Generación de energía y Generadores eléctricos

Un generador eléctrico es un dispositivo (orgánico ó inorgánico) que transforma la energía/fuerza mecánica en eléctrica y es capaz de manatener una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Se utiliza generalmente electrones, pero cualquiera que posea carga sirve, acá serán esos los que usaremos.

Una diferencia de potencial eléctrica entre dos puntos se define como; la diferencia eléctrica entre dos puntos A y B (representados con los signos; “+” [más] y “-” [menos]), de tal forma que los electrones y toda partícula cargada de forma positiva (“+”) o negativa (“-”) se mueven hacia su punto opuesto, siempre que estén conectados (circuito cerrado) y no aislados entre sí (circuito abierto). Cada uno de los puntos son llamados “polos”, y se los nombra como; “polo negativo” y/o “polo positivo”.

Ese es el motivo por el cual tenemos electricidad; los electrones (Que poseen carga eléctrica negativa, propiedad dada por su campo) se mueven del polo positivo hacia el polo negativo mediante un comunicador entre ambas partes, tal comunicador es el “conductor”.

La cantidad/intensidad de electrones que se mueven por un conductor (“fuerza electromotriz”) se miden en “amperios” (amp), y se llama “potencial”, y la fuerza/tensión con la que se mueven (la diferencia de potencial) del punto A (polo positivo) al B (polo negativo) se mide en “Voltaje” (V). Así mismo se debe considerar que el conductor de tal flujo eléctrico no deja que el movimiento sea absolutamente libre y sin barreras, ofrece cierta “resistencia” al paso de los electrones por si mismo, y como se mencionó recién esto se llama “resistencia” y se mide en “Ohmio”.

CaracterísticaCálculo
AmperiosVoltios / Ohmios
VoltiosAmperios x Ohmios
OhmiosVoltios / Amperios
WattsVoltios x Amperios

Con un vatímetro se miden con los Watts (o vatios), con un amperímetro se miden los ampers, con un voltímetro se miden los tensión o volts.

Existe el “efecto Joule”; debido a la resistencia del conductor, la energía sobrante resultado de frenar los electrones se disipa en forma de calor (Q ó E). Ese “freno” de los electrones es debido a que los mismos chocan constantemente con otros átomos del material conductor, dándoles energía cinética que se disipa en forma de calor (y como se mencionó antes, si la misma aumenta demasiado también se disipa en forma de fotones, la “incandescencia”). Por lo que la eficiencia del material conductor determina cuanta energía llegará verdaderamente a nuestro lugar donde se necesita y cuenta se pierde en forma de calor.

CaracterísticaCálculo
Q ó EPotenica (vatios) x Tiempo (segundos)

El efecto Joule se ve minimizado cuanto mayor voltaje tiene la electricidad que pasa.

Sin embargo no se debe tomar la simplificación de “a menor resistencia mejor”, por que si el voltaje y amperaje supera la capacidad del conductor para manejarlos entonces el mismo verá como sus átomos son movidos hacia tantos lugares que su estructura se romperá, haciendo que el mismo tenga un “corte” atómico y se separe en dos o más partes (el llamado soporte de rigidez dieléctrica), por esto es que todos los cables tienen un máximo que pueden soportar (a esto se llama magnetostricción).

Por lo anteriormente nombrado es que hay cables para baja tensión, media tensión y alta tensión. A mayor grosor del cable mayor resistencia a grandes voltajes. Cuando el conductor tiene un solo filamento se le llama “hilo”, cuando tiene varios se le llama “cable”. Así mismo todos los conductores tienen una capa de aislamiento (llamado “dieléctrico”) eléctrico y un aislamiento mecánico para protegerlo del exterior.

Dependiendo del país y el estándar se usan unos colores u otros para designar la utilidad, si es corriente continua (CC), si es corriente alterna (CA) y que varían según el voltaje/tensión de uso. Recomiendo ver este video de SCIENTIA; Códigos de colores de los cables de las instalaciones eléctricas ¿Qué colores utiliza cada país? Español.

Como se mencionó en la sección “Radiación electromagnética” el campo del electrón le da su propiedad de tener carga eléctria negativa, y las cargas reaccionan con el campo electromagnético, por lo que ambos se influyen entre sí. Se debe tener en consideración esto por que a mayor voltaje y amperaje, más potente es el campo magnético que generan y debido a este se genera otro campo eléctrico que genera una diferencia de potencial y mueve a otros electrones. Se utiliza un campo magnético oscilante (cambia en el tiempo) para ir creando los polos específicamente, según la intensidad de tal campo es el voltaje que se genera como diferencia de potencial.

Debido a todo esto, los generadores eléctricos deben tener un aislamiento (al igual que los cables) entre los dos polos lo suficientemente eficiente como para que un campo magnético externo no sea capaz de afectar el flujo de electricidad entre ambos.

Cable aislado por plástico

Ahora, quizás el lector/a puede estarse preguntando; “si el campo del electrón da la propiedad de carga eléctrica negativa, ¿porqué se representa su punto de inicio como el polo positivo?”, esto es por que históricamente se definió como un flujo de cargas positivas, luego con el pasar del tiempo se observó que los electrones poseen carga negativa pero la convención ya estaba siendo tan usada que se dejó como estaba.

Los mejores conductores son los categorizadores como “metales” (aproximadamente el 80% de la tabla periódica) y los mejores aislante los no metales.

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Cada metal tiene una resistencia diferente, siendo el más utilizado el cobre aunque también se usa el aluminio (cuando el voltaje es muy alto; > 1000V) y para casos muy especiales (y casi del sector “premium”) el oro.

Se puede diferenciar fácilmente un metal del que no lo es por que los metales tienen conductividad eléctrica, tienden a perder electrones, un brillo característico, son maleables, sólidos a temperatura ambiente (¡¡¡¡¡¡guarda con el mercurio!!!!!), reactivos y dúctiles. La combinación de AL MENOS un metal con más elementos hace una aleación. Ejemplos de metales tenemos; aluminio, bario, berilio, bismuto, calcio, cesio, cromo, cobre, hierro, oro, etc.

Los no metales son aislantes y propensos a ganar electrones. Ejemplos de no metales tenemos; bromo, carbono, cloro, flúor (guarda por que es muy muuuuy reactivo), helio (gas noble, no reacciona con nada), el vidrio, cerámicas, plásticos, goma, caucho, distintos polímeros orgánicos, etc.

La tabla de mejores a peores conductores de electricidad (véase; de los materiales con menor a mayor ohmios de resistencia eléctrica) es;

ConductorConductividad eléctrica (S/m)
Grafeno (carbono puro cristalino)98.7 x 10^6
La plata (a 20°C)63 x 10^6
El cobre (a 20°C)59.6 x 10^6
El cobre recocido (a 20°C)58.0 x 10^6
El oro (a 20°C)45.5 x 10^6
El aluminio (a 20°C)37.8 x 10^6
El Wolframio18.2 x 10^6
El hierro15.3 x 10^6
El carbono2.80 x 10^4
El germanio2.20 x 10^-2
El silicio1.60 x 10^-5
Vidrio1 x 10^-10
Lucita1 x 10^-13
Mica1 x 10^-11
Teflón1 x 10^-13
Cuarzo1.33 x 10^-18
Parafina3.37 x 10^-17

El carbono, germanio y silicio son “semiconductores” y desde el vidrio hasta la parafina son “aislantes”.

En todos los generadores tenemos la “potencia garantizada”; es la cantidad de energía (Amperaje) que siempre va a estar disponible para su uso sin importar las condiciones del clima. No todas las fuentes de energía tienen la misma potencia garantizada.

Según el tipo de generador tenemos;

  1. Los que generan corriente alterna (CA) - Alternador

    La corriente alterna lleva el símbolo; ~

    Este tipo de generadores lo que hacen es ir alternando de forma sincronizada (sincrónica) -SG- los polos positivos y negativos entre los puntos A y B. De tal forma que la polaridad (véase, donde esta cada polo positivo o negativo) se cambia cada X cantidad de tiempo.

    Tienen la ventaja de que permiten que la electricidad se pueda manejar a grandes distancias sin pérdida de voltaje y amperaje. La potencia (watts) de generación se le llama potencia útil/salida y la suministrada en la red es la potencia suministrada/total/absorbida.

    Eficiencia (%) = (Potencia útil / Potencia total) * 100

    Tienen la desventaja de ser mucho más complejos y que al ser sincrónicos deben estar sincronizados con el resto de componentes de la red eléctrica.