Generación de energía, circuitos y unidades de medición PDF

# Generación de energía, circuitos y unidades de medición ## Lección 1 ### Formas de generación de energía eléctrica. Transformaciones de la energía eléctrica * El concepto de energía, como ya hemos visto, se define como un sistema capaz de hacer un trabajo. La electricidad es una forma de energ...

# Generación de energía, circuitos y unidades de medición ## Lección 1 ### Formas de generación de energía eléctrica. Transformaciones de la energía eléctrica * El concepto de energía, como ya hemos visto, se define como un sistema capaz de hacer un trabajo. La electricidad es una forma de energía que se utiliza para ejecutar diversas tareas. * Antiguamente no se disponía de energía eléctrica, la iluminación se obtenía por medio de velas y antorchas. Las planchas se calentaban con brasas de carbón ardiente y el trabajo de mover las máquinas o herramientas era realizado por los músculos de las personas o de los animales. ### La energía eléctrica puede obtenerse de una reacción química como en la pila o bien moviendo una máquina como en los generadores, los cuales a su vez transforman la energía que se libera al quemar el combustible en energía mecánica, y esta a su vez, en energía eléctrica. ### Esta energía se convierte también en otras formas de energía, tales como energía mecánica cuando ponemos en movimiento un motor eléctrico; en energía calorífica cuando empleamos una parrilla eléctrica o bien en energía luminosa al encender una lámpara. ### En realidad es la naturaleza la que proporciona al hombre los elementos necesarios para vivir en la Tierra. El hombre ha aprendido a utilizar la materia y la energía transformándolos para su beneficio. De hecho se puede afirmar que la energía no se crea ni se destruye, sino únicamente se transforma. ### Como ya hemos visto la energía eléctrica se obtiene de otras formas de energía, tales como la térmica, magnética, hidráulica, química y luminosa. ### Una de las formas más comunes de obtener electricidad, son las pilas secas, que es la fuente eléctrica portátil más barata que se conoce. ### Estas pilas se fabrican comercialmente en diferentes tamaños, de acuerdo con la capacidad de corriente eléctrica que pueden proporcionar por un tiempo determinado, es decir, a mayor tamaño de la pila, mayor capacidad y a menor tamaño, menor capacidad. ### Cuando las necesidades de corriente de los circuitos eléctricos son grandes, se emplean las pilas húmedas cuyo funcionamiento es semejante al de la pila seca pero con la ventaja de que éstas pueden ser recargadas, proporcionan mayor corriente y permiten ser usadas por periodos largos. ### El funcionamiento de las pilas secas, como ya se ha dicho, se basa en la reacción química que ocurre cuando dos metales entran en contacto con una sustancia llamada electrólito. Las primeras experiencias en este sentido fueron hechas por Alejandro Volta (1745-1827) quien fabricó la primera pila, llamada voltaica en su honor. Volta utilizó dos varillas, de cobre y zinc, parte de las cuales sumergió en salmuera (agua salada) y las unió por sus extremos libres, logrando de este modo que circulara una corriente eléctrica )fig. 3.16). ### Las pilas secas o voltaicas que se construyen actualmente utilizan una sustancia química llamada cloruro de amonio como electrólito y una barra de carbón en vez del cobre. El zinc se sigue utilizando todavía (fig. 3.17). ### Las pilas húmedas o acumuladores están construidas básicamente de celdas de plomo sumergidas en una solución diluida de ácido sulfúrico y funcionan con el mismo principio de las pilas secas) )fig. 3.18). ### Los generadores eléctricos transforman energía mecánica en energía eléctrica. Su principio de funcionamiento se basa en el movimiento de conductores eléctricos enrollados en forma de espiras, en el interior de un campo magnético. ### Básicamente, un generador simple de corriente eléctrica está compuesto por dos imanes de barra cuyos polos producen el campo magnético dentro del cual gira un alambre conductor en forma de espira y cuyas terminales se conectan a unos anillos colectores. La electricidad generada por el movimiento de la espira se obtiene a través de unas piezas de grafito o escobillas que están en contacto permanente con los anillos. ### Pero por supuesto, poca o ninguna utilidad podría obtenerse de ello si tuviéramos que mover la espira con nuestro propio esfuerzo. Por eso se buscan otras formas de ponerla en movimiento: esto se hace con un motor de gasolina, una máquina de vapor (termoeléctrica) o con una turbina hidráulica, como en el caso de las plantas hidroeléctricas (fig. 3.1.10). ### En realidad, como podemos darnos cuenta, la energía eléctrica no es más que un resultado de la conversión de otras formas de energía, y precisamente de esta capacidad de convertir unas formas de energía en otras, ha sido posible nuestro desarrollo tecnológico. ## Lección 2 ### Reafirmación de conocimientos fundamentales de electrotecnia * La electricidad en movimiento se puede considerar también como una corriente, ya que es un flujo continuo de electrones que se mueven a través de un conductor eléctrico. * El recorrido que realiza una corriente recibe el nombre de circuito eléctrico. Un circuito eléctrico simple está formado por una pila voltaica, una carga que puede ser una lámpara, motor, resistencia calefactora, o bien algún otro elemento, y un interruptor que permite controlar el flujo de la corriente eléctrica mediante la acción de abrir o cerrar el interruptor. ## Lección 3 ### Características de los circuitos de corriente continua y corriente alterna, en serie, paralelo y mixto * Las fuentes de energía eléctrica que producen el voltaje o fuerza electromotriz necesaria para hacer circular una corriente, son básicamente de dos tipos: de corriente continua y alterna. Las pilas secas, acumuladores y eliminadores de batería son los ejemplos más comunes de fuentes de energía eléctrica de corriente continua. * El voltaje alterno es proporcionado por las grandes centrales de energía eléctrica, la electricidad después de sufrir un proceso de transformación, es finalmente utilizada para alimentar las instalaciones domiciliarias (fig.3.3.2). * Existen también generadores portátiles que pueden ser de corriente continua o alterna, según las necesidades de los circuitos que alimentan (fig.3.3.3). * El comportamiento de la corriente continua y el de la corriente alterna son diferentes, por lo cual es necesario reafirmar las características de la corriente continua y sus diferencias con la corriente alterna. * Supongamos que disponemos de dos generadores como los que se muestran en la figura siguiente, uno de corriente continua (CC) y otro de corriente alterna (CA). En el primer caso, la fuerza electromotriz producida por el generador de CC hace que la corriente fluya en una sola dirección, mientras que en el segundo caso la corriente fluye primero en una dirección y luego se invierte, cambiando su valor. * Generalmente, la corriente continua se utiliza en circuitos cuyas necesidades de voltaje o fuerza electromotriz son relativamente pequeñas como es el caso de las pilas usadas en las linternas de mano, o bien, en un circuito donde la demanda de corriente continua es muy elevada como el sistema eléctrico del automóvil. ### La corriente alterna se utiliza en los circuitos eléctricos donde se requieren valores elevados de fuerza electromotriz tales como las instalaciones industriales y domésticas, debido a que su costo de generación es más económico que el de la corriente continua. ## Lección 4 ### Conceptualización de potencia eléctrica. Fórmula de Watt y unidad de medición. Relación entre las fórmulas de Ohm y Watt * Todos los circuitos eléctricos se construyen con un propósito determinado. Este propósito es aprovechar la energía eléctrica para transformarla en otras formas de energía; así por ejemplo cuando encendemos una linterna sorda la energía eléctrica proporcionada por las pilas se convierte en luz, es decir, se realiza un trabajo útil. * La cantidad de trabajo que un determinado aparato eléctrico puede hacer en un cierto tiempo, está estrechamente relacionada con la cantidad de energía eléctrica que consume, esto es, mientras mayor sea el trabajo que realice un aparato eléctrico en un tiempo determinado se dice que tiene más potencia, pero su consumo de energía eléctrica aumentará también. * Como puede observarse el término de potencia se asocia siempre con la cantidad de trabajo que se hace en una unidad de tiempo, lo cual permite definirla como la cantidad de energía eléctrica que es convertida en otras formas de energía en un segundo. O sea, la rapidez con que se usa la energía eléctrica. ### La unidad científica de medida de la energía eléctrica es el joule, y así como ya hemos visto la potencia eléctrica se define precisamente como la cantidad de energía eléctrica que se convierte en otra forma de energía en la unidad de tiempo, esta relación puede expresarse de la siguiente manera: ### Potencia eléctrica = Energía eléctrica tiempo ### Si consideramos ahora las unidades de medida empleadas en cada caso, la relación puede escribirse así: ### Potencia eléctrica = joules segundos = Watts ### Con el propósito de simplificar esta relación de joules/segundos, se acordó llamarle watts, es decir, la unidad de medida de la potencia eléctrica. ### Un watt se define como la potencia de un aparato que usa energía eléctrica a razón de joule por segundo. La potencia de un aparato eléctrico depende entonces de dos factores: el valor del voltaje que requiere para su operación y la cantidad de corriente que fluye por él; esto puede expresarse de la siguiente manera: ### Potencia = volts × amperes o sea P = EXI