Diferencia entre fem y Tensión
A la fuerza necesaria para trasladar los electrones desde el polo positivo al negativo, y así crear la diferencia de cargas, se la denomina fuerza electromotriz (f.e.m.).
A la diferencia de cargas se la llama de otra forma: diferencia de potencial o tensión eléctrica (símbolo U o V), y su unidad de medida es el voltio V.
Intensidad de Corriente Eléctrica
Es la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo.
Imaginemos que pudiésemos contar los electrones que pasan por un punto de un circuito eléctrico en un segundo. Pues eso seria la Intensidad. Se mide en Amperios (A).
Por ejemplo una corriente de 1 A (amperio) equivale a 6,25 trillones de electrones que han pasado en un segundo. ¿Muchos verdad?. La intensidad se mide con el amperimetro.
Resistencia Eléctrica
Los electrones, cuando en su movimiento se encuentran con un receptor (por ejemplo una lámpara), no lo tienen fácil para pasar por el receptor, porque les ofrecen una resistencia. Por el conductor van muy a gusto porque no les ofrece casi resistencia a moverse por el, pero pasar a través de los receptores es más difícil para ellos porque tienen resistencia.
Nota: Cuando hablamos de moverse por el conductor los electrones, queremos decir que los electrones se muevan de átomo en átomo por el material conductor.
Se llama resistencia a la dificultad que ofrece un cuerpo al paso de la corriente, al movimiento de electrones por el cuerpo.
Todos los elementos de un circuito tienen resistencia, excepto los conductores, que se considera cero en muchos caso. Se mide en Ohmios (Ω). La resistencia se representa con la letra R.
Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica, pero en muchas ocasiones podemos utilizar el polímetro, aparato que mide tensiones, intensidades y resistencias.
Podemos medir la resistencia de un receptor o la resistencia entre dos puntos de una instalación.
Hay unos componentes electricos-electrónicos llamados resistencias que son componentes que se ponen en los circuitos precisamente para eso, para ofrecer más resistencia al paso de la corriente por donde están colocados en los circuitos.
Para saber más sobre las resistencias te recomendamos este enlace Resistencia Eléctrica.
Potencia Eléctrica
La potencia eléctrica la podemos definir como la cantidad de…….
¿Por qué? Pues porque depende del tipo de receptor que estemos hablando. Por ejemplo de una Lámpara o Bombilla sería la cantidad de luz que emite, en un timbre la cantidad de sonido, en un radiador la cantidad de calor. Se mide en vatios 
y se representa con la letra P.
Una lámpara de 80w dará el doble de luz que una de 40w.
Por cierto, su fórmula es P=V x I (tensión en voltios, por Intensidad en Amperios).
Si quieres saber más sobre la potencia vete a esta enlace: Potencia Electrica
Energía Eléctrica
La energía eléctrica es la potencia por unidad de tiempo. La energía se consume, es decir a más tiempo conectado un receptor más energía consumirá. También un receptor que tiene mucha potencia consumirá mucha energía. Como vemos la energía depende de dos cosas, la potencia del receptor y del tiempo que esté conectado.
Su fórmula es E= P x t (potencia por tiempo)
Su unidad es el w x h (vatio por hora) pero suele usarse un múltiplo que es el Kw x h (Kilovatios por hora)
Si ponemos en la fórmula la potencia en Kw y el tiempo en horas ya obtendremos la energía en Kw x h.
Aquí tenemos una tabla con las principales magnitudes eléctricas y sus fórmulas:
| MAGNITUD | SIMBOLO | UNIDAD | SIMBOLO | FÓRMULA |
| CARGA | C | CULOMBIO | C | |
| TENSIÓN | V | VOLTIOS | V | V = I x R |
| INTENSIDAD | I | AMPERIOS | A | I = V/R |
| RESISTENCIA | R | OHMIOS | Ω | R = V/I |
| POTENCIA | P | VATIOS | W | P = V x I |
| ENERGÍA | E | VATIO POR HORA | w x h | E = P x t |
corriente eléctrica
La corriente eléctrica es un movimiento de electrones. Así de simple, si movemos electrones de un átomo a otro, generamos corriente eléctrica. La cantidad de electrones que se mueven por segundo sería la Intensidad de la Corriente Eléctrica (I) y se mide en Amperios (A).
Para generar corriente eléctrica necesitamos mover electrones de un átomo a otro por el interior de un material conductor, como por ejemplo el cobre. Un átomo cede un electrón a otro átomo próximo a él, dejando un hueco en el primero y así sucesivamente.
El sentido de los electrones es de la parte que está cargada negativamente (le sobran electrones) hacia la parte que esta con carga positiva (falta de electrones). Pero ojo el sentido de la corriente eléctrica en los circuitos se considera al revés, del positivo al negativo.
¿Cómo se Produce la Corriente Eléctrica?
Los átomos de la materia o de los materiales están formados por protones con carga positiva, neutrones sin carga y electrones con carga eléctrica negativa.
Los electrones están girando por la parte de fuera del átomo, en lo que se llaman órbitas. Estos electrones son precisamente los que producen el fenómeno de la corriente eléctrica. Tenemos que robar algún electrón de estos para producir corriente eléctrica.
Si de alguna forma le robamos un electrón al átomo de un material, este se quedará con un hueco. Cómo a los átomos no les gusta tener huecos, le robará un electrón al átomo de al lado, y ahora será este último el que tendrá un hueco, por lo que le robará un electrón al que tiene a su lado y así sucesivamente. Si pudiéramos ver este fenómeno como en una película veríamos lo siguiente:
Nota: que a los átomos no les guste tener huecos significa que a los átomos no les gusta tener carga eléctrica. Los átomos son neutros eléctricamente, ya que la carga positiva de los protones anula a la de los electrones. Si le robamos un electrón, entonces tiene más protones y el átomo tendrá carga positiva. Lo que quiere decir que si tiene un hueco (carga positiva) le va a robar el electrón al de al lado para no tener carga, y este electrón robado pasará a estar en el hueco que había dejado el electrón robado.
Nuestro problema es robar electrones para tener corriente eléctrica, o tener un cuerpo que le sobren electrones, otro que le falten y unirlos por un conductor, que será el camino por el que los electrones que sobran irán a donde hay falta de ellos.
Entonces necesitamos tener un cuerpo con carga positiva (con átomos que le falten e-) a un lado y a otro lado un cuerpo con carga negativa (que le sobren e-). carga = potencial; potencial positivo y potencial negativo.
Recuerda el cuerpo con carga positiva tiene huecos, el cuerpo con carga negativa exceso de electrones.
Si ahora los unimos con un material conductor, es decir un material que por él pasen o se muevan los e- fácilmente, como es el caso del cobre, ya tenemos la solución.
Como puedes observar para generar la corriente eléctrica necesitamos una diferencia de carga, o lo que se llama «Diferencia de Potencial», que en tecnología se conoce con el nombre de «Tensión o Voltaje».
Mientras mantengamos esa diferencia de potencial o tensión, tendremos corriente eléctrica. Precisamente los generadores eléctricos son lo que generan, o son capaces de mantener una tensión en sus bornes (extremos)
Formas de Producir Electricidad
– Por la Acción Magnética: es de esta forma como se produce la energía en las grandes centrales eléctricas mediante los alternadores o, en otros casos, con las dinamos en forma de corriente continua. Cuando se mueve un conductor eléctrico (hilo metálico) dentro de un campo magnético (imán o electroimán) aparece una tensión entre los extremos de dicho conductor.
Los generadores de las turbinas éólicas (energía eólica), de las centrales eléctricas de carbón, nucleares, hidraúlicas, etc todas son generadores que generan corriente eléctrica gracias a la acción magnética que se produce en su interior al hacerlos girar.
Si quieres saber como lo hacen visita este enlace: Dinamo y Alternador.
– Por Acción de la Luz: Mediante la células fotovoltaicas de los Paneles Solares es posible transformar directamente la energía luminosa en energía eléctrica.
– Por Reacción Química: Las pilas y acumuladores son generadores que, aprovechando la energía que se desarrolla en determinadas reacciones químicas, producen electricidad.
Estas 3 son las más utilizadas, luego hay otras que producen cantidades muy pequeñas de energía eléctrica:
– Por Frotamiento: Electricidad Estática.
– Por Presión: Existen ciertos materiales, como los cristales de cuarzo, que cuando son golpeados o presionados, entre sus caras aparece una tensión eléctrica entre ellas.
– Por Calor: Algunos cuerpos poseen propiedades termoeléctricas, y con ellos se pueden construir pares termoeléctricos. Éstos constan de dos metales distintos y unidos, que al ser calentados manifiestan una diferencia de potencial entre sus extremos. Suele ser muy pequeña la producción. Un ejemplo son los termómetros que miden la temperatura de los hornos.
TRANSFORMADOR
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna manteniendo constante la potencia (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la potencia que se obtiene a la salida).
Funcionamiento del Transformador
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética. Recordamos que La inducción electromagnética es generar corriente eléctrica (inducida) por medio de un campo magnético.
De forma muy resumida, suficiente para entender el funcionamiento del trafo:
– Oersted descubrió que por un cable (o bobina de espiras) por el que circula una corriente eléctrica se crea a su alrededor un campo magnético. Este campo se expresa mediante el llamado flujo magnético.
– Faraday descubrió lo contrario, que un campo magnético variable que se mueva o varíe cortando a un conductor, hace que se genere una diferencia de potencial (tensión) en los extremos del conductor. Si aplicamos una carga en los extremos aparece una corriente que circula por la carga debído a la tensión que había en los extremos.
Motor Eléctrico
Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias. Transforman una energía eléctrica en energía mecánica de rotación en un eje. Tienen múltiples ventajas, entre las que cabe citar su economía, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento, el motor eléctrico a reemplazado en gran parte a otras fuentes de energia, tanto en la industria como en el transporte, las minas, el comercio, o el hogar.
Su funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión establecidas entre un imán y un hilo (bobina) por donde hacemos circular una corriente eléctrica. Entonces solo seria necesario una bobina (espiras con un principio y un final) un imán y una pila (para hacer pasar la corriente eléctrica por las espiras) para construir un motor eléctrico. Recuerda también se pueden llamar «motor electromagnético». Pero expliquemos todo esto mucho mejor y desde el principio.
Todo empezó gracias al científico Hans Christian Oersted que comprobó como colocando una espira (cable enrollado) alrededor de una brújula, si hacia pasar una corriente por la espira, la aguja de la brújula, que está unida a un imán giratorio, se movía. Lo que hacía la espira con corriente eléctrica era mover el imán de la brújula que estaba dentro de la espira.
De esta forma demostró la relación que había entre la electricidad y el magnetismo.
¿Cómo Funciona un Motor Eléctrico?
Tanto los motores de corriente continua (c.c) como los de corriente alterna (c.a) funcionan por inducción electromagnética, o lo que es lo mismo, un campo magnético induce o produce una fuerza rotatoria por un conductor que lleva corriente eléctrica.
Aunque el principio de funcionamiento sea el mismo, las causas que producen la rotación en los de c.c y los de c.a no son las mismas, por eso los estudiaremos por separado.
Motor de Corriente Continua
Para crear nuestro primer motor de corriente continua, el cable con corriente eléctrica que anteriormente se movía dentro de un campo lo vamos a convertir en una espira (cable enrollado, ver imagen de más abajo).
Al meter la corriente por la espira, es como si tenemos 2 conductores enfrentados (por uno entra la corriente y por el otro sale), un lado de la espira subirá y el otro bajará, ya que por un lado la corriente entra y por el otro lado de la espira la corriente sale. ¿Y esto que produce?. Pues produce un giro de la espira, un par de fuerzas con sentido contrario. Hemos conseguido hacer girar una espira por medio de la corriente eléctrica. ¡¡¡Ya tenemos nuestro motor!!!. Hemos convertido la energía eléctrica en energía mecánica en el movimiento del eje.
Veamos el dibujo, fíjate que el sentido de la corriente I a un lado y al otro de la espira es contrario, esto hace que se produzcan fuerzas opuestas a cada lado de la espira = Par de Fuerzas = Giro.
La entrada y salida de la corriente, si es corriente continua (motor de corriente continua), tiene siempre el mismo sentido, es por eso que debemos colocar lo que se llama el colector de delgas, un anillo cortado por el medio que es el encargado de recoger la corriente desde las escobillas y hacer que la corriente siempre entre y salga por el mismo lado.
Si te fijas esta partido en dos y gira con la espira, por eso al girar posibilita que siempre entre la corriente por el mismos sitio respecto a la espira. En el caso de la figura la corriente siempre entra por la parte de la espira que está a la izquierda (frente el polo sur del imán fijo) y siempre sale por la parte que está a la derecha (frente al polo Norte del imán fijo) independientemente de la posición de la espira. El par de fuerzas sobre la espira siempre hace que gire hacia el mismo lado.
Este sería el motor más sencillo, pero lógicamente para que tenga más par (fuerza) lo que haremos será colocar muchas espiras formando una bobina o bobinado o también llamado devanado.
Si sobre el imán fijo enrollamos unas bobina de cable eléctrico y hacemos pasar por la bobina una corriente eléctrica, entonces tenemos un electroimán que es capaz de generar un campo magnético mayor y por lo tanto mayor par en la espira o bobinado interior. Lo más común en los motores de c.c. es alimentar el electroimán con la misma corriente de la espira o bobina interna que gira.
Según lo explicado tenemos dos partes principales en nuestro motor:
– Parte Fija: Es un electroimán que produce un campo magnético que induce una fuerza sobre la espira o parte móvil. Se llama Estator(estático) o Inductor (induce la fuerza en la parte giratoria).
– Parte Móvil: Compuesto por muchas espiras de cable enrolladas o bobina. Se llama Rotor (rotación) o Inducido (se induce sobre el una fuerza).
Más adelante veremos todas las partes de un motor eléctrico.
Si ahora por el rotor la corriente que introducimos es corriente alterna, no será necesario poner colector de delgas ya que la corriente cambia de sentido cada ciclo o vuelta a la vez que gira el motor. Este tipo de motor no se utiliza en la vida real, aunque si se utiliza con el efecto contrario, como alternador eléctrico para obtener corriente alterna, como puedes ver si te interesa en el siguiente enlace: Generadores Eléctricos.
MEDIDAS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
El aparato que mide la energía eléctrica consumida se llama «Contador Eléctrico» o simplemente contador. El contador nos dice lo que tendremos que pagar a la compañía eléctrica por enchufar nuestros aparatos a la instalación.
El contador lleva una bobina que nos mide la intensidad, llamada amperimétrica, y otra que mide la tensión, llamada voltimétrica. Estas 2 bobinas nos miden la potencia conectada (recuerda P = V x I) y mediante un disco giratorio nos mide el tiempo que están conectados los aparatos a esa potencia. Dependiendo del número de vueltas tendremos los Kwh consumido. Más vueltas, más Kwh.
En definitiva, mide la potencia y el tiempo de conexión en cada instante del dia. Fíjate en la siguiente imagen de un contador:
Ese contador en su placa de características nos dice que mide la energía de una instalación monofásica (2 hilos) a 230V, y como máximo de 25A (amperios).
Además vemos que el disco gira 2400 veces cada vez que se consume 1Kwh, es decir 2400 Revoluciones/kwh
El número de arriba, 1012,6 son las vueltas que lleva dadas el contador. Si el de la figura empezó en 0 vueltas, podríamos saber el consumo desde la última lectura:
Si 2400 vueltas son 1 Kwh ¿Cuantos Kwh serán las 1012.6 vueltas?
Pues fácil: 1012.6/2400 = 0,4219Kwh será el consumo o energía consumida desde la última lectura.
Torre para el transporte de energía eléctrica.
La red de transporte es la parte del sistema constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía generada en las centrales eléctricas. Para ello, los volúmenes de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar el voltaje se reduce la intensidad de corriente eléctrica que circulará, reduciéndose las pérdidas por efecto Joule. Con este fin se emplean subestaciones elevadoras con equipos eléctricos denominados transformadores. De esta manera, una red de transmisión opera usualmente con voltajes del orden de 220 kV y superiores, denominados alta tensión, de 440 kV.
Parte fundamental de la red son las líneas de transporte. Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es el medio físico mediante el que se realiza la transmisión de la energía a grandes distancias. Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensión. Los cables de alta tensión están sujetos a tracciones causadas por la combinación de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del aire, etc.
El voltaje y la capacidad de la línea de transmisión afectan el tamaño de estas estructuras principales. Las torres pueden ser postes simples de madera para las líneas de transmisión pequeñas hasta 46 kV. Se emplean estructuras de postes de madera en forma de H, para las líneas de 69 a 231 kV. Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito simple, para las líneas de 161 kV o más. Es posible tener líneas de transmisión de hasta 1.000 kV.
El impacto ambiental potencial de las líneas de transmisión incluye la red de transporte, el derecho de vía, las playas de distribución, las subestaciones y los caminos de acceso o mantenimiento. Las estructuras principales de la línea de transmisión son la línea misma, los conductores, las torres y los soportes.
Distribución de energía eléctrica
La red de distribución es un componente del sistema de suministro, siendo responsabilidad de las compañías distribuidoras. La distribución de la energía eléctrica desde las subestaciones de transformación de la red de transporte se realiza en dos etapas.
La primera está constituida por la red de reparto, que, partiendo de las subestaciones de transformación, reparte la energía, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribución. Las tensiones utilizadas están comprendidas entre 25 y 132 kV. Intercaladas en estos anillos están las estaciones transformadoras de distribución, encargadas de reducir la tensión desde el nivel de reparto al de distribución en media tensión.
La segunda etapa la constituye la red de distribución propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una disposición en red radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (población, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribución con los centros de transformación, que son la última etapa del suministro en media tensión, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensión (125/220 o 220/380 ).40
Las líneas que forman la red de distribución se operan de forma radial, sin que formen mallas. Cuando existe una avería, un dispositivo de protección situado al principio de cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta red. La localización de averías se hace por el método de «prueba y error», dividiendo la red que tiene la avería en mitades y suministrando energía a una de ellas; a medida que se acota la zona con avería, se devuelve el suministro al resto de la red. Esto ocasiona que en el transcurso de la localización se puedan producir varias interrupciones a un mismo usuario de la red.
La topología de una red de distribución se refiere al esquema o arreglo de la distribución, esto es la forma en que se distribuye la energía por medio de la disposición de los segmentos de los circuitos de distribución. Esta topología puede tener las siguientes configuraciones:
- Red radial o red en antena: resaltan su simplicidad y la facilidad que presenta para ser equipada de protecciones selectivas. Como desventaja tiene su falta de garantía de servicio.
- Red en bucle abierto: tiene todas las ventajas de la distribución en redes radiales y además la posibilidad de alimentar alternativamente de una fuente u otra.
- Red en anillo o en bucle cerrado: se caracteriza por tener dos de sus extremos alimentados, quedando estos puntos intercalados en el anillo o bucle. Como ventaja fundamental se puede citar su seguridad de servicio y facilidad de mantenimiento, si bien presenta el inconveniente de una mayor complejidad y sistemas de protección más complicados.
Generación y Transporte de la Energía Eléctrica
La generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica.
Las Centrales Eléctricas producen la energía necesaria para satisfacer el consumo. Estas centrales se encuentran alejadas de los puntos de consumo, por eso hay que transportar la energía generada en ellas. Los alternadores de las centrales suelen generar energía eléctrica a una tensión de entre 6Kv a 18Kv.
La energía eléctrica generada en una central eléctrica se transmite por líneas de cables en Alta Tensión (230Kv-400KV) hasta llegar a los consumidores.
La transmisión se realiza mediante una extensa red de líneas de alta tensión, incluidos cables aéreos y cables subterráneos y/o incluso submarinos.
Se requieren tensiones muy elevadas para su transporte ya que de esa forma se reducen las pérdidas de energía que resultan de la resistencia de las líneas de transmisión y también se reduce la sección de los cables y por consiguiente el costo de las líneas