ELECTRICIDAD
INDUSTRIAL:
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Conceptos básicos de la electricidad
Electrostática
La materia que nos rodea está formada por átomos. Los átomos
a su vez están formados por partículas distribuidas en el núcleo y la corteza.
En el núcleo nos encontramos con los neutrones (partículas sin carga y con
masa) y protones (partículas con carga positiva y masa). En la corteza girando
alrededor del núcleo nos encontramos a lo electrones (partículas con masa
despreciable y carga negativa).
Cuando el número de protones y electrones es el mismo tenemos átomos neutros,
mientras que si el número de ambos no coincide tenemos iones, átomos cargados.
Estos iones pueden ser;
Iones positivos.-
el número de protones es mayor que el número de electrones.
Iones
negativos.- el número de electrones es mayor que el número de protones.
Corriente eléctrica
El movimiento de los electrones a través de un conductor. Según el tipo de
desplazamiento diferenciamos entre corriente continua y alterna.
En la corriente continua los electrones se desplazan siempre en el mismo
sentido.
Gráficamente:
En la corriente alterna los electrones cambian de sentido en
su movimiento 50 veces por segundo en el caso europeo y 60 veces por segundo en
América. El movimiento descrito por los electrones en este caso es sinusoidal.
Magnitudes básicas
Por
magnitud física entendemos cualquier propiedad de los cuerpos que se puede
medir o cuantificar. En los circuitos eléctricos tenemos:
Voltaje
o tensión eléctrica.- energía por unidad de carga que hace que éstas circuln por el
circuito. Se mide en voltios V.
Intensidad.- Número de electrones que
atraviesan la sección de un conductor en la unidad de tiempo. Se mide en
amperios (A).
I = (siendo q la carga y t el tiempo)
El amperio es una unidad muy grande equivalente al paso de 6,24·1018 electrones por segundo.
Resistencia mide la oposición que ofrece un
material al paso de corriente eléctrica. Se mide en Ohmios (W).
La
resistencia que ofrece un material al paso de corriente eléctrica viene
determinada por su longitud su sección y sus características según la ecuación:
Atendiendo a esta resistencia los materiales se clasifican
en dos grandes grupos:
Conductores.- permiten el paso de corriente eléctrica, metales, agua,….
Aislantes.- no permiten el paso de corriente eléctrica, madera, plástico,…
Ley de Ohm
Ohm realizó numerosos experimentos analizando los
valores de estas tres magnitudes observando que si aumentaba la resistencia
manteniendo fija la intensidad, aumentaba el voltaje. Si aumentaba la
intensidad manteniendo fija la resistencia, aumentaba el voltaje. Es decir la
resistencia y la intensidad son directamente proporcionales al voltaje.
Estos experimentos llevaron a Ohm a enunciar su ley para el
cálculo de las magnitudes básicas de un circuito eléctrico de la siguiente
forma:
V = I · R
Instrumentos de medida
Para medir las diferentes magnitudes eléctricas, existen instrumentos
específicos siendo los más utilizados el voltímetro, el amperímetro y el
polímetro.
Ø Voltímetro.-
Mide el voltaje o tensión eléctrica. El aparato se conecta en paralelo con el
componente o generador cuya tensión se quiere medir. La resistencia interna del
aparato es muy alta de modo que a través de él casi no circula corriente. Suele
tener varias escalas, voltios o milivoltios siendo preciso elegir la escala adecuada
a la tensión que se va a medir. Si trabajamos con tensiones muy elevadas
debemos tener cuidado para no dañarlo.
Ø Amperímetro.-
Mide la intensidad de la corriente. Se conecta en serie con el circuito. La
resistencia interna del aparato es muy pequeña por lo que apenas afecta a la
corriente del circuito. También aquí debemos seleccionar la escala adecuada a
la intensidad que vamos a trabajar. Si conectamos el aparato en paralelo
podemos dañarlo.
Ø Polímetro.-
Es más avanzado que los anteriores, nos permite medir tensión, intensidad,
Resistencia en diferentes escalas o medida, puede ser analógico o digital.
Circuito eléctrico
Conjunto de operadores unidos de tal forma que permitan el paso de corriente
eléctrica para conseguir algún efecto útil (luz, calor, movimiento,…). Los
elementos básicos de un circuito eléctrico son:
Elementos
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Función
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Símbolos
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Generadores
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Suministra energía eléctrica acumulada en pilas o generada
dinamo
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Conductores
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Materiales que sirven de unión entre los distintos
operadores del circuito y permiten el paso de corriente eléctrica.
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Receptores
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Operadores que transforman la energía eléctrica en otro
tipo de energía útil:
ü Resistencia (calorífica)
ü Bombilla (luminosa)
ü Timbre o Zumbador (sonora)
ü Motor (mecánica, cinética)
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Elementos de maniobra y control
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Sin necesidad de modificar las conexiones del circuito
permite gobernar a voluntad su funcionamiento. Abren y cierran el circuito a
voluntad.
 ü Interruptores
ü Pulsadores
ü Conmutadores
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Elementos de protección
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Elementos intercalados en el circuito que protegen las
instalaciones
ü Fusibles
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Las pilas y baterías comerciales son generadores químicos de
energía eléctrica que utilizan elementos capaces de desarrollar un flujo de
electrones más intenso.
. ¿Por qué se gastan las pilas? Este transvase interno de
electrones se repite muchas veces hasta que esta capacidad interna se va
debilitando y ya no puede llevarse a cabo el transvase.
La mayoría de las pilas están fabricadas con metales pesados y por tanto,
pueden ser muy contaminantes. Las pilas de tipo botón son las más contaminantes
de todas por utilizar mercurio. El mercurio es un veneno muy activo que filtra
hacia las aguas subterráneas y desde aquí pasa a los animales pudiendo ser la
causa de graves enfermedades, NUNCA tires las pilas a la basura recíclalas en
los contenedores existentes para ello o en comercios encargados de recogerlas.
Hans Christian Oesterd (1777-1851), físico danés, observó,
mediante un experimento que la aguja de una brújula situada cerca de una
corriente eléctrica se desviaba. Esto le llevó a una conclusión muy sencilla:
La corriente eléctrica pasando a través de un conductor
actúa como un imán.
¿Quieres comprobarlo? Enrolla un cable alrededor de una
brújula y después conéctalo a un pila, verás cómo se mueve la aguja.
Este efecto también podemos observarlo en el siguiente experimento, tomamos un
papel y practicamos un orificio para el paso de un cable, en el papel situamos
limaduras de hierro y conectamos el cable a una pila, podemos observar como la
disposición de las limaduras ala pasar la corriente eléctrica es similar a la
que formarían ante la presencia de un imán.
Michael
Faraday (1791-1867) se enteró del experimento de Oesterd y se le ocurrió la
siguiente idea: ¿es posible que el movimiento de un imán genere corriente
eléctrica? Para comprobar esta hipótesis construyó una bobina, arrollamiento de
un cable conductor y situó un imán en su interior. Produjo el movimiento de uno
respecto al otro y observó que se generaba un flujo eléctrico, a este fenómeno
lo denominó inducción magnética, base del funcionamiento de las dinamos.
Si enrollamos un cable alrededor de un hierro (un tornillo,
varillas,…) tendremos una bobina mucho más potente ya que el hierro facilita la
circulación del campo magnético por el interior de la bobina. Este diseño se
denomina electroimán y tiene múltiples aplicaciones, timbres, grúa industrial,..…
Los alternadores y las dinamos son máquinas eléctricas que transforman la energía mecánica de rotación, que reciben a través de su eje en energía eléctrica alterna y continua respectivamente.
El alternador.- Cuando un conductor se desplaza a través
de un campo magnético se genera en este una corriente eléctrica inducida. Si el
cable utilizado para moverlo con mayor facilidad tiene forma de espira, se
inducirá en esta una tensión que irá oscilando (alternado) entre unos valores
máximos y mínimo que incluso irán cambiando de giro. Se genera una corriente alterna.
El alternador consta de dos partes, el rotor y el estator.
El rotor es un elemento cilíndrico provisto de electroimanes situado en el
interior del estator capaz de girar alrededor de su eje cuando éste es impulsado por la acción
de una fuerza.
El estator es la carcasa metálica fija en cuyo interior se aloja el rotor sobre el que se arrolla un hilo conductor.
PRÓXIMA ENTREGA
La dinamo y el motor.- Empleando un imán y una espira con
unos anillos colectores es posible generar corriente eléctrica alterna, si
sustituimos los anillos colectores por un solo anillo dividido en dos partes
aisladas entre sí tendremos una dinamo. En este caso la corriente circula en un
solo sentido, corriente continua.
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