Elementos de caldeo eléctrico y efecto Joule: funcionamiento, ventajas y riesgos

Resumen

El documento explica los elementos de caldeo, resistencias que convierten la energía eléctrica en calor para estufas, placas de cocina o secadores, y el funcionamiento del termostato que mantiene la temperatura prefijada. Después describe los inconvenientes del efecto Joule cuando el calor no es deseado, como en líneas eléctricas, bobinados o resistencias limitadoras, y analiza el cortocircuito y su peligro térmico.

Puntos clave

Los elementos de caldeo son resistencias que transforman energía eléctrica en calor y se usan en estufas, placas, secadores y soldadores.
El calor eléctrico no produce llama ni gases de combustión y es fácil de controlar y regular.
El termostato prefija la temperatura: abre el circuito al alcanzarla y lo cierra cuando desciende; puede ser bimetálico o electrónico.
El efecto Joule es indeseable en conductores de líneas, bobinados de transformadores, motores y generadores, y en resistencias limitadoras.
El cortocircuito se produce al unir accidentalmente dos puntos con diferencia de potencial y provoca intensidades muy elevadas.
Según la ley de Joule, Q = 0,24 · R · I² · t, por lo que el calor generado crece con la resistencia, el cuadrado de la intensidad y el tiempo.

Ponte a prueba

Elementos de Caldeo

Son resistencias preparadas para transformar la energía eléctrica en calor. Se utilizan para la fabricación de estufas, placas de cocina, secadores, soldadores, etc. El calor eléctrico presenta múltiples ventajas frente a otras formas de producir calor, como la ausencia de llama y gases de combustión, la limpieza y la facilidad para controlar y regular su funcionamiento.

Los elementos de caldeo se fabrican con hilos de aleaciones metálicas resistivas cubiertos por materiales aislantes que soportan altas temperaturas. El elemento básico de control de temperatura suele ser el termostato. Con este dispositivo prefijamos la temperatura de funcionamiento del aparato. Una vez alcanzada dicha temperatura, el termostato abre el circuito y desconecta el calefactor hasta que la temperatura vuelve a descender, momento en el cual se vuelve a cerrar el circuito. De esta forma se consigue mantener la temperatura prefijada. Los termostatos pueden ser bimetálicos y electrónicos. No solo son útiles para prefijar la temperatura, sino también como elemento de seguridad en los calefactores.

Inconvenientes del Efecto Térmico

El efecto térmico (o efecto Joule) se vuelve indeseable cuando no es el objetivo principal o no es esperado. Este caso se da en situaciones como:

En el calentamiento de conductores en las líneas eléctricas, lo que condiciona la sección de los mismos en función de la intensidad de la corriente que los atraviesa.
En los conductores que forman los bobinados de transformadores, motores y generadores, lo que limita su potencia nominal.
En resistencias cuya misión es limitar corriente y tensión al ser conectadas en serie con la carga.
En ciertos fallos, como el cortocircuito y la sobrecarga, que pueden dañar las instalaciones eléctricas si no se emplea la protección adecuada.

1. El Cortocircuito

El cortocircuito se produce cuando se unen accidentalmente dos puntos entre los que existe una diferencia de potencial (generalmente, las partes activas del circuito eléctrico). Estos accidentes suelen ser provocados por un error en el montaje de la instalación, un fallo del aislamiento que separa las partes activas o por una falsa maniobra. La intensidad de corriente que aparece es muy elevada, debido a que la resistencia total del circuito se reduce drásticamente, siendo a menudo solo la propia de los conductores de línea.

I_CC=

En el caso de que la resistencia del cortocircuito sea muy baja o cuando se trabaja con tensiones elevadas, pueden llegar a establecerse corrientes de miles de amperios. Si esta corriente no se interrumpe inmediatamente mediante protecciones, los conductores pueden destruirse por el calor generado (según la ley de Joule: Q = 0,24 · R_Línea · I²· t, donde Q es el calor en calorías, R la resistencia en ohmios, I la intensidad en amperios y t el tiempo en segundos) en un corto periodo de tiempo.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un elemento de caldeo?

Es una resistencia preparada para transformar la energía eléctrica en calor. Se fabrica con hilos de aleaciones metálicas resistivas cubiertos por materiales aislantes que soportan altas temperaturas.

¿Para qué sirve el termostato en un calefactor?

Sirve para prefijar la temperatura de funcionamiento. Al alcanzarla abre el circuito y desconecta el calefactor, y lo vuelve a cerrar cuando la temperatura desciende, además de actuar como elemento de seguridad.

¿Qué es un cortocircuito?

Es la unión accidental de dos puntos entre los que existe diferencia de potencial. Suele deberse a errores de montaje, fallos del aislamiento o falsas maniobras, y origina corrientes muy elevadas.

¿Por qué puede dañarse un conductor en un cortocircuito?

Porque la intensidad es muy alta y el calor generado por efecto Joule puede destruir los conductores en poco tiempo si la corriente no se interrumpe mediante protecciones.