Autor: Dr. Alejandro Pérez Alvarado
Catedrático investigador
FIME, UAdeC
Te has preguntado ¿cómo se genera la electricidad que llega a tu casa para encender los focos y los aparatos electrodomésticos? En este artículo explicaremos la manera en que se genera energía eléctrica a partir de fluidos. Primero, necesitamos definir el concepto de fluido; un fluido es cualquier sustancia en estado líquido o gaseoso. El líquido más común es el agua y el gas más común es el aire; cualquier sustancia que se parezca al aire o agua es un fluido. Es decir, de los tres estados que conocemos en la tierra (sólido, líquido y gaseoso), dos de ellos (líquido y gas) conforman los fluidos.
Ahora, ¿cómo es que un fluido puede ejercer una fuerza? Todos hemos sentido una fuerza al sacar la mano por la ventana de un auto en movimiento, observado como las ramas de los árboles se mueven cuando el viento sopla muy fuerte o sentir que la corriente del agua nos empuja en un riachuelo o acequia. Esta fuerza que experimentamos se debe al impacto del fluido con una velocidad sobre una superficie y es la manifestación de un tipo de energía. La energía debida a la velocidad del fluido se conoce como energía cinética y puede ser aprovechada para transformarla en energía eléctrica.
Para transformar la energía cinética (velocidad del fluido) en energía eléctrica se utiliza un dispositivo llamado generador eléctrico. El principio de funcionamiento de un generador eléctrico es la inducción electromagnética; en palabras simplesal mover una bobina dentro de un campo magnético se induce el movimiento de electrones (corriente eléctrica). Así, el generador eléctrico consta de imanes que generan un campo magnético y una bobina (alambre de cobre enrollado) como se muestra en la siguiente figura. Al hacer girar la bobina dentro del campo magnético, los electrones en el alambre empiezan a moverse. Ese movimiento de electrones es lo que llamamos corriente eléctrica. Esa corriente generada se conduce por cables y es la energía que usamos para encender focos y electrodomésticos en casa. El giro de la bobina puede producirse por corrientes de aire o agua aprovechando la fuerza al incidir sobre aspas conectadas al eje del generador.
Cuando la energía proviene de una corriente de aire se utilizan aerogeneradores y la energía proveniente del aire se conoce como energía eólica. Cuando se utiliza una corriente de agua proveniente de una cascada o presa para generar la corriente eléctrica se utiliza una turbina hidráulica. La energía a partir de corrientes de agua se conoce como energía hidráulica. Ya sea que se utilice aire o agua el principio de funcionamiento es el mismo, la corriente gira las aspas conectadas al eje del generador para inducir la corriente eléctrica.
También se puede utilizar un gas a grandes presiones y temperaturas para mover el eje de un generador. Todos hemos escuchado que a alguna vecina le explotó la olla exprés; esto es debido a que el vapor de agua dentro de la olla alcanzó una presión excesiva al calentarse demasiado, empujando con gran fuerza la tapa hasta lograr abrirla. Este es un ejemplo cotidiano de la gran fuerza que un gas a presión puede ejercer. El vapor de agua (que es un gas) a altas presiones tiende a expandirse y generar una fuerza sobre superficies. Este efecto se aprovecha en las turbinas de vapor, donde el vapor de agua a altas presiones y temperaturas se expande y hace girar los álabes conectados al eje del generador, produciendo energía eléctrica. La energía de un fluido debido a la presión que ejerce se conoce como energía de presión.
En este artículo aprendimos como la fuerza ejercida por un fluido puede aprovecharse para generar energía eléctrica para encender focos y aparatos electrodomésticos. El elemento fundamental es la energía cinética (velocidad) o de presión contenida en el fluido, que permite mover el eje del generador y producir energía eléctrica mediante la inducción electromagnética. En la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UAdeC en Monclova se realizan investigaciones para aprovechar las corrientes de baja velocidad mediante turbinas hidráulicas con ayuda de simulación matemática y experimentación física.
El entendimiento y optimización de la transformación de la energía de los fluidos para producir energía eléctrica es primordial para el desarrollo de la sociedad, especialmente ante la escasez de productos del petróleo. Los estudios actuales se enfocan en mejorar la eficiencia de los sistemas y reducir los efectos adversos al medio ambiente.
