Elementos de un circuito eléctrico: generadores, receptores, conductores y protecciones en CC y CA

Elementos de un circuito eléctrico

Generadores y acumuladores: son elementos que generan o acumulan energía eléctrica de tal forma que pueden ser capaces de transmitirla a un circuito. En estos elementos se crea la diferencia de potencial entre sus extremos que proporciona la corriente eléctrica si existe un medio de propagación. Los generadores transforman en energía eléctrica otro tipo de energía: dínamos y alternadores. Los acumuladores se cargan con energía eléctrica, la almacenan y posteriormente la ceden a otro sistema: pila, batería, condensador.

Símbolos de pila o batería, generador de corriente continua, generador de corriente alterna.

Receptores: son elementos que reciben la energía eléctrica suministrada por los anteriores y la transforman en otro tipo de energía: calorífica, mecánica, luminosa, etc. Motores, luminarias, resistencias, timbres, etc.

Símbolos de motor, lámpara, resistencia, timbre.

Conductores: son elementos que facilitan el paso de la corriente eléctrica, con lo cual se utilizan para unir los generadores con los receptores. En función de la resistencia o resistividad de los materiales podemos distinguir entre conductores, aislantes, superconductores y semiconductores.

Símbolo de un conductor.

Elementos de maniobra: estos elementos permiten el control del funcionamiento del circuito eléctrico a través de un control del paso de la electricidad por los distintos receptores.

Pulsadores, interruptor, conmutador.

Elementos de protección: son elementos que se intercalan en los circuitos eléctricos para proteger a estos y a las personas de sobreintensidades y de contactos indirectos. Fusible, interruptor de protección térmica, interruptor de protección magnética, interruptor magnetotérmico, interruptor diferencial.

Ventajas e inconvenientes de CC y CA

Ventajas e inconvenientes de CC y CA:

• La corriente alterna: se puede variar la tensión, tanto aumentarla como disminuirla, con gran facilidad, al valor deseado, sin grandes pérdidas y de una forma económica, a través de los transformadores. Se puede transportar, gracias al punto anterior, a grandes tensiones y pequeñas intensidades, con la disminución de pérdidas por efecto Joule que esto supone. Los motores que utilizan este tipo de corriente son más baratos y duraderos. Se puede convertir en continua fácilmente por medio de los rectificadores. No se puede almacenar.
• La corriente continua: solo se puede disminuir su tensión, nunca aumentarla, y esto supone bastantes pérdidas. No es fácil variar su tensión, supone que su transporte signifique cuantiosas pérdidas por no poder disminuir su intensidad y con ello reducir el efecto Joule. Su conversión en alterna es costosa y difícilmente se consiguen ondas sinusoidales, normalmente son cuadradas. Sí se puede almacenar: pilas, baterías, condensadores, etc.

La corriente alterna es la más utilizada dentro de los 2 tipos y desde un punto de vista cuantitativo. La corriente continua, por sus características, solo se utiliza para algunas aplicaciones que requieren una gran movilidad del receptor y esta no es de gran potencia, como aparatos portátiles.

Conceptos básicos

Intensidad de corriente es la cantidad de electrones que circulan por un punto cualquiera del circuito en la unidad de tiempo (en un segundo). I = Q/T, donde Q = carga.

Resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente. R = ρ·L/S, donde ρ = resistividad (Ω·mm²/m), L = longitud del cable y S = sección del conductor.

Materiales

• Aislantes: no conducen la electricidad.
• Conductores: conducen bien o ofrecen resistencia al paso de electrones.
• Superconductores: materiales de última generación que no ofrecen ninguna resistencia.
• Semiconductores: permiten el paso de la corriente cuando son alimentados con un voltaje.

Elementos de protección de CC y CA

Como su nombre indica, se trata de elementos que protegen a los circuitos y a las personas de sobreintensidades y contactos indirectos. Como sobreintensidades, y de forma genérica, entendemos intensidades de circulación de corriente eléctrica superiores a las establecidas como máximas y que pueden causar un deterioro en el circuito. Como contactos indirectos entendemos fugas de corriente fuera del circuito eléctrico que pueden llegar hasta personas o instalaciones provocando un accidente.

Existen 2 tipos de sobreintensidades:

• Cortocircuito: unión directa de 2 puntos de distinto potencial con un elemento conductor. En este caso la intensidad tendrá a ser infinita (muy alta de forma instantánea). El cortocircuito es muy peligroso, produciendo arcos eléctricos y desperfectos por necesidad.
• Sobreintensidad: intensidad superior a la máxima permitida, que puede llegar a producir desperfectos en la instalación.

Los elementos de protección se sitúan siempre al inicio del circuito. Para proteger las instalaciones de estos peligros existen los siguientes instrumentos:

• Fusibles: es un elemento compuesto por 2 pletinas conductoras en los extremos unidas por un hilo conductor calibrado. Se basa en el efecto Joule: al ser el hilo conductor calibrado, cuando pasa por él una intensidad superior a la estipulada, el calentamiento que se produce hace que el hilo se rompa, cortando la continuidad del circuito. Son elementos que protegen de sobreintensidades y cortocircuitos y se utilizan ampliamente tanto en CC como en CA. Estos elementos, una vez fundidos, hay que sustituirlos por otro nuevo.

• Interruptor automático térmico: elemento provisto de un bimetal, similar al de algunos termostatos, que al pasar una intensidad por él se calienta, y si este calentamiento es grande se curva actuando como disparo sobre un interruptor que se abre automáticamente. Para rearmar el interruptor, normalmente de forma manual, es necesario esperar a que se enfríe el bimetal. No es destructivo, se suele utilizar en corriente alterna cortando ambas fases simultáneamente, y protege de sobreintensidades según una curva característica intensidad-tiempo.

• Interruptor automático magnético: elemento provisto de una bobina de inducción que, al pasar una sobreintensidad por ella, por atracción magnética dispara el interruptor, necesitando normalmente un rearme manual. No es destructivo, se suele utilizar en corriente alterna cortando ambas fases simultáneamente, y protege de sobreintensidades grandes (cortocircuito) de forma instantánea.

• Interruptor automático magnetotérmico: elemento que dispone de sus 2 dispositivos, térmico y magnético, realizando ambas protecciones de forma combinada. Su funcionamiento es la suma de los 2 anteriores, con lo cual no es destructivo, se suele utilizar para corriente alterna, protege de todo tipo de sobreintensidades y normalmente se rearma manualmente. Es el tipo de interruptor automático que encontramos en las viviendas, con 2 funciones: proteger de sobreintensidades y limitar la intensidad máxima utilizable contratada con la compañía eléctrica.

• Interruptor automático diferencial: elemento que cuenta con 2 bobinas de inducción equilibradas, cada una de ellas está conectada a una fase. Si la diferencia de las intensidades que circulan por cada bobina es superior a un valor de seguridad, dispara el interruptor. Si existe esta diferencia es porque existe una derivación o fuga de corriente, con lo cual protege de contactos indirectos. No es destructivo, se utiliza en corriente alterna y se rearma manualmente. Es otro tipo de interruptor que encontramos en las viviendas, con un pulsador de prueba con el que comprobamos el buen funcionamiento del aparato.