1- NOCIONESBASICASELECTRICIDAD

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INSTALACIONES ELECTRICAS
Se puede definir una instalacion electrica como un conjunto de conductores,
dispositivos y materiales necesarios para la generacion, transmision, distribucion y
recepcion de la corriente electrica para su utilizacion i.
Entre estos elementos se incluyen: tableros, interruptores, transformadores, bancos de
capacitares, dispositivos, sensores, dispositivos de control local o remoto, cables,
conexiones, contactos, canalizaciones y soportes.
Las instalaciones eléctricas pueden ser abiertas (conductores visibles), aparentes (en
ductos o tubos), ocultas, (dentro de paneles o falsos plafones), o ahogadas (en muros,
techos o pisos).
Objetivos de una instalación.
Una instalación eléctrica debe de distribuir la energía eléctrica a los equipos
conectados de una manera segura y eficiente. Además algunas de las características
que deben de poseer son:
a).-Confiables, es decir que cumplan el objetivo para lo que son, en todo tiempo y en
toda la extensión de la palabra.
b).-Eficientes, es decir, que la energía se transmita con la mayor eficiencia posible.
c).- Económicas, o sea que su costo final sea adecuado a las necesidades a
satisfacer.
d).-Flexibles, que se refiere a que sea susceptible de ampliarse, disminuirse o
modificarse con facilidad, y según posibles necesidades futuras.
e).-Simples, o sea que faciliten la operación y el mantenimiento sin tener que recurrir a
métodos o personas altamente calificados.
f).-Agradables a la vista, pues hay que recordar que una instalación bien hecha
simplemente se ve “bien”.
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g).-Seguras, o sea que garanticen la seguridad de las personas y propiedades durante
su operación común.
Clasificación de instalaciones eléctricas
Por el nivel de voltaje predominante:
a).-Instalaciones residenciales, que son las de las casas habitación.
b).-Instalaciones industriales, en el interior de las fábricas, que por lo general son de
mayor potencia comparadas con la anterior
c).- Instalaciones comerciales, que respecto a su potencia son de tamaño
comprendido entre las dos anteriores.
d).-Instalaciones en edificios, ya sea de oficinas, residencias, departamentos o
cualquier otro uso, y que pudieran tener su clasificación por separado de las
anteriores.
e).-Hospitales.
f).-Instalaciones especiales.
Por la forma de instalación:
a).-Visible, la que se puede ver directamente.
b).-Oculta, la que no se puede ver por estar dentro de muros, pisos, techos, etc. de los
locales.
c).- Aérea, la que esta formada por conductores paralelos, soportados por aisladores,
que usan el aire como aislante, pudiendo estar los conductores desnudos o forrados.
En algunos casos se denomina también línea abierta.
d).-Subterránea, la que va bajo el piso, cualquiera que sea la forma de soporte o
material del piso.
Por el lugar de la instalación:
Las instalaciones eléctricas también pueden clasificarse en normales y especiales
según, el lugar donde se ubiquen:
a) Las instalaciones normales pueden ser interiores o exteriores. Las que están a la
intemperie deben de tener los accesorios necesarios (cubiertas, empaques y sellos)
para evitar la penetración del agua de lluvia aun en condiciones de tormenta.
b) Se consideran instalaciones especiales a aquellas que se encuentran en áreas con
ambiente peligroso, excesivamente húmedo o con grandes cantidades de polvo no
combustible
Dentro de estas clasificaciones también se subdividen por el tipo de lugar:
a).-Lugar seco, aquellos no sujetos normalmente a derrames de líquidos.
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b).-Lugar húmedo, los parcialmente protegidos por aleros, corredores techados pero
abiertos, así como lugares interiores que están sujetos a un cierto grado de humedad
poscondensación, tal como sótanos, depósitos refrigerados o similares.
c).- Lugar mojado, en que se tienen condiciones extremas de humedad, tales como
intemperie, lavado de automóviles, instalaciones bajo tierra en contacto directo con el
suelo, etc..
d).-Lugar corrosivo, en los que se pueden encontrar sustancias químicas corrosivas.
e).-Lugar peligroso, en donde las instalaciones están sujetas a peligro de incendio o
explosión debido a gases o vapores inflamables, polvo o fibras combustibles
dispersasen el aire.
ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UNA INSTALACION ELECTRICA
1. Acometida. Se entiende el punto donde se hace la conexión entre la red, propiedad
de la compañía suministradora, y el alimentador que abastece al usuario. La cometida
también se puede entender como la línea aérea o subterránea según sea el caso que
por un lado entronca con la red eléctrica de alimentación y por el otro tiene conectado
el sistema de medición. Además en las terminales de entrada de la cometida
normalmente se colocan apartarayos para proteger la instalación y el quipo de alto
voltaje.
2. Equipos de Medición. Por equipo de medición se entiende a aquél, propiedad de la
compañía suministradora, que se coloca en la cometida con el propósito de cuantificar
el consumo de energía eléctrica de acuerdo con las condiciones del contrato de
compra-venta. Este equipo esta sellado y debe de ser protegido contra agentes
externos, y colocado en un lugar accesible para su lectura y revisión.
3. Interruptores. Un interruptor es un dispositivo que esta diseñado para abrir o cerrar
un circuito eléctrico por el cual esta circulando una corriente.
3.1 Interruptor general. Se le denomina interruptor general o principal al que va
colocado entre la acometida (después del equipo de medición) y el resto de la
instalación y que se utiliza como medio de desconexión y protección del sistema o red
suministradora.
3.2 Interruptor derivado. También llamados interruptores eléctricos los cuales están
colocados para proteger y desconectar alimentadores de circuitos que distribuyen la
energía eléctrica a otras secciones de la instalación o que energizan a otros tableros.
3.3 Interruptor termo magnético. Es uno de los interruptores más utilizados y que
sirven para desconectar y proteger contra sobrecargas y cortos circuitos. Se fabrica en
gran cantidad de tamaños por lo que su aplicación puede ser como interruptor general.
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Tiene un elemento electrodinámico con el que puede responder rápidamente ante la
presencia de un corto circuito
4. Contactor. Se conoce como arrancador al arreglo compuesto por un interruptor, ya
sea termo magnético de cuchillas con fusibles, un conductor electromagnético y un
relevador bimetalito. El contactor consiste básicamente de una bobina con un núcleo
de hierro que sierra o abre un juego de contactos al energizar o desenergizr la bobina.
5. Transformador. El transformador eléctrico es u equipo que se utiliza para cambiar
el voltaje de suministro al voltaje requerido. En las instalaciones grandes pueden
necesitarse varios niveles de voltaje, lo que se logra instalando varios transformadores
(agrupados en subestaciones). Por otra parte pueden existir instalaciones cuyo voltaje
sea el mismo que tiene la acometida y por lo tanto no requieran de transformador.
6. Tableros. El tablero es un gabinete metálico donde se colocan instrumentos con
interruptores arrancadores y/o dispositivos de control. El tablero es un elemento
auxiliar para lograr una instalación segura confiable y ordenada.
6.1 Tablero general. El tablero general es aquel que se coloca inmediatamente
después del transformador y que contiene un interruptor general. El transformador se
conecta a la entrada del interruptor y a la salida de este se conectan barras que
distribuyen la energía eléctrica a diferentes circuitos a través de interruptores
derivados.
6.2 Centros de Control de Motores. En instalaciones industriales y en general en
aquellas donde se utilizan varios motores, los arrancadores se agrupan en tableros
compactos conocidos como centros de control de motores.
6.3 Tableros de Distribución o derivado. Estos tableros pueden tener un interruptor
general dependiendo de la distancia al tablero de donde se alimenta y del número de
circuitos que alimenten.
7. Motores y Equipos Accionados por Motores. Los motores se encuentran al final
de las ramas de una instalación y su función es transformar la energía eléctrica en
energía mecánica, cada motor debe tener su arrancador propio.
8. Estaciones o puntos de Control. En esta categoría se clasifican las estaciones de
botones para control o elementos del proceso como:
Limitadores de carreras o de par, indicadores de nivel de temperatura, de presión
entre otros. Todos estos equipos manejan corrientes que por lo general son bajas
comparadas con la de los electos activos de una instalación.
9. Salidas para alumbrado y contactos. Las unidades de alumbrado, al igual que los
motores, están al final de las instalaciones y son consumidores que transforman la
energía eléctrica en energía luminosa y generalmente también en calor.
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Los contactos sirven para alimentar diferentes equipos portátiles y van alojados en una
caja donde termina la instalación.
10. Plantas de Emergencia. Las plantas de emergencia constan de un motor de
combustión interna acoplada a un generador de corriente alterna. El calculo de la
capacidad de una planta eléctrica se hace en función con la cargas que deben de
operar permanentemente. Estas cargas deberán quedar en un circuito alimentador y
canalizaciones dependientes.
11. Tierra o neutro en una Instalación Eléctrica.
A) tierra. Se consideran que el globo terráqueo tiene un potencial de cero se utiliza
como referencia y como sumidero de corrientes indeseables.
B) Resistencia a tierra. Este término se utiliza para referirse a la resistencia eléctrica
que presenta el suelo de cierto lugar.
C) Toma de tierra. Se entiende que un electrodo enterrado en el suelo con una
Terminal que permita unirlo a un conductor es una toma de tierra. D) Tierra remota. Se
le llama así a un a toma de tierra lejana al punto que se esté considerando en ese
momento.
E) Sistemas de Tierra. Es la red de conductores eléctricos unidos a una o mas tomas
de tierra y provisto de una o varias terminales a las que puede conectarse puntos de la
instalación.
f) Conexión a tierra. La unión entre u conductor y un sistema de tierra.
g) Tierra Física. Cuando se une solidamente a un sistema de tierra que a su vez está
conectado a la toma de tierra.
h) Neutro Aislado. Es el conductor de una instalación que está conectado a tierra a
través de una impedancia.
i) Neutro del generador. Se le llama así al punto que sirve de referencia para los
voltajes generados en cada fase.
J) Neutro de trabajo. Sirve para conexión alimentado por una sola fase
k) Neutro conectado sólidamente a tierra. Se utiliza generalmente en instalaciones de
baja tensión para proteger a las personas contra electrocutación.
l) Neutro de un sistema. Es un potencial de referencia de un sistema que puede diferir
de potencial de tierra que puede no existir físicamente.
m) Neutro Flotante. Se la llama así al neutro de una instalación que no se conecta a
tierra.
12. Interconexión. Para la interconexión pueden usarse alambres, cables de cobre o
aluminio, estos pueden estar colocados a la vista en ductos, tubos o charolas.
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El empalme de la conexión de las terminales de los equipos debe de hacerse de
manera que se garantice el contacto uniforme y no exista defectos que representen
una disminución de la sección. Las tuberías que se utilizan para proteger los
conductores pueden ser metálicas o de materiales plásticos no combustibles también
se utilizan ductos cuadrados o charolas. El soporte de todos estos elementos debe de
ser rígido y su colocación debe hacerse de acuerdo con criterios de funcionalidad,
estética, facilidad de mantenimiento y economía.
Previo a estudiar las instalaciones, es necesario definir que es la corriente electrica y
cuales son las leyes fisicas que la caracterizan.
Nociones básicas de Electricidad
La electricidad es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y
cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos,
entre otros. Se puede observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por
ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de
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energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos
solo forman una parte). Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde
pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta
velocidad, y de todos los dispositivos electrónicos.
También se denomina electricidad a la rama de la física que estudia las leyes que
rigen el fenómeno y a la rama de la tecnología que la usa en aplicaciones prácticas.
Desde que, en 1831, Faraday descubriera la forma de producir corrientes
eléctricas por inducción (fenómeno que permite transformar energía mecánica en
energía eléctrica) se ha convertido en una de las formas de energía más importantes
para el desarrollo tecnológico debido a su facilidad de generación y distribución y a su
gran número de aplicaciones.
La energía eléctrica se produce en centrales u otro centro de generación, a partir de la
trasformación de una energía primaria (hidráulica, térmica, nuclear, solar, etc). Desde
dichos centros es transportada a través de las redes eléctricas hasta las ciudades y
poblaciones, las industrias y otros centros de consumo. También se obtiene energía
eléctrica aunque en pequeñas cantidades, de la energía química almacenada en pilas
y baterías.
Entre sus ventajas se menciona la facilidad con la que se transforma en otras formas
de energía, así como la relativa sencillez con la que se genera y se hace llegar hasta
los puntos de consumo.
Debido a las crecientes aplicaciones de la electricidad en el segmento energético,
como base de las telecomunicaciones y para el procesamiento de información, uno de
los principales desafíos contemporáneos es generarla de modo más eficiente y con el
mínimo impacto ambiental. La energía eléctrica ni esta exenta de inconvenientes: las
centrales térmicas producen gran cantidad de humos y emisiones contaminantes; en
las nucleares, a los riesgos de accidente potencialmente graves, hay que sumar la
generación de un importante volumen de residuos de difícil eliminación; las centrales
hidráulicas alteran profundamente el régimen de los ríos, etc.
Carga eléctrica
La electricidad es originada por las cargas eléctricas en reposo o en movimiento y las
interacciones entre ellas. Cuando varias cargas eléctricas están en reposo relativo se
ejercen entre ellas fuerzas electrostáticas. Cuando las cargas eléctricas están en
movimiento relativo se ejercen también fuerzas magnéticas. Se conocen dos tipos de
cargas eléctricas: positivas y negativas. Los átomos que conforman la materia
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contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras
(neutrones).
La carga eléctrica es una propiedad que poseen algunas partículas subatómicas y que
se manifiesta mediante las fuerzas observadas entre ellas. La materia cargada
eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez,
generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico es la fuente de una
de las cuatro interacciones fundamentales, la interacción electromagnética.
Interacciones entre cargas de igual y distinta naturaleza
Las dos partículas elementales cargadas que existen en la materia y que se
encuentran de forma natural en la Tierra son el electrón y el protón. Cuando un átomo
gana o pierde un electrón, queda cargado eléctricamente. A estos átomos cargados se
les denomina iones.
En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se
denomina culombio (C) y se define como la cantidad de carga que pasa por una
sección en un segundo cuando la corriente eléctrica es de un amperio. Se
corresponde con la carga de 6,24 × 1018 electrones aproximadamente. La carga más
pequeña que se encuentra en la naturaleza es la carga del electrón (que es igual en
magnitud a la del protón y, de signo opuesto): e = 1,602 × 10-19 C (1 eV ).
Fuerza entre cargas
Coulomb fue el primero en determinar, en 1785, el valor de las fuerzas ejercidas entre
cargas eléctricas. Determinó que la magnitud de la fuerza con que se atraen o repelen
dos cargas eléctricas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de
las magnitudes de cada carga e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
que las separa.
Donde F es la fuerza de atracción o repulsión expresada en newton (N),
las cargas, en culombios (C),
y
son
es la distancia que las separa en metros (m) y la
constante de proporcionalidad k depende del sistema de unidades: N . m 2/ C2.
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Corriente eléctrica
Se entiende por corriente eléctrica al flujo de electrones que circula a través de un
conductor eléctrico. La circulación de estos electrones está determinada por las
propiedades del medio a través del cual se movilizan.
La corriente se divide en dos grandes ramas: alterna y continúa.
La corriente alterna es las que cambia de polaridad y amplitud en el tiempo.
La corriente continua es la que permanece con polaridad y amplitud constante.
Estructura atómica de los conductores y aislantes
Los elementos tienen propiedades conductoras o no de acuerdo a su estructura
atómica. El grado de conductividad de un elemento viene dado por la cantidad de
electrones de la última órbita del átomo.
Configuración electrónica del átomo de cobre. Sus propiedades
conductoras se deben a la facilidad de circulación que tiene
su electrón más exterior (4s)
El cobre es un conductor. El átomo de cobre posee 29 protones en el núcleo y 29
electrones planetarios que giran en órbitas dentro de cuatro capas alrededor del
núcleo. La primera capa contiene 2 electrones, la segunda 8, la tercera 18 y la cuarta,
o capa más externa, 1 electrón (el número máximo permitido en la cuarta capa es de 2
x 4², o sea, 32). Entonces, este único electrón en la capa más externa no se halla
ligado con fuerza al núcleo. Se puede mover fácilmente.
Un átomo de un aislante posee dos o más órbitas, con cada una de ellas completada
con la cuota de electrones. Por ejemplo, si un átomo tiene un núcleo de 10 protones,
tendrá 10 electrones. En la primera capa tendrá 2 electrones, y el la segunda 8. Como
la segunda órbita está completa, es muy difícil desalojar a un electrón fuera del
átomo.
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La diferencia importante entre conductores y aislantes es que en un conductor hay uno
o dos electrones en la capa externa, por lo tanto no están ligados con fuerza al
núcleo, mientras que los aislantes tienen su última órbita completa o casi completa.
Fuentes de energía
Para que un circuito eléctrico pueda funcionar se le debe suministrar energía eléctrica.
Las fuentes que proveen dicha energía pueden ser de diversos tipos: pilas baterías,
red eléctrica, celdas solares, etc.
Las fuentes pueden ser de corriente continua (Vcc) o alterna (Vca).
Fuente o generador de tensión de corriente continúa
Es un dispositivo que posee dos bornes o terminales entre los cuales aparece una
diferencia de potencial eléctrico: cargas eléctricas positivas en un terminal y cargas
negativas en el otro.
Esta diferencia de potencial comúnmente llamada tensión o voltaje se mantiene aun
cuando el generador esta suministrando energía eléctrica.
Tensión (V): Es la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico. Su
unidad de medida es el Volt.
La tensión suministrada por un generador también denominada fuerza electromotriz
(fem) esta dado por el trabajo (L) en julios que proporciona para lograr el paso de la
carga (q) de un culombio(o sea, aproximadamente 6 x 10 18 electrones) través del
circuito y el generador.
fem  V 
L
q
dónde
L: Trabajo
q: carga
El voltio es la unidad de tensión, fem y de la diferencia de potencial.
[ fem ]  [V ] 
julio
 voltio
culom
Acoplamiento de fuentes
Las fuentes, generadores, acumuladores o pilas se pueden agrupar en serie o en
paralelo.
Para agrupar en serie se une el polo positivo de una pila con el negativo de la otra.
Cada pila aumenta la fem o diferencia de potencial entre el positivo y el negativo. Por
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lo tanto la fem de un conjunto de pilas o baterías asociadas en serie es igual a la suma
de las fuerzas electromotrices de cada una de ellas.
En la agrupación en paralelo se conectan todos lo polos positivos y negativos entre sí.
En esta asociación la fem brindada al circuito es igual que al emplear una solo
dispositivo.
Ejemplo de acoplamientos de baterías:
Corriente
Es la cantidad de cargas eléctricas que circulan por un conductor de un circuito
eléctrico en el lapso de un segundo de tiempo.
I
q
t
dónde
I: intensidad de la corriente.
q: cantidad de electricidad.
t: tiempo.
Unidad de intensidad
Surge del cociente entre las respectivas unidades de carga y tiempo.
[I ] 
coulombio
 amperio
segundo
Su unidad de medida es el Amper o amperio. Es decir, una corriente eléctrica tiene la
intensidad de un amperio cuando por cada sección del conductor pasa la carga de un
coulombio en cada segundo.
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Resistencia
La resistencia eléctrica (R) es la oposición que ofrece un material al paso de la
corriente eléctrica. Cualquier dispositivo o receptor conectado a un circuito eléctrico
representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente
eléctrica.
Normalmente los electrones tratan de circular por el circuito eléctrico de una forma
más o menos organizada, de acuerdo con la resistencia que encuentren a su paso.
Mientras menor sea esa resistencia, mayor será el orden existente de los electrones,
pero cuando la resistencia es elevada, comienzan a chocar unos con otros y a liberar
energía en forma de calor. Esa situación hace que siempre se eleve algo la
temperatura del conductor y que, además, adquiera valores más altos en el punto
donde los electrones encuentren una mayor resistencia a su paso.
A. En un buen conductor, que opone baja resistencia, los electrones
fluyen ordenadamente, sin chocar entre sí.
B. En un mal conductor eléctrico, que ofrece alta resistencia al flujo
de corriente, los electrones chocan unos contra otros al no poder
circular libremente y generan calor, lo que aumenta la resistencia.
El ohm es la unidad de medida de la resistencia y se representa con el símbolo o letra
griega " " (omega).
Los múltiplos del ohm más utilizados son:
Kilohm (k
) = 1 000 ohm
Megohm (M ) = 1 000 000 ohm, para resistencias muy grandes.
Microohmio (µ )= 0,000001ohm, para resistencias muy pequeñas.
Resistencia, símbolo general
Materiales
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La resistencia de cualquier objeto depende únicamente de su geometría y de su
resistividad. Por geometría se entiende a la longitud y el área del objeto mientras que
la resistividad es un parámetro que depende del material y de la temperatura a la cual
se encuentra sometido. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la
resistencia es un valor que se mantendrá constante.
Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en
conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que,
en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado
superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.
Conductores: Cuando el material tiene muchos electrones libres, como es el caso de
los metales y aleaciones, permite el paso de los electrones con facilidad y se le llama
conductor, es decir, presentan una resistencia eléctrica muy baja.
Todos los materiales y elementos conocidos ofrecen mayor o menor resistencia al
paso de la corriente eléctrica, incluyendo los mejores conductores. Los metales que
menos resistencia ofrecen son el oro y la plata, pero por lo costoso que resultaría
fabricar cables y otros componentes eléctricos con esos metales, se adoptó utilizar el
cobre, que es buen conductor y mucho más barato.
Con alambre de cobre de uno o varios hilos se fabrican la mayoría de los cables
conductores que se emplean en circuitos de baja, media tensión, para el transporte de
la energía eléctrica así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial.
También se utiliza el aluminio, y aleación de aluminio en menor escala para fabricar
los cables colocados en las torres de alta tensión para transportar la energía eléctrica
a grandes distancias. El aluminio es un metal que si bien tiene una conductividad
eléctrica del orden del 60% de la del cobre es, sin embargo, un material mucho más
liviano.
Entre los metales que ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente eléctrica se
encuentra el alambre nicromo (Ni-Cr), compuesto por una aleación de 80% de níquel
(Ni) y 20% de cromo (Cr). Ese es un tipo de alambre ampliamente utilizado como
resistencia fija o como resistencia variable (reóstato), para regular la tensión o voltaje
en diferentes dispositivos eléctricos. Además se utilizan también resistencias fijas de
alambre nicromo de diferentes diámetros o grosores, para producir calor en equipos
industriales, así como en electrodomésticos de uso común.
Entre esos aparatos o quipos se encuentran las planchas, los calentadores o estufas
eléctricas utilizadas para calentar el ambiente de las habitaciones en invierno, los
calentadores de agua, las secadoras de ropa, las secadoras para el pelo y la mayoría
de los aparatos eléctricos cuya función principal es generar calor.
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Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir
la electricidad, como son el carbón o grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el
agua de mar) y cualquier material en estado de plasma. Con el carbón se fabrican
resistencias fijas y reóstatos de amplio uso en los circuitos electrónicos. Tanto las
resistencias fijas como los potenciómetros se emplean para regular los valores de la
corriente o de la tensión en circuitos electrónicos, como por ejemplo, las corrientes de
baja frecuencia o audiofrecuencia, permitiendo controlar, entre otras cosas, el volumen
y el tono en los amplificadores de audio.
Aislantes o dieléctrico: Son los materiales que tiene pocos electrones libres, no
permite el paso de la corriente y se le llama aislante.
Algunos ejemplos de este tipo de materiales pueden ser el vidrio, cerámica, plásticos,
goma, mica, cera, papel, madera seca, algunas grasas para uso industrial y
electrónico y la baquelita.
Aunque no existen materiales absolutamente aislantes o conductores, sino mejores o
peores conductores, son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos
(revistiendo con ellos los conductores eléctricos, para mantener alejadas del usuario
determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente
cuando se encuentran en tensión, pueden producir una descarga) y para confeccionar
aisladores (elementos utilizados en las redes de distribución eléctrica para fijar los
conductores a sus soportes sin que haya contacto eléctrico). Algunos materiales, como
el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por
ejemplo, es aislante a temperatura ambiente pero, bajo ciertas condiciones de
frecuencia de señal y potencia relativamente bajas puede convertirse en conductor.
Semiconductores: Son un grupo de elementos, o compuestos, que tienen la
particularidad de que bajo ciertas condiciones, se comportan como conductores.
Cuando estas condiciones no se dan, se comportan como aislantes. Como ejemplo
podemos nombrar al germanio, al silicio y al arseniuro de galio.
Los elementos utilizados en la producción de semiconductores (mayoritariamente
silicio), no poseen ninguna propiedad que sea de utilidad para conducir electrones,
pero mediante un proceso conocido como doping, se adicionan átomos de impurezas
(antimonio, fósforo, boro, galio, etc.) logrando dispositivos que permiten el paso de
cargas eléctricas bajo determinadas condiciones.
Conductancia
La conductancia G es la inversa de la resistencia, es decir, la facilidad que ofrecen
los cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Su unidad es el siemen [S].
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Calculo de la resistencia eléctrica de un material al paso de la corriente
El conductor es el encargado de unir eléctricamente cada uno de los componentes de
un circuito. Dado que tiene resistencia óhmica, puede ser considerado como otro
componente más con características similares a las de la resistencia eléctrica.
De este modo, la resistencia de un conductor eléctrico es la medida de la oposición
que presenta al movimiento de los electrones en su seno, es decir la oposición que
presenta al paso de la corriente eléctrica. Generalmente su valor es muy pequeño y
por ello se suele despreciar, esto es, se considera que su resistencia es nula
(conductor ideal), pero habrá casos particulares en los que se deberá tener en cuenta
su resistencia (conductor real).
La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo ( ) en m, de su
sección ( ) en mm², del tipo de material y de la temperatura. Si consideramos la
temperatura constante (20 ºC), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:
De donde:
R = Resistencia del material en ohm (
).
= Coeficiente de resistividad o resistencia específica del material en
, a una temperatura dada (característica propia de cada material).
l = Longitud del material en metros.
s = Superficie o área transversal del material en mm 2.
La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica
Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo
el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre
Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a
20 °C es igual a 0,58108 S/m. A este valor se lo denomina 100% IACS, y la
conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de
IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100%
IACS, pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta
conductividad, designados C-103 y C-110.
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Material
Resistividad (
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· mm2 / m ) a 20º C
Aluminio
0,028
Carbón
40,0
Cobre
0,0172
Constatan
0,489
Nicromo
1,5
Plata
0,0159
Platino
0,111
Plomo
0,205
Tungsteno
Influencia de la temperatura
0,0549
La temperatura influye directamente en la resistencia que ofrece un conductor al paso
de la corriente eléctrica. A mayor temperatura la resistencia se incrementa, mientras
que a menor temperatura disminuye.
Sin embargo, teóricamente toda la resistencia que ofrecen los metales al paso de la
corriente eléctrica debe desaparecer a una temperatura de 0 °K (cero grado Kelvin), o
"cero absoluto", equivalente a – 273,16 ºC (grados Celsius), o – 459,69 ºF (grados
Fahreheit), punto del termómetro donde se supone aparece la superconductividad o
"resistencia cero" en los materiales conductores. En este caso se habla de
superconductores.
En el caso de los metales la resistencia es directamente proporcional a la temperatura,
es decir si la temperatura aumenta la resistencia también aumenta y viceversa, si la
temperatura disminuye la resistencia también disminuye; sin embargo, si hablamos de
elementos, como el carbono y elementos semiconductores, como el silicio (Si) y el
germanio (Ge), por ejemplo, ocurre todo lo contrario, pues en esos elementos la
resistencia y la temperatura se comportan de forma inversamente proporcional, es
decir, si una sube la otra baja su valor y viceversa.
Experimentalmente se comprueba que para temperaturas no muy elevadas, la
resistencia a cierta temperatura ( ), viene dada por la expresión:
donde
= Resistencia de referencia a la temperatura
.
= Coeficiente de temperatura. Para el cobre.
= 0,00393
= Temperatura de referencia en la cual se conoce
.
Ejercicio
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Se desea conocer la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica de un
conductor de cobre de 500 metros de longitud cuyo diámetro es 1,6 mm.
En este caso queremos calcular la resistencia de un conductor bien definido (cobre),
del que conocemos su resistividad (ρ= 0,0172), sabemos su longitud en metros (500)
y del que no sabemos su área o sección pero del que sí tenemos como dato su
diámetro (1,6 mm).
Para hallar el área o sección del conductor de cobre será necesario utilizar la siguiente
fórmula:
El área del círculo se obtiene multiplicando el valor de π por el radio al cuadrado.
Reemplazamos los valores en la fórmula:
El valor de π (pi ) lo conocemos (3,1416) .
Si el diámetro del conductor de cobre es 1,6 mm, su radio será 0,8 mm.
Entonces
Área o sección = 3,1416 • 0,64 mm2 = 2 mm2
Ahora podemos completar la fórmula:
Por tanto, la resistencia ( R ) que ofrece al paso de la corriente eléctrica un alambre de
cobre de 2 mm2 de área (sección) y 500 metros de longitud, a una temperatura
ambiente de 20º C, será de 4,3 ohmios.
Símil hidráulico
Para comprender mejor las principales magnitudes eléctricas es habitual recurrir al
símil hidráulico estableciendo semejanzas con un circuito eléctrico.
Supongamos dos depósitos A y B situados a distinta altura. Para subir agua desde A a
B hace falta un aparato que aporte la energía (presión) necesaria, dicho aparato es la
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bomba. Y cuanto mayor sea la altura a superar mayor ha de ser la energía que aporte
la bomba.
Lo mismo sucede en un circuito eléctrico, hay un generador que proporciona la
energía necesaria para poner en movimiento los electrones. Y cuanta más resistencia
encuentren esos electrones, mayor será la energía que deba proporcionar la fuente.
Una vez que el agua se encuentra en el depósito superior tiene una energía potencial
que le permite, al caer sobre ella, accionar la turbina, produciendo un trabajo. En un
circuito eléctrico la turbina representa al receptor que consume la energía eléctrica.
Para una apertura de salida en el depósito B determinada el caudal que cae sobre la
turbina es mayor cuanto mayor sea la altura a que se encuentra el depósito B,
igualmente la corriente en un circuito eléctrico es mayor cuanto más alta sea la
tensión para una resistencia determinada.
El agua circula desde el punto de mayor (B) al de menor potencial (A), en electricidad
ese también es el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica,
considerándose esta positiva cuando se desplaza desde el punto de mayor potencial
(+) al de menor potencial (-).
Ley de Ohm
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La unidad de medida de la resistencia eléctrica lleva el nombre de “ohm” en honor al
físico y matemático alemán Georg Simon Ohm (1787 – 1854), quién descubrió una de
las leyes fundamentales que rigen el comportamiento de los circuitos eléctricos,
conocida como “Ley de Ohm”.
Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica, como
son la intensidad (I), la diferencia de potencial o tensión (V) y la resistencia
(R) que ofrecen los materiales o conductores.
La Ley de Ohm establece que:
"la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es
directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente
proporcional a la resistencia del mismo".
Se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:
Donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas, tenemos que:

I = Intensidad en amperios (A)

V = Diferencia de potencial en voltios (V)

R = Resistencia en ohmios (Ω).
De acuerdo con la “Ley de Ohm”, un ohmio (1 Ω) es el valor que posee una resistencia
eléctrica cuando al conectarse a un circuito eléctrico de un voltio (1 V) de tensión
provoca un flujo o intensidad de corriente de un amperio (1 A).
La resistencia eléctrica, por su parte, se identifica con el símbolo o letra (R) y la
fórmula general (independientemente del tipo de material de que se trate) para
despejar su valor (en su relación con la intensidad y la tensión) derivada de la fórmula
general de la Ley de Ohm, es la siguiente:
Ejercicios:
a) En un circuito la carga resistiva es de 250 ohms, y la tensión aplicada es de 30
volts. Calcular la corriente que circula.
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b) Calcular la caída de tensión sobre una resistencia de 15 KΩ, con una corriente de
0,60 amper.
Corrientes derivadas
Leyes de Kirchoff
Puede ocurrir que a la corriente que circula por un circuito se le presente en
determinado punto dos o más caminos a seguir. El punto donde ello ocurre se llama
nudo eléctrico. Así la intensidad de la corriente debe repartirse por diferentes caminos.
Cuando ello se produce se dice que esa corriente eléctrica se ha derivado, con lo cual
se constituyen las llamadas corrientes derivadas.
Definiciones
Nodo: Punto de un circuito en el que se unen tres o más conductores.
Rama: Parte del circuito unida por dos nodos.
Malla: Recorrido cerrado dentro de un circuito.
Primera Ley o Ley de Kirchoff de corrientes
La suma algebraica de las corrientes en un nodo es igual a cero o también la suma de
corrientes entrantes en un nodo es igual a la suma de corrientes salientes del nodo.
O tambien:
Ejemplos:
I1 = I2 + I3 + I4
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I1 – I2 – I3 = 0
Segunda ley o Ley de Kirchoff de tensiones
Como la variación de tensión en un circuito es nula, es decir, no se produce caída de
potencial, esta ley se anuncia así:
En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total
suministrada. De forma equivalente, en toda malla la suma algebraica de las
diferencias de potencial eléctrico es igual a cero.
Es decir:
Ejemplos:
V2 + V3 + V4 - V1 = 0
A
B
VAB = V1 + V2 + V3
Método de las mallas
Mediante el método de las mallas es posible resolver circuitos con varias mallas y
fuentes.
Consiste en plantear las corrientes de cada malla como su intensidad por su
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resistencia y sumar o restar las intensidades por las resistencias relacionadas con
mallas adyacentes.
1) Se asigna un sentido arbitrario de circulación de corriente a cada malla (las que se
quieren calcular). El sentido no tiene porqué ser el real (de hecho antes de calcularlo
no se lo conoce). Si se obtiene como resultado alguna corriente negativa, el sentido
real de la misma es al revés del utilizado para esa malla.
2) Se plantea a la suma de las fuentes de cada malla como I por R de la malla y se le
restan las ramas comunes con otras mallas. El signo que se les pone a las fuentes
depende del sentido de circulación elegido para la corriente. Si se pasa a través de la
fuente de negativo a positivo con el sentido elegido, se utiliza (+), de lo contrario (-).
Malla 1
Malla 2
+ V2 = I2 (R2 + R3 + R4) – I1 (R2) – I3 (R4)
Malla 3
- V3 = I3 (R4 + R5) – I2 (R4)
3) Los valores de resistencias y de tensiones se conocen, por lo tanto quedan tres
ecuaciones con tres incógnitas (para tres mallas interiores) en donde cada incógnita es
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la corriente de malla. Resolviendo el sistema se obtienen las corrientes. Si se obtiene
alguna corriente negativa quiere decir que el sentido real es al revés del elegido
Agrupación de resistencias
De acuerdo a las necesidades, los conductores, resistencias y aparatos eléctricos
pueden conectarse en serie, en paralelo o combinando esas conexiones.
En la práctica, muchas resistencias son aparatos que transforman la energía eléctrica
en otra diferente. Ejemplos: las lámparas, el lavarropas, la heladera, la plancha
eléctrica, hornos, etc.
Resistencias en serie
En la figura se han conectado resistencias en serie:
La resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma de cada una de las
resistencias:
RT = R1 + R2 + R3
Las características de las resistencias conectadas en serie son:
a) por cada resistencia circula la misma corriente:
I = I1 = I2 = I3
b) la tensión de la fuente es igual a la suma de las tensiones de cada una de las
resistencias:
V = V1 + V2 + V3
Resistencias en paralelo
En la figura se han conectado tres resistencias en paralelo:
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Las lámparas en una vivienda están conectadas en paralelo, si se quema una de ellas
no se apagan las otras porque cada una está conectada en forma independiente a la
fuente de tensión.
La resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma de la inversa de cada
resistencia:
También:
La segunda fórmula sólo sirve para dos resistencias, por lo que ha de aplicarse por
pares de resistencias. Cuando hay dos resistencias en paralelo, la resistencia
equivalente es la mitad de ellas, y cuando hay tres iguales, la equivalente es el tercio.
De cualquier manera, siempre se cumple que:
En una sucesión de resistencias en paralelo, la resistencia equivalente es menor que
la menor de todas.
Las características de las resistencias conectadas en paralelo son:
a) la corriente que produce la fuente de tensión es igual a la suma de la corriente que
circula por cada resistencia:
I = I1 + I2 + I3
b) la tensión de la fuente es igual a la tensión de cada una de las resistencias:
V = V1 = V2 = V3
Efecto Joule
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La circulación de corriente a través de cualquier elemento conductor produce un
calentamiento en el mismo, lo que da lugar a pérdidas de energía eléctrica en forma
de energía calórica.
Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si por un conductor circula
corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor
debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que
circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor,
el físico británico James Joule.
Ley de Joule
El calor (en calorías) desprendido se calcula mediante la ecuación de la ley de Joule.
[cal]
Siendo proporcional a la resistencia del material, en ohm, al cuadrado de la intensidad
de la corriente, en amperios y al tiempo en segundos que está circulando.
En este efecto basan su funcionamiento aparatos eléctricos como los hornos,
lámparas incandescentes, calefacciones eléctricas, etc.
El efecto Joule supone un grave inconveniente en las líneas de distribución eléctrica,
ya que al transportarse de grandes potencias (y por lo tanto de intensidad) las
pérdidas de energía en forma de calor son considerables.
Para reducir las pérdidas de energía producidas por calentamiento en los conductores
hay dos opciones (como se observa en la fórmula), reducir la resistencia de los
mismos aumentando su sección, o bien, reducir la intensidad que se transporta (con lo
que se reducirán las pérdidas en proporción cuadrática). Por eso se emplean altas
tensiones en el transporte de energía eléctrica, permitiendo reducir la intensidad sin
disminuir la potencia transportada.
El calor producido puede ser suficiente para elevar la temperatura del conductor. En
ese caso es posible que el cuerpo alcance el punto de incandescencia, a partir del cual
parte de la energía irradiada es visible en forma de luz. Esto es lo que pasa en
aparatos como las lámparas incandescentes o el horno eléctrico.
También existe la posibilidad de que no se irradie toda la energía al exterior, sino que
se transforme en otra forma de energía. Éste es el caso por ejemplo de un motor
eléctrico.
Aplicaciones del efecto Joule
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los
hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados
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industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es,
precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por
la que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan por ejemplo un ventilador que
disminuya el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes
dispositivos como podían ser los circuitos integrados. E inclusive las lámparas
incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica.
Protección de los circuitos eléctricos
Una de las aplicaciones del efecto Joule se encuentra en la construcción de fusibles,
elementos que se emplean para limitar la corriente que pasa por un circuito eléctrico;
por ejemplo, en un automóvil, una casa, un aparato electrodoméstico, etc. El fusible es
un pequeño elemento, generalmente de porcelana o vidrio, que contiene interiormente
un hilo conductor que tiene un punto de fusión bajo. De esta manera, cuando la
corriente que pasa por el fusible sobrepasa cierto valor (la intensidad propia de cada
fusible), el calor generado por el efecto Joule produce la fusión del elemento
conductor, interrumpiendo así el paso de corriente excesiva. Por ejemplo, en una casa
a medida que se van conectando a la red eléctrica varios aparatos, la corriente que
"entra" a la casa a través del fusible, se va volviendo cada vez mayor. Si no existiera el
fusible y el número de aparatos conectados fuera muy grande, la corriente que
circularía en la instalación podría llegar a ser muy intensa. Esto produciría un
calentamiento indeseable, e incluso peligroso, de los conductores, pudiendo ocasionar
un incendio u otros problemas de mayor o menor gravedad. El fusible impide que esto
suceda, porque al fundirse, interrumpe el paso de la corriente cuando alcanza un valor
mayor que el límite superior de seguridad.
En la actualidad, además de los fusibles se emplean en las casas los llamados
interruptores termomagnéticos (automáticos). En estos últimos elementos, el
calentamiento de un dispositivo bimetálico produce su dilatación, haciendo que el
circuito se abra.
El fusible y el interruptor automático también protegen a un circuito eléctrico cuando
ocurre un "cortocircuito". En una instalación eléctrica, una falsa maniobra, un
aislamiento defectuoso, una sobrecarga, un error en la conexión de aparatos, pueden
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ser causas de cortocircuito. Igualmente, en caso de cortocircuito accidental la
intensidad aumenta bruscamente. El calentamiento, por el calor desprendido, que es
proporcional al cuadrado de I (I2, Ley de Joule) se hace considerable, provocando el
deterioro de los aislantes y hasta ocasionando un incendio. Por lo tanto es
indispensable, como medida de seguridad, prever un corte inmediato del circuito en
caso de que la intensidad llegue a alcanzar un valor peligroso.
Existen tablas que indican la intensidad que puede soportar normalmente un fusible
de acuerdo a la naturaleza del fusible (material) y el diámetro del hilo. El hilo fusible se
funde cuando la intensidad se hace aproximadamente igual al doble de la indicada en
la tabla.
Artefactos eléctricos de aplicaciones domésticas e industriales
Todos estos artefactos funcionan básicamente igual, una resistencia en la cual hay
una gran intensidad de corriente lo que produce que haya un aumento en la
temperatura del material de la resistencia, el diámetro de esté es insuficiente para
albergar esta gran cantidad de electrones lo que ocasiona una fricción de electrones
con las paredes de la resistencia generando así un incremento de la temperatura de la
resistencia.
Lámparas de incandescencia
Se utilizan para el alumbrado lámparas llamadas de incandescencia o
lámpara incandescente, y se basa en el efecto Joule.
Encerrados en una ampolla de vidrio, contiene:
Filamento: Está hecho de tungsteno o wolframio metal cuyo punto de fusión es muy
elevado. Al calentarse al paso de la corriente alcanza la incandescencia y proporciona
luz y calor.
La ampolla está al vacío (sin aire) o llena de un gas inerte (Nitrogeno, neón, argón,
etc.). Puede ser transparente, opaca (o sea cubierta con una pequeña capa de polvo
especial), o esmerilada. Si este fenómeno tuviese lugar al aire libre, el filamento se
quemaría inmediatamente. Por no existir oxígeno en su interior, no hay combustión.
Refrigerante: Elemento de vidrio que impide que el filamento se caliente demasiado.
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Unido a la ampolla de vidrio, el casquillo lleva la conexión eléctrica al circuito. Estas
lámparas irradian más calor que luz. No son muy eficientes. Para mejorar su eficiencia
se han diseñado:
Las lámparas halógenas que utilizan cuarzo en lugar de vidrio y un gas halógeno en
su interior que las permite alcanzar altas temperaturas, a las que la energía radiada
tiene más proporción de luz que la lámpara normal.
Los tubos fluorescentes se basan en la excitación de los átomos de un gas
(normalmente vapor de mercurio) mediante altos voltajes. Los átomos emiten la luz al
volver a su estado normal. En este caso no hay pérdida en calor, por lo que se llama
"luz fría" a la que producen.
En las lámparas de bajo consumo se optimiza la luz fría, sobre todo cambiando el
cebador que proporciona el alto voltaje de los tubos tradicionales por un sistema
electrónico rápido y de bajo consumo.
Estas lámparas producen luz con un gasto energético que puede ser varias veces
menor que una lámpara tradicional.
Hoy en día comienzan a desarrollarse lámparas LED, basadas en que algunas
sustancias semiconductoras emiten luz al pasar por ellas una corriente eléctrica. Se
trata también de luz fría, no relacionada con el efecto Joule.
Aplicaciones Domésticas
Muchas aplicaciones prácticas del efecto Joule intervienen en la construcción de los
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aparatos electrodomésticos, tales como planchas, hornos, calentadores de ambiente y
de agua, secadores, rizadores, etc.
La resistencia de todos estos aparatos suele estar protegida del contacto del aire, por
lo que su duración es mucho mayor.
Otros aparatos eléctricos de uso doméstico poseen una resistencia tubular, que
sencillamente es un hilo de níquel – cromo en espiral colocado dentro de un tubo que
está aislado internamente por yeso, arena fina o cualquier otro material aislante. Este
sistema es el empleado en las estufas, calentadores de agua y ambiente, hornos, etc.
Aplicaciones Industriales
El efecto Joule permite el funcionamiento de aparatos industriales, como aparatos de
soldadura, hornos eléctricos para la fundición y metalurgia y soldadores de punto. Este
último, muy utilizado en la industria automotriz y en la chapería, reemplaza con ventaja
el sistema de remachado.
La parte soldante de la máquina está formada por dos electrodos de cobre muy puro
(electrolítico), con huecos para que circule agua, que es la encargada de refrigerarlos.
Estos electrodos son recorridos por una pequeña tensión y una gran intensidad. Uno
de estos electrodos puede desplazarse verticalmente y permite el ajuste de las
planchas. Al hacer contacto la lámina o chapa con los dos electrodos, el calentamiento
producido por el paso de corriente hace fundir las chapas en la zona de contacto. El
enfriamiento implica solidificación en la zona fundida y asegura la unión definitiva de
las planchas.
Arco eléctrico
Por la alta temperatura que brinda el arco eléctrico, se emplea en la soldadura
conocida como de arco. La pieza a soldar es un polo (electrodo), mientras que la
varilla que acerca el operario es el otro, el cual se funde simultáneamente con la parte
por soldar.
Inconvenientes
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El efecto Joule ofrece algunas ventajas, pero presenta también inconvenientes que es
preciso evitar:
· Caída de tensión en los conductores.
· Cortocircuito, que puede ocasionar un incendio.
· Calentamiento excesivo de los aparatos eléctricos (motores, transformadores,
televisores, radios, etc.).
Calentamiento de los aparatos eléctricos
Todos los artefactos eléctricos como motores, electrodomésticos, transformadores,
estabilizadores, cuando permanecen mucho tiempo funcionando se calientan. Esto se
debe al efecto Joule, que se puede reducir al mínimo, pero no eliminar totalmente.
Como todos estos aparatos funcionan por medio de bobinas (alambre de cobre
enrollado adecuadamente), que tienen una resistencia y por ella va a circular una
intensidad I, es natural que se presente un pequeño calentamiento por efecto Joule.
Cuando este calentamiento es elevado, una de las causas, (además de las
mecánicas), puede ser un cálculo inadecuado de la sección del alambre de las
bobinas. ¿Cómo se disminuye este calentamiento? Aumentando correctamente la
sección del alambre del bobinado, y empleando materiales de pequeña resistividad
como el cobre y el aluminio.
Como se puede observar el efecto Joule tiene muchas aplicaciones beneficiosas, en
los que se requiere el calor que desprende un conductor por el paso de la corriente a
través de él. Sin embargo, en muchas otras aplicaciones es un efecto indeseado y es
la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos requieran de dispositivos que
disipen el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes
componentes.
POTENCIA ELÉCTRICA
Concepto de energía
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el
concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o
dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.
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Sólo si una tensión eléctrica provoca movimiento de electrones se produce un trabajo.
Cuando se conecta un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una
fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía
eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una
lámpara de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover
una maquinaria.
De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se
transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la
obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice
cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.
De acuerdo a ello se puede definir Potencia como la energía o trabajo desarrollada o
consumida en una unidad de tiempo, expresada en la fórmula
Donde la energía seria:
E  Pt
También:
P
L
t
(1)
siendo L el trabajo eléctrico.
La unidad de potencia (P) es el watt (W), en honor de Santiago Watt, la energía (E) se
expresa en julios (J) y el tiempo (t) en segundos:
Sabemos que la tensión es igual a:
V
L
q
L V q
por lo tanto el trabajo eléctrico será:
(2)
También:
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I
q
t
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por lo que la carga q será:
q  I t
remplazando en (2)
L V  I t
remplazando en (1)
P
V  I t
t
Simplificando, obtenemos la formula de potencia:
La rapidez con que se produce el trabajo eléctrico se denomina potencia eléctrica. Es
equivalente al ritmo de trabajo necesario para hacer pasar por un punto una cantidad
determinada de electrones en un tiempo dado. Se podría decir entonces que la
potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Para calcular la potencia en
“watt”que consume un dispositivo de una carga activa (resistiva) conectado a un
circuito eléctrico se multiplica el valor de la tensión, en volt (V), aplicada por el valor de
la intensidad (I) de la corriente que lo recorre (expresada en ampere). De acuerdo con
esta fórmula, mientras mayor sea la potencia de un dispositivo o equipo eléctrico
conectado a un circuito consumiendo energía eléctrica, mayor será la intensidad de
corriente que fluye por dicho circuito, siempre y cuando el valor del voltaje o tensión se
mantenga constante.
[Potencia (P)] = [ampere(A)] [voltio (V)] = WATT (W)
1 watt = 1 volt · 1 ampere
Múltiplos y submúltiplos de la potencia
Múltiplos:
kilowatt (kW) = 103 watt = 1 000 watt
Megawatt MW= 106 watt= 1.000.000 Watt
Submúltiplos:
miliwatt (mW) = 10-3 watt = 0,001 watt
microwatt ( W) = 10-6 watt = 0,000 001 watt
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Para hallar la potencia también se pueden utilizar, las siguientes fórmulas derivadas de
la anterior:
En el primer caso, 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 por el
valor de la resistencia en ohm (
) que posee la carga o consumidor conectado al
propio circuito.
En el segundo caso obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor de la
tensión de la red eléctrica y dividiéndolo por el valor en ohm (
) que posee la
resistencia de la carga conectada.
El consumo en watt (W) o kilowatt (kW) de cualquier carga, ya sea ésta una
resistencia o un consumidor cualquiera de corriente conectado a un circuito eléctrico,
como pudieran ser motores, calentadores, equipos de aire acondicionado, televisores
u otro dispositivo similar, en la mayoría de los casos se puede conocer leyéndolo
directamente impreso o en una placa metálica ubicada en los mismos equipos.
Unidades de energía eléctrica
La unidad de consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt-hora
(vatio-hora), o en kilowatt-hora (kW-h). Usando el watt y el segundo resultan unidades
muy pequeñas, por ello, para medir la potencia eléctrica se usa la unidad kilowatthora.
Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y el hogar,
facturan el consumo en kilowatt-hora (kW-h). Esta unidad proviene de despejar
energía (E) de la ya conocida ecuación:
Despejando la ecuación, la energía queda:
E  Pt
Entonces la unidad de energía sería
1 julio = 1 watt x 1 segundo pero 1 kilowatt = 1.000 watt y 1 hora = 3.600
segundos, por lo tanto:
1 Kilowatt-hora = 1 KWh = 1.000 watt x 3.600 segundos = 3,6 x 106
julios
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O, también:
1 KWh = 3.600.000 julios
Breve repaso de los principales fenómenos asociados a la circulación de
electrones.
El paso de corriente eléctrica deja a su paso una serie de fenómenos físicos, que han
sido estudiados y en algunos casos fueron aprovechados para otros usos, como por
ejemplo el magnetismo.
Temperatura
Como ya se explicó, en todo aparato existe un calentamiento debido al
funcionamiento. Esto se debe a que no existen conductores perfectos. Todo
conductor posee una resistencia intrínseca, que aunque sea muy baja, produce un
consumo extra de energía, que al no ser aprovechada por el equipo, es disipada al
ambiente en forma de calor.
Campo magnético alrededor de un conductor
Cuando circula corriente a través de un conductor, se inducen campos
electromagnéticos en torno al mismo. Este principio es el que se utiliza para los
motores eléctricos, en los cuales el campo que generan los bobinados de alambre de
cobre, son combinados con otros campos para producir esfuerzos que hagan girar al
rotor del motor. Los generadores aplican el mismo principio, pero para la obtención de
energía. También puede introducir interferencias, como cuando acercamos un cable
con 220V de corriente alterna a un cable que transporta una señal de audio.
Imantación
Si se introduce un metal dentro de un campo electromagnético producido por corriente
continua de gran intensidad, se logra ordenar las moléculas del metal, haciendo que
este tome propiedades magnéticas.
Esto no se produce con corriente alterna, ya que al cambiar constantemente el sentido
del campo, no se logra ningún efecto magnetizador.
Fuerza contraelectromotriz
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Es una fuerza que se produce en todos los bobinados. Es debido a que toda carga
eléctrica tiende a oponerse a la causa que le dio origen. Las cargas inductivas como
relés, bobinas, parlantes, etc. pueden generar retrocesos de corriente muy grandes.
Impedancia
Es lo mismo que la resistencia. La diferencia es que la primera se refiere a corriente
continua, y la segunda para corriente alterna.
Inductancia
Fenómeno producido en las bobinas, las cuales presentan mayor impedancia cuanto
mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el Henry.
Capacitancia
Fenómeno producido en los condensadores, los cuales presentan menor impedancia
cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada. Su unidad es el Faradio.
i
Nestor Quadri. Instalaciones eléctricas en edificios.10 Edición. Cesarini Hnos.
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