Manual curso de
Manual curso de
electricidad básica
electricidad básica
En este manual de electricidad básica adquirirás un conocimiento bastante amplio, En este manual de electricidad básica adquirirás un conocimiento bastante amplio, realmente para tu superación en la sociedad como electricista principiante y por que no realmente para tu superación en la sociedad como electricista principiante y por que no hasta profesional.
hasta profesional. Con el fin de
Con el fin de que tus conocimientos sean de los mas exactos, y que tus que tus conocimientos sean de los mas exactos, y que tus habilidades seanhabilidades sean únicas gracias a aquellas sesiones de e
únicas gracias a aquellas sesiones de e studio con tu manual de electricidad.studio con tu manual de electricidad.
Para ello deberás dedicarle algo de tiempo y esfuerzo, cualquier duda o aclaración te Para ello deberás dedicarle algo de tiempo y esfuerzo, cualquier duda o aclaración te puedes comunicar con migo:
puedes comunicar con migo: [email protected][email protected]
La idea de este manual es que te superes y seas independiente y comiences a ser tu propio La idea de este manual es que te superes y seas independiente y comiences a ser tu propio jefe y que te atrevas a comenzar tu
jefe y que te atrevas a comenzar tu propio propio negocio.negocio.
2012
2012
TSU: TSU: FRANCISCO JAVIER GERVACIO IÑIGUEZ FRANCISCO JAVIER GERVACIO IÑIGUEZ [01/ENERO/2012]
Manual curso de electricidad básica
Manual curso de electricidad básica
Ampere
Ampere VoltímetroVoltímetro
Amperímetr Amperímetr o o VoltajeVoltaje Seguridad Seguridad Supercon Supercon ductividad ductividad Watt Watt Corriente Corriente alterna alterna Códigos Códigos Ohm Ohm Conductor Conductor Problemas Problemas Impedancia Impedancia Inductancia Inductancia Ventajas Ventajas Frecuencia Frecuencia Corriente Corriente Electricidad Electricidad Resistencia Resistencia Corriente Corriente continua continua Kirchhoff Kirchhoff Aislante Aislante Joule Joule Diagramas Diagramas Solucione Solucione ss Fallas Fallas Practicas Practicas Precaucio Precaucio nes nes Confianza Confianza Accidentes Accidentes Leyes Leyes Detalles Detalles Tuberías Tuberías Contactos Contactos Cables Cables Cortos Cortos Circuitos Circuitos Desventajas Desventajas
Manual curso de electricidad básica
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Índice
Índice
Pagina Pagina Introducción Introducción……..………..………05……..………..………05 Objetivo………..05 Objetivo………..05 Historia de la electricidad Historia de la electricidad…….……….………...06...06 Voltaire Voltaire………..……….………..………...08...08 Leyes de Kirchhoff Leyes de Kirchhoff ………0909 Ley de las corrientes Ley de las corrientes………..………...10………..………...10Ley de las tensiones………..……… Ley de las tensiones………..………..…10…10 Ley de Ohm Ley de Ohm………..….11….11 Electromagnetismo Electromagnetismo………...12...12 La Electricidad La Electricidad………...12...12
Corriente alterna y directa Corriente alterna y directa………...13...13
Corriente eléctrica……… Corriente eléctrica………..…13…13 Corriente continua……….14 Corriente continua……….14 Corriente alterna………14 Corriente alterna………14 Resistencia Resistencia eléctricaeléctrica……….15……….15
Comportamientos ideales y reales………..15
Comportamientos ideales y reales………..15
Comportamientos en corriente Comportamientos en corriente continúa………15continúa………15
Comportamientos en corriente Comportamientos en corriente alterna ………..16alterna ………..16
Asociación de resistencias Asociación de resistencias………..17………..17 Resistencias equivalentes………...17 Resistencias equivalentes………...17 Asociación en serie………..18 Asociación en serie………..18 Asociación en paralelo……….18 Asociación en paralelo……….18 Resistencia de un conductor Resistencia de un conductor ………19………19 Aislamiento eléctrico Aislamiento eléctrico……….19……….19
Diferencia entre un aislante y un conductor
Diferencia entre un aislante y un conductor ………20………20 Superconductividad Superconductividad………..20………..20 Impedancia Impedancia………21………21 Frecuencia Frecuencia……….22……….22 Watt Watt………..23………..23 Ampere Ampere………23………23 Multímetro Multímetro……….23……….23 Amperímetro………..24 Amperímetro………..24 Voltímetro……… Voltímetro………2424 Óhmetro………..25 Óhmetro………..25 Instalaciones eléctricas de baja, media y alta tensión
Instalaciones eléctricas de baja, media y alta tensión ……….28……….28 Que son las instalaciones de baja tensión
Que son las instalaciones de baja tensión………2828 Que son las instalaciones de media tensión
Que son las instalaciones de media tensión……….28……….28 Que son las instalaciones de alta tensión
Que son las instalaciones de alta tensión……….28……….28 Contactos eléctricos directos……… Contactos eléctricos directos……….29.29 Contactos eléctricos indirectos
Contactos eléctricos indirectos……….………...29..29 Simbología eléctrica
Simbología eléctrica………31………31 Tipos de herramientas para uso
Tipos de herramientas para uso del electricistadel electricista ……….……….3232 Calibres de conductores Calibres de conductores………33………33 Código de colores Código de colores………..34………..34 Centros de cargas Centros de cargas………35………35 Tipos de apagadores
Tipos de apagadores“interruptor”“interruptor”………36………36
Tipos de contactos
Tipos de contactos………38………38 Apagador de escalera
Apagador de escalera……….39……….39 Accidentes por electrificación
Accidentes por electrificación……….41.41 Prevención contra Accidentes
Introducción
Introducción
En este manual de electricidad adquirirás conocimientos tanto teóricos como prácticos y algo de la historia y sus descubridores. En este manual de electricidad adquirirás conocimientos tanto teóricos como prácticos y algo de la historia y sus descubridores. Ya que la energía eléctrica no la
Ya que la energía eléctrica no la creamos ni la destruimos solo la modificamos. Con fines de servicio a la sociedad.creamos ni la destruimos solo la modificamos. Con fines de servicio a la sociedad. Para que tú seas capas de manipularlo. Con el fin de
Para que tú seas capas de manipularlo. Con el fin de que tus conocimientos sean de los que tus conocimientos sean de los mas exactos, y que tus habilidmas exactos, y que tus habilidades seanades sean únicas gracias a aquellas sesiones de estudio con tu manual de electricidad.
únicas gracias a aquellas sesiones de estudio con tu manual de electricidad. La idea principal de este manual es la
La idea principal de este manual es la de que tú puedas desarrollar actividades relacionadas con la electricidad residencial e industrial.de que tú puedas desarrollar actividades relacionadas con la electricidad residencial e industrial. Para ello necesitas practicar y conocer los riesgos que pudiera
Para ello necesitas practicar y conocer los riesgos que pudieran surgir, “recuerda tu eres n surgir, “recuerda tu eres responsable de tu seguridad”responsable de tu seguridad” Para ello te doy algunos consejos importantes y para que no
Para ello te doy algunos consejos importantes y para que no sufras ningún accidente.sufras ningún accidente.
Se te asesorara de cómo podrás realizar algunas instalaciones, detección de fallas, la correcta utilización de las herramientas y los Se te asesorara de cómo podrás realizar algunas instalaciones, detección de fallas, la correcta utilización de las herramientas y los calibres de los cables.
calibres de los cables. Con el fin de que
Con el fin de que cuando termines seas todo un profesional en el ramo de cuando termines seas todo un profesional en el ramo de los electricistas.los electricistas.
Objetivo:
Objetivo:
El objetivo es tratar de El objetivo es tratar de difundir mis conocimientos a todas aquellas personas que estén dispuestas a salir de ladifundir mis conocimientos a todas aquellas personas que estén dispuestas a salir de la mediocridad, mediante su trabajo y sus conocimientos. Que apliques los conocimientos que a continuación vas a leer y a descubrir mediocridad, mediante su trabajo y sus conocimientos. Que apliques los conocimientos que a continuación vas a leer y a descubrir que no es difícil ni tampoco imposible conocer y manipular la electricidad para beneficios mutuos y por queque no es difícil ni tampoco imposible conocer y manipular la electricidad para beneficios mutuos y por que no sacar provecho de ello.no sacar provecho de ello.
Que Dios te Bendiga
Que Dios te Bendiga
Suerte.
Suerte.
Historia de la electricidad
Michael Faraday relacionó el magnetismo con la electricidad.
Configuración electrónica del átomo de cobre. Sus propiedades conductoras se deben a la facilidad de circulación que tiene su electrón masa exterior (4s).
La historia de la electricidad como rama de la física comenzó con observaciones aisladas y simples especulaciones o intuiciones médicas, como el uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza, u objetos arqueológicos de
interpretación discutible (la batería de Bagdad). Tales de Mileto fue el primero en observar los fenómenos eléctricos cuando, al frotar una barra de ámbar con un paño, notó que la barra podía atraer objetos livianos.
Mientras la electricidad era todavía considerada poco más que un espectáculo de salón, las primeras aproximaciones científicas al fenómeno fueron hechas en los siglos XVII y XVIII por investigadores sistemáticos como Gilbert, von Guericke,Henry Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek y Watson. Estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Galvani, Volta, Coulomb y Franklin, y, ya a comienzos del siglo XIX, con Ampère,Faraday y Ohm. No obstante, el desarrollo de una teoría que unificara la electricidad con el magnetismo como dos manifestaciones de un mismo fenómeno no se alcanzó hasta la formulación de las ecuaciones de Maxwell (1861-1865).
Los desarrollos tecnológicos que produjeron la primera revolución industrial no hicieron uso de la electricidad. Su primera aplicación práctica generalizada fue el telégrafo eléctrico de Samuel Morse (1833), que revolucionó las telecomunicaciones. La generación masiva de electricidad comenzó cuando, a fines del siglo XIX, se extendió la iluminación eléctrica de las calles y las casas. La creciente sucesión de aplicaciones que esta disponibilidad produjo hizo de la electricidad una de las principales fuerzas motrices de la segunda revolución industrial. Más que de grandes teóricos, como Lord Kelvin, fue éste el momento de grandes inventores comoGramme, Westinghouse, von Siemens y Alexander Graham Bell. Entre ellos destacaron Nikola Tesla y Thomas Alva Edison, cuya revolucionaria manera de entender la relación entre investigación y mercado capitalista convirtió la innovación tecnológica en una actividad industrial. Tesla, un inventor serbio-americano, descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, que es la base de la maquinaria de corriente alterna. También inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía a la sociedad moderna.
El alumbrado artificial modificó la duración y distribución horaria de las actividades individuales y sociales, de los procesos industriales, del transporte y de las telecomunicaciones. Lenin definió el socialismo como la suma de la electrificación y el poder de los soviets. Las ociedad de consumo que se creó en los países capitalistas dependió (y depende) en gran medida del uso doméstico de la electricidad.
El desarrollo de la mecánica cuántica durante la primera mitad del siglo XX sentó las bases para la comprensión del
comportamiento de los electrones en los diferentes materiales. Estos saberes, combinados con las tecnologías
desarrolladas para las transmisiones de radio, permitieron el desarrollo de la electrónica, que alcanzaría su auge con la
invención del transistor. El perfeccionamiento, la miniaturización, el aumento de velocidad y la disminución de costo de las computadoras durante la segunda mitad del siglo XX fue posible gracias al buen conocimiento de las propiedades eléctricas de los materiales semiconductores. Esto fue esencial para la conformación de la sociedad de la información de la tercera revolución industrial, comparable en importancia con la generalización del uso de los automóviles.Los problemas de almacenamiento de electricidad, su transporte a largas distancias y la autonomía de los aparatos móviles alimentados por electricidad todavía no han sido resueltos de forma eficiente. Asimismo, la multiplicación de todo tipo de aplicaciones prácticas de la electricidad ha sido — junto con la proliferación de los motores alimentados con destilados del petróleo— uno de los factores de la crisis energética de comienzos del siglo XXI. Esto ha planteado la necesidad de nuevas fuentes de energía, especialmente las renovables.
V
OLTAIRE
François Marie Arouet, más conocido como Voltaire (París, 21 de noviembre de 1694 –ibídem, 30 de mayo de 1778) fue un escritor, historiador, filósofo y abogado francés que figura como uno de los principales representantes de la Ilustración, un período que enfatizó el poder de la razón humana, de la ciencia y el respeto hacia la humanidad. En 1746 Voltaire fue elegido miembro de la Academia francesa.
B
IOGRAFÍABusto de Voltaire, 1778, por Jean-Antoine Houdon (1741-1828).
François-Marie Arouet fue el último de los cinco hijos del notario François Arouet (1650 – 1 de enero de 1722) y de Marie Marguerite d'Aumary (1660 – 13 de julio de 1701), miembro de una familia noble de la provincia de Poitou-Charentes y que murió cuando él tenía siete años de edad. Estudió en el colegio jesuita Louis-le-Grand (1704 –1711) durante los últimos años del reinado de Luis XIV, en el que aprendió latín y griego. En el colegio trabó amistad con los hermanos René-Louis y Marc-Pierre Anderson, futuros ministros del rey Luis XV.
Alrededor de 1706 Voltaire escribió la tragedia Amulius y Numitor , de la que se encontraron
más tarde algunos fragmentos que se publicaron en el siglo XIX. Entre 1711 y 1713 estudió Derecho. Su padrino, el Abad de Châteauneuf, lo introdujo en una sociedad libertina, la Sociedad del Temple, y para esa época recibió una herencia de Ninon de Lenclos.
En 1713 obtuvo el cargo de secretario de la embajada francesa en La Haya, trabajo del que fue expulsado debido a un idilio con una refugiada francesa llamada Catherine Olympe Dunoyer. Durante esa época empezó a escribir su tragedia Edipo(que no se publicó hasta 1718). A la
muerte de Luis XIV en 1715, el Duque de Orleáns asumió la regencia y el joven Arouet escribió una sátira contra el mismo Duque que le valió la reclusión por un año en la Bastilla (1717), tiempo que dedicó a estudiar literatura. Una vez liberado, fue desterrado a Châtenay-Malabry, donde adoptó el seudónimo deVoltaire.
En 1718 su tragediaEdipoy en 1723 su epopeyaLa Henriade, dedicada al rey Enrique IV, tuvieron un gran éxito. Sin embargo, como
producto de una disputa con el noble De Rohan, fue encarcelado de nuevo en la Bastilla y al cabo de cinco meses, fue liberado y desterrado a Gran Bretaña (1726 –1729). Se instaló en Londresy allí Voltaire recibió una influencia determinante en la orientación de su pensamiento. Cuando regresó a Francia en 1728, Voltaire difundió sus ideas políticas, el pensamiento del científico Isaac Newton y del filósofo John Locke.
En 1731 escribió laHistoria de Carlos XII , obra en la que esbozó los problemas y tópicos que, más tarde, aparecieron en su famosa
obraCartas filosóficas, publicada en 1734, donde defendió la tolerancia religiosa y la libertad ideológica, tomando como modelo la
permisividad inglesa y acusando al cristianismo de ser la raíz de todo fanatismo dogmático. Por este motivo, en el mes de mayo se ordenó su detención y Voltaire se refugió en el castillo de Émilie du Châtelet, mujer con la que establecerá una larga relación amorosa y con la que trabajará en su obraLa filosofía de Newton.
En esta misma época, tras el éxito de su tragedia Zaire(1734) escribió Adélaïde du Guesclin(1734),La muerte de César (1735), Alzira o los americanos(1736),Mahoma o el fanatismo (1741). También escribióEl hijo pródigo (1736) yNanine o el prejuicio vencido(1749), que tuvieron menos éxito que los anteriores.
En 1742 suMahoma o el fanatismo es prohibida y un año después publicaMérope. Por esta época, Voltaire viajó a Berlín, donde fue
nombrado académico, historiógrafo y Caballero de la Cámara real. Cuando murió Madame de Châtelet en 1749, Voltaire volvió a Berlín invitado por Federico II el Grande, llegando a alojarse como invitado en el Palacio de Sanssouci para participar en las tertulias a las que era muy aficionado el monarca. Durante aquella época escribióEl siglo de Luis XIV (1751) y continuó, conMicromegas(1752),
debido a la negativa de Francia de aceptar su residencia, Voltaire se refugió en Ginebra, Suiza, lugar en el que chocó con la mentalidad calvinista. Su afición al teatro y el capítulo dedicado a Miguel Servet en suEnsayo sobre las costumbres (1756)
escandalizaron a los ginebrinos.
Su poema sobreJuana de Arco, la doncella(1755), y su colaboración en la Enciclopediachocaron con el partido de los católicos.
Fruto de esta época fueron elPoema sobre el desastre de Lisboa(1756) y la novela corta Cándido o el optimismo(1759), que fue
inmediatamente condenada en Ginebra por sus irónicas críticas a la filosofía leibnitziana y su sátira contra clérigos, nobles, reyes y militares.
La residencia de Ferney.
Se instaló en la propiedad de Ferney, donde vivió durante dieciocho años, recibió a laélite de los principales países de Europa, representó sus tragedias (Tancredo, 1760),
mantuvo una copiosa correspondencia y multiplicó los escritos polémicos y subversivos para combatir el fanatismo clerical.
Cuatro años después redactó elTratado sobre la tolerancia, y en 1764 suDiccionario filosófico. Desde entonces, siendo ya Voltaire un personaje famoso e influyente en la vida
pública, intervino en distintos casos judiciales, como el caso Calas y el de La Barre, que estaba acusado de impiedad, defendiendo la tolerancia y la libertad frente a todo dogmatismo y fanatismo.
En 1778 Voltaire volvió a París. Se le acogió con entusiasmo y murió el 30 de mayo de ese mismo año, a la edad de 83 años. En 1791, sus restos fueron trasladados al Panteón.
L
EYES DE
K
IRCHHOFF
Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica.
Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.
L
EY DE CORRIENTES DEK
IRCHHOFFAnálisis de nodos
La corriente que pasa por un nodo es igual a la corriente que sale del mismo.i 1 + i 4 = i 2 + i 3
Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que:
En cualquier nodo, y la suma de todos los nodos y la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De igual forma, La suma algebraica de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
Esta fórmula es válida también para circuitos complejos:
La ley se basa en el principio de la conservación de la carga donde la carga en couloumbs es el producto de la corriente en amperios y el tiempo en segundos.
L
EY DE TENSIONES DEK
IRCHHOFFAnálisis de malla
Ley de tensiones de Kirchhoff, en este caso v4= v1+v2+v3. No se tiene en cuenta a
v5 porque no hace parte de la malla que estamos analizando.
Esta ley es llamada también Segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff o ley de mallas de Kirchhoff y es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley.
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.
L
EY DE
O
HM
Ley de Ohm: V = I x R
El voltaje hace que la electricidad fluya a lo largo de los alambres de cobre, mientras que el aislamiento que cubre dichos alambres ejercen una resistencia al paso de corriente, que es mucho menor a lo largo del alambre.
Al aplicar la Ley de Ohm al alambre, tendremos que a menor resistencia del alambre, se tendrá más corriente con el mismo voltaje. Es importante tener presente que ningún aislamiento es perfecto (su resistencia no es infinita), de modo que cierta cantidad de electricidad fluye a lo largo del aislamiento a través de la tierra. Esta corriente puede ser de millonésimas de amperios, pero se debe medir con un buen instrumento de prueba de aislamiento, como el megóhmetro, popularmente conocido como "Megger".
En resumen, un buen aislamiento es el que no se deteriora al aumentar el voltaje y por ende, la corriente, obteniéndose una resistencia alta, la cual se debe mantener en el tiempo. Esto se visualiza al realizar mediciones periódicas y estudiando la tendencia que provoca que un aislamiento se deteriore.
Existen diferentes tipos de solicitaciones:
Sobretensiones en régimen permanente, o sobretensiones permanentes o en sus proximidades). Se caracterizan por un
frente escarpado de duración comprendida entre microsegundos y milisegundos:
Frente lento: Frente de 20 microsegundos a 500 microsegundos, cola de hasta 20 milisegundos. Frente rápido: Frente de 0`1 microsegundos a 20 microsegundos, cola de hasta 300 microsegundos.
Frente muy rápido: Frente menor(que haya contacto eléctrico) Los materiales utilizados más frecuentemente son
los plásticos y las cerámicas.
El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción, que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material (para más detalles ver semiconductor).
Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia teóricamente infinita. Algunos materiales, como el aire o el agua son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, aislante a temperatura ambiente y bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor.
Materiales conductores: metales, hierro, mercurio, oro, plata, cobre, platino, plomo, etc. Materiales aislantes: plástico, madera, cerámicas, etc.
E
LECTROMAGNETISMO
Fluido ferroso que se agrupa cerca de los polos de un imán o magneto.
Se denominaelectromagnetismo a la teoría física que unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos son obra de Faraday, pero fueron formulados por primera vez de modo completo por Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales, conocidas como ecuaciones de Maxwell, que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales: densidad de carga eléctrica, corriente eléctrica, desplazamiento eléctrico y corriente de desplazamiento.
A principios del siglo XIX Ørsted encontró evidencia empírica de que los fenómenos magnéticos y eléctricos estaban relacionados. A partir de esa base Maxwell unificó en 1861 los trabajos de físicos como Ampère, Sturgeon, Henry, Ohm y Faraday, en un conjunto de ecuaciones que describían ambos fenómenos como uno solo, el fenómeno electromagnético.11
Se trata de una teoría de campos; las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales y son dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los que intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre la materia. Para la descripción de fenómenos a nivel molecular, atómico o corpuscular, es necesario emplear las expresiones clásicas de la energía electromagnética conjuntamente con las de la mecánica cuántica.
L
A
E
LECTRICIDAD
Laelectricidad (del griego ήλεκτρονelektron, cuyo significado es ámbar) es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas
eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.1 2 3 4Se puede
observar de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso complejo del que los rayos solo forman una parte). Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el funcionamiento del sistema nervioso. 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.5Además es esencial para la producción de sustancias químicas como el
aluminio y el cloro.
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 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 contienen partículas subatómicas positivas (protones), negativas (electrones) y neutras (neutrones). También hay partículas elementales cargadas que en condiciones normales no son estables, por lo que se manifiestan sólo en determinados procesos como los rayos cósmicos y las desintegraciones radiactivas.
La electricidad y el magnetismo son dos aspectos diferentes de un mismo fenómeno físico, denominado electromagnetismo, descrito matemáticamente por las ecuaciones de Maxwell. El movimiento de una carga eléctrica produce un campo magnético, la variación de un campo magnético produce un campo eléctrico y el movimiento acelerado de cargas eléctricas genera ondas electromagnéticas (como en las descargas de rayos que pueden escucharse en los receptores de radio AM).
Debido a las crecientes aplicaciones de la electricidad como vector 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.
C
ORRIENTE ELÉCTRICA
Relación existente entre la intensidad y la densidad de corriente.
Se denomina corriente eléctrica al flujo de carga eléctrica a través de un material sometido a una diferencia de potencial. Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional.
A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la sección de los elementos conductores del mismo.
La intensidad de corriente (I ) en una sección dada de un conductor (s) se define como la carga eléctrica (Q) que atraviesa la
sección en una unidad de tiempo (t ):
. Si la intensidad de corriente es constante, entonces
La densidad de corriente ( j ) es la intensidad de corriente que atraviesa una sección por unidad de superficie de la sección (S).
C
ORRIENTE CONTINUA
Rectificador de corriente alterna en continua, con puente de Gratz. Se emplea cuando la tensión de salida tiene un valor distinto de la tensión de entrada.
Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés DC, deDirect Current ) al flujo de cargas eléctricas que no cambia de
sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. Es errónea la identificación de la corriente continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batería). Es continua toda corriente cuyo sentido de circulación es siempre el mismo, independientemente de su valor absoluto.
Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del conde y científico italiano Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Edison sobre la generación de electricidad, en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente continua
comenzó a emplearse para la transmisión de la energía eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente alterna, que presenta menores pérdidas en la transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión de redes eléctricas de diferentes frecuencias y en la transmisión a través de cables submarinos.
Desde 2008 se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua a partir de células fotoeléctricas que permiten aprovechar la energía solar.
Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos electrónicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante un proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos dispositivos llamados rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores (antiguamente, también de tubos de vacío).21
C
ORRIENTE ALTERNA
Onda senoidal.
Voltaje de las fases de un sistema trifásico. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120º.
Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current ) a la corriente eléctrica en la que la
magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda sinoidal.22En el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las
empresas.
El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron al desarrollo y mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los años 1881 y 1889. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia.
La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de trasmisión de potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua. La energía eléctrica trasmitida viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, se puede, mediante un transformador, modificar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Esto permite que los conductores sean de menor sección y, por tanto, de menor costo; además, minimiza las pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para permitir su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.
Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente.
Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.
Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica depende de la corriente eléctrica que pasa a través de un objeto y de la tensión en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón de la tensión y la corriente, así:1
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.
C
OMPORTAMIENTOS IDEALES Y REALES
Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley de Joule. También establece una relación de proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y la tensión medible entre sus extremos, relación conocida como ley de Ohm:
dondei (t ) es la corriente eléctrica que atraviesa la resistencia de valor R yu(t ) es la diferencia de potencial que se origina. En
general, una resistencia real podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de corriente que circule por ella.
C
OMPORTAMIENTO EN CORRIENTE CONTINUA
Una resistencia real en corriente continua (CC) se comporta prácticamente de la misma forma que si fuera ideal, esto es, transformando la energía eléctrica en calor por efecto Joule. La ley de Ohm para corriente continua establece que:
C
OMPORTAMIENTO EN CORRIENTE ALTERNA
Diagrama fasorial.
Como se ha comentado anteriormente, una resistencia real muestra un comportamiento diferente del que se observaría en una resistencia ideal si la intensidad que la atraviesa no es continua. En el caso de que la señal aplicada sea senoidal, corriente alterna (CA), a bajas frecuencias se observa que una resistencia real se comportará de forma muy similar a como lo haría en CC, siendo despreciables las diferencias. En altas frecuencias el comportamiento es diferente, aumentando en la medida en la que aumenta la frecuencia aplicada, lo que se explica fundamentalmente por los efectos inductivos que producen los materiales que conforman la resistencia real.
Por ejemplo, en una resistencia de carbón los efectos inductivos solo provienen de los propios terminales de conexión del dispositivo mientras que en una resistencia de tipo bobinado estos efectos se incrementan por el devanado de hilo resistivo alrededor del soporte cerámico, además de aparecer una cierta componente capacitiva si la frecuencia es especialmente elevada. En estos casos, para analizar los circuitos, la resistencia real se sustituye por una asociación serie formada por una resistencia ideal y por una bobina también ideal, aunque a veces también se les puede añadir un pequeño condensador ideal en paralelo con dicha asociación serie. En los conductores, además, aparecen otros efectos entre los que cabe destacar el efecto pelicular.
Consideremos una resistenciaR , como la de la figura 2, a la que se aplica una tensión alterna de valor:
De acuerdo con la ley de Ohm circulará una corriente alterna de valor:
donde . Se obtiene así, para la corriente, una función senoidal que está en fase con la tensión aplicada (figura 3).
Si se representa el valor eficaz de la corriente obtenida en forma polar:
Y operando matemáticamente:
De donde se deduce que en los circuitos de CA la resistencia puede considerarse como una magnitud compleja con parte real y sin parte imaginaria o, lo que es lo mismo con argumento nulo, cuya representación binómica y polar serán:
A
SOCIACIÓN DE RESISTENCIAS
R
ESISTENCIA EQUIVALENTEAsociaciones generales de resistencias: a) Serie y b) Paralelo. c) Resistencia equivalente.
Se denomina resistencia equivalente de una asociación respecto de dos puntos A y B, a aquella que conectada la misma diferencia de potencial,U AB, demanda la
misma intensidad,I (ver figura 4). Esto significa que ante las mismas condiciones, la
asociación y su resistencia equivalente disipan la misma potencia.
A
SOCIACIÓN EN SERIEDos o más resistencias se encuentran conectadas en serie cuando al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, todas ellas son recorridas por la misma corriente.
Para determinar la resistencia equivalente de una asociación serie imaginaremos que ambas, figuras 4a) y 4c), están conectadas a la misma diferencia de potencial,U AB. Si aplicamos la segunda ley de Kirchhoff a la asociación en serie tendremos:
Aplicando la ley de Ohm:
En la resistencia equivalente:
Finalmente, igualando ambas ecuaciones se obtiene que:
Y eliminando la intensidad:
Por lo tanto, la resistencia equivalente a n resistencias montadas en serie es igual a la sumatoria de dichas resistencias.
A
SOCIACIÓN EN PARALELODos o más resistencias se encuentran en paralelo cuando tienen dos terminales comunes de modo que al aplicar al conjunto una diferencia de potencial,U AB, todas las resistencias tienen la misma caída de tensión, U AB.
Para determinar la resistencia equivalente de una asociación en paralelo imaginaremos que ambas, figuras 4b) y 4c), están conectadas a la misma diferencia de potencial mencionada, U AB, lo que originará una misma demanda de corriente eléctrica,I . Esta
corriente se repartirá en la asociación por cada una de sus resistencias de acuerdo con la primera ley de Kirchhoff:
Aplicando la ley de Ohm:
En la resistencia equivalente se cumple:
Igualando ambas ecuaciones y eliminando la tensión UAB:
De donde:
Por lo que la resistencia equivalente de una asociación en paralelo es igual a la inversa de la suma de las inversas de cada una de las resistencias.
Existen dos casos particulares que suelen darse en una asociación en paralelo:
1. Dos resistencias: en este caso se puede comprobar que la resistencia equivalente es igual al producto dividido por la suma de sus valores, esto es:
R
ESISTENCIA DE UN CONDUCTOR
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, o sea 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 m², del tipo de material y de la temperatura. Si consideramos la temperatura constante (20 ºC), la resistencia viene dada por la siguiente expresión:
En la que es la resistividad (una característica propia de cada material).
A
ISLAMIENTO ELÉCTRICO
El aislamiento eléctrico se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo largo del conductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.
C
ONDUCTOR ELÉCTRICO
Unconductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al paso de la electricidad.
D
ESCRIPCIÓNSon materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales el cobre el hierro y el aluminio los metales y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma.
Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, los mejores conductores son eloro y la plata, pero debido a su elevado precio, los materiales empleados habitualmente son el cobre (en forma de cables de uno o varioshilos), o el aluminio; metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% inferior es, sin embargo, un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión1
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
Resistividad de algunos materiales a 20 °C Material Resistividad (Ω·m) Plata2 1,55 × 10 –8 Cobre3 1,70 × 10 –8 Oro4 2,22 × 10 –8 Aluminio5 2,82 × 10 –8 Wolframio6 5,65 × 10 –8 Níquel7 6,40 × 10 –8 Hierro8 8,90 × 10 –8 Platino9 10,60 × 10 –8 Estaño10 11,50 × 10 –8 Acero inoxidable 30111 72,00 × 10 –8 Grafito12 60,00 × 10 –8
IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58.0 MS/m.2A este valor es a lo que se
llama 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.
D
IFERENCIA ENTRE MATERIALES AISLANTES Y CONDUCTORESLa diferencia de los distintos materiales es que los aislantes son materiales que presentan gran resistencia a que las cargas que lo forman se desplacen y los conductores tienen cargas libres y que pueden moverse con facilidad.
De acuerdo con la teoría moderna de la materia (comprobada por resultados experimentales), los átomos de la materia están constituidos por un núcleo cargado positivamente, alrededor del cual giran a gran velocidad cargas eléctricas negativas. Estas cargas negativas, los electrones, son indivisibles e idénticas para toda la materia.
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.
A este movimiento de electrones es a lo que se llama corriente eléctrica. Algunos materiales, principalmente los metales, tienen un gran número de electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos materiales tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro, estos son los antes mencionados conductores.
Los mejores conductores son los elementos metálicos, especialmente el oro, plata (es el más conductor),1el cobre, el aluminio, etc.
Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).
S
UPERCONDUCTIVIDAD
Se denomina superconductividad a la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía en determinadas condiciones.
La resistividad eléctrica de un conductor metálico disminuye gradualmente a medida que la temperatura se reduce. Sin embargo, en los conductores ordinarios, como el cobre y la plata, las impurezas y otros defectos producen un valor límite. Incluso cerca de cero absoluto una muestra de cobre muestra una resistencia no nula. La resistencia de un superconductor, en cambio, desciende bruscamente a cero cuando el material se enfría por debajo de su temperatura crítica. Una corriente eléctrica que fluye en una espiral
de cable superconductor puede persistir indefinidamente sin fuente de alimentación. Al igual que el ferromagnetismo y las líneas espectrales atómicas, la superconductividad es un fenómeno de la mecánica cuántica.
La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales, incluyendo elementos simples como el estaño y el aluminio, diversas aleaciones metálicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. La superconductividad no ocurre en metales nobles como el oro y la plata, ni en la mayoría de los metales ferro magnético.
I
MPEDANCIA
Laimpedancia es una magnitud que establece la relación (cociente) entre la tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, la tensión y la propia impedancia se describen con números complejos o funciones del análisis armónico. Su módulo (a veces impropiamente llamado impedancia) establece la relación entre los valores máximos o los valores eficaces de la tensión y de la corriente. La parte real de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia. El concepto de impedancia generaliza la ley de Ohm en el estudio de circuitos en corriente alterna (AC).El término fue acuñado por Oliver Heaviside en 1886. En general, la solución para las corrientes y las tensiones de un circuito formado por resistencias, condensadores e inductancias y sin ningún componente de comportamiento no lineal, son soluciones de ecuaciones diferenciales. Pero, cuando todos los generadores de tensión y de corriente tienen la misma frecuencia constante y sus amplitudes son constantes, las soluciones en estado estacionario (cuando todos los fenómenos transitorios han desaparecido) son sinusoidales y todas las tensiones y corrientes tienen la misma frecuencia que los generadores y amplitud constante. La fase, sin embargo, se verá afectada por la parte compleja (reactancia) de la impedancia.
El formalismo de las impedancias consiste en unas pocas reglas que permiten calcular circuitos que contienen elementos resistivos, inductivos o capacitivos de manera similar al cálculo de circuitos resistivos en corriente continua. Esas reglas sólo son válidas en los casos siguientes:
Si estamos en régimen permanente con corriente alterna sinusoidal. Es decir, que todos los generadores de tensión y de
corriente son sinusoidales y de la misma frecuencia, y que todos los fenómenos transitorios que pueden ocurrir al comienzo de la conexión se han atenuado y desaparecido completamente.
Si todos los componentes son lineales. Es decir, componentes o circuitos en los cuales la amplitud (o el valor eficaz) de la
corriente es estrictamente proporcional a la tensión aplicada. Se excluyen los componentes no lineales como los diodos. Si el circuito contiene inductancias con núcleo ferro magnético (que no son lineales), los resultados de los cálculos sólo podrán ser aproximados y eso, a condición de respetar la zona de trabajo de las inductancias.
Cuando todos los generadores no tienen la misma frecuencia o si las señales no son sinusoidales, se puede descomponer el cálculo en varias etapas en cada una de las cuales se puede utilizar el formalismo de impedancias
F
RECUENCIA
Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y eltempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).
Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:
donde T es el periodo de la señal.
F
RECUENCIAS DE ONDAS
Dos frecuencias, una de «ritmo» superior a la otra.
La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico), a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual
a la velocidadv de la onda, dividido por la longitud de onda λ (lambda):
Cuando las ondas viajan de un medio a otro, como por ejemplo de aire a agua, la frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando sólo su longitud de onda y la velocidad.
Por el efecto Doppler, la frecuencia es una magnitud invariable en el universo. Es decir, no se puede modificar por ningún proceso físico excepto por su velocidad de propagación o longitud de onda.
F
RECUENCIA DE LA CORRIENTE ALTERNA
En Europa, Asia, Oceanía, África y gran parte de América del Sur, la frecuencia de corriente alterna para uso doméstico (en electrodomésticos, etc.) es de 50 Hz y en América del Norte de 60 Hz.
W
ATT
Elwatt o vatio es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades y equivale a 1 joule por segundo (1J/s). Se trata de una de sus unidades derivadas y su símbolo es W.
El vatio, expresado en las unidades que se utilizan en electricidad, es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA). Los aparatos eléctricos de poca potencia se expresan en vatios; sin embargo, aquellos de gran potencia son expresados en kilovatios (kW). Un kW equivale a 1.000 vatios y a 1,35984 CV (caballos de vapor ).
Otra unidad derivada del watt es el megavatio, cuyo símbolo es MW y equivale a un millón de vatios. Esta unidad de medida se utiliza en los grandes motores eléctricos, en los buques de guerra y en algunos de los equipamientos científicos, como ciertos equipos de láseres.
El vatio recibe su nombre del matemático e ingeniero escocés James Watt (1736-1819), reconocido por sus contribuciones al desarrollo de la máquina de vapor. Watt creó instrumentos matemáticos para laUniversidad de Glasgow y construyó variasmáquinas de Newcomen hasta que pudo perfeccionar el sistema. En 1784, patentó la máquina a vapor . Dieciséis años más tarde, se retiró aHeathfield Hall, una localidad inglesa cercana a Birmingham.
El vatio, como unidad del Sistema Internacional de Unidades, fue adoptado por el Segundo Congreso de la Asociación Británica por el Avance de la Ciencia en 1889 y por la 11ma. Conferencia General de Pesos y Medidas en 1960.
A
MPERE
Unidad de medida de la corriente eléctrica, es la cantidad de carga que circula por un conductor por unidad de tiempo I = Q/t Es la corriente eléctrica (I) que produce una fuerza de 2 x 10-7newton por metro entre dos conductores paralelos separados por 1
metro. 1 A = 1 Coulombio / segundo. 1 A = 1000 mA (miliamperio). Ver también: - Corriente continua
- Corriente alterna (C.A.)
James Watt (Greenock, 19 de enero de 1736 - Handsworth, 25 de agosto de 1819) fue un matemático e ingeniero escocés. Las mejoras que realizó en la máquina de Newcomen dieron lugar a la conocida como máquina de vapor, que resultaría fundamental en el desarrollo de la Revolución industrial, tanto en el Reino Unido como en el resto del mundo.
Multímetro
Un multímetro, también denominado polímetro,1tester omultitester , es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente
magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales(tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).
A
MPERÍMETRO
Para que el polímetro trabaje como amperímetro (Esquema 2 ) es preciso conectar una
resistencia en paralelo con el instrumento de medida (vínculo). El valor de depende del valor en amperios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. En el polímetro aparecerán tantas resistencias conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, si se desean escalas de 10 miliamperios, 100 miliamperios y 1 amperio y de acuerdo con las características internas el instrumento de medida (vínculo), aparecerán tres resistencias conmutables. Si se desean medir corrientes elevadas con el polímetro como amperímetro, se suelen incorporar unas bornas de acceso independientes. Los circuitos internos estarán construidos con cable y componentes adecuados para soportar la corriente correspondiente.
Para hallar sabemos que se cumple:
Donde I es la intensidad máxima que deseamos medir (fondo de escala), ( )es la intensidad que circula por el galvanómetro e la
corriente que pasa por la resistencia shunt ( ).
A partir de la relación:
Que se deduce de la Ley de Ohm llegamos al valor que debe tener la resistencia shunt ( ):
De esta ecuación se obtiene el valor de que hace que por el galvanómetro pasen mA cuando en el circuito exterior circulan I mA.
V
OLTÍMETRO
Para que el polímetro trabaje como voltímetro (Esquema 3) es preciso conectar una
resistencia en serie con el instrumento de medida. El valor de depende del valor en voltios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. En el polímetro aparecerán tantas resistencias conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, en el caso de requerir 10 voltios, 20 voltios, 50 voltios y 200 voltios, existirán cuatro resistencias diferentes . Para conocer el valor de la resistencia que debemos conectar utilizamos la siguiente expresión:
Que se desprende directamente de esta:
Lo que llamamos es la intensidad que hay que aplicar al polímetro para que la aguja llegue a fondo de escala.
Ó
HMETRO
EL ÓHMETRO PERMITE MEDIR RESISTENCIAS. UNA PILA INTERNA HACE CIRCULAR UNA CORRIENTE A TRAVÉS DE LA RESISTENCIA A MEDIR, EL INSTRUMENTO Y UNA RESISTENCIA ADICIONAL DE AJUSTE.
CUANDO LOS TERMINALES DE MEDIDA SE PONEN EN CORTOCIRCUITO CIRCULA LA MÁXIMA
CORRIENTE POR EL GALVANÓMETRO. ES EL VALOR DE CORRIENTE QUE SE ASOCIA A R = 0. CON LA
RESISTENCIA DE AJUSTE SE RETOCA ESA CORRIENTE HASTA QUE COINCIDA CON EL FONDO DE ESCALA Y EN LA DIVISIÓN QUE INDICA LA CORRIENTE MÁXIMA SE PONE EL VALOR DE 0 OHMIOS. CUANDO EN LOS TERMINALES SE CONECTA LA RESISTENCIA QUE SE DESEA MEDIR, SE PROVOCA UNA CAÍDA DE TENSIÓN Y LA AGUJA SE DESPLAZA HACIA VALORES INFERIORES DE CORRIENTE , ESTO ES, HACIA LA IZQUIERDA. LA ESCALA DE RESISTENCIAS CRECERÁ, PUES, DE DERECHA A IZQUIERDA.
DEBIDO A LA RELACIÓN INVERSA ENTRE RESISTENCIA Y CORRIENTE (R=V/I), LA ESCALA DEL ÓHMETRO NO ES LINEAL, LO CUAL PROVOCARÁ MAYOR ERROR DE MEDIDA CONFORME NOS ACERQUEMOS A CORRIENTES PEQUEÑAS (GRANDES VALORES DE LA RESISTENCIA R A MEDIR).
MONTAJE
A CONTINUACIÓN PRESENTAMOS EL CIRCUITO ELÉCTRICO QUE HARÁ LAS VECES DE ÓHMETRO (ESQUEMA4):
AÑADIREMOS UNA RESISTENCIA DE PROTECCIÓN A LA RESISTENCIA VARIABLE .
COMO ELEMENTO ACTIVO SE INCLUYE UNA PILA QUE HACE CIRCULAR LA CORRIENTE , CUYAS MAGNITUDES SERÁN LA FUERZA ELECTROMOTRIZ Ε Y LA RESISTENCIA INTERNA .
LO PRIMERO QUE HAY QUE HACER ES CORTOCIRCUITAR LA RESISTENCIA A MEDIR R , Y AJUSTAR LA RESISTENCIA VARIABLE PARA
QUE LA AGUJA LLEGUE AL FONDO DE LA ESCALA.
LA INTENSIDAD QUE CIRCULARÁ POR EL CIRCUITO EN ESTE CASO SERÁ Y SE PUEDE EXPRESAR:
Si ahora conectamosR (eliminamos el cortocircuito), la nueva intensidad quedará:
y se verificará que:
I
NSTALACIONES ELÉCTRICAS DE BAJA
,
MEDIA Y ALTA TENSIÓN
BAJA TENSIÓN
QUÉ SON LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE BAJA TENSIÓN.
Según el Artículo 3 del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, se calificará como instalación eléctrica de baja tensión todo conjunto de aparatos y de circuitos asociados en previsión de un fin particular: producción, conversión, transformación, transmisión, distribución o utilización de la energía eléctrica, cuyas tensiones nominales sean iguales o inferiores a 1000 Voltios en corriente alterna y 1500 Voltios en corriente continua.
Esta clasificación incluye a todas las instalaciones domésticas, de alumbrado y en general, todas las instalaciones de trabajo dentro de la UPV.
Las medidas preventivas contra contactos directos e indirectos en instalaciones de baja tensión están reguladas en la ITC MIE BT 021.
M
EDIA TENSIÓNEn los círculos profesionales se emplea el término "Media Tensión" para referirse a instalaciones con tensiones nominales entre 1 y 36 kV (kilovoltios). Dichas instalaciones son frecuentes en líneas de distribución que finalizan en Centros de Transformación, en donde se reduce la tensión hasta los 220 voltios, dependiendo del uso final que requiera el abonado.
A
LTA TENSIÓN ELÉCTRICASe considera instalación dealta tensión eléctrica aquella que genere, transporte, transforme, distribuya o utilice energía eléctrica con tensiones superiores a los siguientes límites:
Corriente alterna: Superior a 1000 voltios. Corriente continua: Superior a 1500 voltios.
C
LASIFICACIÓN DE LÍNEAS DE ALTA TENSIÓNL
ÍNEAS DE3
ª CATEGORÍA Tensión nominal: Entre 1.000 y 30.000 voltios.
Usos: Distribución y generación. En algunos casos puntuales, también son tensiones de utilización, como en el caso
de ferrocarrileseléctricos.
L
ÍNEAS DE2
ª CATEGORÍA Tensión nominal: Entre 30.000 y 66.000 voltios. Usos: Transporte.
L
ÍNEAS DE1
ª CATEGORÍA Usos: Transporte a grandes distancias.
L
ÍNEAS DE CATEGORÍA ESPECIAL Tensión nominal: A partir de 220.000 voltios. Usos: Transporte a grandes distancias.
TIPOS DE ACCIDENTES ELÉCTRICOS
Para que una persona se vea sometida a los efectos de un choque eléctrico, su cuerpo, mediante un doble contacto, debe poner en conexión dos puntos de distinto potencial eléctrico.
Este cierre de circuito puede efectuarse:
Bien porque se cortocircuitan dos conductores activos (fase y fase o fase y neutro), asimilándose a la conexión de un
receptor
Bien porque se puentean conductores activos y tierra, sea por contacto directo con un conductor activo o a través de una
masa sometida a tensión por un defecto de aislamiento
Bien porque el cuerpo queda sometido a la diferencia de potencial existente entre dos masas o elementos conductores
sometidos a potenciales distintos
La intensidad de contacto vendrá determinada por la relación entre la tensión de contacto (tensión compuesta o de línea, simple o de fase o la tensión de contacto que produzca el defecto) y la (resistencia) impedancia de cierre del defecto (resistencia corporal o del circuito de defecto). La tensión de contacto puede ser efectiva y supuesta.
La tensión de contacto efectiva es la tensión entre dos partes conductoras tocadas simultáneamente por una persona y puede verse sensiblemente afectada por la resistencia (impedancia) de la persona en contacto con esas partes conductoras.
La tensión de contacto supuesta es la tensión que aparece entre las partes conductoras simultáneamente.
La intensidad o corriente de contacto es la corriente que pasa a través del cuerpo humano cuando está sometido a la tensión de contacto.
El contacto en el circuito eléctrico en tensión se puede producir de dos formas: directo o indirecto.
CONTACTOS ELÉCTRICOS DIRECTOS
De acuerdo con lo expuesto en la Instrucción Complementaria MI BT 001 del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, se define como contacto directo el "contacto de personas con partes activas de los materiales y equipos".
Se entiende como partes activas, los conductores y piezas conductoras bajo tensión en servicio normal. Se incluye el conductor neutro o compensador de las partes a ellos conectadas.
El contacto directo es el que tiene lugar con las partes activas del equipo que está diseñada para llevar tensión (cables, clavijas, barras de distribución, bases de enchufe, etc.).
CONTACTOS ELÉCTRICOS INDIRECTOS
De acuerdo con lo especificado en el Reglamento de Baja Tensión en su instrucción MI BT 001, se define como contacto indirecto el "contacto de personas con masas puestas accidentalmente en tensión". Tiene lugar al tocar ciertas partes que habitualmente no están diseñadas para el paso de la corriente eléctrica, pero que pueden quedar en tensión por algún defecto (partes metálicas o masas de equipos o accesorios).
Las masas comprenden normalmente:
Las partes metálicas accesibles de los materiales y de los equipos eléctricos, separadas de las partes activas solamente por
un aislamiento funcional, las cuales pueden ser susceptibles de ser puestas bajo tensión a consecuencia de un fallo de las disposiciones tomadas para asegurar su aislamiento. Este fallo puede resultar de un defecto del aislamiento funcional, o de las disposiciones de fijación y de protección. Así, son masas las partes metálicas accesibles de los materiales eléctricos, excepto los de clase II, las armaduras metálicas de los cables y las conducciones metálicas de agua, gas, etc.
Los elementos metálicos en conexión eléctrica o en contacto con las superficies exteriores de materiales eléctricos, que estén
separadas de las partes activas por aislamientos funcionales. Así, son masas las piezas metálicas que forman parte de las canalizaciones eléctricas, los soportes de aparatos eléctricos con aislamiento funcional y las piezas colocadas en contacto con la envoltura exterior de estos aparatos.
También puede ser necesario considerar como masas todo objeto metálico situado en la proximidad de partes activas no
aisladas, y que presenta un riesgo apreciable de encontrarse unido eléctricamente con estas partes activas, a consecuencia de un fallo de los medios de fijación.
La característica principal de un contacto indirecto es que tan sólo una parte de la corriente de defecto circula por el cuerpo humano que realiza el contacto. El resto de la corriente circula por los contactos con tierra de las masas. La corriente que circula por el cuerpo humano será tanto más pequeña como baja sea la resistencia de puesta a tierra de las masas.
Si la máquina hiciera mal contacto con el suelo o estuviera aislada de él, el contacto indirecto se podría considerar como directo, al circular prácticamente toda la corriente por el cuerpo humano.
TSU: FRANCISCO JAVIER GERVACIO IÑIGUEZ
Tipos de herramientas para uso del electricista
HERRAMIENTAS BÁSICAS Y CONCEPTOS.
Las herramientas básicas que requerirás son las siguientes (si no las tienes cómpralas en la ferretería o en la tienda de artículos eléctricos más cercana).
a).Multímetro.
b).Pinzas de electricista. c).Pinzas de punta.
d).Desarmador de punta plana. e). Desarmador con punta de cruz.
f). (Opcional) Navaja o cutter (igual puedes pelar los conductores con las pinzas).
Por supuesto que hay más herramientas para los electricistas –muchas más, además de consumibles como es la cinta aislante-, para el caso puedes ver el Tema 32 en donde coloqué varias y convendría que las compraras si es que quieres dedicarte a este trabajo. Solo que prepárate porque tendrás que desembolsar una buena suma de dinero.
Si ya tienes lo anterior, procedamos entonces a revisar la información “teórica”.
Lo siguiente tendrás que memorizarlo muy bien, pues son las bases para que nos entendamos en lo sucesivo… Las instalaciones más simples se llaman MONOFÁSICAS y se les dice así porque en ellas existe solo una FASE. ¿Y que es unaFASE ?
Se le llama FASE al conductor que alimenta con corriente eléctrica. ¿Y que es un conductor y que es corriente eléctrica?
Un conductor es el alambre o el cable que utilizarás para hacer la instalación.
Corriente eléctrica es lo que te da “toques” en un conductor. Cuando sientes una descarga en tu cuerpo es que por él está cir culando una corriente eléctrica.
Recapitulemos… Las instalaciones eléctricas más simples son monofásicas y son utilizadas en casas pequeñas e incluso residenc ias. Una instalación monofásica consta o tiene una FASE o sea un cable o alambre que lleva corriente eléctrica. Pero además del cable que lleva corriente eléctrica tienen otro conductor que se llama NEUTRO. Entonces siempre que se trate de este tipo de instalaciones tendrás que “manipular” dos conductores, o sea una FASE y un NEUTRO.
El conductor llamado NEUTRO no lleva corriente eléctrica, solo sirve para cerrar o para complementar a la FASE, pero, pero, pero… no te confíes. En esto de manejar electricidad más vale tener cuidado, pues cuando menos lo piensas sucede algo. Así que en TEORIA -y solo en teoría- el NEUTRO no lleva corriente, solo sirve para “cerrar” conexiones, esto es, por ejemplo: la conexión de un foco controlado con un apagador sencillo empieza en la FASE y termina en el NEUTRO, la conexión de un contacto o toma de corriente empieza en la FASE y termina en el NEUTRO. Toda la instalación eléctrica de una casa empieza en la FASE y termina en el NEUTRO.
Convendría que repasaras lo anterior hasta que lo comprendieras COMPLETAMENTE. Nada de que me quedó obscurito esto, o que medio entendí aquello, etc., etc. Es como la construcción de una casa, si no están bien los cimientos, lo que construyas encima siempre estará en riesgo.
Calibre del conductor
La determinación del calibre del conductor apropiado para alimentar a una carga por lo general se realiza mediante el uso de tablas que publican los diferentes fabricantes de conductores eléctricos. Marcas de fábrica hay muchas, e igual existen tablas el caso es que siempre existirá el conductor para las condiciones del medio ambiente que requiera una instalación eléctrica.
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Centro de Carga
El Centro de Carga es el lugar desde donde se alimentan a todas las cargas de la Instalación Eléctrica, sea residencial, comercial o de cualquier tipo, a veces lo llaman tablero de distribución.
En instalaciones eléctricas residenciales pequeñas puede haber uno o dos niveles de protección. Si es un solo nivel de protección entonces el interruptor general es lo mismo que el centro de carga, pero si existen dos niveles ambos dispositivos son diferentes.
Para determinar la capacidad adecuada de los Centros de Carga existen varios que al final de cuentas llevan a los electricistas a tomar decisiones diferentes aunque se trate de casos semejantes.
Supongamos que tienes una Instalación Eléctrica de unos 4,000 Watts, que incluye solo cargas monofásicas. Las cargas corresponden a:
1 Motobomba de ½ H.P. 373 Watts.
15 Contactos. En total consideramos 2,700 Watts. 927 Watts, en lámparas y timbres.
Total 4,000 Watts.
Utilizarás un centro de carga con tres pastillas que controlarán: una a la motobomba, otra a todo el alumbrado y otra a todos los contactos.
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