Electricidad

Se puede decir que es una forma de manifestación de la energía.

La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas.

Parámetros básicos:

Carga eléctrica (Q); Corriente eléctrica (I); Potencia eléctrica (P); Voltaje (V); Resistencia eléctrica (R); Conductividad eléctrica (1/R).

Energía

En la Física, se define como energía aquello que es capaz de producir trabajo.

En la Naturaleza la Energía se presenta de diferentes formas. Una de estas formas es la Energía Eléctrica.

Tipos: Potencial (posición), Cinética (movimiento), Calorífica, Luminosa, Magnética y Eléctrica.

Voltaje y sus unidades de medida

El voltaje se define como la magnitud encargada de establecer la diferenciación de potencial eléctrico que existe entre dos puntos. Diferencia de voltaje entre dos puntos, unidad: voltio (V).

Partes de un circuito eléctrico

Generador, receptor, fusible, interruptor y cable conductor.

• Generador: Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos.
• Receptores: Son los que convierten la corriente eléctrica en otra energía distinta.
• Fusibles: Dispositivos pequeños de seguridad que se funden cuando la corriente alcanza ciertos valores excesivos.
• Conductor: Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador.
• Resistencia eléctrica: Elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente eléctrica.
• Interruptor: Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica.

Circuito eléctrico

Para la utilización controlada de la electricidad se usan los denominados ‘circuitos eléctricos’. Un circuito eléctrico es una combinación de elementos conectados de tal manera que al aplicarse una diferencia de voltaje, se produce una corriente eléctrica que circula a través de ellos. Un circuito eléctrico siempre tiene los siguientes elementos:

a. – Una fuente de energía eléctrica.

b.- Un material a través del cual circula una corriente eléctrica y se transforma en otro tipo de energía. Este elemento generalmente recibe el nombre de ‘carga’.

c. – Elementos de unión entre ellos y conductores.

Carga eléctrica

Se define como la cantidad de energía eléctrica contenida en un cuerpo. Usualmente se representa por la letra ‘Q’.

Su unidad de medida es el ‘coulomb’ o ‘coulombio’.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es el flujo neto de carga a través de la sección de un conductor por unidad de tiempo.

La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. También se puede definir como un flujo de partículas cargadas, como electrones o iones, que se mueven a través de un conductor eléctrico o un espacio.

La intensidad de corriente eléctrica (I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica (Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo I=Q/t.

I = V x (k) UNIDAD: AMPERE (Amperio)

Potencia eléctrica

La potencia eléctrica es un parámetro que indica la cantidad de energía eléctrica transferida de una fuente generadora a un elemento consumidor por unidad de tiempo.

Es proporcional al producto del voltaje aplicado por la intensidad de la corriente que circula.

P = (k) V x I UNIDAD: WATT, (VATIO), (w), (kw). UNIDAD: VOLT-AMPERE (v-a), (kva).

Resistencia eléctrica

Oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Permite relacionar proporcionalmente la corriente eléctrica con el voltaje, mediante la ley de Ohm. UNIDAD: OHM (Ohmio) (Ω).

Conductividad eléctrica

Capacidad de un material para permitir el paso de la corriente eléctrica. Es el inverso de la resistencia eléctrica. UNIDAD: 1/OHM, 1/(Ohmio), 1/(Ω).

Ley de Ohm

La intensidad de corriente que atraviesa un circuito es directamente proporcional al voltaje o tensión de este e inversamente proporcional a la resistencia que presenta.

I = (K)(V/R)

El voltaje es directamente proporcional al producto de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito por la resistencia que presenta. V = (k) I x R

Ley de Joule

‘La cantidad de calor (potencia) que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional al producto de la resistencia del material por el cuadrado de la intensidad de la corriente.’

P = k x I^2 x R P = V2 / R

Sistemas eléctricos utilizados

Los sistemas eléctricos se basan en la generación de energía eléctrica por diferentes medios, mecánicos, químicos, fotovoltaicos, etc. Existen dos grandes sistemas de utilización de la energía eléctrica, los cuales dependen de la variación del valor del voltaje y la corriente en el tiempo. Estos sistemas son los siguientes:

1/- Sistemas de corriente continua

Son aquellos sistemas en que el valor del voltaje suministrado por la fuente y él de la corriente que circula por el circuito se mantienen constantes en el tiempo. Los sistemas alimentados por baterías son sistemas de corriente continua.

2/- Sistemas de corriente alterna

Son aquellos sistemas en los cuales el voltaje suministrado por la fuente cambia de valor, de positivo a negativo, durante un periodo de tiempo determinado. A la cantidad de veces que el valor del voltaje cambia en un periodo de un segundo, se le denomina ‘frecuencia’, y se mide en unidades denominadas ‘ciclos por segundo’ o ‘Hertz’. El sistema utilizado en Venezuela funciona a una frecuencia de 60 ciclos por segundo.

Estos sistemas son de dos tipos, los denominados sistemas monofásicos y los sistemas trifásicos los cuales equivalen a tres sistemas monofásicos superpuestos de forma que el valor del voltaje en cada uno de ellos, esté desfasado en un tercio del periodo, respecto a los otros dos. Estos sistemas permiten una mayor transmisión de energía desde la fuente hasta la carga del sistema, con menos cantidad de pérdidas.

Los sistemas monofásicos superpuestos que componen un sistema trifásico, se conectan de modo que tengan un conductor común, el cual se denomina el neutro del sistema y donde las tres corrientes se suman, y como los valores de cada uno de ellas son diferentes en el tiempo, tomando valores positivos y negativos alternativamente, la corriente en el neutro siempre es menor que en cada uno de los sistemas superpuestos. También existen sistemas polifásicos de uso especialmente industrial y para equipos específicos. Sin embargo, no son de utilización normal en los sistemas que interesan en este curso.

Sistema de Corriente Alterna Trifásico

La definición de corriente trifásica, o corriente alterna trifásica, tiene que ver con el sistema en el cual se distribuye, se produce y se consume la energía. Esta energía eléctrica está formada por tres corrientes alternas monofásicas que tienen una diferencia de fase entre ellas de 120º eléctricos —con cargas equilibradas—. Es decir, la energía trifásica es aquella que tiene 3 fases y 3 corrientes alternas.

Diferencia entre corriente monofásica y trifásica

Constitución: Mientras que la instalación monofásica utiliza una corriente alterna en una sola fase, la corriente trifásica utiliza tres en diferentes fases. Ello da lugar a una diferencia de 120º eléctricos entre cada fase de corriente alterna.

Voltaje: El voltaje de la corriente monofásica, o de los sistemas de corriente monofásica, son más reducidos que los de la corriente trifásica. En el caso del voltaje de corriente monofásica, este suele estar entre los 220 y 230 voltios, mientras que en el caso de las instalaciones trifásicas el voltaje suele ser de 380 voltios.

Potencia: La potencia que precisa una corriente trifásica para que los componentes eléctricos que van conectados a ella puedan funcionar suele ser superior a los 14,49 kW, mientras que, en el caso de las instalaciones de corriente monofásica, el voltaje es mucho menor.

Uso: El uso de la corriente alterna trifásica está muy vinculado a grandes almacenes, fábricas, paneles solares, motores, etc. En el caso de la corriente alterna monofásica, su uso es más ideal para las viviendas o aparatos eléctricos de uso común, así como a los electrodomésticos.

Circuito en Serie e indique sus características eléctricas

Se caracteriza por tener solo una única ruta para el flujo de corriente. Es aquel circuito que posee más de una resistencia, pero solo un camino a través del cual fluye la electricidad (electrones). Desde un extremo del circuito, los electrones se mueven a lo largo de un camino sin ramificaciones, a través de las resistencias, hasta el otro extremo del circuito. En estos circuitos, la corriente que circula por cada carga es la misma, mientras que el voltaje aplicado en cada carga es proporcional a su resistencia. La resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias.

I=constante, V=V1+V2+V3, R=R1+R2+R3

Circuito en Paralelo e indique sus características eléctricas

Los circuitos en paralelo son aquellos cuyos elementos se conectan a través de dos puntos en común. De esta manera, el componente receptor está sujeto al mismo voltaje y actúa de forma independiente a los demás elementos, mientras que la corriente total es la suma de las corrientes en cada una de las cargas.

V=constante, I=I1+I2+I3, R=R1× R2× R3 / (R1× R2+R1× R3+R2× R3)

Defina Caída de Tensión en un circuito eléctrico

Es la diferencia del potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico, recorrido por una corriente, entre los cuales no existan generadores de fuerza electromotriz.

La ‘caída de tensión’ indica cuándo que está demasiado restringido para operar un componente (motor, relé, lámpara, etc.) o cuándo funciona bien.

¿Qué es la caída de tensión?

1. Es un valor que se mide en voltios.

2. Su medición se hace en un tanto por ciento de la tensión nominal de la fuente de la que se alimenta.

3. Está originada por la distancia o sección transversal y se refleja como el aumento de corriente y la disminución de voltaje.

¿Qué es el ‘factor de potencia’? ¿Qué elementos relaciona?

El factor de potencia (fp) es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. Otra forma de calcular el factor de potencia es calculando el coseno del ángulo del triángulo de potencias. El factor de potencia no tiene unidades. Su valor máximo es uno, cuando el valor de la potencia reactiva es cero.

El factor de potencia es la relación entre la potencia de trabajo ‘util’ kW y la potencia aparente kVA, esta mide la eficacia con la que se utiliza la energía eléctrica y se relacionan mediante esta fórmula fp=kW/kVA.

Conductividad Eléctrica

La conductividad eléctrica (σ) es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él.

Conductancia

Se denomina conductancia eléctrica a la facilidad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica, es decir, que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica. Se mide en siemens. C=1/R —> 1/ohmio

Inductancia

La inductancia es la propiedad de un circuito eléctrico para resistir el cambio de corriente. Una corriente que fluye a través de un cable tiene un campo magnético alrededor. El flujo magnético depende de la corriente y cuando la corriente varía, el flujo magnético también varía con ella.

El paso de la corriente eléctrica a través de un material produce además una transformación de ella en otros tipos de energía, entre ellos la denominada Magnética, la cual también existe en la naturaleza en los imanes. Esta característica se denomina Inductancia.

Así mismo, la energía se acumula en parte en los materiales cuando entre ellos existe una diferencia de voltaje. La capacidad de ellos para acumular cierta cantidad de energía determina otro parámetro que influye en los sistemas eléctricos, al cual se le da el nombre de Capacitancia.

La capacitancia es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica. Impedancia

La impedancia de un circuito o de un componente representa la cantidad de ohm con la cual se opone a la circulación de corriente. Es la suma vectorial de la resistencia más la reactancia. La impedancia es un número complejo. La parte real es la resistencia del circuito y la parte imaginaria la reactancia.

Conductores y Aislantes

Los elementos conductores tienen facilidad para permitir el movimiento de cargas y sus átomos se caracterizan por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos con facilidad, por lo tanto son materiales que conducen la electricidad. Ejemplos de conductores son el cobre y el aluminio.

Los aisladores son materiales que presentan cierta dificultad al paso de la electricidad y al movimiento de cargas. Tienen mayor dificultad para ceder o aceptar electrones. En una u otra medida todo material conduce la electricidad, pero los aisladores lo hacen con mucha mayor dificultad que los elementos conductores. Ejemplos de aisladores son el plástico y la cerámica.