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1 INTRODUCCIN

Objetivos:

Familiarizarnos con los conceptos bsicos de la electricidad.

Aprender a diferenciar los diferentes tipos de energa.

Diferenciar las unidades energticas, sus manifestaciones y fuentes.

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1.1 LA ELECTRICIDAD. CONCEPTOS BSICOS

Si bien no es el objeto de este curso el profundizar en la electricidad en s, se hace

indispensable que todos los alumnos partan de unos conocimientos bsicos de cara a

conocer en detalle los diferentes mtodos de generacin elctrica mediante energas

renovables.

El origen de la electricidad lo entendemos a partir de los movimientos de los

electrones. Los electrones, como aprendimos en la escuela son pequeas partculas

del tomo. El tomo recordemos que est formado por protones (carga positiva),

electrones (carga negativa) y neutrones (sin carga).

Los electrones giran alrededor del ncleo habiendo

tantos electrones como protones, por lo que el

tomo se encuentra equilibrado en cuanto a cargas

se refiere. Hay determinados fenmenos que

consiguen desplazar los electrones de las rbitas

ms externas del tomo provocando que entonces el

tomo quede con un dficit de cargas negativas

(se ha convertido en un ion positivo).

Al producirse el abandono de la rbita de este electrn, queda en su lugar un hueco

que produce una atraccin del electrn del tomo contiguo. Como consecuencia se

produce una cadena de electrones arrancados de los tomos contiguos que van

rellenando los huecos sucesivos creando una cascada de movimientos de electrones.

Representacin genrica y simplificada

de un tomo

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Segn la diferencia de electrones existentes en los extremos de ese conductor,

depender la fuerza que obliga a los electrones a circular por el conductor.

La tendencia natural es que la circulacin de electrones se produzca hacia el extremo

en el que se presentan los huecos hasta alcanzar un equilibrio.

La diferencia de electrones entre un extremo y otro es la que determina la fuerza con

que circulan stos y es lo que se conoce como diferencia de tensin.

As pues, a mayor tensin en los extremos de un conductor mayor es entonces el

nmero de electrones dispuestos a desplazarse.

1.2 UN SISTEMA ELCTRICO

Vamos a utilizar un smil con un sistema hidrulico para explicar qu es un sistema

elctrico. Nos apoyaremos en la siguiente figura para explicar mejor nuestra

comparacin:

Sabas que el descubrimiento de la electricidad se remonta a hace unos 2500

aos. El cientfico griego Tales de Mileto observ que un trozo de mbar (resina

de rbol fosilizada) atrae paja o plumas, cuando se frota con un pao. La palabra

"electricidad" se origin de la palabra griega para el mbar "Elektron".

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En este caso, el agua (o los electrones) recorren un camino desde un generador de

tensin (la fuente) hasta un dispositivo consumidor o carga que produce un trabajo (ya

sea una lmpara, un motor, etc.). La corriente discurre por un canal que sera nuestro

conductor. La diferencia de niveles que crea la fuente provoca la circulacin de un

caudal (intensidad) a travs del cauce conductor. Segn la longitud, seccin y material

de que est compuesto el canal, el agua podr discurrir con mayor o menos resistencia

(la resistencia elctrica al paso de los electrones).

En este ejemplo el sistema est ejerciendo un trabajo al girar la sierra que corta los

troncos.

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1.3 OTROS CONCEPTOS Y MAGNITUDES FUNDAMENTALES

Visto esto, ya podemos definir tres magnitudes principales que nos ayudarn en

nuestro siguiente punto:

La tensin elctrica (U). Es la fuerza potencial (atraccin) que existe entre 2

puntos cuando existe una diferencia en el nmero de electrones entre ellos. La

tensin se mide en voltios (V).

La corriente elctrica o intensidad (I). Se denomina intensidad a la cantidad de

electrones que circulan por un conductor cuando hay una tensin aplicada

sobre sus extremos. La intensidad se mide en Amperios (A).

La resistencia elctrica (R). Los electrones encontrarn un grado de dificultad

variable en su camino a travs del conductor. Esta dificultad depende de la

longitud, de la seccin y del material con que est construido el conductor. Este

grado de dificultad es lo que se conoce como resistencia y se mide en Ohmios

().

Aadimos aqu otros dos conceptos que nos resultarn tiles a lo largo del curso:

La potencia (P). Si bien no vamos a entrar en detalle est bien que

mencionemos este concepto indispensable. La potencia se define como la

energa o trabajo consumido o producido en un determinado tiempo. En el

caso de los circuitos elctricos la unidad de potencia es el vatio (W) y su

definicin est relacionada con la tensin aplicada y la intensidad que circula

por un circuito: se dice que un vatio es la energa (trabajo) que libera un

amperio en un circuito con una tensin de un voltio.

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La energa elctrica. Antes de hablar de la energa elctrica en concreto

recordemos qu es la energa. La energa se define como la capacidad para

hacer un trabajo y se mide en Julios (J). En el caso concreto de la energa

elctrica, sta se mide mediante el kilovatio-hora (kWh) que se define como el

trabajo realizado durante una hora por una mquina que tiene una potencia de

un kilowatio (kW). 1 kWh = 3,6 106 J.

Antes de pasar al siguiente tema, por ltimo vamos a repasar otro concepto necesario

a lo largo del tema: los tipos de corriente.

Existen en la prctica 2 tipos de corriente fundamentalmente:

I. Corriente continua o directa (CC). Esta corriente circula siempre en la misma

direccin del polo negativo al positivo.

II. Corriente alterna (CA). En este caso la corriente de circulacin cambia su

sentido de la circulacin peridicamente y por tanto su polaridad. Esto ocurre

tantas veces como frecuencia en hertzios (Hz) tenga esa corriente. En Europa

por ejemplo 50 Hz (50 veces por segundo); en Amrica, 60 Hz. La corriente

alterna es las ms comnmente usada en los hogares e industrias

Siguiendo con el smil del sistema hidrulico:

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1.4 UNIDADES ENERGTICAS Y TRANSFORMACIN DE UNIDADES

Para medir la energa podemos utilizar diversas unidades si bien la unidad bsica es el

Julio.

Para ver lo que representa un Julio lo mejor es que veamos un ejemplo:

La fuerza que necesitamos para levantar una masa de un Kg. a una altura de un metro

estaramos realizando un trabajo de 9,8 Julios y por tanto la energa utilizada ser de

9,8 Julios.

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Para medir la energa utilizamos las mismas unidades que para medir el

trabajo realizado ya que son dos conceptos ntimamente relacionados

entre s, por definicin. En cualquier caso el Julio es una unidad muy

pequea y se suelen utilizar otra serie de unidades.

Presta atencin a la tabla de las principales unidades que se muestran a continuacin:

Figura 1. Unidades de Energa.

Para hacernos una idea de lo que suponen algunas de nuestras actividades diarias en

costes de energa, veamos lo que suponen en costes energticos:

o Construccin de una vivienda individual de 100 m2 = 10 toneladas de petrleo o

una cantidad equivalente de otra fuente energtica.

o Fabricacin de un automvil de 1.000 kg de peso = 1,3 toneladas de Petrleo.

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o Fabricacin de 1 kg de azcar = 400 gr de petrleo.

o 1 kg de pescado fresco hasta que llega a nuestra mesa = 1.200 gr de petrleo.

o Fabricacin de 1 kg de papel = 500 gr de petrleo.

o Fabricacin de 1 kg de fibra sinttica = 5 kg de petrleo.

Esto es obviamente la cantidad equivalente en energa de quemar esa cantidad de

petrleo para producir ese producto.

1.5 MANIFESTACIONES DE LA ENERGA

La energa se puede manifestar de muy diversas formas.

Las principales son:

o Energa mecnica:

Es la energa relacionada con el movimiento y con las fuerzas que lo producen. Dentro

de la energa mecnica encontramos 2 tipos de energas:

a) Energa mecnica cintica. Es la energa que posee un cuerpo

en movimiento.

Ec = mv2

Donde:

m es la masa del cuerpo que se mueve a velocidad (v).

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Ejemplo: Un cuerpo de 10 kg que se mueve a una velocidad de 5 m/s, posee una

energa cintica

Ec = 10 kg (5 m/s)2 = 125 J

b) Energa mecnica potencial:

Es la energa que posee un cuerpo en virtud de la posicin que ocupa en un campo

gravitatorio (potencial gravitatoria) o de su estado de tensin, como puede ser el caso

de un muelle (potencial elstico).

Si un cuerpo de masa m est situado a una altura h, tendr una energa potencial

gravitatoria equivalente a Ep = mgh; donde g es la aceleracin de la gravedad g = 98

m/s2 (en la Tierra).

Ejemplo: Un cuerpo de 20 kg de masa situado a 5 m de altura posee una energa

potencial que vale

Ep = 20 kg 98 m/s2 5 m = 980 J

El agua de un embalse posee energa potencial almacenada, puesto que est situada a

cierta altura respecto al punto inferior donde se sitan las compuertas que liberan el

agua. Una vez se desembalsa esa agua libera esa energa potencial.

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o Energa trmica o calorfica:

Es la energa asociada a la transferencia de calor de un cuerpo a otro. Para que se

transfiera ese calor es necesario que exista una diferencia de temperaturas entre los

dos cuerpos. El calor es esa energa en trnsito.

o Energa qumica:

Es la energa que almacenan las sustancias qumicas, la cual se suele manifestar en

otras formas (normalmente calor) cuando transcurre una reaccin qumica.

Est energa est almacenada, en realidad, en los enlaces qumicos que existen entre

los tomos de las molculas de la sustancia. Los casos ms conocidos son los de los

combustibles (carbn, petrleo, gas,...).

o Energa radiante:

Es la energa que se propaga en forma de ondas electromagnticas (luz visible,

infrarrojos, ondas de radio, ultravioleta, rayos X,...), a la velocidad de la luz. Parte de

ella es calorfica. Un caso particular conocido y el cual se abordar en detalle en este

curso es la energa solar.

o Energa nuclear:

Es la energa almacenada en los ncleos de todos los tomos. Esta energa es la que se

encarga de mantener unidos los protones y neutrones en el ncleo. Es cuando estos

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elementos se unen o dividen cuando se libera dicha energa. Hay que mencionar que

se conocen dos tipos de reaccin nuclear:

o Fisin nuclear: los ncleos de tomos pesados (como Uranio o Plutonio)

se dividen y forman otros ms ligeros.

o Fusin nuclear: Se unen ncleos ligeros para formar otros ms pesados.

o Energa elctrica:

Es la energa asociada a la corriente elctrica, es decir, a las cargas elctricas en

movimiento. Es la de mayor utilidad pues es fcil de transformar y transportar, no

contamina all donde se consume y es muy cmoda de utilizar.

o Energa electromagntica:

Es la propia de las ondas electromagnticas, como por ejemplo la luz visible, el

ultravioleta o las ondas de radio. Todas ellas son formas de energa pura.

o Energa sonora:

Que permite la transmisin de sonidos. Por ejemplo en un equipo de msica podemos

hacer aumentar la potencia de la energa sonora hasta hacer vibrar los objetos

circundantes.

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1.6 FUENTES DE ENERGA

Parece que ya tenemos claro que el ser humano no puede obtener la energa de la

nada y que esta energa se puede manifestar de diferentes formas pero, de dnde se

obtiene la energa?

Ha de ser de algn sitio como por ejemplo el sol, el viento, el petrleo, los materiales

con los que puede provocar reacciones nucleares, etc. en cualquier caso, de lo que

est en la naturaleza.

Esto es lo que se denominan fuentes primarias de energa. Toda forma de energa

presente en la naturaleza antes de ser convertida o transformada. As pues consiste en

la energa contenida en los combustibles crudos, el recurso solar, el recurso elico, el

calor del subsuelo terrestre y otras formas de energa que constituyen una entrada al

sistema. En caso de que no se pueda utilizar directamente, se debe convertir en una

fuente de energa secundaria (electricidad, calor, etc.).

Las fuentes de energa primaria las dividimos principalmente en 2 categoras:

renovables y no renovables.

Se denomina energas renovables a la energa que se obtiene de fuentes naturales

virtualmente inagotables, o bien por la inmensa cantidad de energa que contienen, o

bien porque son capaces de regenerarse por medios naturales.

En trminos ambientales se fija ese perodo de recuperacin en un ao. Ejemplo: El

petrleo es virtualmente renovable pero no podemos esperar millones de aos a su

formacin si nos lo acabamos todo en los prximos 50 aos

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Tal vez, desde una perspectiva ms ambiental, deberamos hablar de fuentes de

energa sostenibles. Pero de momento solo hablamos de energas renovables, aunque

en la mente de la sociedad cuando se habla de energas renovables, ya se sabe que

hablamos de desarrollo sostenible.

A lo largo del curso las desarrollaremos en detalle pero la siguiente clasificacin nos

ayudar ya a conocer las fuentes de energa existentes y las conversiones en fuentes

de energa secundaria (combustibles, electricidad y calor principalmente).

Entre las fuentes de energa no renovables destacan el petrleo, el carbn, el gas

natural o el combustible nuclear.

Entre las fuentes de energa renovables destacan (y veremos posteriormente en cada

tema) la biomasa, la energa solar, la elica, la geotrmica, las mareas y la energa

hidrulica.

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Fuentes de energa primaria frente a fuentes de energa secundaria.

Es por tanto importante que no confundamos generacin elctrica con generacin

energtica. Un automvil demanda energa para moverse pero no es electricidad, una

casa que calentamos con una chimenea, requiere una energa para calentar las

estancias pero no es electricidad.

As pues, cuando en el prximo tema veamos estadsticas globales que indican el

consumo energtico global o el consumo elctrico ya entenderemos la diferencia entre

ambos conceptos.