Fundamentos de Electricidad: Efecto Joule, Tipos de Resistencia y Sistemas de Protección

Fundamentos del Efecto Térmico y la Resistencia Eléctrica

1. El Efecto Térmico de la Electricidad

1.1. Efecto Joule

Fenómeno de calentamiento que experimentan los conductores y las resistencias cuando circula por ellos una corriente eléctrica, llegando a la conclusión de que 1 Julio (J) = 0,24 Calorías (Cal).

Fórmula: [Fórmula del Efecto Joule]

Para determinar el calor que se produce en una resistencia en un tiempo determinado, se deduce:

Fórmula: [Fórmula de Calor Q]

1.2. Calor Específico

Cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura 1 ºC en una masa de 1 gramo (g).

Fórmula: [Fórmula de Calor Específico]

1.3. Aplicaciones del Efecto Térmico

Elementos de Caldeo

Resistencias preparadas para transformar la energía eléctrica en calor. Están formadas por hilos de aleaciones metálicas resistivas cubiertas por materiales aislantes que soportan altas temperaturas. Tienen un termostato que, si se supera la temperatura de funcionamiento, abre el circuito. Se utilizan para fabricar estufas, hornos, planchas, secadores, etc.

1.4. Inconvenientes del Efecto Térmico

El calentamiento excesivo puede limitar el rendimiento y la seguridad de los sistemas eléctricos:

1. En el calentamiento de los conductores en las líneas eléctricas, condiciona la sección.
2. En el calentamiento en los bobinados de transformadores, motores y generadores, limita su potencial.
3. En resistencias que tienen la misión de limitar corriente y tensión al ser conectadas en serie con la carga.
4. En fallos, como la sobrecarga y el cortocircuito.

2. Protección contra Fallos: Cortocircuito y Sobrecarga

Cortocircuito y Sobrecarga

• Cortocircuito: Unión de las partes activas del circuito eléctrico. La intensidad es muy elevada porque la única resistencia es la de los conductores de la línea.
• Sobrecarga: Cuando pasa por un conductor eléctrico más intensidad de corriente que la nominal.

Sistemas de Protección

Fusible

Compuesto por un hilo conductor de menor sección que los conductores de la línea. Si la intensidad sube, el hilo se funde por el efecto Joule y se abre el circuito.

• Poder de Corte: Intensidad que es capaz de cortar en caso de cortocircuito a su tensión nominal.

Interruptor Automático (IA)

Compuesto por dos relés conectados en serie: uno magnético (para cortocircuitos) y otro térmico (para sobrecargas). Permanecen cerrados para la intensidad nominal y se abren con una intensidad superior.

• Ventajas: Cuando se abre, se repone con rapidez.
• Desventajas: Su poder de corte suele ser inferior.

3. La Resistencia Eléctrica

3.1. Definición

Elemento que cumple una doble misión: oponerse al paso de corriente eléctrica y transformar la energía eléctrica en calor.

3.2. Características

• Valor Óhmico o Nominal: Valor de la resistencia expresado en ohmios (Ω).
• Tolerancia: Porcentaje mayor o menor respecto a su valor nominal.
• Potencia Nominal: Potencia que puede disipar en condiciones normales y a una temperatura de trabajo (tiene relación con el tamaño físico).
• Código de Colores: Representa, mediante unos anillos pintados en su superficie, el valor nominal y la tolerancia.

3.3. Símbolo

[Sección para incluir el símbolo gráfico de la resistencia]

3.4. Tipos de Resistencias

1. Fijas: Valor determinado en ohmios. Se clasifican según su composición en:
   • Bobinadas
   • Película Depositada
   • Aglomeradas
2. Variables: A las fijas se les añade un contacto móvil que, según su composición, proporciona un valor óhmico variable (Reóstatos, Potenciómetros).
3. Dependientes de un Parámetro Físico:
   • De la temperatura o Termistor (PTC, NTC)
   • De la luz o Fotorresistores (LDR)
   • De la tensión eléctrica (VDR)

4. Conceptos Fundamentales de Electricidad

Intensidad (I)

Cantidad de carga eléctrica que circula por un circuito en la unidad de tiempo.

• Fórmula: [Fórmula de Intensidad]
• Sentido: Real y Convencional.

Tensión Eléctrica o Diferencia de Potencial (V)

Diferencia de cargas que hay entre dos puntos de un circuito.

Resistencia (R)

Es la mayor o menor oposición que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica.

Potencia (P)

1. Trabajo realizado en la unidad de tiempo. Fórmula: [1ª Fórmula de Potencia]

2. Producto de la tensión por la intensidad que circula por el circuito. Fórmula: [2ª Fórmula de Potencia]

Energía (E)

Producto de la potencia por el tiempo. Fórmula: [Fórmula de Energía]