Instalaciones Elctricas

Instalaciones Elctricas PUCE 05-01

Parmetros bsicos de electricidad

1. Corriente elctrica

El nombre de Electricidad y Electrnica como ciencias se origina en elektron, palabra griega que interpreta el fenmeno desde la antigedad. Posteriormente este vocablo se utiliz para nominar una de las partculas del tomo, la que gira alrededor del ncleo y que se le asign con la caracterstica de carga negativa.

La corriente elctrica se la identifica como el movimiento de los electrones. Los electrones giran alrededor del ncleo de un tomo; la electricidad no proviene del giro sino del desplazamiento de estas partculas entre los tomos colindantes o vecinos. Si se toma como referencia la distribucin qumica, la electricidad se produce con los electrones de la ltima capa energtica del tomo.

La corriente elctrica es el movimiento de electrones libres a lo largo de un conductor que est conectado a un circuito en el cual existe una diferencia de potencial o Voltaje.

En tanto exista una diferencia de potencial, fluir corriente, cuando la diferencia de potencial no vara, la corriente fluir en una sola direccin, por lo que se le denomina corriente continua o corriente directa (CC CD). La cantidad de electrones que se mueven (corriente = I) se mide en Amperes, que es la unidad de medida. Un Ampere [A] es el desplazamiento de 6.25x1018 electrones en un segundo.

Si la fuente de voltaje vara en el tiempo, la corriente producida tambin ser de la misma caracterstica, es decir, los electrones se movern en un sentido y luego en sentido contrario. A esta corriente se le denomina corriente alterna (CA AC).

2. Voltaje

El Voltaje V es la diferencia de potencial elctrico entre dos puntos; se dice tambin que es el parmetro que produce el movimiento de los electrones. Otra definicin o concepto del voltaje es fuerza electro-motriz, puesto que se la define como la fuerza que mueve a los electrones. El potencial elctrico se mide en Volts [V].

Para comprender el significado de voltaje y corriente, la comparacin con la hidrulica ayuda. El voltaje es como la diferencia de alturas de agua (potencial hidrulico) y la corriente es como el caudal (corriente hidrulica) que por la cada se produce.

3. Potencia elctrica

El Voltaje V medido en Volts es la fuerza que mueve a los electrones con una corriente l medida en Amperes. La potencia elctrica P es la multiplicacin de estos dos parmetros y su resultado es medido en Watts.

Comparando otra vez con el efecto hidrulico se observa la reciprocidad ya que la potencia hidrulica es la multiplicacin del potencial hidrulico (altura de agua) por el caudal, con los respectivos factores de transformacin de unidades.

4. Consumo elctrico

El consumo de electricidad se relaciona con los mismos parmetros de Fsica que son Energa o Trabajo. Energa o Trabajo es Potencia x tiempo. En el manejo de unidades Watts x segundo es Joule para el sistema internacional de unidades. En electricidad la unidad de energa ms comn es el Watt-hora y su mltiplo [KWh] (Kilo Watt hora).

UTILIDAD DE LA CORRIENTE ALTERNA:

La aplicacin prctica ms comn de la corriente continua DC est en el sistema elctrico del parque automotor de la sociedad (auto, camiones, etc.) mientras que la aplicacin prctica de la corriente alterna AC est en el servicio residencial, comercial e industrial.

Puede dar la sensacin, que por el hecho de cambiar su direccin, la corriente alterna no tendra una utilizacin en el desarrollo de la ciencia elctrica. Sucede que, para generar la electricidad, se utilizan mquinas giratorias y por consiguiente la forma de la onda generada es senoidal (funcin trigonomtrica seno).

El efecto energtico producido por la corriente alterna es el mismo que por corriente continua, no importando la direccin de la corriente. Por ejemplo, cuando por una resistencia fluye una corriente produce calor, ya sea esta DC AC. El calor es el efecto que se producir en el resistor, en el ciclo positivo o negativo de la corriente alterna.

La primera corriente descubierta y por lo mismo usada, fue la corriente directa (CD), pero en cuanto se descubri la corriente alterna, esta fue sustituyendo a la anterior. Hoy, el uso de la corriente alterna es la que mayormente se usa en el mundo, aunque en algunos lugares, se sigue usando corriente directa.

La razn de esta diferencia en el uso, se debe a que la corriente alterna es producida en las grandes centrales de generacin y llevarla hasta los hogares es ms barato y fcil. Otra de las razones es que la corriente alterna se puede aplicar donde no lo podemos hacer con la CD.

La corriente alterna no es adecuada para algunas aplicaciones en donde solamente se puede usar corriente continua, por ejemplo los circuitos de los equipos electrnicos e informticos, por lo mismo se hace una conversin a corriente directa por medio de rectificadores y filtros.

LA POTENCIA ELECTRICA:

El circuito ideal sera aquel que aprovechara toda la energa que produce la fuente, o sea, no habra prdida, pero en la prctica esto no es posible. Parte de la energa producida se pierde en los conductores en la misma fuente. En lo posible se trata de minimizar este consumo intil. La mayor parte de la potencia se pierde en forma de calor.

Es preciso aclarar que en realidad no existe la prdida de potencia como tal, puesto que en la naturaleza nada se crea, nada se destruye, todo se transforma (Ley Conservativa). Para fines didcticos de concepto, la prdida de potencia o de energa es toda aquella convertida en una forma que no corresponde al objetivo. Por ejemplo en un foco, de 100 W. empleados 40 W. se convierten en luz y 60 W. en calor; se dice que hay 60% de prdidas, porque la energa calorfica no es el objetivo de una luminaria.

Cuando los conductores son muy largos, por ejemplo, desde la fuente de energa hasta los hogares, ocasiona una considerable prdida de energa o potencia elctrica. Tratndose de conductores, cuanto ms grueso es, aparte de soportar mayor amperaje opone menor resistencia a la corriente elctrica, pero cuanto ms largo sea, su resistencia a la corriente aumenta.

En estos casos el alambre de plata sera el ideal, pero su costo muy alto. Aqu surge una pregunta, como es posible llevar esta energa y recorrer grandes distancias sin que se generan grandes prdidas?, con la corriente directa esto no es posible, pero la corriente alterna se presta para lograr reducir la prdida.

Cuando se conduce la energa elctrica, una parte se convierte en calor en los cables de transmisin, la prdida en forma de calor es directamente proporcional a la resistencia y al cuadrado de la corriente.

La frmula para la prdida de potencia: P = I2R en donde R es la resistencia del conductor.

Se puede reducir las prdidas en forma de calor si se reduce la corriente o la resistencia del conductor, o ambas. Pero la resistencia tiene menos efecto en la prdida (de potencia) que la corriente, dado que la corriente est elevada al cuadrado.

5. Factor de potencia

Todos los circuitos relacionados con bobinas y capacitores provocan un desfase entre los parmetros de voltaje y de corriente. Este desfase ocasiona la presencia de un factor matemtico llamado factor de potencia, el mismo que representa el porcentaje de la potencia que aparentemente se producira.

En otras palabras, cuando la carga o consumo de un circuito por el que circula corriente alterna son resistencias puras, por efecto del material conductor, se obtiene una relacin aproximada de la potencia consumida o potencia que se disipa, la frmula es la siguiente: W = V x I. Puede decirse que lo que se obtiene con esta frmula es la POTENCIA REAL que es disipada. Un Wattmetro nos dara esta lectura.

Se presenta el problema cuando la carga es inductiva o capacitiva, la multiplicacin de Volts por Amperes no se convierten todos en Watts. A esta multiplicacin se le da el nombre de POTENCIA APARENTE.

Al valor de la relacin entre las dos potencias se lo conoce como FACTOR DE POTENCIA. Las empresas que proveen el servicio de energa elctrica, aplican una multa a la fbrica que tiene un factor (se le conoce tambin como coseno fi) menor a 0.92.

Un elemento residencial que hace bajar el factor de potencia es el foco ahorrador que no es sino una pequea lmpara fluorescente. En las planillas de consumo residencial la Empresa Distribuidora de Electricidad no penaliza el factor de potencia, no as en las planillas elctricas de las Industrias.6. Frecuencia

La frecuencia es la cantidad de ciclos completos en una corriente elctrica y se calculan por segundo, por ejemplo, la corriente alterna oscila o cambia con una frecuencia de 50 60 ciclos por segundo.

La unidad para medir estos ciclos es el Hertz (Hz) y debe su nombre al fsico alemn Heinrich Rudolf Hertz, quien en 1888 demostr la existencia de las ondas electromagnticas. Un Hertz es lo mismo que un ciclo por segundo.

El mundo est dividido bsicamente en pases con una frecuencia de 60 Hz y otros con una frecuencia de 50 Hz. La diversidad obedece a la falta de acuerdos en el inicio de los descubrimientos de la electricidad y electromagnetismo. Actualmente es casi imposible la unificacin, por los costos que demandaran cualquiera de los cambios.

50 Hz:Europa, Argentina, Chile, Paraguay.

60 Hz:U.S.A., Japn, Brasil, Canad, Ecuador, Mxico, Amrica Central, Per, Venezuela.