miércoles, 26 de mayo de 2010

ELECTROTECNIA

ELECTROTECNIA

¿Qué es la electrotecnia?

La electrotecnia no es otra cosa que la electricidad aplicada, y esta definición encierra muchas cosas.

Engloba a la fabricación, la distribución o transporte, los componentes eléctricos y los aparatos eléctricos. Como se puede observar, la electrótecnia es toda una disciplina dentro de la ciencia eléctrica.

La producción.

Se puede producir con varios tipos de tecnología existentes actualmente, algunos más límpios que otros.

Central hidrológica: Aprovechando la circulación del agua, cuando cae de un pantano, se la conduce hasta una turbina, que es la encargada de generar la electricidad.
Central térmica: Utiliza vapor de agua dirigida sobre una turbina, para producir electricidad. El vapor de agua se consigue a través de métodos nada respetuosos con el medio ambiente, pues ocasionan mucha polución, este es el principal motivo de que esten alejadas de los centros urbanos. Polucionan porque utilizan materiales para la combustión como el gas, al gas-oil y el carbón.
Central nuclear: El concepto que usan es similar al de las centrales térmicas, es decir, se hacen servir del vapor de agua para que una turbina genere la electricidad. Para este menester usan el uranio como combustible, por este motivo, están muy mal consideradas por los ecologistas, porque además de producir electricidad, producen grandes cantidades de desechos radioactivos que tardan miles de años en eliminarse, sin contar el hecho de que la radioactividad es altamente contaminante.
Granjas de viento: Aquí entramos en un nuevo concepto de energía, la energía renovable. Ya no se usa el agua o el vapor de agua para alimentar a una turbina, se emplea la energía cinética del viento para alimentar a un generador. De esta forma se transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica. La gran ventaja, la dicha, no poluciona, pero, ocupa mucho espacio. Por este motivo, no tiene un futuro muy prometedor. Se le suele llamar energía eólica.
Central fotovoltaica: Siguiendo con las energías renovables, tenemos las centrales que usan la energía solar. Conectando varias placas fotovoltaicas se consigue corriente continua. Pero sucede lo mismo que con las centrales eólicas, son respetuosas con el medio ambiente, porque no polucionan, pero ocupan mucho terreno. A pesar de esto último, España es una de las grandes productoras de electricidad fotovoltaica

Carga eléctrica

Propiedades eléctricas de la materia

La materia está constituida por átomos. Estos poseen un núcleo pesado formado por protones (+) y neutrones (N) alrededor del cual giran, muy alejados, los electrones (-), mucho más ligeros.

El electrón tiene la misma carga que el protón, pero pesa casi 2000 veces menos. La carga eléctrica más pequeña que podemos encontrar es la de un electrón. Esta carga es muy pequeña y como unidad en el Sistema Internacional se utiliza el Culombio:

1 Culombio (C) = carga de 6,25 · 1018 electrones

De la relación anterior se puede deducir la carga de un electrón:

1 e- = 1,6 · 10-19 culombios

La carga eléctrica puede ser de dos tipos, positiva o negativa. La del electrón es carga eléctrica negativa. Si un cuerpo eléctricamente neutro gana electrones se carga negativamente y si los pierde se carga positivamente.

Ley de Coulomb

Las cargas se atraen o se repelen con una fuerza proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa:

CARGAS DE DISTINTO SIGNO SE ATRAEN Y DE IGUAL SIGNO SE REPELEN

Potencial eléctrico

Intensidad de campo eléctrico

Toda carga provoca a su alrededor un campo eléctrico. La intensidad de campo en un punto, se define como la fuerza que ejerce el campo eléctrico sobre la unidad de carga positiva situada en ese punto.

La intensidad de campo eléctrico en un punto se mide en voltios/metro (V/m).

Potencial eléctrico

El potencial en un punto A creado por una carga q, es el trabajo realizado, sobre la unidad de carga positiva, para traerla desde el infinito hasta ese punto.

El potencial o tensión en un punto se mide en voltios (V).

Diferencia de potencial

La diferencia de potencial entre dos puntos VAB es la diferencia entre el potencial en A (VA) y el potencial en B (VB).

La diferencia de potencial o tensión entre dos puntos se mide en voltios (V).

En la práctica, la diferencia de potencial o tensión entre dos puntos puede medirse con un aparato llamado VOLTÍMETRO.

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/volt.gif

Como cualquier material tiene una cierta resistencia , para vencerla y mantener una corriente eléctrica, es necesario mantener sus extremos cargados eléctricamente a un cierto potencial.

1 VOLTIO es la diferencia de potencial necesaria para hacer circular una corriente de 1 AMPERIO a lo largo de un conductor que presenta una resistencia de 1 OHMIO.

Para mantener la diferencia de potencial se utilizan pilas o generadores.

Corriente eléctrica

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica es un movimiento de cargas. Esto se traduce en un movimiento de electrones hacia el punto de mayor potencial (más positivo). Sin embargo, tradicionalmente se ha venido utilizando el llamado sentido tradicional de corriente que viene a ser el que realizarían las cargas positivas para dirigirse al punto de menor potencial (más negativo).

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/i_conv.gif

Este último sentido, el tradicional, es el que utilizaremos.

Intensidad de corriente

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/i_elec.gif

Intensidad de corriente eléctrica

Es la cantidad de carga que atraviesa una sección del conductor en la unidad de tiempo.

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image7.gif

La intensidad de corriente se puede medir con el AMPERÍMETRO.

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/ampe.gif

Densidad de corriente

Es la relación entre la intensidad de corriente y la sección transversal del conductor por el que circula.

Suele expresarse en A/mm2.

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image9.gif

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/densi.gif

Tipos de corriente eléctrica

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/ccac.gif

Corriente continua

Cuando la intensidad del flujo de electrones que circula por un conductor es constante en la misma dirección, la corriente resultante se denomina CORRIENTE CONTINUA.

Corriente alterna

Cuando el flujo de electrones que circula no es constante o cambia de sentido, la corriente no es continua. En este caso pueden darse varios tipos de corriente de los cuales el más importante es la CORRIENTE ALTERNA SENOIDAL.

Tiene lugar cuando varía en intensidad y sentido cíclicamente siguiendo la función matemática y = sen x.

El flujo de electrones varía entre cero y un máximo en uno y otro sentido a lo largo del conductor alternativamente.

Resistividad y resistencia

Resistividad y conductividad

La resistividad expresa el grado de oposición de una sustancia al paso de la corriente eléctrica.

Es una característica propia de cada material.

Material

Resistividad a 20º C

r 20 W mm2 / m

Coeficiente de temperatura

a

Cobre

Aluminio

0,01786

0,02857

0,00393

0,00446

La resistividad de cada material varía con la temperatura:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image17.gif

La conductividad indica la facilidad que presenta un material al paso de la corriente.

Es el valor inverso a la resistividad:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image18.gif

Resistencia y conductancia

La resistencia eléctrica de un conductor depende de su resistividad y de sus dimensiones:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image19.gif

La conductancia es el valor inverso de la resistencia:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image20.gif

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/seccion.gif

Secciones comerciales de conductores eléctricos en mm2

Ley de Ohm

Al circular una corriente eléctrica a través de una resistencia, provoca en extremos de la misma una caída de tensión igual al producto de dicha intensidad por la resistencia.

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image25.gif

Considerando el sentido tradicional de la corriente (movimiento de cargas positivas) el potencial es más positivo en el extremo por el que entra la intensidad en la resistencia y más negativo en el extremo por el que sale.

Potencia y energía eléctrica

La potencia eléctrica generada o consumida en cualquier elemento de un circuito es igual al producto de la tensión por la corriente:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image28.gif

Mediante la ecuación anterior y la ley de Ohm se puede expresar la potencia en una resistencia de diversas formas:

La potencia en una resistencia siempre será potencia consumida por ser un elemento pasivo. Sin embargo, la potencia en una pila puede ser entregada al circuito o consumida por la pila:

La unidad de potencia es el vatio (W): 1W = 1V x 1A

Sin embargo, en los motores, también se expresa en caballos de vapor (CV):

1CV = 736W

La energía eléctrica cedida por un generador o recibida por un receptor depende de la potencia y del tiempo:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image30.gif

La unidad de energía eléctrica es el julio (J):

1J = 1W x 1s

Con frecuencia resulta poco práctico, empleándose el kilovatio hora (kWh):

1kWh = 3,6 x 106 J

Efecto Joule

La corriente eléctrica que atraviesa un material produce un calentamiento o desprendimiento de energía calorífica proporcional a la intensidad, a la resistencia del material y al tiempo que circula:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image31.gif

La unidad de calor es la caloría: 1J = 0,24 cal

La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustancia depende directamente de la masa, del calor específico y del incremento de temperatura:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image32.gif

Se entiende por calor específico (c) de una sustancia la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 ºC la cantidad de un gramo de la sustancia de que se trate.

CALOR ESPECIFICO

Sustancia

Cal / g ºC

Agua

Aceite

Aluminio

Cobre

1

0,44

0,22

0,09

Rendimiento

Rendimiento

El rendimiento en un sistema eléctrico es la relación entre la potencia útil y la potencia total:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image33.gif

Suele darse en tanto por ciento:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image34.gif

Circuito eléctrico

Un circuito eléctrico elemental está formado por un generador, batería o pila capaz de mantener entre sus extremos una diferencia de potencial y una resistencia de carga, unidos entre sí por un camino cerrado formado por conductores.

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/pila.gifhttp://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/circuit.gif

Por tener sus extremos comunes, la tensión en la resistencia se iguala a la de la pila, para lo cual, se establece una circulación de corriente que obedece a la ley de Ohm:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image26.gif

El circuito eléctrico real

En los circuitos reales, además de la resistencia R que nosotros colocamos, aparecen dos resistencias no deseadas:

  • La resistencia interna de la pila: ri.
  • La resistencia propia de los conductores: RC.

En este caso, la diferencia de potencial que establece el generador se reparte entre las diversas resistencias del circuito:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/c_elem.gif

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image27.gif

La intensidad que circula por un circuito eléctrico cerrado formado por una única malla es igual a la suma de todas las fuerzas electromotrices dividido por la suma de todas las resistencias que existen en el circuito.

Pérdidas de un circuito eléctrico elemental

Si consideramos un circuito eléctrico formado por un generador con resistencia interna, unos conductores con resistencia propia y una resistencia de carga, la potencia útil será solamente aquella que se desarrolla en la resistencia de carga, mientras que la disipada en forma de calor (efecto joule) en la resistencia interna del generador y de los conductores será potencia perdida:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/c_senc.gif

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image35.gif

El rendimiento de este circuito será:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image36.gif

Caída de tensión y sección de una línea

La caída de tensión que se produce en una línea viene dada por la ley de Ohm y conocidos o establecidos el resto de los datos, podríamos calcular la sección de conductor necesaria:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image38.gif

Se suele dar la caída de tensión en % y la longitud de la línea por la distancia con lo que se deberá considerar la ida y la vuelta de los conductores

Transferencia de máxima potencia

Si se quiere conseguir la máxima potencia en la carga aunque sea a costa de un bajo rendimiento (altas pérdidas) se puede demostrar que se consigue cuando:

http://www.netcom.es/pepeele/teoria/corriente/Image37.gif

En este caso el rendimiento será del 50%.

http://www.netcom.es/pepeele/index.html

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada

Seguidores