fija compuesta de un núcleo metálico en cuyo interior existen hilos de cobre.
• Rotor: Se trata de una pieza móvil que gira alrededor de un eje. Contiene un circuito que, al aplicarles una corriente eléctrica, se transforma en electroimán.

Centrales Térmicas no Nucleares

En estas centrales, la energía mecánica necesaria para mover las turbinas que están conectadas al rotor del generador proviene de la energía térmica contenida en el vapor de agua a presión tras su calentamiento en una gran caldera. El combustible utilizado para producir vapor de agua determina el tipo de central térmica: de petróleo (fuel), de gas natural o de carbón.

Centrales Térmicas Nucleares

Se trata de centrales térmicas cuya caldera ha sido sustituida por un reactor nuclear. La ventaja principal de las centrales nucleares es su rentabilidad en lo que se refiere a la producción de energía. Sin embargo, sus inconvenientes primordiales son la gestión y almacenamiento de los residuos radiactivos, así como el riesgo que para la población conllevan los posibles accidentes nucleares.

Centrales Térmicas de Biomasa

La biomasa está constituida por todos los compuestos orgánicos producidos por procesos naturales. La energía de la biomasa se obtiene a partir de vegetación, residuos forestales y agrícolas o cultivos específicos como el girasol y la remolacha. También se puede aprovechar la biomasa mediante procesos químicos naturales en instalaciones llamadas digestores que dan lugar a combustibles como el carbón, el alcohol o el biogás.

Centrales Hidráulicas o Hidroeléctricas

Estas centrales aprovechan la energía potencial debida a la altura del agua embalsada mediante presas. Al hacer caer agua, dicha energía se convierte en energía cinética. Esta mueve los álabes de una turbina situada al pie de la presa, cuyo eje está conectado al rotor de un generador. Es este el que se encarga al fin de transformar la energía cinética en eléctrica.

• Central hidráulica de gravedad: El agua utilizada sigue por el cauce de un río y no vuelve a utilizarse.
• Central hidráulica de bombeo: El agua desciende hasta un embalse situado a menor altura para, con posterioridad, ser bombeada hasta el embalse superior, con objeto de utilizarse de nuevo.

Centrales Eólicas

En estas centrales o parques eólicos se aprovecha la energía cinética del viento para mover las palas de un rotor situado en lo alto de una torre (aerogenerador). Las aspas van conectadas a un sistema multiplicador de la velocidad cuya salida está fijada al eje del rotor. Habitualmente se usan ruedas de fricción para aumentar la velocidad de giro de la entrada respecto al giro de salida.

Centrales Solares

Utilizan la energía procedente del Sol. Existen dos tipos:

• Fototérmicas: Aprovechan la radiación solar para calentar el agua de una caldera. El vapor de agua producido se emplea para mover el rotor de un generador.
• Fotovoltaicas: Las radiaciones solares se transforman en energía eléctrica mediante paneles de células fotovoltaicas.