CUADERNILLO GUIA ELECTRICIDAD: INSTRUCTOR PABLO
ALANIZMATERIA
Definicin:Materia es todo lo que tienemasay ocupa un lugar en el
espacioLa Qumica es la ciencia que estudia su naturaleza,
composicin y transformacin.
Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio
significa que es cuantificable, es decir, que se puede medir.
Todo cuanto podemos imaginar, desde un libro, un auto, el
computador y hasta la silla en que nos sentamos y el agua que
bebemos, o incluso algo intangible como el aire que respiramos, est
hecho de materia.
Composicin de la materiaLa materia est integrada portomos,
partculas diminutas que, a su vez, se componen de otras an ms
pequeas, llamadas partculas subatmicas, las cuales se agrupan para
constituir los diferentes objetos.
Untomoes lamenor cantidad de un elemento qumicoque tiene
existencia propia y puede entrar en combinacin. Est constituido por
un ncleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y una
corteza, donde se encuentran los electrones. Cuando el nmero de
protones del ncleo es igual al de electrones de la corteza, el tomo
se encuentra en estado elctricamente neutro.
Se denominanmero atmicoal nmero de protones que existen en el
ncleo del tomo de un elemento. Si un tomo pierde o gana uno o ms
electrones adquieren carga positiva o negativa, convirtindose en
union.Los iones se denominan cationessi tienen carga positiva
yanionessi tienen carga negativa.
La mayora de los cientficos cree que toda la materia contenida
en el Universo se cre en una explosin denominadaBig Bang, que
desprendi una enorme cantidad de calor y de energa. Al cabo de unos
pocos segundos, algunos de los haces de energa se transformaron en
partculas diminutas que, a su vez, se convirtieron en lostomosque
integran el Universo en que vivimos.
Estados fsicos de la materiaEn condiciones no extremas de
temperatura, la materia puede presentarse en tres estados fsicos
diferentes:estado slido,estado lquidoyestado gaseoso.
Losslidosposeen forma propia como consecuencia de su rigidez y
su resistencia a cualquier deformacin. La densidad de los slidos es
en general muy poco superior a la de los lquidos, de manera que no
puede pensarse que esa rigidez caracterstica de los slidos sea
debida a una mayor proximidad de sus molculas; adems, incluso
existen slidos como el hielo que son menos densos que el lquido del
cual provienen. Adems ocupan un determinado volumen y se dilatan al
aumentar la temperatura.
Esa rigidez se debe a que las unidades estructurales de los
slidos, los tomos, molculas y iones, no pueden moverse libremente
en forma catica como las molculas de los gases o, en menor grado,
de los lquidos, sino que se encuentran en posiciones fijas y slo
pueden vibrar en torno a esas posiciones fijas, que se encuentran
distribuidas, de acuerdo con un esquema de ordenacin, en las tres
direcciones del espacio.
La estructura peridica a que da lugar la distribucin espacial de
los elementos constitutivos del cuerpo se denominaestructura
cristalina,y el slido resultante, limitado por caras planas
paralelas, se denominacristal.As, pues, cuando hablamos de estado
slido, estamos hablando realmente de estado cristalino.
Loslquidosse caracterizan por tener un volumen propio, adaptarse
a la forma de la vasija en que estn contenidos, poder fluir, ser
muy poco compresibles y poder pasar al estado de vapor a cualquier
temperatura. Son muy poco compresibles bajo presin, debido a que, a
diferencia de lo que ocurre en el caso de los gases, en los lquidos
la distancia media entre las molculas es muy pequea y, as, si se
reduce an ms, se originan intensas fuerzas repulsivas entre las
molculas del lquido.
El hecho de que los lquidos ocupen volmenes propios demuestra
que las fuerzas de cohesin entre sus molculas son elevadas, mucho
mayores que en el caso de los gases, pero tambin mucho menores que
en el caso de los slidos. Las molculas de los lquidos no pueden
difundirse libremente como las de los gases, pero las que poseen
mayor energa cintica pueden vencer las fuerzas de cohesin y escapar
de la superficie del lquido (evaporacin).
Losgasesse caracterizan porque llenan completamente el espacio
en el que estn encerrados. Si el recipiente aumenta de volumen el
gas ocupa inmediatamente el nuevo espacio, y esto es posible slo
porque existe una fuerza dirigida desde el seno del gas hacia las
paredes del recipiente que lo contiene. Esafuerza por unidad de
superficiees lapresin.Los gases son fcilmente compresibles y
capaces de expansionarse indefinidamente.
Los cuerpos pueden cambiar de estado al variar la presin y la
temperatura.El agua en la naturaleza cambia de estado al
modificarse la temperatura; se presenta en estado slido, como nieve
o hielo, como lquido y en estado gaseoso como vapor de agua
(nubes).
LA MOLECULA
Es un conjunto de tomos unidos unos con otros por enlaces
fuertes. Es la expresin mnima de un compuesto o sustancia qumica,
es decir, es una sustancia qumica constituida por la unin de varios
tomos que mantienen las propiedades qumicas especficas de la
sustancia que forman.
Una macromolcula puede estar constituida por miles o hasta
millones de tomos, tpicamente enlazados en largas cadenas.
La molcula, entonces, es la unidad ms pequea de una sustancia
que muestra todas las caractersticas qumicas de esa sustancia.
Cada molcula tiene un tamao definido y puede contener los tomos
del mismo elemento o los tomos de diversos elementos.
Una sustancia que est compuesta por molculas que tienen dos o ms
elementos qumicos, se llamacompuesto qumico. Ejemplos de compuesto
qumico molecular son el agua y el dixido de carbono.
El agua se forma de molculas que contienen dos tomos de hidrgeno
y uno de oxgeno. El dixido de carbono se forma de molculas que
contienen dos tomos de oxgeno y uno de carbono.
Esquema de una molcula de agua(H2O).Esquema molcula de dixido de
carbono (CO2).
EL ATOMO
En el siglo V antes de Cristo, el filsofo griego Demcrito
postul, sin evidencia cientfica, que el Universo estaba compuesto
por partculas muy pequeas e indivisibles, que llam "tomos".
tomo, la unidad ms pequea posible de un elemento qumico.En la
filosofa de la antigua Grecia, la palabra tomo se empleaba para
referirse a la parte de materia ms pequeo que poda concebirse. Esa
partcula fundamental, por emplear el trmino moderno para ese
concepto, se consideraba indestructible. De hecho, tomo significa
en griego no divisible. El conocimiento del tamao y la naturaleza
del tomo avanz muy lentamente a lo largo de los siglos ya que la
gente se limitaba a especular sobre l.
Sin embargo, los avances cientficos de este siglo han demostrado
que la estructura atmica integra a partculas ms pequeas.
As una definicin de tomo sera:
El tomoes la parte ms pequea en la que se puede obtener materia
de forma estable, ya que las partculas subatmicas que lo componen
no pueden existir aisladamente salvo en condiciones muy especiales.
El tomo est formado por un ncleo, compuesto a su vez por protones y
neutrones, y por una corteza que lo rodea en la cual se encuentran
los electrones, en igual nmero que los protones.
Protn,descubierto porErnest Rutherforda principios del siglo XX,
el protn es una partcula elemental que constituye parte del ncleo
de cualquier tomo. El nmero de protones en el ncleo atmico,
denominado nmero atmico, es el que determina las propiedades
qumicas del tomo en cuestin. Los protones poseen carga elctrica
positiva y una masa 1.836 veces mayor de la de los electrones.
Neutrn,partcula elemental que constituye parte del ncleo de los
tomos. Fueron descubiertos en 1930 por dos fsicos alemanes, Walter
BotheyHerbert Becker.La masa del neutrn es ligeramente superior a
la del protn, pero el nmero de neutrones en el ncleo no determina
las propiedades qumicas del tomo, aunque s su estabilidad frente a
posibles procesos nucleares (fisin, fusin o emisin de
radiactividad). Los neutrones carecen de carga elctrica, y son
inestables cuando se hallan fuera del ncleo, desintegrndose para
dar un protn, un electrn y un antineutrino.
Electrn, partcula elemental que constituye parte de cualquier
tomo, descubierta en 1897 porJ. J. Thomson.Los electrones de un
tomo giran en torno a su ncleo, formando la denominadacorteza
electrnica.La masa del electrn es 1836 veces menor que la del protn
y tiene carga opuesta, es decir, negativa. En condiciones normales
un tomo tiene el mismo nmero de protones que electrones, lo que
convierte a los tomos en entidades elctricamenteneutras.Si un tomo
capta o pierde electrones, se convierte en un ion.
LEY DE COULOMB
LaLey de Coulomb, que establece cmo es la fuerza entre dos
cargas elctricas puntuales, constituye el punto de partida de la
Electrosttica como ciencia cuantitativa.
Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por
Cavendish pocos aos despus, pero fue Coulomb en 1785 quien la
someti a ensayos experimentales directos.
Entendemos porcarga puntualuna carga elctrica localizada en un
punto geomtrico del espacio. Evidentemente, una carga puntual no
existe, es una idealizacin, pero constituye una buena aproximacin
cuando estamos estudiando lainteraccin entre cuerpos cargados
elctricamentecuyas dimensiones son muy pequeas en comparacin con la
distancia que existen entre ellos.
LaLey de Coulombdice que "la fuerza electrosttica entre dos
cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las
separa, y tiene la direccin de la lnea que las une. La fuerza es de
repulsin si las cargas son de igual signo, y de atraccin si son de
signo contrario".
Es importante hacer notar en relacin a la ley de Coulomb los
siguientes puntos:
a)cuando hablamos de la fuerza entre cargas elctricas estamos
siempre suponiendo que stas se encuentran en reposo (de ah la
denominacin de Electrosttica);
Ntese que la fuerza elctrica es una cantidad vectorial, posee
magnitud, direccin y sentido.b)las fuerzas electrostticas cumplen
latercera ley de Newton (ley de accin y reaccin); es decir, las
fuerzas quedos cargas elctricas puntualesejercen entre s soniguales
en mdulo y direccin, pero desentido contrario:
Fq1 q2= Fq2 q1;
Representacin grfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del
mismo signo.
En trminos matemticos, esta ley se refiere a la magnitud F de la
fuerza que cada una de las dos cargas puntualesq1yq2ejerce sobre la
otra separadas por una distanciary seexpresa en forma de ecuacin
como:
SHAPE \* MERGEFORMAT
kes una constante conocida comoconstante Coulomby las barras
denotanvalor absoluto.
Fes el vector Fuerza que sufren las cargas elctricas. Puede ser
de atraccin o de repulsin, dependiendo del signo que aparezca (en
funcin de que las cargas sean positivas o negativas).- Si las
cargas son de signo opuesto (+ y ), lafuerza"F" ser negativa, lo
que indicaatraccin- Si las cargas son del mismo signo ( y + y +),
lafuerza"F" ser positiva, lo que indicarepulsin.
En el grfico vemos que, independiente del signo que ellas
posean, las fuerzas se ejercen siempre en la misma direccin
(paralela a la lnea que representa r), tienen siempre igual mdulo o
valor (q1x q2= q2x q1) y siempre se ejercen en sentido contrario
entre ellas.Recordemos que la unidad por carga elctrica en el
Sistema Internacional (SI) es el Coulomb.
c)hasta donde sabemos la ley de Coulomb es vlida desde
distancias de muchos kilmetros hasta distancias tan pequeas como
las existentes entre protones y electrones en un tomo.
Los tomos poseen a su vez partculas portadoras de distintas
clase de carga elctrica:Carga positiva: losprotonesy carga
negativa: loselectrones
Ahora nos preguntaremos,Qu es un electrn libre?El electrn es un
tipo de partcula elemental de carga negativa y que, junto con los
protones y los neutrones, forma los tomos y las molculas. Los
electrones estn presentes en todos los tomos y cuando son
arrancados del tomo se llaman electrones libres.
Un tomo elctricamente neutro tiene el mismo nmero de protones
que de electrones. Todo cuerpo material contiene gran nmero de
tomos y su carga global es nula salvo si ha perdido o captado
electrones, en cuyo caso posee carga neta positiva o negativa,
respectivamente. Sin embargo, un cuerpo, aunque elctricamente
neutro, puede tenercargas elctricas negativas en ciertas zonas y
cargas positivas en otras.En todo proceso, fsico o qumico, la carga
total de un sistema de partculas se conserva. Es lo que se conoce
como principio de conservacin de la carga.Lascargas elctricasdel
mismo tipointeraccionanrepelindose y las cargas de distinto tipo
interaccionan atrayndose. La magnitud de esta interaccin viene dada
por laley de Coulomb.
CONDUCTORES Y MALOS CONDUCTORESLa electricidad es una forma de
energa que se puede trasmitir de un punto a otro.
Todos los cuerpos presentan esta caracterstica, que es propia de
las partculas que lo
Los cuerpos, segn su capacidad de trasmisin de la corriente
elctrica, son clasificados en conductores y
aisladores.Conductoresson los que dejan traspasar a travs de ellos
la electricidad.
Entre stos tenemos a los metales como el cobre.
En general, los metales son conductores de la electricidad.
Son materiales cuyaresistenciaal paso de la electricidad es muy
baja. Los mejores conductores elctricos son metales, como elcobre,
eloro, elhierroy elaluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros
materiales no metlicos que tambin poseen la propiedad de conducir
la electricidad, como elgrafitoo lasdisolucionesysoluciones
salinas(por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material enestado
de plasma.
Resistividad de algunos materiales a 20C
MaterialResistividad (m)
Plata21,55 108
Cobre31,70 108
Oro42,22 108
Aluminio52,82 108
Wolframio65,65 108
Nquel76,40 108
Hierro88,90 108
Platino910,60 108
Estao1011,50 108
Acero inoxidable 3011172,00 108
Grafito1260,00 108
Elconductores el encargado de unir elctricamente cada uno de los
componentes de un circuito. Dado que tiene resistencia hmica, puede
ser considerado como otro componente ms con caractersticas
similares a las de la resistencia elctrica.
De este modo, la resistencia de unconductor elctricoes la medida
de la oposicin que presenta al movimiento de loselectronesen su
seno, es decir la oposicin que presenta al paso de la corriente
elctrica. Generalmente su valor es muy pequeo y por ello se suele
despreciar, esto es, se considera que su resistencia es nula
(conductor ideal), pero habr casos particulares en los que se deber
tener en cuenta su resistencia (conductor real).
La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo
() en m, de su seccin (S) en m, del tipo de material y de
latemperatura. Si consideramos la temperatura constante (20C), la
resistencia viene dada por la siguiente expresin:
en la quees laresistividad(una caracterstica propia de cada
material).
Aisladores o malos conductores, son los que no permiten el paso
de la corriente elctrica, ejemplo: madera, plstico, etc.
DIELECTRICOS: Se denominadielctricoal material mal conductor
deelectricidad, por lo que puede ser utilizado comoaislante
elctrico, y adems si es sometido a uncampo elctricoexterno, puede
establecerse en l uncampo elctricointerno, a diferencia de
losmateriales aislantescon los que suelen confundirse. Todos los
materiales dielctricos son aislantes pero no todos los materiales
aislantes son dielctricos.1Algunos ejemplos de este tipo de
materiales son elvidrio, lacermica, lagoma, lamica, lacera,
elpapel, lamaderaseca, la porcelana, algunasgrasaspara uso
industrial y electrnico y labaquelita. En cuanto a los gases se
utilizan como dielctricos sobre todo elaire, elnitrgenoy
elhexafluoruro de azufre.
El trmino "dielctrico" fue concebido porWilliam Whewell(del
griego "da" que significa "a travs de") en respuesta a una peticin
de Michael .2
CARGA Y CORRIENTE ELECTRICAHacia el ao 600 antes de Cristo
(a.C.), el filsofo griegoTales de Miletodescubri que una barra de
mbar frotada con un pao atraa objetos pequeos, como trocitos de
papel. Llam electricidad a la propiedad adquirida por la barra,
porquembaren griego se diceelektron.
El fenmeno se observa tambin en muchos otros materiales, como
plstico o vidrio, y modernamente se llamacarga elctricaa la
propiedad que adquieren al frotarlos. La corriente elctrica que
utilizamos diariamente consta de cargas elctricas en movimiento,
que se producen en formas ms eficientes que frotando cuerpos.
Carga elctrica
La carga elctrica es una magnitud fsica caracterstica de los
fenmenos elctricos. La carga elctrica es una propiedad de los
cuerpos. Cualquier trozo de materia puede adquirir carga
elctrica.
Laelectricidad estticaes una carga elctrica que se mantiene en
estado estacionario (en reposo) sobre un Todo cuerpo se compone de
tomos, cada uno de los cuales posee igual nmero de electrones y
protones.
Loselectronesposeen unacarga negativa, y losprotonesunacarga
positiva. Estas cargasse contrarrestanunas a otras, para que el
objeto resulteneutro(no cargado).
Pero al frotar, por ejemplo, un peine o peineta sobre un chaleco
los electrones saltan del chaleco al peine y ste se carga de
electricidad esttica.
El peine pasa a tenerms electrones que protonesy secarga
negativamente, mientras que el chaleco conms protones que
electrones, secarga positivamente.
Por lo tanto, se pueden definir dos tipos de cargas
elctricas:
1.- Carga positiva:Corresponde a la carga del protn.
2.- Carga negativa:Corresponde a la carga del electrn.
Las cargas elctricas no se crean al frotar un cuerpo, sino que
se trasladan.
Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo
contrario se atraen.
Igual signo: se repelen Distinto signo: se atraen
En todos los fenmenos elctricos que se originan en el interior
de un sistema aislado, vale laley de conservacin de cargas, segn la
cualla suma de las cargas elctricas positivas menos la de las
cargas negativas se mantiene constante.
La unidad con que se mide la carga elctrica es elcoulomb(C), en
honor aCharles Coulomb, y que corresponde a lo siguiente:
1 Coulomb = 6,25x1018electrones. Por lo que la carga del electrn
es de1,6x10-19C.
Para lograr que un cuerpo quede cargado elctricamente requerimos
que haya en l un exceso de uno de los dos tipos de carga (+ o ), lo
cual podemos lograr haciendo uso de diferentes procesos, como
elfrotamiento(ya visto en el ejemplo del peine), el contactoy
lainduccinGeneracin de corriente elctrica:.En general, lageneracin
de energa elctricaconsiste entransformaralguna clase de
energa(qumica,cintica,trmicaolumnica, entre otras), enenerga
elctrica. Para la generacin industrial se recurre a instalaciones
denominadas centrales elctricas, que ejecutan alguna de las
transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escaln del
sistema. La generacin elctrica se realiza, bsicamente, mediante
ungenerador; si bien estos no difieren entre s en cuanto a su
principio de funcionamiento, varan en funcin a la forma en que se
accionan. Explicado de otro modo, difiere en qu fuente de energa
primaria utiliza para convertir la energa contenida en ella, en
energa elctrica.
Desde que se descubri lacorriente alternay la forma de
producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa
actividad tecnolgica para llevar la energa elctrica a todos los
lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construccin de
grandes y variadas centrales elctricas, se han construido
sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribucin. Sin
embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en
todo el planeta. As, los pases industrializados o delprimer
mundoson grandes consumidores de energa elctrica, mientras que los
pasesen vas de desarrolloapenas disfrutan de sus ventajas.
La demanda de energa elctrica de una ciudad, regin o pas tiene
una variacin a lo largo del da. Esta variacin es funcin de muchos
factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en
la zona y turnos que realizan en su produccin, climatologa extremas
de fro o calor, tipo de electrodomsticos que se utilizan ms
frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en
los hogares, la estacin del ao y la hora del da en que se considera
la demanda. La generacin de energa elctrica debe seguir la curva de
demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe
incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener que
iniciar la generacin con unidades adicionales, ubicadas en la misma
central o en centrales reservadas para estos perodos. En general
los sistemas de generacin se diferencian por el periodo del ciclo
en el que est planificado que sean utilizados; se consideran de
base la nuclear y la elica, de valle la termoelctrica de
combustibles fsiles, y de pico la hidroelctrica principalmente (los
combustibles fsiles y la hidroelctrica tambin pueden usarse como
base si es necesario).
Corriente de Energa.
Dependiendo de la fuente primaria de energa utilizada, las
centrales generadoras se clasifican en qumicas cuando se utilizan
plantas de radioactividad, que generan energa elctrica con el
contacto de esta, termoelctricas (decarbn,petrleo,gas, nucleares y
solares termoelctricas), hidroelctricas (aprovechando las
corrientes de los ros o del mar: mareomotrices), elicas y solares
fotovoltaicas. La mayor parte de la energa elctrica generada a
nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de centrales
reseados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen
en comn el elemento generador, constituido por unalternador de
corriente, movido mediante unaturbinaque ser distinta dependiendo
del tipo de energa primaria utilizada.
Por otro lado, un 64% de los directivos de las principales
empresas elctricas consideran que en el horizonte de 2018 existirn
tecnologas limpias, WN, accesibles y renovables de generacin local,
lo que obligar a las grandes corporaciones del sector a un cambio
de mentalidad.1 1Centrales termoelctricas 1.1Centrales trmicas
solares 1.2Centrales geotrmicas 1.3Centrales nucleares 2Centrales
hidroelctricas 2.1Centrales mareomotrices 3Centrales elicas
4Centrales fotovoltaicas 5Generacin a pequea escala 5.1Grupo
electrgeno 5.2Pila voltaica 5.3Pilas de combustible 5.4Generador
termoelctrico de radioistopos 6Vase tambin 7Referencias 8Enlaces
externosCentrales termoelctricasUna central termoelctrica es un
lugar empleado para la generacin de energa elctrica a partir de
calor. Este calor puede obtenerse tanto de lacombustin, de lafisin
nucleardel uraniou otrocombustible nuclear, delsolo del interior de
la Tierra. Las centrales que en el futuro utilicen lafusintambin
sern centrales termoelctricas. Los combustibles ms comunes son
loscombustibles fsiles(petrleo,gas naturalocarbn),
susderivados(gasolina,gasleo),biocarburantes,residuos slidos
urbanos, metano generado en algunas estaciones, etc.En su forma ms
clsica, las centrales termoelctricas consisten en unacalderaen la
que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a
unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor
obtenido, a alta presin y temperatura, se expande a continuacin en
unaturbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que
genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en
uncondensadordonde circula por tubos agua fra de un caudal abierto
de un ro o portorre de refrigeracin.
En las centrales termoelctricas denominadas deciclo combinadose
usan los gases de la combustin del gas natural para mover
unaturbina de gas. En una cmara de combustin se quema el gas
natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de los gases y
mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos
gases todava se encuentran a alta temperatura (500C), se reutilizan
para generar vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de
estas turbinas impulsa un alternador, como en una central
termoelctrica comn. El vapor luego es enfriado por medio de un
caudal de agua abierto o torre de refrigeracin como en una central
trmica comn. Adems, se puede obtener la cogeneracin en este tipo de
plantas, al alternar entre la generacin por medio de gas natural o
carbn. Este tipo de plantas est en capacidad de producir energa ms
all de la limitacin de uno de los dos insumos y pueden dar un paso
a la utilizacin de fuentes de energa por insumos diferentes.
Las centrales trmicas que usan combustin liberan a la
atmsferadixido de carbono(CO2), considerado el principal gas
responsable delcalentamiento global. Tambin, dependiendo del
combustible utilizado, pueden emitir otros contaminantes comoxidos
de azufre,xidos de nitrgeno, partculas slidas (polvo) y cantidades
variables de residuos slidos. Las centrales nucleares
generanresiduos radiactivosde diversa ndole que requieren una
disposicion final de mxima segurdiad y pueden contaminar en
situaciones accidentales
Centrales trmicas solares
Unacentral trmica solaro central termosolar es una instalacin
industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido
mediante radiacin solar y su uso en un ciclo termodinmico
convencional, se produce la potencia necesaria para mover un
alternador para generacin de energa elctrica como en una central
trmica clsica. En ellas es necesario concentrar la radiacin solar
para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300C hasta
1000C, y obtener as un rendimiento aceptable en elciclo
termodinmico, que no se podra obtener con temperaturas ms bajas. La
captacin y concentracin de los rayos solares se hacen por medio de
espejos con orientacin automtica que apuntan a una torre central
donde se calienta el fluido, o con mecanismos ms pequeos de
geometra parablica. El conjunto de la superficie reflectante y su
dispositivo de orientacin se denominaheliostato. Su principal
problema medioambiental es la necesidad de grandes extensiones de
territorio que dejan de ser tiles para otros usos (agrcolas,
forestales, etc.).
Centrales geotrmicas
Laenerga geotrmicaes aquellaenergaque puede obtenerse mediante
el aprovechamiento delcalordel interior de laTierra. El trmino
"geotrmico" viene delgriegogeo(Tierra), ythermos(calor). Este calor
interno calienta hasta las capas de agua ms profundas: al ascender,
el agua caliente o el vapor producen manifestaciones, como los
giseres o las fuentes termales, utilizadas para calefaccin desde la
poca de los romanos. Hoy en da, los progresos en los mtodos de
perforacin y bombeo permiten explotar la energa geotrmica en
numerosos lugares del mundo. Para aprovechar esta energa en
centrales de gran escala necesario que se den temperaturas muy
elevadas a poca profundidad.Centrales nucleares
Unacentraloplanta nuclearoatmicaes una instalacin industrial
empleada para lageneracin de energa elctricaa partir deenerga
nuclear. Se caracteriza por el empleo decombustible
nuclearfisionableque mediantereacciones nuclearesproporciona
calorque a su vez es empleado, a travs de unciclo
termodinmicoconvencional, para producir el movimiento
dealternadoresque transforman eltrabajo mecnicoenenerga elctrica.
Estas centrales constan de uno o msreactores.
Centrales hidroelctricas
Una central hidroelctrica es aquella que se utiliza para la
generacin de energa elctrica mediante el aprovechamiento de
laenerga potencialdel agua embalsada en unapresa situada a ms alto
nivel que la central. El agua se lleva por una tubera de descarga a
la sala de mquinas de la central, donde mediante enormesturbinas
hidrulicasse produce la electricidad en alternadores. Las dos
caractersticas principales de una central hidroelctrica, desde el
punto de vista de su capacidad de generacin de electricidad
son:
Lapotencia, que es funcin del desnivel existente entre el nivel
medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la
central, y del caudal mximo turbinarle, adems de las caractersticas
de la turbina y del generador.
Laenergagarantizada en un lapso determinado, generalmente un ao,
que est en funcin del volumen til del embalse, de la pluviometra
anual y de la potencia instalada.
La potencia de una central hidroelctrica puede variar desde unos
pocosMW, hasta variosGW. Hasta 10 MW se consideranminicentrales. En
China se encuentra la mayor central hidroelctrica del mundo
(laPresa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de
22.500 MW. La segunda es laRepresa de Itaip(que pertenece
aBrasilyParaguay), con una potencia instalada de 14.000 MW en 20
turbinas de 700 MW cada una.
Esta forma de energa posee problemas medioambientales al
necesitar la construccin de grandes embalses en los que acumular el
agua, que es sustrada de otros usos, incluso urbanos en algunas
ocasiones.
Actualmente se encuentra en desarrollo la explotacin comercial
de la conversin en electricidad del potencial energtico que tiene
el oleaje del mar, en las llamadascentrales mareomotrices. Estas
utilizan el flujo y reflujo de lasmareas. En general puede ser til
en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y las
condiciones morfolgicas de la costa permitan la construccin de una
presa que corte la entrada y salida de la marea en una baha. Se
genera energa tanto en el momento del llenado como en el momento
del vaciado de la bobina
Centrales mareomotrices
Lascentrales mareomotricesutilizan el flujo y reflujo de
lasmareas. En general, puede ser til en zonas costeras donde la
amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfolgicas de la
costa permitan la construccin de una presa que corte la entrada y
salida de la marea en una baha. Se genera energa tanto en el
momento del llenado como en el momento del vaciado de la baha.
Actualmente se encuentra en desarrollo la explotacin comercial
de la conversin en electricidad del potencial energtico que tiene
el oleaje del mar, en las llamadascentrales undimotrices.
Centrales elicas
Capacidad elica mundial total instalada 1996-2012 [MW]. Fuente:
GWEC
La energa elica se obtiene mediante el movimiento del aire, es
decir, de laenerga cinticagenerada por efecto de las corrientes de
aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los
molinosse han usado desde hace muchos siglos para moler el grano,
bombear agua u otras tareas que requieren una energa. En la
actualidad se usanaerogeneradorespara generar electricidad,
especialmente en reas expuestas a vientos frecuentes, como zonas
costeras, alturas montaosas o islas. La energa del viento est
relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan
de reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja
presin, con velocidades proporcionales al gradiente de presin.2El
impacto medioambiental de este sistema de obtencin de energa es
relativamente bajo, pudindose nombrar el impacto esttico, porque
deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de
los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que
se sustraen de otros usos. Adems, este tipo de energa, al igual que
la solar o la hidroelctrica, estn fuertemente condicionadas por las
condiciones climatolgicas, siendo aleatoria la disponibilidad de
las mismas.
Centrales fotovoltaicas
Se denomina energa solar fotovoltaica a la obtencin de energa
elctrica a travs de paneles fotovoltaicos. Los paneles, mdulos o
colectores fotovoltaicos estn formados por dispositivos
semiconductores tipodiodoque, al recibirradiacin solar, se excitan
y provocan saltos electrnicos, generando una pequea diferencia de
potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de
estos fotodiodos permite la obtencin de voltajes mayores en
configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeos
dispositivos electrnicos. A mayor escala, la corriente elctrica
continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede
transformar en corriente alterna e inyectar en la red
elctrica.Alemaniaes en la actualidad el segundo productor mundial
de energa solar fotovoltaica trasJapn, con cerca de 5 millones de
metros cuadrados de colectores de sol, aunque slo representa el
0,03% de su produccin energtica total. La venta depaneles
fotovoltaicosha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la
dcada de los noventa. En la Unin Europea el crecimiento medio anual
es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la
Unin.3Los principales problemas de este tipo de energa son su
elevado coste en comparacin con los otros mtodos, la necesidad de
extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la
competencia del principal material con el que se construyen con
otros usos (el slice es el principal componente de los circuitos
integrados), o su dependencia con las condiciones climatolgicas.
Este ltimo problema hace que sean necesarios sistemas de
almacenamiento de energa para que la potencia generada en un
momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se
estn estudiando sistemas como elalmacenamiento cintico, bombeo de
agua a presas elevadas,almacenamiento qumico, entre otros.
Corriente elctrica
Lascargas elctricas en movimiento en un conductor constituyen
una corriente elctrica.
La corriente elctrica es producida por una diferencia de
potencial entre dos puntos. Se produce una diferencia de potencial
entre dos puntos cuando stos tienen cargas de diferente signo.
Cmo se produce la corriente?Todos los cuerpos existentes en la
naturaleza estn elctricamente neutros mientras no se rompa el
equilibrio que existe entre el nmero de electrones y de protones
que poseen sus tomos.
Los cuerpos en la naturaleza tienden a estar neutros; es decir,
tienden a descargarse. Cuando un conductor C une dos cuerpos A y B,
el cuerpo A con exceso de electrones y el cuerpo B con dficit de
electrones, los electrones se distribuyen uniformemente entre ambos
cuerpos.El movimiento de los electrones a travs de C se conoce como
corriente elctrica.La fuerza que impulsa a los electrones a moverse
se debe a la diferencia de potencial o tensin (V) que existe entre
A y B. Si la tensin es muy alta, los electrones pueden pasar de un
cuerpo al otro a travs del aire, por ejemplo, el rayo. En cambio,
si la tensin es baja, los electrones necesitan ciertos materiales,
llamados conductores, para pasar de un cuerpo a otro.
Los conductores ms importantes son los metales. La Tierra es un
inmenso conductor que, debido a que tiene tantos tomos, puede ganar
o perder electrones sin electrizarse. Por esto, si un cuerpo
electrizado se conecta a tierra, se produce una corriente elctrica,
hasta que el cuerpo se descarga.
Un cuerpo neutro tiene potencial elctrico nulo.
Un cuerpo con carga positiva (dficit de electrones) tiene
potencial positivo.
Un cuerpo con carga negativa (exceso de electrones) tiene
potencial negativo.
En otros trminos, la corriente elctrica se define como un flujo
de electrones.Existen dos tipos de corriente: lacorriente alternay
lacorriente continua.
a) Corriente continua:Abreviado como DC, es aquella en la cual
las cargas se mueven en una sola direccin. Las pilas y bateras
producen este tipo de corriente.
b) Corriente alterna:Abreviada AC, es aquella en la cual las
cargas fluyen en una direccin y luego en direccin opuesta. Su
polaridad cambia de forma cclica en el circuito. Las veces (ciclos)
o frecuencia en que cambia por segundo se mide en Hertz (Hz).
En un circuito los electrones circulan desde el polo negativo al
polo positivo, este es el sentido de la corriente, la que recibe el
nombre de corriente real. Pero los tcnicos usan una corriente
convencional, donde el sentido del movimiento es el contrario de la
corriente real, es decir, el sentido es del polo positivo al polo
negativo.
Diferencia de potencial
La diferencia de potencial (o tensin) entre dos puntos es la
energa que hay que dar a una carga positiva para desplazarla desde
un punto al otro. La unidad de medida es elvoltio (V).
Del mismo modo que se necesita una presin para que circule agua
por una tubera, se necesita tensin (fuerza) para que circule la
corriente elctrica por un conductor.
El instrumento para medir la diferencia de potencial, tensin o
voltaje es elvoltmetro.Este se conecta en paralelo en el circuito a
medir.
La intensidad de corriente
Es la cantidad de carga elctrica que circula por un conductor
por unidad de tiempo. Su unidad es elamperio (A). Corresponde al
paso de un coulomb de carga cada segundo.
El instrumento que mide la intensidad es elampermetro. Se
conecta en serie en el circuito a medir.Resistencia
Los electrones, al moverse a travs de un conductor, deben vencer
una resistencia; en los conductores metlicos, esta resistencia
proviene de las colisiones entre los electrones. La resistencia
elctrica de un conductor se define como la oposicin que presenta un
conductor al paso de la corriente a travs de l.
La unidad de resistencia es elohmio (W o ): resistencia que
ofrece un conductor cuando por l circula un amperio y entre sus
extremos hay una diferencia de potencial de un voltio.
La resistencia elctrica de un conductor depende de su
naturaleza, de su longitud y de su seccin.
A mayor longitud, mayor resistencia. A mayor seccin, menos
resistencia.
R = L/Ses una constante que depende del material,
llamadaresistividad.Sabemos quela corriente elctricaes el paso de
electrones por un circuito o a travs de un elemento de un circuito
(receptor). Conclusin la corriente elctrica es un movimiento de
electrones.
Estos electrones por los conductores pasan muy a gusto porque no
les impiden el paso, pero cuando llegan algn receptor, como por
ejemplo una lmpara, para pasar a travs de ella les cuesta ms
trabajo, es decir les ofrece resistencia a que pasen por el
receptor. Eso es precisamente la Resistencia Elctrica.
Qu es la Resistencia Elctrica?
La Resistencia Elctrica es la oposicin o dificultad al paso de
la corriente elctrica. Cuanto ms se opone un elemento de un
circuito a que pase por el la corriente, ms resistencia tendr.
Veamos esto mediante la frmula de la Ley de Ohm, formula
fundamental de los circuitos elctricos:
I = V / R Esta frmula nos dice que la Intensidad o Intensidad de
Corriente Elctrica que recorre un circuito o que atraviesa
cualquier elemento de un circuito, es igual a la Tensin (V) a la
que est conectado, dividido por su Resistencia (R).
Segn esta frmula en un circuito o en un receptor que est
sometido a una tensin constante (por ejemplo a la tensin de una
pila) la intensidad que lo recorre ser menor cuanto ms grande sea
su resistencia.Comprobamos que la resistencia se opone al paso de
la corriente, a ms R menos I.
Si no tienes muy claro las magnitudes elctricas como la tensin,
la intensidad, etc. te recomendamos este enlace:Magnitudes
Elctricas
Todos los elementos de un circuito tienen resistencia elctrica,
excepto los conductores que se considera caso cero (aunque tienen
un poco). Se mide en Ohmios () y se representa con la letra R.
Ya sabemos que los elementos de un circuito tienen resistencia
elctrica, pero lgicamente unos tienen ms que otros e incluso hay
algunos elementos quesu nica funcines precisamente esa, oponerse al
paso de la corriente u ofrecer resistenciaal paso de la corriente
para limitarla y que nunca supere una cantidad de corriente
determinada. Un elemento de este tipo tambinse llama Resistencia
Elctrica. A continuacin vemos algunas de las ms usadas.
De este tipo de resistencias es de las que vamos hablar a
continuacin. Hay muchos tipos diferentes y se fabrican de
materiales diferentes.
Para el smbolo de la resistencia electrica dentro de los
circuitos electricos podemos usar dos diferentes:
Da igual usar un smbolo u otro.
El valor de una resistenciaviene determinado por su cdigo de
colores. Vemos en la figura anterior de varias resistencias como
las resistencias vienen con unas franjas o bandas de colores. Estas
franjas, mediante un cdigo, determinan el valor que tiene la
resistencia.
Cdigo de Colores de Resistencias Elctricas
Para saber el valor de un resistencia tenemos que fijarnos que
tiene 3 bandas de colores seguidas y una cuarta ms separada.
Leyendo las bandas de colores de izquierda a derecha las 3
primeras bandas nos dice su valor, la cuarta banda nos indica la
tolerancia, es decir el valor + - que puede tener por encima o por
debajo del valor que marcan las 3 primeras bandas. Un ejemplo. Si
tenemos una Resistencia de 1.000 ohmios () y su tolerancia es de un
10%, quiere decir que esa resistencia es de 1000 pero puede tener
un valor en la realidad de +- el 10% de esos 1000, en este caso 100
arriba o abajo. En conclusin ser de 1000 pero en realidad puede
tener valores entre 900 y 1100 debido a la tolerancia.
Los valores si los medimos con un polmetro suelen ser bastante
exacto, tengan la tolerancia que tengan.
Ahoravamos a ver como se calcula su valor. El color de la
primera banda nos indica la cifra del primer nmero del valor de la
resistencia, el color de la segunda banda la cifra del segundo
nmero del valor de la resistencia y el tercer color nos indica por
cuanto tenemos que multiplicar esas dos cifras para obtener el
valor, o si nos es ms fcil, el nmero de ceros que hay que aadir a
los dos primeros nmeros obtenidos con las dos primeras bandas de
colores.
El valor de los colores los tenemos en el siguiente esquema:
Veamos algunos ejemplos. Imaginemos esta resistencias
El primer color nos dice que tiene un valor de 2, el segundo de
7, es decir 27, y el tercer valor es por 100.000 (o aadirle 5
ceros). La resistenciavaldr 2.700.000 ohmios. Fcil no?.
Cul ser su tolerancia?pues como es color plata es del 10%. Esa
resistencia en la realidad podr tener valores entre 2.700.000 +- el
10% de ese valor. Podr valer 270.000 ms o menos del valor terico
que es 2.700.000.
Veamos algunos ejemplos ms:
La que viene en la imagen del cdigo es negra-roja-verde :
0200000 es decir 200.000 tolerancia 10%.
Una con los siguientes colores verde-negro-marrn, el marrn es el
color caf. Ser de 50 ms un cero del marrn, es decir es de 500.
El Valor real de una resistencia lo podemos averiguar medianteel
polmetro, aparato de medidas elctricas, incluida la
resistencia.RESEA HISTORICAHistricamente, la corriente elctrica se
defini como un flujo de cargas positivas y se fij como sentido
convencional de circulacin de la corriente el flujo de cargas desde
el polo positivo al negativo. Ms adelante se observ, que en los
metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa,
y que se desplazan en sentido contrario al convencional.Lo cierto
es que, dependiendo de las condiciones, una corriente elctrica
puede consistir de un flujo de partculas cargadas en una direccin,
o incluso en ambas direcciones al mismo tiempo. La convencin
positivo-negativa es ampliamente usada para simplificar esta
situacin. PRACTICO SEGURIDAD
RESPETE EL PODER DE LA ELECTRICIDAD La electricidad es una
fuerte fuerza invisible que da poder a maquinaria, luces,
calentones, aires acondicionados, y muchas otras formas de equipo
de los que hemos llegado a depender. Sin embargo, la electricidad
puede ser muy peligrosa, tambin. El contacto accidental con
corriente elctrica puede provocar lesin, fuego, daos extensivos y
hasta la muerte, Es muy importante el recordar que trabajar con y
alrededor de electricidad requiere toda su atencin y
respeto.INFORME A SU SUPERVISOR DE EQUIPO DEFECTUOSOEl contacto con
electricidad no tiene que ocurrir si Ud. sigue algunos simples
lineamientos generales. Es muy importante que informe
inmediatamente a su supervisor de cualquier equipo defectuoso de
modo que pueda ser reparado o reemplazado. No trate de reparar la
herramienta usted mismo, Cierre el equipo, o por lo menos, pngale
etiqueta para que otros estn conscientes de que el equipo est
daado.USE ROPA PROTECTORA Debera ser parte de su rutina usar
guantes de hule y zapatos de suela de hule o botas, especialmente
si est trabajando alrededor de electricidad en un ambiente mojado.
Por supuesto, usted sabe que el agua y la electricidad no se
mezclan, pero & 1 68n;qu tan seguido piensa Ud. acerca de otros
lquidos, tales como grasa, aceite o solventes? Operar un taladro
con manos sudorosas tambin puede ser un potencial para choque
elctrico. Sin embargo, no cometa el error de creer que artculos
protectores solos lo protegern independientemente de su accin.
Recuerde trate de hacer lo mejor para evitar hacer cualquier
contacto con la electricidadREGULARMENTE INSPECCIONE SUS
HERRAMIENTAS ELCTRICAS Inspeccione sus herramientas elctricas
regularmente, incluyendo las herramientas grandes talescomo sierras
de mesa, taladros y esmeriles de mesa. Pruebe su equipo primero
antes de empezar a trabajar. Si cualquier herramienta le da un
choque ligeramente o le sale humo y chispas cuando el aparato est
prendido, no lo utilice, avsele a su supervisor
inmediatamente.INSPECCIONE EL CABLE DE ALIMENTACIN Revise el
aislamiento alrededor del cable de alimentacin para asegurarse que
est en buenas condiciones. No debera haber ningn alambre expuesto o
puntas desgastadas. Conexiones en malas condiciones deberan de ser
reemplazadas, nunca pegadas con cinta adhesiva o empalmadas. Revise
la clavija al final del cordn para asegurar que los dientes estn
seguros en la clavija y que ninguno falta. Si falta un diente, no
utilice la herramienta. Si nota que una de las tenazas en la
clavija es ligeramente ms grande que la otra, no trate de recortar
la tenaza para concordar con la ms pequea. Estas tenazas estn
polarizadas para evitarle un choque. Cuando desconecta conexiones
de la enchufe,recuerde de jalar de la clavija y no el
cordn.ASEGRESE QUE EL EQUIPO ELCTRICO ESTE CONECTADO A TIERRA
ADECUADAMENTE El equipo elctrico adecuadamente conectado a tierra
puede ofrecerle proteccin en caso de que el equipo no funcione bien
elctricamente. Si su herramienta elctrica indica que est aislada
doblemente en la etiqueta del fabricante, esto significa que hay
aislamiento en el interior de la herramienta para protegerlo de
choque. Este tipo de herramienta solamente tendr una clavija de dos
dientes. Si la herramienta no indica que est aislada doblemente,
entonces usted tiene que tener un tercer diente en la enchufe. Est
tercer diente, o enchufe est conectado a tierra, conecta su
herramienta en la tierra o suelo as en caso de un funcionamiento
deficiente, la electricidad correr a travs de este diente de tierra
a tierra y desviar su cuerpo. Si el diente se quiebra, Ud. no tiene
proteccin alguna y toda la electricidad atravesar su cuerpo. Un
Interruptor de Circuito de Falta de Tierra debera de ser utilizado
donde exista la posibilidad que Ud. pueda hacer contacto con
lahumedad sobre el suelo, como cuando trabaja afuera.TENGA CUIDADO
CON LNEAS DE ALTO VOLTAJE SOBRE LA CABEZA Es muy importante el
mantener su distancia de lneas de alto voltaje por encima de su
cabeza. Cada ao, trabajadores de construccin y agrcolas son
lesionados o mueren porque han hecho contacto accidentalmente con
las lneas de alto voltaje que pasan por arriba de la cabeza. Para
evitar que esto le ocurra a Ud., prepare su trabajo. Salga al rea
en la que planea mover equipo grande, amontonar pacas dentro de, o
donde colocar pipas de irrigacin y busque alrededor alambres y
postes elctricos por arriba. Entonces planee su trabajo alrededor
de ellos. Recuerde, las lneas de alto voltaje no estn aisladas.
Tambin, est consciente que hay leyes que prohben cualquier trabajo
dentro de seis pies de las lneas que cargan entre 600 y 50,000
voltios, y una distancia mnima de 10 pies de estas lneas cuando est
operando equipo detipo estampido (hidrulico) para levantar.NO
MALTRATE LOS CORDONES DE LAS EXTENSIONES Los cordones de extensin
parecen inofensivos, pero pueden causar una buena porcin de daos si
son maltratados. Ningn cordn de extensin que est torcido, atado en
un nudo, aplastado, cortado, o doblado y puede aislar la corriente
elctrica en una manera segura. Un cordn de extensin que es
maltratado de esta manera puede provocar un corto circuito, fuego o
hasta choque elctrico. No utilice cordones de extensin en reas que
reciben una gran cantidad de trfico porque no solamente causarn que
alguien se tropiece, pero constante trfico gastar la cubierta de
plstico aislante. Si usted no tiene opcin y tiene que utilizar
cordones en reas de mucho trfico, asegrese de que los cordones estn
asegurados en fifiel suelo con cinta adhesiva o que estn colgados
alto arriba. Los cordones de extensin sern utilizados temporalmente
y nunca como una fuente de poder permanente para el equipo. NUNCA
LE ECHE AGUA A UN FUEGO ELCTRICO Como se mencion anteriormente, el
agua y la electricidad no mezclan. En realidad, el agua es un
excelente conductor de electricidad, y si s hecha agua a un fuego
elctrico, solamente esparcir el fuego. En lugar de eso, utilice un
extinguidor de fuego qumico. Asegrese de que sabe cmo operar un
extinguidor de fuego qumico y donde est el ms cercano en caso de
emergencia. Si tiene preguntas o tiene dificultad en localizar un
extinguidor, pdale ayuda a su supervisor.PRACTIQUE BUENA LIMPIEZA
La seguridad con la electricidad involucra algo ms que simplemente
asegurarseque el equipoelctrico est en estado de buena operacin.
Tambin involucra asegurarse que usted pueda obtener la fuente de
poder principal tan rpido como sea posible sin subir sobre
obstrucciones en el caso de una emergencia. Mantenga los pasillos y
caminos libres y limpios de basura, y asegrese de que todos los
lquidos inflamables, tales como gases o productos qumicos, estn
almacenados lejos del rea donde cualquier herramienta elctrica ser
operada. Muchas herramientas elctricas producen chispas, que pueden
encender los humos de lquidos inflamables y pueden causar dao
extensivo. CINCO REGLAS DE OROConclusin: al trabajar en
instalaciones elctricas recuerde siempre:
1. Cortar todas las fuentes en tensin.
2. Bloquear los aparatos de corte.
3. Verificar la ausencia de tensin.
4. Poner a tierra y en cortocircuito todas las posibles fuentes
de tensin.
5. Delimitar y sealizar la zona de trabajo.TENER EN CUENTA
Cmo podemos socorrer a un electrocutado?Es muy importante tener
en cuenta que no debemos tocar al accidentado mientras est en
contacto con la corriente elctrica pues corremos peligro de
electrocutarnos tambin.
Para empezar interrumpiremos la corriente desconectado el
fusible o los interruptores y retiraremos al accidentado del
circuito elctrico utilizando un material no conductor que sirva de
aislante, es decir, nos colocaremos sobre algn material seco y
aislante (alfombra, peridicos, madera, etc.) y con un palo o una
silla le empujaremos lejos de la fuente de electricidad. Tambin
apagaremos las llamas si existen.A continuacin comprobaremos las
constantes vitales del accidentado:
Si respira le colocaremos en posicin lateral de seguridad.
Buscar otras posibles lesiones como hemorragias, shock,
fracturas, para tratar primero la lesin ms grave.
Poner sobre las quemaduras un apsito limpio y estril.
Si no respira o no tiene pulso comenzaremos las maniobras de
reanimacin cardiopulmonar mantenindolas el mayor tiempo
posible.
CIRCUITO ELECTRICO
Es un camino elctrico, un recorrido por donde circula el flujo
elctrico .El recorrido del circuito depende de lo que lo que se
quiera lograr con el circuito, ya sea mover un motor, generar luz a
travs de una lmpara, producir calor atreves de la resistencia de
una plancha. Un circuito bsico est formado por (5) elementos: la
fuente de energa, la carga o el consumo, los cables, la proteccin y
el interruptor
Existen dos tipos de circuitos: circuito abierto y circuito
serrado
ESTUDIO DE UN CIRCUITO ELECTRICO
El estudio o anlisis de un circuito elctricos se realiza a travs
dela variables elctricas. Una variable es una propiedad del
circuito elctrico, no constante, es decir, una propiedad que vara
de circuito en circuito. Tomemos por ejemplo el hecho de comprar un
foco, cuando compramos un foco no alcanza con decir deme un foco,
necesitamos decir deme un foco de una determinada potencia
elctrica, la variable elctrica que define al foco que estoy
comprando es la potencia elctrica
El anlisis de las variables elctricas se realiza a travs de
frmulas matemticas y pueden ser medidas en forma indirecta travs de
instrumentos especficos.
Las variables elctricas que vamos a estudiar son. Diferencia de
potencial elctrico, corriente elctrica, resistencia elctrica,
potencia elctrica y energa elcLey de OhmLaley de Ohmes uno de las
leyes pilares de la electricidad. Es muy sencilla y es aplicada a
la resolucin de circuitos de corriente continua.
La ley se cimenta en tres partes que sonla intensidad de
corriente, la resistencia y la tensin o voltaje existente. Dice que
la resistencia que hay en un sector de un circuito, como el de una
resistencia, es igual a la relacin que existe entre la tensin o
diferencia de potencial y la intensidad de corriente.
R = V / I
Las unidades son para R, elOhm(W) para la tensin el volt (V) y
para la intensidad de corriente el ampere (A).
En los problemas nos pedirn uno de estos valores y deberemos
tener los otros 2 para poder solucionarlo. A veces no es tan
sencillo como parece y tenemos en frente circuitos con muchas
resistencias en diferentes disposiciones. En estos casos debemos
calcular la resistencia total de un circuito y luego con ese valor
si encaramos la ley de Ohm para sacar la I total o la V total.
Es importante conocer los smbolos de uncircuito bsico de
electricidad.
En este esquema vemos 3 resistencias, la fuente de tensin y la
intensidad circulando. Ahora veremos que las resistencias se pueden
disponer de dos distintas maneras. Por un lado las conectadas en
serie y por otro las que estn conectadas en paralelo. Las que estn
dispuestas en serie se encuentran conectadas sin divisin de
corriente. En cambio en la figura anterior vemos 3 resistencias en
paralelo, ya que se ven divisiones o nodos donde la corriente es
separada. En los casos de resistencias en paralelo, estas se
disponen separadas por una divisin de corriente. Si queremos saber
laresistencia total de uncircuitousaremos distintas frmulas si se
trata de conexin en serie o en paralelo.
En serie:
RT = R1 + R2 + R3
En paralelo:
1/RT= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
Otra cosa importante que queremos aclarar es que las
resistencias en serie tienen la misma intensidad de corriente ya
que no hay divisin en el recorrido. Pero la V es distinta para cada
resistencia, salvo que estas tengan el mismo valor.
En el caso de las ubicadas en paralelo, la V es la misma para
todas, pero la corriente es diferente para cada una salvo que estas
valgan lo mismo.
En algunos problemas es comn que tengamos resistencias de ambos
tipos, es decir, en serie y en paralelo. Tambin debemos calcular la
resistencia total. Por ejemplo:
Vemos que cada R tiene asignada un nmero para ser distinguida.
Como observamos las R 23 y 4 estn en paralelo al igual que las R 6
y 7. Primero resolveremos estos 2 pares de R.
La R equivalente al primer par ser:
1/R = 1/6 + 1/4
1/R = 5/12
Invertimos 1/R para saber el valor de la R equivalente
R = 12/5 ohm
Para el otro par:
1/R = 1/8 + 1/8
1/R = 2/8 = 1/4
R = 4 ohm
Ahora la R equivalente del primer par entre R23 y R4 est en
serie con R1 por lo tanto las podemos sumar directamente:
6 ohm + 12/5 ohm = 8.4 ohm
Lo mismo ocurre para el segundo par. R4 se suma a la R
equivalente de 4 ohm
4 ohm + 4 ohm = 8 ohm
Por ltimo, tenemos solo 3 resistencias que se encuentran en
paralelo.
1/ RT = 1/8.4 + 1/8
RT = 4.1 ohm
Ahora bien, si queremos calcular la intensidad total de
corriente es fcil porque tenemos la V total y la R total. Solo
debemos aplicar laleyde ohm.
R = V / I
I = V / R
I = 10 v / 4.1 ohm
I = 2.43 amperes
Si quisiramos calcular las I que circulan para cada R del
circuito el proceso es ms largo. Debemos conocer las cadas de
tensin en cada R y recin despus aplicar la ley de Ohm sacando la I
que nos interese.
Para calcular las distintas tensiones nos conviene aplicar una
de las leyes de Kirchoff. Dice que la suma de las cadas de tensin
en un circuito es igual a la tensin o diferencia de potencial total
del circuito. Por lo tanto, debemos observar nuestro circuito y ver
que entre los puntos los puntos A y B est la cada total. Hay dos
ramas principales. La superior compuesta por las R 1, 23 y 4 y la
de abajo compuesta por las R 5, 6 y 7. Ambas ramas estn sometidas a
la misma V. podemos calcular la I que circulara por la parte
ascendente. Solo tendremos en cuenta la R total que habamos
calculado para la parte superior que nos dio 6.417 ohm. Con este
valor y el de la V calculamos la I por la ley de Ohm.
I = V / R
I = 10 V / 8.4 ohm
I = 1.19 amperes
Ahora bien, esta I atraviesa la R1 que est en serie con las R 23
y R4 y a estas ltimas. Pero antes de pasar por las R 23 y R 4 se
dividir en dos de diferente valor. Debemos conocer la V entre estas
dos R para sacar cada una de las I que pasan por ellas. Como si en
vez de dos R en paralelo hubiera una sola es decir, su equivalente
que nos haba dado 12/5 = 2.4 ohm. La V entre estas dos R dar:
V = R x I
V = 2.4 ohm x 1.19 A
V = 2.86 Volt
Esta V es para ambas R en paralelo y la I se dividir en dos I
nuevas y menores como mencionamos anteriormente que ser muy fcil
calcular con la Ley de Ohm:
La que circula por la R 23 ser I 23:
I = V / R
I = 2.86 V / 6 ohm
I = 0.477 amperes
La que circula por la R 4:
I 4 = V / R 4
I 4 = 2.86 V / 4 ohm
I 4 = 0.715 amperes
El alumno podr calcular de la misma manera las I de la rama de
abajo. Al sumar las I debern dar el resultado de la I total, esta
es una forma de verificar que de bien.
La diferencia de potencial entre dos puntos de un conductor es
directamente proporcional a la intensidad que circula por l. La
relacin entre estos factores constituye una ley fundamental.
V = I R Esta ley tiene el nombre del fsico alemnGeorg Ohm, que
en un tratado publicado en 1827, hall valores de tensin y corriente
que pasaba a travs de unos circuitos elctricos simples que contenan
una gran cantidad de cables. l present una ecuacin un poco ms
compleja que la mencionada anteriormente para explicar sus
resultados experimentales. La ecuacin de arriba es la forma moderna
de la ley de Ohm.Elementos de un circuitoUn circuito elctrico es el
camino o ruta por donde pasa la corriente elctrica. Para esto
necesitamos un conjunto de elementos conductores conectados para
transmitir la electricidad.
El generador o fuente de energa para mover las cargas
elctricas.
La resistencia o material que dificulta o permite el paso de la
corriente.
Los cables de conexin entre la fuente y los aparatos
elctricos
El interruptor o punto de control de corriente: cerrado o
abierto.
Ejemplo:
Circuito en serieTiene slo un camino de recorrido para la
corriente. Si ms de un componente es conectado en este circuito
toda la corriente fluir a travs de dicho camino.
Las ampolle titas del rbol de Pascua estn conectadas en serie,
si t sacas una de ellas (o si se quema) se apagan todas porque el
circuito queda interrumpido.
Las caractersticas de las resistencias conectadas en serie
son:
a) por cada resistencia circula la misma corriente
I = I1= I2= I3b) la tensin de la fuente es igual a la suma de
las tensiones de cada una de las resistencias
V = V1+ V2+ V3c) la resistencia equivalente a todas ellas es
igual a la suma de cada resistencia
R = R1+ R2+ R3Circuito en paraleloEste circuito tiene ms de un
camino para que la corriente circule.
Las ampolletas de la mesa del comedor estn conectadas en
paralelo, si se quema una de ellas no se apagan las otras porque
cada una est conectado en forma independiente a la fuente de
corriente
Las caractersticas de las resistencias conectadas en paralelo
son:
a) la corriente que produce la fuente es igual a la suma de la
corriente que circula por cada resistencia
I = I1+ I2+ I3b) la tensin de la fuente es igual a la tensin de
cada una de las resistencias
V = V1= V2= V3c) la resistencia equivalente a todas ellas es
igual a la suma del inverso de cada resistencia
I = 1 / VLeyes de Kirchoff
La ley de Ohm se aplica a cualquier parte del circuito tanto
como al circuito completo. Puesto que la corriente es la misma en
las tres resistencias de la figura 1, la tensin total se divide
entre ellas.
En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese
nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma
equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo
es igual a cero
La tensin que aparece a travs de cada resistencia (la cada de
tensin) puede obtenerse de la ley de Ohm.
Ejemplo: Si la tensin a travs de Rl la llamamos El, a travs de
R2, E2, y a travs de R3, E3, entonces
figura1El = IxRI = 0,00758 X 5000 = 37,9 V
E2 = IxR2 = 0,00758 X 20.000 = 151,5 V
E3 = IxR3 = 0,00758 X 8000 = 60,6 V
La primera ley de Kirchhoff describe con precisin la situacin
del circuito: La suma de las tensiones en un bucle de corriente
cerrado es cero. Las resistencias son sumideros de potencia,
mientras que la batera es una fuente de potencia, por lo que la
convencin de signos descrita anteriormente hace que las cadas de
potencial a travs de las resistencias sean de signo opuesto a la
tensin de la batera. La suma de todas las tensiones da cero. En el
caso sencillo de una nica fuente de tensin, una sencilla operacin
algebraica indica que la suma de las cadas de tensin individuales
debe ser igual a la tensin aplicada.
E= El + E2 + E3
E= 37,9 + 151,5 + 60,6
E= 250 V
En problemas como ste, cuando la corriente es suficientemente
pequea para ser expresada en miliamperios, se puede ahorrar
cantidad de tiempo y problemas expresando la resistencia en kilohms
mejor que en ohms. Cuando se sustituye directamente la resistencia
en kilohms en la ley de Ohm, la corriente ser en miliamperios si la
FEM est en voltios.
Resistencias en paralelo
En un circuito con resistencias en paralelo, la resistencia
total es menor que la menor de las resistencias presentes. Esto se
debe a que la corriente total es siempre mayor que la corriente en
cualquier resistencia individual. La frmula para obtener la
resistencia total de resistencias en paralelo es
R=1 / (1/R1)+(1/R2)+(1/R3)+...
donde los puntos suspensivos indican que cualquier nmero de
resistencias pueden ser combinadas por el mismo mtodo.
En el caso de dos resistencias en paralelo (un caso muy comn),
la frmula se convierte en
R= R1xR2 / R1+R2
Ejemplo: Si una resistencia de 500 O est en paralelo con una de
1200 O, la resistencia total es:
R = 500x1200/500+1200=600000 / 1700 =353
Segunda ley de Kirchhoff
Hay otra solucin para el problema. Suponga que las tres
resistencias del ejemplo anterior se conectan en paralelo como se
muestra en la figura 2.
figura2
La misma FEM, 250 V, se aplica a todas las resistencias.
La corriente en cada una puede obtenerse de la ley de Ohm como
se muestra ms abajo, siendo I1 la corriente a travs de Rl, I2 la
corriente a travs de R2, e I3 la corriente a travs de R3.
Por conveniencia, la resistencia se expresar en kilohms, por
tanto la corriente estar en miliamperios.
I1=E / R1=250 / 5 = 50mA
I2 = E / R2 = 250 / 20 =12,5mA
I3 = E / R3 = 250 / 8 = 31,25 mA
La corriente total es
I total =I1 + 12 + 13 = 50 + 12,5 + 31,25 = 93,75 mA
Este ejemplo ilustra la ley de corriente de Kirchhoff.
"La corriente que circula hacia un nodo o punto de derivacin es
igual a la suma de las corrientes que abandonan el nodo o
derivacin."
Por tanto, la resistencia total del circuito es
R total= E / I = 250 / 93,75 = 2,667 KO
CORRIENTE CONTINUA
Lacorriente continuase refiere al flujo continuo decarga
elctricaa travs de un conductorentre dos puntos de
distintopotencial, que no cambia de sentido con el tiempo. A
diferencia de lacorriente alterna, en la corriente continua
lascargas elctricascirculan siempre en la misma direccin. Aunque
comnmente se identifica la corriente continua con una corriente
constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la
mismapolaridad, as disminuya su intensidad conforme se va
consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batera
elctrica).Tambin se dice corriente continua cuando los electrones
se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina
corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al
negativo.1
Representacin de la tensin en corriente contina.
Hay dos maneras de producir electricidad para aplicarla a usos
prcticos: bien mediante mquinas llamadas dinamos o generadores de
corriente elctrica, cuando se trata de un consumo apreciable para
instalaciones fijas; o bien mediante el empleo de bateras de pilas
secas o de acumuladores, si se trata de aparatos porttiles o
vehculos automviles.
Una pila transforma la energa qumica en energa elctrica; parte
de esa energa qumica se transforma en calor (energa calorfica) y el
resto en corriente elctrica.
Existen dos clases de pilas: la primaria, cuya carga no puede
renovarse cuando se agota, excepto reponiendo las sustancias
qumicas de que est compuesta, y la secundaria, que s es susceptible
de reactivarse sometindola al paso ms o menos prolongado de una
corriente elctrica continua, en sentido inverso a aqul en que la
corriente de la pila fluye normalmente. La pila seca comn que se
emplea, por ejemplo, en las lmparas porttiles es una pila
primaria.
En la fabricacin de una pila primaria se pueden emplear diversas
sustancias qumicas, pero el principio que rige su funcionamiento
ser siempre el mismo. As en la pila primaria, hay dos metales
diferentes, o bien un metal y carbn (estos elementos son
designadoselectrodos), y un lquido, denominadoelectrolito.Uno de
estos elementos llamado el ctodo, o sea el polo negativo, es
generalmente de cinc; el positivo, denominado nodo, es casi siempre
de carbn. Las reacciones qumicas que tienen lugar, hacen que el
ctodo se disuelva poco a poco en el electrlito, lo cual pone en
libertad a electrones que, de encontrar un conductor o sistema que
conecte a ambos electrodos, por donde puedan circular, producen una
corriente elctrica.TIPOS DE PILA:Clasificacin:
Las pilas se pueden dividir en dos tipos principales de estas,
primarias o secundarias. Una pila primaria produce energa
consumiendo algn qumico que esta contiene. Cuando este se agota, la
pila ya no produce ms energa y debe ser reemplazada. Por ejemplo en
este grupo encontramos a las pilas de zinc-carbono.
Las pilas secundarias, o pilas de almacenamiento, obtienen su
energa transformando alguno de sus qumicos en otro tipo de qumicos.
Cuando el cambio es total, la pila ya no produce ms energa. Sin
embargo, esta puede ser recargada mandando una corriente elctrica
de otra fuente a travs de ella para as poder volver a los qumicos a
su estado original. Un ejemplo de este grupo es la batera de auto o
pila de cido-plomo.
CORRIENTE ALTERNA
Se denominacorriente alterna(abreviadaCAen espaol yACen ingls,
de (alternating current) a lacorriente elctricaen la que la
magnitud y el sentido varan cclicamente. La forma de oscilacin de
la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una
oscilacinsinodal(figura 1), puesto que se consigue una transmisin
ms eficiente de la energa. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se
utilizan otras formas de oscilacinperidicas, tales como la
triangular o la cuadrada.
Utilizada genricamente, la CA se refiere a la forma en la cual
la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo,
las seales deaudioy de radiotransmitidas por loscables elctricos,
son tambin ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin ms
importante suele ser la transmisin y recuperacin de la informacin
codificada (omodulada) sobre la seal de la CA.
Corriente alterna frente a corriente continua
La razn del amplio uso de la corriente alterna viene determinada
por su facilidad de transformacin, cualidad de la que carece la
corriente. En el caso de la corriente continua, la elevacin de la
tensin se logra conectando dnamos en serie, lo que no es muy
prctico; al contrario, en corriente alterna se cuenta con un
dispositivo: el transformador, que permite elevar la tensin de una
forma eficiente.
Laenerga elctricaviene dada por el producto de latensin,
laintensidady el tiempo. Dado que la seccin de los conductores de
las lneas de transporte de energa elctrica depende de la
intensidad, mediante untransformadorse puede elevar el voltaje
hasta altos valores (alta tensin), disminuyendo en igual proporcin
la intensidad de corriente. Con esto la misma energa puede ser
distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente
y, por tanto, con bajas prdidas por causa delefecto Jouley otros
efectos asociados al paso de corriente, tales como lahistresiso
lascorrientes de Foucault. Una vez en el punto de consumo o en sus
cercanas, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso
industrial o domstico y comercial de forma cmoda y segura.POTENCIA
ELECTRICAPotencia es la velocidad a la que se consume la
energa.
Tambin se puede definir Potencia como la energa desarrollada o
consumida en una unidad de tiempo, expresada en la frmula
Se lee:Potencia es igual a la energa dividida por el tiempoSi la
unidad de potencia (P) es el watt (W), en honor de Santiago Watt,
la energa (E) se expresa en julios (J) y el tiempo (t) lo
expresamos en segundos, tenemos que:
Entonces, podemos decir que la potencia se mide en julio (joule)
dividido por segundo (J/seg) y se representa con la letra P.
Adems, diremos que la unidad de medida de la potencia elctrica P
es el watt, y se representa con la letra W.
Como unJ/segequivale a1watt(W), por tanto, cuando se consume1
julio (joule)de potencia en un segundo, estamos gastando o
consumiendo1 wattde energa elctrica.
Para entenderlo, hagamos un smil: Si la energa fuese un lquido,
la potencia sera los litros por segundo que vierte el depsito que
lo contiene.
Clculo de la potencia
Para calcular la potencia que consume un dispositivo conectado a
un circuito elctrico se multiplica el valor de la tensin, envolt
(V), aplicada por el valor de laintensidad (I)de la corriente que
lo recorre (expresada enampere).
Para realizar ese clculo matemtico se utiliza la siguiente
frmula:
P = V IExpresado en palabras:Potencia (P) es igual a la tensin
(V) multiplicada por la Intensidad (I).Como la potencia se expresa
en watt (W), sustituimos la P que identifica la potencia por su
equivalente, es decir, la W de watt, tenemos tambin que:P = W, por
tanto,
W = V IExpresado en palabras:Watt (W) es igual a la tensin (V)
multiplicada por la Intensidad (I).Si conocemos la potencia en watt
de un dispositivo y la tensin o voltaje aplicado (V) y queremos
hallar la intensidad de corriente (I) que fluye por un circuito,
despejamos la frmula anterior y realizamos la operacin matemtica
correspondiente:
Si observamos lafrmula W = V I veremos que el voltaje y la
intensidad de la corriente que fluye por un circuito elctrico son
directamente proporcionales a la potencia; es decir, si uno de
ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia tambin aumenta o
disminuye de forma proporcional.
Entonces podemos deducir que,1 watt(W) es igual a1 amperede
corriente (I) que fluye por un circuito, multiplicado por1 volt(V)
de tensin o voltaje aplicado.
1 watt = 1 volt 1 ampere
A modo de ejemplo, resolvamos el siguiente problema:
Cul ser la potencia o consumo en watt de una ampolleta conectada
a una red de energa elctrica domstica monofsica de 220 volt, si la
corriente que circula por el circuito de la ampolleta es de 0,45
ampere?
Sustituyendo los valores en la frmula tenemos:
P = VIP = 220 0,45P = 100 watt
Es decir, la potencia de consumo de la ampolleta ser de 100
W.
Si en el mismo ejemplo quisiramos hallar la intensidad de la
corriente que fluye por la ampolleta y conocemos la potencia y la
tensin o voltaje aplicada al circuito, usamos lafrmula
Si realizamos la operacin utilizando los mismos datos del
ejemplo anterior, tendremos:
Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo,
tambin se pueden utilizar cualquiera de las dos frmulas
siguientes:
O
Con la primera, el valor de la potencia se obtiene elevando al
cuadrado el valor de la intensidad de corriente en ampere (A) que
fluye por el circuito, multiplicando a continuacin ese resultado
por el valor de la resistencia en ohm o ohmio()que posee la carga o
consumidor conectado al propio circuito.Con la segunda frmula
obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del
voltaje de la red elctrica y dividindolo a continuacin por el valor
en ohm o ohmio()que posee la resistencia de la carga conectada.
Kilowatt/horaUsando el watt y el segundo resultan unidades muy
pequeas, por ello, para medir la potencia elctrica se usa otra
unidad llamada kilowatt-hora.
Esta unidad proviene de despejar energa (E) de la ya conocida
ecuacin
Despejando la ecuacin, la energa queda
Entonces la unidad de energa sera
1 julio = 1 watt x 1 segundopero1 kilowatt = 1.000 watty1 hora =
3.600 segundos, por lo tanto:
1 Kilowatt-hora = 1 KWh = 1.000 watt x 3.600 segundos = 3,6 x
106julios
O, tambin:
1 KWh = 3.600.000 julios
Cuando la corriente circula por un conductor, los electrones
pierden energa al colisionar al interior del conductor, como
consecuencia de esto, aumenta la temperatura; es decir, la energa
elctrica se disipa en forma de calor. Si el conductor es muy fino,
ste se calienta hasta ponerse incandescente, este efecto tiene
aplicacin en estufas, hornos elctricos, ampolletas, etc.
Una de las aplicaciones ms tiles de la energa elctrica es su
transformacin en calor. Como el calor es una forma de energa, se
mide en julios, pero existe una unidad para medir el calor:
lacalora. Esta se puede transformar en julios por medio de
principio de equivalencia definido por James Joule, que
establece
1 julio = 0,24 caloras
Entonces, para encontrar el calor proporcionado por una
corriente elctrica, basta multiplicar la energa en joule por 0,24;
es decir, el calor se puede obtener de la siguiente forma:
Q = P t x 0,24 caloras
Siendo esta frmula la expresin de la ley de Joule cuyo enunciado
es el siguiente:
"El calor desarrollado por una corriente elctrica al circular
por un conductor es directamente proporcional al tiempo, a la
resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de la
corriente."
Ejercicios:1.- Una ampolleta tiene las siguientes
caractersticas: 100 watt, 220 voltios. Calcula
a) La intensidad de la corriente que pasa por la ampolleta
cuando la encendemos
b) La resistencia del filamento de la ampolleta
c) El calor que desprende la ampolleta en media hora
d) La energa consumida en una semana si est encendida durante 5
horas diarias
2.- La potencia de una lavadora es 1.800 watt, si un generador
le suministra una corriente de8,18 A, a qu tensin est
conectada?
3.- Un generador transporta una carga de800 Coulomb (C), si su
potencia es de 120 watt, qu energa suministra el generador si al
conectarlo a un conductor hace circular una corriente de10 A?
4.- Qu corriente fluye por un artefacto si consume una potencia
de 1200 watt y se conecta a una diferencia de potencial de 220
voltios?
5.- La energa que suministra un generador para trasladar una
carga de 500 Coulomb es de 3,5x105julios (joules). Calcular la
potencia del generador si se conecta a un conductor y hace circular
una carga de12 A.
6.- Una estufa de 3 kW se enciende durante 2 horas 48 minutos
Cuntas caloras se desprenden en ese tiempo?
7.- Una ampolleta de 100 W se conecta a 220 volt
a) Qu intensidad la atraviesa?
b) Cul es su potencia?ENERGIA ELECTRICASe denominaenerga
elctricaa la forma deenergaque resulta de la existencia de
unadiferencia de potencialentre dos puntos, lo que permite
establecer unacorriente elctricaentre ambos cuando se los pone en
contacto por medio de un conductor elctrico. La energa elctrica
puede transformarse en muchas otras formas de energa, tales como
laenerga lumnicaoluz, laenerga mecnica y laenerga trmica.Corriente
elctricaLa energa elctrica se manifiesta comocorriente elctrica, es
decir, como el movimiento de cargas elctricas negativas, o
electrones, a travs de un cable conductor metlico como consecuencia
de la diferencia de potencial que ungeneradorest aplicando en sus
extremos.
Cada vez que se acciona un interruptor, se cierra uncircuito
elctricoy se genera el movimiento de electrones a travs del cable
conductor. Las cargas que se desplazan forman parte de los tomos de
la sustancia del cable, que suele ser metlica, ya que losmetalesal
disponer de mayor cantidad de electrones libres que otras
sustancias son los mejores conductores de la electricidad. La mayor
parte de la energa elctrica que se consume en la vida diaria
proviene de lared elctricaa travs de las tomas llamadas enchufes, a
travs de los que llega la energa suministrada por las compaas
elctricas a los distintos aparatos elctricos lavadora, radio,
televisor, etc.; que se desea utilizar, mediante las
correspondientes transformaciones; por ejemplo, cuando la energa
elctrica llega a una enceradora, se convierte en energa mecnica,
calrica y en algunos casos lumnica, gracias almotor elctricoy a las
distintas piezas mecnicas del aparato. Lo mismo se puede observar
cuando funciona un secador de pelo o una estufa.
LEY DE JOULE
Se conoce comoefecto Jouleal fenmeno irreversible por el cual si
en unconductorcirculacorriente elctrica, parte de laenerga
cinticade loselectronesse transforma encalor12debido a
loschoquesque sufren con los tomos del material conductor por el
que circulan, elevando latemperaturadel mismo. El nombre es en
honor a su descubridor, el fsico britnicoJames Prescott JouleEl
movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto
provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un
aumento de la temperatura en el propio cable.
ndice
Efecto Joule
Este efecto es utilizado para calcular la energa disipada en un
conductor atravesado por una corriente elctrica de la siguiente
manera:
La potenciaPdisipada en un conductor es igual a la diferencia de
potencialVa la que est sometido multiplicada por la intensidad de
corrienteIque lo atraviesa. La energa desarrolladaEes el producto
de la potenciaPpor el tiempottranscurrido, luego la energa Ees el
producto de la tensinVpor la intensidadIy por el tiempot.
Si a esta expresin aadimos laLey de Ohmtendremos:
La energa desarrollada es igual al cuadrado de la intensidad por
la resistencia y por el tiempo, o lo que es lo mismo, el cuadrado
de la tensin dividido por la resistencia y por el tiempo.
Microscpicamente el efecto Joule se calcula a travs de la
integral de volumen delcampo elctricopor ladensidad de
corriente
La resistencia es el componente que transforma la energa
elctrica en calor, (por ejemplo un hornillo elctrico, una estufa
elctrica, una plancha etc.).ELEMENTOS DE MEDICION
Pinza amperimtrica
Lapinza amperimtricaes un tipo especial deampermetroque permite
obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se
quiere medir la corriente para colocar un ampermetro clsico.1El
funcionamiento de la pinza se basa en la medida indirecta de la
corriente circulante por un conductor a partir delcampo magnticoo
de los campos que dicha circulacin de corriente que genera. Recibe
el nombre de pinza porque consta de un sensor, en forma de pinza,
que se abre y abraza el cable cuya corriente queremos medir.
Este mtodo evita abrir el circuito para efectuar la medida, as
como las cadas de tensin que podra producir un instrumento clsico.
Por otra parte, es sumamente seguro para el operario que realiza la
medicin, por cuanto no es necesario un contacto elctrico con el
circuito bajo medida ya que, en el caso de cables aislados, ni
siquiera es necesario levantar elaislante.
Un multmetro con la pinza incorporadaAl pulsar el botn grande de
la parte inferior se abre la mandbula inferior de la pinza, lo que
permite poner la pinza alrededor de un conductor.
Para utilizar una pinza,hay que pasar un solo conductor a travs
de la sonda, si se pasa ms de un conductor a travs del bucle de
medida, lo que se obtendr ser la suma vectorial de las corrientes
que fluyen por los conductores y que dependen de la relacin
defaseentre las corrientes.
Si la pinza se cierra alrededor de un cable paralelo de dos
conductores que alimenta un equipo, en el que obviamente fluye la
misma corriente por ambos conductores (y de sentido o fase
contrarios), nos dar una lectura de "cero".
Por este motivo las pinzas se venden tambin con un accesorio que
se conecta entre la toma de corriente y el dispositivo a probar. El
accesorio es bsicamente una extensin corta con los dos conductores
separados, de modo que la pinza se puede poner alrededor de un solo
conductor.
La lectura producida por un conductor que transporta una
corriente muy baja puede ser aumentada pasando el conductor
alrededor de la pinza varias veces (haciendo una bobina), la
lectura real ser la mostrada por el instrumento dividida por el
nmero de vueltas, con alguna prdida de precisin debido a los
efectos inductivos.
PARTES Y FUNCIONES DE UN MULTMETRO DIGITAL.
Acontinuacin describiremos las partes y funciones de un
multmetro (Steren MUL-270), recuerda que generalmente los
multmetros son semejantes, aunque dependiendo de modelos, pueden
cambiar la posicin de sus partes y la cantidad de funciones, es por
eso que cada parte tiene un smbolo estndar que identifica su
funcin.1.-Power: Botn de apagado-encendido.
2.-Display: Pantalla de cristal lquido en donde se muestran los
resultados de las mediciones.
3.-Llave selectora del tipo y rango de medicin: Esta llave nos
sirve para seleccionar el tipo de magnitud a medir y el rango de la
medicin.
4.-Rangos y tipos de medicin: Los nmeros y smbolos que rodean la
llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger. En la
imagen anterior podemos apreciar los diferentes tipos de posibles
mediciones de magnitudes como el voltaje directo y alterno, la
corriente directa y alterna, la resistencia, la capacitancia, la
frecuencia, prueba de diodos y continuidad.
5.-Cables rojo y negro con punta: El cable negro siempre se
conecta al borne o jack negro, mientras que el cable rojo se
conecta al jack adecuado segn la magnitud que se quiera medir. A
continuacin vemos la forma en que se conectan estos cables al
multmetro.6.-Borne de conexin o jack negativo: Aqu siempre se
conecta el cable negro con punta.
7.-Borne de conexin o Jack para el cable rojo con punta para
mediciones de voltaje (V), resistencia () y frecuencia (Hz). Su
smbolo es el siguiente.
8.-Borne de conexin o Jack para el cable rojo con punta para
medicin de miliamperios (mA).
9.-Borne de conexin o Jack para el cable rojo con punta para
medicin de amperes (A).
10.-Zcalo de conexin para medir capacitares o condensadores.
11.-Zcalo de conexin para medir temperatura.
UTILIZANDO EL MULTMETRO DIGITAL.A continuacin mediremos algunas
magnitudes utilizando el multmetro digital.
a) Midiendo resistencia:Medir una resistencia es un
procedimiento sencillo, lo primero que hacemos es conectar los
cables en los jacks correctos, luego movemos la llave selectora al
smbolo y escogemos el rango adecuado de acuerdo a la resistencia
proporcionada por el resistor, si no lo sabemos, escogemos el rango
ms alto y lo disminuimos poco a poco hasta llegar a un cantidad
diferente de uno (el uno indica que el rango es muy pequeo para
medir esa resistencia) y con el mayor nmero de decimales, tocamos
los extremos del resistor con las puntas roja y negra y finalmente
multiplicamos la cantidad por el valor del rango. En la imagen
anterior med un resistor de 800 ohms y en la lectura me dio .809
por manejar el rango de 200 ohms a 2 kohms (2000 ohms), por lo que
media realmente 809 ohms.
Esto lo podemos comprobar tericamente al observar las bandas del
resistor y hacer las operaciones correspondientes por medio de su
cdigo de colores. Como sacar la resistencia de un resistor mediante
su cdigo de colores?
b) Midiendo voltaje (voltaje continuo o directo):Ahora mediremos
una pila AA de 1.5 V, esta algo gastada as que veamos que sucede.
Lo primero que haremos es colocar la punta del cable rojo en el
electrodo positivo de la pila y el negro en el negativo, el
resultado aparece en la pantalla del multmetro como lo podemos ver
a continuacin.
c) Midiendo capacitancia y corriente:Al medir un capacitor o
condensador, este debe estar descargado ya que almacena energa, y
se debe tener cuidado al medir corriente. An no he medido ninguna
de estas magnitudes, as que cuando lo haga les explicare como
hacerlo.CIRCUITOS SIMPLES DE ILUMINACIONCircuito
Un circuito elctrico es una interconexin de componentes
elctricos tales que la carga elctrica fluye en un camino cerrado,
por lo general para ejecutar alguna tarea til.
Los componentes en un circuito elctrico pueden ser muy variados,
puede tener elementos
comoresistores,capacitores,interruptores,transformadoresyelectrnicos.
PROTECCIONES ELECTRICACORTICIRCUITOS:
Se denominacortocircuitoal fallo en un aparato o lnea elctrica
por el cual lacorriente elctricapasa directamente del conductor
activo ofasealneutrootierraensistemas monofsicosdecorriente
alterna, entre dos fases o igual al caso anterior parasistemas
polifsicos, o entrepolosopuestos en el caso decorriente continua.
Es decir: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de
potencial diferente y produce arco elctrico, esfuerzos
electrodinmicos y esfuerzos trmicos.
El cortocircuito se produce normalmente por los fallos en
elaislantede losconductores, cuando estos quedan sumergidos en un
medio conductor como el agua o por contacto accidental entre
conductores areos por fuertes vientos o rotura de los apoyos.
Debido a que un cortocircuito puede causar importantes daos en
las instalaciones elctricas e incluso incendios en edificios, estas
instalaciones estn normalmente dotadas defusiblesointerruptores
magnetotrmicosa fin de proteger a las personas y los objetos.
Las instalaciones elctricas disponen de varios elementos de
seguridad para disminuir el riesgo de accidentes, como los causados
por cortocircuitos,sobrecargaso contacto de personas o animales con
elementos en tensin.
Un cortocircuito ocurre cuando falla un aparato o lnea elctrica
por el que circula corriente, y esta pasa directamente:
del conductor activo o fase al neutro o tierra
entre dos fases en el caso de sistemas polifsicos en corriente
alterna
entre polos opuestos en el caso de corriente continua.
El cortocircuito se produce normalmente por fallos en
elaislantede los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un
medio conductor como el agua o por contacto accidental entre
conductores areos por fuertes vientos o rotura de los apoyos.
Debido a que un cortocircuito puede causar daos importantes en las
instalaciones elctricas e incendios en edificios, las instalaciones
estn normalmente dotadas de fusibles, interruptores magnetotrmicos
o diferenciales y tomas de tierra, a fin de proteger a las personas
y las cosas.TABLERO D E PROTECCION:Importancia de los dispositivos
de proteccin elctrica
La energa elctrica llega al medidor instalado en las viviendas,
desde los postes de distribucin ms cercanos, de manera area o
subterrnea. De ah pasa al tablero general, ubicado generalmente en
la cocina, desde donde la distribuye a todo el predio, al igual que
el corazn bombea la sangre por todo el cuerpo. De esta distribucin
depende el funcionamiento de todos los equipos elctricos y las
luminarias.
Es en este tablero donde se concentran los sistemas de
proteccin. Por ello, una de las primeras consideraciones para tener
una casa segura es que todos los tableros cuenten con interruptores
de proteccin que supriman el suministro de energa de manera
automtica en caso de accidentes elctricos. Estos interruptores lo
protegen de sobrecargas (Interruptores termomagnticos), de
electrocuciones o la presencia de corrientes de fuga en el sistema
(Interruptores diferenciales).
Fusible: es un dispositivo, constituido por un filamento o lmina
de un metal o aleacin de bajopunto