Electricidad

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Tras haber estudiado ya algunos conceptos correspondientes a la electrotecnia, resumimos brevemente los conceptos más básicos.

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio

La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente.

Tensión o diferencia de potencial, el voltaje es la diferencia que hay entre dos puntos en el potencial eléctrico, refiriéndonos a potencial eléctrico como el trabajo que se realiza para trasladar una carga positiva de un punto a otro. De esta manera, el voltaje no es un valor absoluto sino una diferencia entre las cargas eléctricas, que se mide en voltios, según el Sistema Internacional de Unidades.

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdida o ganancia de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas.

La Ley de Ohm afirma que la corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

Ahora continuamos con más temario referido a la electricidad, básicamente teoría en cuanto a su producción, sus efectos, algunos dispositivos, algunos problemas que puede acarrear y las consecuencias en el ser humano

  •  Producción eléctrica a pequeña escala

Grupo electrógeno   [1]

Un grupo electrógeno [Figura 1] es una máquina que mueve un generador de energía eléctrica a través de un motor de combustión interna . Se utiliza cuando existe un déficit en la generación de energía, o cuando se produce un corte en el suministro eléctrico y es necesario mantener la actividad eléctrica. También se suele utilizar en zonas  donde no hay suministro a través de la red eléctrica, es decir, en zonas agrícolas con pocas infraestructuras o viviendas aisladas. Además es necesario en aquellos locales en los que por diversas razones es obligatorio el funcionamiento eléctrico, en hospitales, fábricas y otros lugares de concurrencia pública; donde es necesario el abastecimiento eléctrico en casos de emergencia.

Un grupo electrógeno consta de las siguientes partes:

Motor de combustión interna. Sistema de refrigeración. Alternador. Depósito de combustible y bancada. Sistema de control. Interruptor automático de salida. Regulación del motor.

Figura 1: Grupo electrógeno

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Pila voltaica   [2]

Se denomina ordinariamente pila eléctrica a un dispositivo que genera energía eléctrica por un proceso químico transitorio [Figura 2 ], tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o ánodo y el otro es el polo negativo o cátodo. En español es habitual llamarla así, mientras que las pilas recargables o acumuladores, se ha venido llamando batería.

Aunque la apariencia de una pila sea simple, la explicación de su funcionamiento dista de serlo y motivó una gran actividad científica en los siglos XIX y XX, así como diversas teorías, y la demanda creciente que tiene este producto en el mercado sigue haciendo de él objeto de investigación intensa.

El funcionamiento de una pila se basa en el potencial de contacto entre dos sustancias, mediado por un electrolito. Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo. La capacidad total de una pila se mide en amperios-hora; es el número máximo de amperios que el elemento puede suministrar en una hora. Es un valor que no suele conocerse, ya que no es muy claro dado que depende de la intensidad solicitada y la temperatura.

Los metales y los productos químicos que componen las pilas son perjudiciales para el medioambiente y para nuestra salud, por ello es de obligatorio cumplimiento un tratado especial una vez deja de usarse, para ello deben ser depositadas en los contenedores adecuados.

Estas pilas suelen utilizarse en los aparatos eléctricos portátiles, que se nutren para su funcionamiento de la energía facilitada por una o varias pilas eléctricas o de baterías recargables. Entre los dispositivos de uso masivo destacan juguetes, linternas, relojes, teléfonos móviles, marcapasos, audífonos, calculadoras, ordenadores personales portátiles, reproductores de música, radio transistores, mando a distancia, etc.

Figura 2: Pila voltaica

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Pila de combustible   [3]

Una pila de combustible, también llamada célula o celda de combustible es un dispositivo electroquímico de conversión de energía similar a una batería, pero se diferencia de esta última en que está diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos; es decir, produce electricidad de una fuente externa de combustible y de oxígeno en contraposición a la capacidad limitada de almacenamiento de energía que posee una batería. Además, los electrodos en una batería reaccionan y cambian según cómo esté de cargada o descargada; en cambio, en una celda de combustible los electrodos son catalíticos y relativamente estables.

Los reactivos típicos utilizados en una celda de combustible son hidrógeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado del cátodo (si se trata de una celda de hidrógeno). Por otra parte las baterías convencionales consumen reactivos sólidos y, una vez que se han agotado, deben ser eliminadas o recargadas con electricidad. Generalmente, los reactivos “fluyen hacia dentro” y los productos de la reacción “fluyen hacia fuera“. La operación a largo plazo virtualmente continua es factible mientras se mantengan estos flujos.

Generador termoeléctrico de radioisótopos   [4]

Un generador termoeléctrico de radioisótopos es un generador eléctrico simple que obtiene su energía de la liberada por la desintegración radiactiva de determinados elementos [Figura 3].

En este dispositivo, el calor liberado por la desintegración de un material radiactivo se convierte en electricidad directamente gracias al uso de una serie de termopares, que convierten el calor en electricidad gracias al efecto Seebeck en el llamado Unidad de calor de radioisótopos (o RHU en inglés).

Los RTG se pueden considerar un tipo de batería y se han usado en satélites, sondas espaciales no tripuladas e instalaciones remotas que no disponen de otro tipo de fuente eléctrica o de calor. Los RTG son los dispositivos más adecuados en situaciones donde no hay presencia humana y se necesitan potencias de varios centenares de vatios durante largos períodos de tiempo, situaciones en las que los generadores convencionales como las pilas de combustible o las baterías no son viables económicamente y donde no pueden usarse células fotovoltaicas.

Figura 3: Generador termoeléctrico de radioisótopos de la sonda Cassini

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  •  Efectos de la corriente eléctrica   [5]

Efecto calorífico. Los hilos conductores se calientan al pasar por ellos la corriente eléctrica. Este efecto se aprovecha en radiadores, cocinas eléctricas y, en general, en todos los electrodomésticos utilizados como sistemas de calefacción. Sin embargo, este efecto tiene también consecuencias negativas, puesto que, al calentarse, los hilos disipan energía. En una bombilla de incandescencia esto eleva el consumo energético.

Efecto químico. La corriente eléctrica puede inducir cambios químicos en las sustancias. Esto se aprovecha en una pila, que produce electricidad a partir de cambios químicos, o en galvanotecnia, la técnica empleada para recubrir de metal una pieza.

Efecto luminoso. En una lámpara fluorescente, el paso de corriente produce luz.

Efecto magnético (electromagnetismo). Es el más importante desde el punto de vista tecnológico. Una corriente eléctrica tiene efectos magnéticos (es capaz de atraer o repeler un imán). Por otra parte, el movimiento relativo entre un imán y una bobina (un hilo metálico arrollado) se aprovecha en las máquinas eléctricas para producir movimiento o para generar electricidad.

Dispositivos eléctricos

Transformador eléctrico   [6]

Se denomina transformador o trafo (abreviatura), a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia [Figura 4]. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

Figura 4: Esquema de las partes de un transformador eléctrico

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Motor eléctrico    [7]

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica [Figura 5] por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.

Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos. Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

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Motor eléctrico sencillo [Vídeo 1]

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Funcionamiento de un generador y un motor eléctricos [Vídeo 2]

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Figura 5: Varios motores eléctricos de distintos tamaños

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  •  Problemas eléctricos

Sobrecarga   [8]

La sobrecarga: se produce cuando a través de la línea eléctrica, circula una intensidad mayor que la intensidad nominal (intensidad para la cual está diseñada una línea, y la que absorben los aparatos cuando su funcionamiento es correcto). Existen varios factores que pueden producirlo, uno de ellos puede ser un un fallo de aislamiento. Las sobrecargas también pueden producir daños importantes, dependiendo de dos factores:

– Valor en amperios de la sobrecarga.

– Tiempo que dura la sobrecarga.

Cortocircuito   [9]

El cortocircuito se produce cuando entran en contacto dos elementos eléctricos que están a distinto potencial. El caso más habitual es cuando contactan dos fases diferentes del circuito, o una fase y el neutro. El cortocircuito produce unas intensidades muy elevadas, del orden de cientos de amperios, lo cual produce un gran calentamiento de los conductores que pueden llegar a quemarse. Es una de las principales causas de accidentes eléctricos.

  •  Efectos físicos en el ser humano   [10]

Según el tiempo de exposición y la dirección de paso de la corriente eléctrica para una misma intensidad pueden producirse lesiones graves, tales como: asfixia, fibrilación ventricular, quemaduras, lesiones secundarias a consecuencia del choque eléctrico, tales como caídas de altura, golpes, etc., cuya aparición tiene lugar dependiendo de los valores t-Ic.

INTENSIDAD (mA)

EFECTOS SOBRE EL ORGANISMO

c.c.

c.a. (50Hz)

HOMBRE

MUJER

HOMBRE

MUJER

1

0.6

0.4

0.3

Ninguna sensación

5.2

3.5

1.1

0.7

Umbral de percepción

76

51

16

10.5

Umbral de intensidad límite

90

60

23

15

Choque doloroso y grave (contracción muscular y dificultad respiratoria)

200

170

50

35

Principio de fibrilación ventricular

1300

1300

1000

1000

Fibrilación ventricular posible en choques cortos: Corta duración (hasta 0.03 segundos)

500

500

100

100

Fibrilación ventricular posible en choques cortos: Duración 3 segundos


Actividades

1.-  Cread una tabla explicando la función de cada uno de los elementos de un grupo electrógeno

2.-  Buscad información acerca de la primera pila voltaica

3.-  Citad algún otro dispositivo eléctrico y explicad brevemente su funcionamiento

4.- Buscad algún cortocircuito o alguna sobrecarga a gran escala, que halla tenido una gran repercusión

5.- Enumerad algunas medidas de seguridad necesarias para realizar trabajos con electricidad.

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Referencias

[1]  http://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica#Generaci.C3.B3n_a_peque.C3.B1a_escala

[2]  http://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica#Generaci.C3.B3n_a_peque.C3.B1a_escala

[3]  http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_de_combustible

[4]  http://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica#Generaci.C3.B3n_a_peque.C3.B1a_escala

[5]  http://www.kalipedia.com/tecnologia/tema/electricidad/efectos-corriente-electrica.html?x=20070822klpingtcn_95.Kes

[6]  http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

[7]  http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

[8]  http://www.mailxmail.com/curso-electricidad-fisicos-tecnicos/cortocircuito-sobrecarga

[9]  http://www.mailxmail.com/curso-electricidad-fisicos-tecnicos/cortocircuito-sobrecarga

[10]  http://www.sprl.upv.es/IOP_ELEC_02.htm

[Vídeo 1]:  http://www.youtube.com/watch?v=LVQMXT6saT0&feature=fvst

[Vídeo 2]:  http://www.youtube.com/watch?v=Au6vtu4qGrE

Figura 1:  http://www.ngbmaquinaria.es/galeria/grupo%20electrogeno01.jpg

Figura 2:  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ac/Pila_galvanica.jpg/350px-Pila_galvanica.jpg

Figura 3:   http://1.bp.blogspot.com/_4W_JRbA-QYc/R4-w0V46TCI/AAAAAAAABZ0/4HKG-QaeAPU/s1600/rtgcasininasa001.jpg

Figura 4:   http://bo.kalipedia.com/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924klpcnafyq_127.Ees.SCO.png

Figura 5:  http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctrico

1 comentario (+add yours?)

  1. oscar rivera
    Mar 12, 2013 @ 17:09:32

    necesito tener conocimiento de los precios de los generadores electricos con motor diesel

    Responder

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