De dónde sale la electricidad

Inspirado por el título de un par de notas atrás, me puse a investigar sobre verdaderas formas bizarras de generar energía eléctricas.
Y descubrí que hay una cantidad enorme de inventos y experimentos.
Pero antes tenía que hacer una especie de introducción al tema, y como es un poco extenso, lo dividiré en dos posts.

Primero que todo, ¿qué es la energía?

Bueno, estamos partiendo de un terreno fangoso, porque la energía es un concepto que se utiliza en todos los ámbitos de la vida, incluso la física se encarga de medirla, compararla y transformarla. Pero la esencia misma de la energía es un concepto filosófico un poco abstracto y los científicos no se ponen de acuerdo de qué es. Básicamente es la capacidad de realizar un esfuerzo.
Las cosas que están en movimiento se dice que tienen energía cinética. Un auto en movimiento tiene energía cinética. Cuando el auto frena, esa energía no se pierde (que tire la primera piedra quien nunca escuchó que la energía nunca se pierde, sólo se transforma), la energía cinética del auto se transforma mayoritariamente en calor. Cuando el auto comienza a frenar, un sistema hidráulico aprieta los discos de freno dentro de las ruedas y al aumentar la fuerza de rozamiento entre los discos y los cosos que aprietan, la rueda gira más despacio y los discos se calientan, así como la superficie de la goma y el pavimento. Todo ese calor (que luego se disipa porque pasa al aire) proviene de que el auto pierde energía cinética.
La aceleración del auto se produce porque en el motor, se explota gasolina (que tiene mucha energía química) y se la transforma en energía mecánica, que mueve todos los engranajes hasta las ruedas. Para más información véase Trabajo y Energía.

Hay que tener en cuenta que en todos lados, todo el tiempo la energía se está transformando. Sólo hay que tratar de analizar cómo y por qué.

Otra cosa a tener en cuenta para hacer éstos análisis son las Leyes de Newton.

La primera ley, o ley de la inercia, dice que todos los cuerpos, que originalmente se encuentren quietos, o en movimiento en línea recta y uniforme, se van a quedar así para siempre, a menos que se le aplique alguna fuerza que modifique el estado. Esto significa que un auto que tiene el motor apagado pero se está moviendo, tendría que seguir así para siempre, el problema es que éste auto pierde energía cuando le pega el aire (por más leve que sea) y lo calienta, cuando las ruedas rozan contra su eje (y lo calientan) y las gomas que son frenadas de a poco por el pavimento o algún que otro pozo. O una pared. En este caso la energía cinética se pierde haciendo el esfuerzo de doblar las chapas, plásticos y romper los vidrios, y hacer ruido de auto chocando.

La segunda ley es una fórmula que es lo único que recuerda la gente de física de su secundaria. F=m*a o sumatoria de Fuerzas es igual a masa por aceleración. Esta maravillosa fórmula establece una relación entre la Fuerza que se le aplica a un objeto con lo que pesa* y con la velocidad que va a adquirir. Esto significaría que si una misma persona empuja (con la misma fuerza) un carro que pesa 1000kg y otro que pesa 2000kg, el que pesa la mitad va a adquirir el doble de velocidad.

Y la tercera ley, inmortalizada en una canción de Thalía, es la de acción y reacción. Básicamente dice que cuando un cuerpo aplica una fuerza sobre otro, este aplica una fuerza igual pero de sentido contrario con el primero. Esto se puede ver a grandes rasgos cuando un gordo empuja a un flaco, o al revéz, el flaco siempre va a ser el que vuele más lejos, pero el gordo también retrocede un poco. Y si dos personas parecidas se empujan suelen alejarse entre sí igual distancia del punto original (esto no es tan exacto porque uno de los dos puede estar bien afirmado al piso, por la posición o por el tipo de calzado, y el otro se puede caer al piso, pero la idea se entiende creo).

Bueno, con estas cosas en mente, se puede entender bastante fácilmente cómo funcionan los generadores de energía eléctrica. Se sabe que para hacer electricidad, necesitamos perder energía de otro lado, para hacer girar un eje. Ese eje se aferra a unos imanes, y del lado de afuera se enrosca un cable, que cuando los imanes giran, se genera corriente eléctrica en el cable. No voy a ahondar en esto porque es muy largo, pero acá está bien explicado.

Cómo funciona una central termoeléctrica

La forma más común y barata de construir, y por eso es la más común (el 59% de la energía eléctrica argentina viene de esto), es la de quemar carbón, petróleo o gas, en un motor de vapor, que hace girar un eje enorme y genera corriente eléctrica. En estos casos, la energía que se usa es la energía química. La estructura de esas tres sustancias, conocidas como combustibles fósiles, es bastante compleja, y necesita mucha energía que mantengan los átomos en su lugar. Mediante altas temperaturas, se rompe la estructura y la energía que los mantenía unidos se transforma en... sí, adivinaron, calor. El calor se usa para calentar agua, que se encuentra en un tanque con una pequeña apertura. Cuando el agua se calienta genera vapor. El vapor aumenta de cantidad y como está encerrado en un recinto, se comprime solo y luego se larga por el agujerito con mucha presión y velocidad. Éste gas a altas velocidades empuja una hélice, y ésta hélice un eje que genera energía eléctrica. El objetivo siempre es hacer girar un eje.

Las centrales nucleares funcionan igual, sólo que utilizan como fuente de calor elementos como el uranio y generan un 7% de la energía eléctrica argentina.
Y a modo de comentario solamente, y contrario al mito popular, las dos torres que se muestran en Los Simpsons y en la imagen, no son horribles chimeneas contaminantes, sino simplemente disipadores de calor. En ciertos procesos específicos se necesita enfriar agua que se encuentra a altas temperaturas, y se la hace circular por caños de esos tubos, donde la alta temperatura del agua se transmite al aire y a veces se genera vapor. La central nuclear argentina Atucha 1 no tiene eso. De todas maneras contaminan en el caso de que se produzca un accidente o de que los residuos sean mal tratados.

A todas éstas se las considera como fuentes de energía sucias porque al quemarse y descomponerse el combustible, emanan gases y residuos que afectan negativamente al medio ambiente, gases tóxicos para la vida, y otros que afectan el delicado equilibrio existente en la atmósfera con el calor que viene del Sol (básicamente el aumento de estos gases hace que cada vez más calor se quede en la Tierra y no rebote al espacio, lo que genera un aumento de la temperatura promedio del planeta y MUCHAS consecuencias negativas para la vida, a eso se lo llama Calentamiento Global, por el Efecto Invernadero).
También se las llama no-renovables, simplemente porque la cantidad de gas, petróleo y carbón que hay en la corteza del planeta es limitada y si se la sigue quemando va a terminar por acabarse. Y para regenerarse se necesitan millones de años, o sea que en un sentido práctico, no se renuevan nunca.

Energía Hidroeléctrica

De las fuentes de energía renovables, o limpias, ésta es una de las más populares y redituables.
Se trata simplemente de construir una pared enorme que contenga el flujo de un río, con el fin de dejar salir un chorrito por abajo y que ese chorrito de agua le pegue a una hélice para hacer girar un eje, como siempre. Como en Argentina hay muchos ríos, en Córdoba sobre todo, hay muchas represas. Y generan un 35% de la energía eléctrica del país, lo cual es bastante.
Se las denomina renovables porque se basan en el flujo del agua, y para rellenar el embalse sólo tiene que llover rio arriba, y bueno, evidentemente pasa seguido eso..
Y son limpias porque no generan gases contaminantes ni cosas horribles por el estilo.
Pero como todo tiene sus desventajas, construir una pared enorme, y que se forme un lago, hará que se inunde una gran zona río arriba, y porsupuesto eso modifica el ecosistema. Y los peces que navegan el río para poner huevos se encontraran con una pared que la única forma de atravesar es por una gran turbina de acero girando a enormes velocidades, y de ahí no puede salir nada bueno. Se han intentado hacer canales auxiliares, o ascensores para peces, pero nunca tuvieron éxito.

En este caso la energía que se transforma en eléctrica es la energía potencial, que es la energía que tiene una cosa respecto a otra, si está mas arriba, en el caso del agua, si el embalse está a 30 metros de altura, tiene una gran energía potencial, es decir, que cuando esa agua caiga, la energía potencial se va a ir transformando en cinética a medida que adquiera velocidad, y ya hemos visto como la energía cinética se transformaba en mecánica al hacer girar un eje, y éste en eléctrica a través de un aparato que se llama alternador (que no ahondamos en el tema).

Fuentes de energía alternativas

Y finalmente se encuentran éstas, también llamadas verdes, limpias o renovables. A mi entender, son las más apasionantes, ya que cada una tiene un modo completamente diferente de extraer energía de algo, y requieren mucho ingenio, tecnología e ingeniería. Desgraciadamente sólo proveen a la Argentina menos del 0,1% del total, y en el resto del mundo la cifra no aumenta mucho mas. Salvo algunas ciudades ecológicas experimentales, cuyas casas tienen paneles solares, molinos eólicos, etcétcera.

Aunque las fuentes hidroeléctricas coinciden en su mayoría con esta descripción, ya que es limpia, no se la suele considerar una energía alternativa, ya que tiene muchos años de desarrollo, y bueno, se guarda este nombre para las fuentes más experimentales.

La energía eólica, es de las alternativas que están más desarrolladas, y es una de las más populares.
Simplemente transforma la energía cinética del aire en movimiento (también llamado viento) en energía mecánica con sus paletas. El aire va mucho mas despacio luego de atravesar el molino, ya que perdio mucha energía en mover las paletas.
La razón por la cual son tres paletas, y no otro número en la mayoría de los casos, es una mezcla de ingeniería y estética. Hay molinos de dos paletas, tres, cuatro, cinco.. pero evidentemente se desarrollan más los de tres porque son más estables y quedan más lindos en el paisaje. Los principales inconvenientes que se comentan son que los vientos tienden a ser irregulares, y es difícil preveer la cantidad de energía que se generará de un día para el otro, también hay ecologistas que se quejan porque la ubicación más propicia, donde hay más vientos continuos, coincide con las rutas de migración de muchas aves.. y muchas se los llevan puesto, pero bueno, creo que si no cambiamos un poco la situación, la contaminación producida por otras fuentes no va a dejar ningun pájaro vivo para que se choque con un molino.

Mientras la eólica genera alrededor del 1% del consumo de electricidad mundial, representa alrededor del 19% de la producción eléctrica en Dinamarca, 9% en España y Portugal, y un 6% en Alemania e Irlanda.

En Argentina, por ejemplo, hay enormes lugares con vientos (de entre 12 y 65 km/h) continuos a lo largo de todo el año, tenemos toda la Patagonia.. y sería un lugar ideal para empezar a instalar molinos, o parques eólicos (como llaman a zonas donde hay muchos molinos). El problema de esto pasa por la política, y por la planificación a largo plazo. Estos aparatos requieren una gran inversión inicial, y con la venta de la energía eléctrica que produce, se amortiza en unos 15 años. Y no me imagino a Cristina pagando para que en el 2024 tengamos energía gratis.

Se puede leer más de energía eólica acá.

Y el resto de las fuentes de energía alternativas, son demasiado experimentales, y van a formar parte del siguiente post. Que estoy seguro va a ser mucho más interesante que éste

Si te interesa como se compra y vende la electricidad en Argentina, pasá por acá:
Sector eléctrico argentino
Electricidad según Wikipedia
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