2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Los estudios realizados, en los distintos medios de documentación, han dado como

resultado, el hallazgo de los siguientes antecedentes, los cuales guardan una estrecha

relación con nuestro trabajo de investigación.

Mena Alfredo (Diseño de un generador electrostático de Van Der Graaff para prueba

de equipos con corriente continua. obtener titulo de Ingeniería Eléctrica Escuela Politécnica

Nacional, Facultad de Ingeniería, 1975.

Se procede a realizar un estudio de la generación de las altas tensiones continuas;

también de la teoría del campo eléctrico; de este modo se aborda el diseño de los elementos

estáticos que conforman el generador de Van Der Graff; finalmente se aborda el diseño de

los elementos dinámicos complementarios y su presupuesto.

TAPIA, LUIS (2006) Estudio de la variación del voltaje y la frecuencia de

generación de una máquina de inducción funcionando como generador

.

Tesis (Ingeniería Eléctrica)--Escuela Politécnica Nacional. Escuela de Ingeniería,

2006. Este proyecto se enfoca en el estudio de la variación del voltaje y la frecuencia del

generador de inducción al variar la velocidad, la carga y el capacitor de excitación; para

ello se realizó ensayos en el laboratorio y se desarrolló un programa computacional del

modelo matemático, con la finalidad de definir los objetivos mencionados y validar la

teoría expuesta.

2.2 BASES LEGALES

Para la ejecución de este trabajo de investigación, se tomaron como referencia una serie de

leyes y basamentos legales, que están ligados al tema en estudio y que podrán respaldar

legítimamente esta investigación. Estas leyes, tendrán que ser acatados por la ciudadanía

que guarden alguna relación con los mismos, en este caso nos referimos al ámbito laboral

para la realización de las actividades y la debida actuación ante algún basamento legal, así

mismo velaran por que estas se cumplan de la forma más adecuada y de conveniencia para

las partes interesadas.

LEY ORGÁNICA DE EDUCACIÓN

(18 de Agosto de 2009)

Título II

De los Principios y Estructura del Sistema

Capítulo III

De la Educación Básica

Artículo 21

Art. 21: La educación básica tiene como finalidad contribuir a la formación

integral del educando mediante el desarrollo de sus destrezas y de su capacidad

científica, técnica, humanística y artística; cumplir funciones de exploración y

de orientación educativa y vocacional e iniciarlos en el aprendizaje de

disciplinas y técnicas que le permitan el ejercicio de una función socialmente

útil; estimular el deseo de saber y desarrollar la capacidad de ser de cada

individuo de acuerdo con sus aptitudes. La educación básica tendrá una duración

no menor de nueve años. El Ministerio de Educación organizará en este nivel

cursos artesanales o de oficios que permitan la adecuada capacitación de los

alumnos.

Entre los jóvenes hay que promover el conocimiento en diversas áreas, para así lograr

que los adolescentes entrenen sus destrezas en el mejoramiento del estudio, formando una

juventud que pueda afrontar una sociedad que cada día desea adquirir más conocimientos

mediante el alcance de un aprendizaje eficiente y el mejoramiento de sus capacidades

intelectuales.

2.3 BASES TEÓRICAS

A continuación se expondrán los diferentes soportes teóricos que permitieron esclarecer el

objeto de estudio.

2.3.1 Conceptos básicos

2.3.1.1 Campo eléctrico

Propiedad del espacio alrededor de una carga eléctrica. Se le designa con la letra E y su

definición matemática es: E = Q / r2, siendo Q la cantidad de carga eléctrica de un cuerpo y

r, la distancia desde el cuerpo cargado al punto donde se mide el campo eléctrico. Otra

forma de escribir el campo eléctrico es: E = F / q siendo F la fuerza eléctrica entre la carga

Q (E sería el valor del campo que produce la carga Q) y la carga q que es llamada “carga

de prueba” que a una distancia r de Q siente una fuerza F.

2.3.1.2 Carga eléctrica

Propiedad de la materia que le permite interactuar con cuerpos que también la tengan.

Existen dos tipos: positiva y negativa. La menor cantidad de carga que existe libre en la

naturaleza es la del electrón y su unidad de medida en el sistema internacional es el

Coulomb. Un electrón tiene una carga eléctrica de magnitud 1,6 x 10-19 (C).

2.3.1.3 Corriente eléctrica

Flujo de electrones que viaja a través de una sustancia sólida, líquida o gaseosa.

2.3.1.4 Descarga eléctrica

Cuando un cuerpo electrizado neutraliza su carga, se dice que se descarga. Esto se puede

realizar a través de un buen conductor, como un alambre conectado a tierra, como a través

de un gas. El relámpago es el caso más conocido de una descarga eléctrica a través de un

gas (el aire). Para que se realice una descarga en un gas es necesario que las moléculas de

este sean iones (partículas cargadas).

2.3.1.5 Electrones

Partículas atómicas que contienen una carga negativa llamada unidad de carga

fundamental.

2.3.1.6 Fuerza eléctrica

Dos cargas se atraen si son de signo distinto y se repelen si son de igual signo, la fuerza

con que reacciona es llamada “fuerza de Coulomb” y su expresión matemática (medida por

primera vez por Charles Coulomb) es la siguiente: F = Kq1q2 / r2 donde K es una

constante cuyo valor es: 9x109 Nm2 / (C)2, tanto q1 como q2 son las cargas que

intervienen y r es la distancia que las separa.

2.3.1.7 Ionizar

Sacar electrones de átomos o moléculas, producir átomos o moléculas con exceso de carga.

2.3.1.8 Potencial eléctrico

Potencial en un punto del campo eléctrico es la razón entre el trabajo realizado para

trasladar una carga de prueba desde fuera del campo hasta ese punto y el valor de dicha

carga, esto se expresa: V = W / q. Otra definición es: la razón entre la carga que origina el

campo y la distancia que existe entre dicho punto y la carga, su expresión matemática es: V

= q / r.

2.3.2 Breve reseña histórica del Generador de Van Der Graf

Robert J. Van de Graaff diseñó en 1929 el generador eléctrico que llevaría su nombre en el

Instituto de Tecnología de Massachusetts con el fin de realizar experimentos en el campo

de la física nuclear. En estos experimentos se perseguía sacar conclusiones sobre los

núcleos de los átomos a partir de colisiones, para ello, era necesario acelerar partículas

cargadas, que tras alcanzar gran velocidad chocaban contra blancos fijos. En 1931 ya había

conseguido que dicho generador alcanzara diferencias de potencial de hasta 1 MV. Hoy día

nos encontramos con sistemas pelletron que pueden llegar a alcanzar voltajes de 25MV.

2.3.3 Generador de Van Der Graf

El generador de Van Der Graf es una máquina que almacena carga eléctrica en una gran

esfera conductora hueca gracias a la fricción que produce una correa sobre unos peines

metálicos. Las cargas son transportadas por el peine conectado a la esfera hasta ésta donde

se comienzan a acumular.

Un generador de Van Der Graff es lo que se conoce como fuente de corriente o de

intensidad. Es decir, una fuente que provoca una intensidad determinada y que hace que

ésta no varíe con el tiempo. Es justamente lo contrario a una pila o cualquier otro tipo de

batería que son fuentes de tensión, y lo que hacen es proporcionar una diferencia de

potencial constante.

Un generador de Van Der Graff es lo que se conoce como fuente de corriente o de

intensidad. Es decir, una fuente que provoca una intensidad determinada y que hace que

ésta no varíe con el tiempo. Es justamente lo contrario a una pila o cualquier otro tipo de

batería que son fuentes de tensión, y lo que hacen es proporcionar una diferencia de

potencial constante.

2.3.4 Descripción de un Generador de Van Der Graf

Consta de:

1.- Una esfera metálica hueca en la parte superior.

2.- Dos parales que sostienen la esfera

3.- Dos rodillos de diferentes materiales: el superior, que gira libre arrastrado por la correa

y el inferior movido por un motor conectado a su eje.

4.- Dos “peines” metálicos (superior e inferior) para ionizar el aire. El inferior está

conectado a tierra y el superior al interior de la esfera.

5.- Una correa transportadora de material aislante (látex).

6.- Un motor eléctrico montado sobre una base aislante.

Fig. 1 – Partes de un Generador de Van Der Graf

2.3.5 Principio de funcionamiento de un Generador de Van Der Graf

La cinta de goma, estirada entre los dos rodillos, es conducida por un motor de velocidad

moderada. Hemos visto que, de estos dos rodillos, el superior es libre y el inferior ejerce la

función motriz. Según la serie triboeléctrica, por rozamiento se transmiten cargas negativas

del fieltro a la goma. Por lo tanto la cinta adquiere cargas negativas y la superficie del

rodillo cargas positivas. Si puntas metálicas agudas como las del electrodo de cepillo se

colocan cerca de la superficie de la cinta, a la altura del eje del rodillo inferior, se produce

un intenso campo eléctrico entre estas puntas y la superficie de dicho rodillo. Las

moléculas de aire en el espacio existente entre ambos elementos, se ionizan creando un

puente conductor por el que circulan las cargas negativas desde las puntas metálicas hacia

la cinta. Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie del rodillo, pero en medio del

camino se encuentra la cinta y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la

carga positiva del rodillo.

Pero la cinta se mueve hacia arriba, alejándose del rodillo inferior y llevando todos

los electrones hacia el rodillo libre superior, ubicado dentro de la cúpula en la cumbre de

la columna. De esta manera, el rodillo superior adquiere cargas negativas (que también

recibe por el efecto triboeléctrico entre la resina y la goma). Cuando más cargas negativas

llegan sobre la cinta, las mismas son repelidas y saltan la brecha aérea hasta el otro

electrodo tipo cepillo igualmente ubicado en el lugar. Este electrodo está conectado

directamente a la cúpula. Debido a que cargas semejantes se repelen y tratan de ponerse

tan lejos de sí como sea posible, las mismas son transportadas a la superficie exterior

de la cúpula (que es lo más lejano que pueden irse). Las cargas positivas que

recíprocamente son desalojadas de la cúpula, neutralizan las cargas negativas de la cinta y

parcialmente las del rodillo, resultando que las partes descendentes de la banda lo hace con

cargas positivas, cerrándose así el ciclo.

La banda continúa trayendo más carga al rodillo superior y desde allí a la cúpula,

aumentando su potencial. Este aumento en el potencial parará solamente cuando se llegue a

un equilibrio en el entorno.