Fundamentos Esenciales de Circuitos Eléctricos y Generación de Energía

Conceptos Fundamentales de Circuitos Eléctricos

Definiciones Básicas

• Tensión o Voltaje: Es la fuerza eléctrica con que son empujados los electrones a través de un conductor. Esta fuerza se mide en **voltios (V)**.
• Intensidad: Cantidad de electrones que circulan por un conductor en un segundo. Esta cantidad de electrones se mide en **amperios (A)**.
• Resistencia: Es la oposición que presenta un cuerpo al paso de **corriente eléctrica**. Se mide en **ohmios (Ω)**.
• Caída de Tensión: Es la tensión que se pierde en un consumidor debido a la resistencia al paso de corriente que el consumidor genera.

Estructura Atómica

El estudio de la electricidad requiere comprender la composición de la materia:

• Átomo: Es la partícula más pequeña de un material en concreto.
• Molécula: Es la partícula más pequeña de un compuesto. Por ejemplo: amoníaco (NH3); si quitamos un hidrógeno o un nitrógeno ya no es amoníaco.

La materia está constituida por partículas infinitamente pequeñas llamadas **moléculas**, las cuales a su vez están divididas en **átomos**.

Los átomos están formados por **protones** y **neutrones** en el núcleo, y **electrones** que se mueven describiendo órbitas elípticas alrededor del núcleo.

Un protón tiene carga eléctrica **positiva** y un electrón la tiene **negativa**.

Los metales son buenos **conductores eléctricos** ya que los electrones de las últimas capas suelen moverse libremente.

Cuerpos y Cargas

• Cuerpo Eléctricamente Neutro
• Cuerpo con Carga Positiva
• Cuerpo con Carga Negativa
• Ión: Cuando un átomo pierde o gana electrones se convierte en ión.

Métodos de Generación de Electricidad

Existen diversas formas de generar corriente eléctrica:

1. Por Rozamiento (Electricidad Estática): Cuando frotamos entre sí dos elementos, estos arrancan electrones de uno a otro, con lo cual un cuerpo queda cargado positivamente y el otro negativamente. Es la **energía eléctrica estática**.
2. Magnéticamente (Inducción): Cuando hay un **campo magnético variable** que interactúa con un conductor eléctrico, se induce corriente eléctrica en el conductor. Por ejemplo: el alternador o una dínamo.
3. Térmicamente (Termopares): Funcionan mediante la unión de dos metales con diferente potencial termoeléctrico que, al ser calentados, generan electricidad.
4. Químicamente: La reacción química de dos compuestos puede originar el desprendimiento de electrones y producir corriente eléctrica. Por ejemplo: baterías, pilas y limones con cobre y hierro.
5. Piezoelectricidad: Hay materiales que al deformarse físicamente generan corriente entre sus extremos.
6. Fotoeléctrico: Al incidir la luz en determinados compuestos de silicio se crea energía. Por ejemplo: placas solares.

Potencia Eléctrica

La **potencia (P)** es la energía o trabajo consumido o producido en un determinado tiempo. Se mide en **vatios (W)**.

Equivalencia: 1 CV = 736 W

Ejemplo de Cálculo de Potencia

La potencia es fundamental para determinar el consumo de un circuito:

Intensidad (I) = Voltaje (V) / Resistencia (R) = 17 V / 31 Ω = 0,55 A

Potencia (P) = V * I = 17 V * 0,55 A = **9,3 W**

Corriente Alterna (CA)

Es aquella en la que la polaridad (+ y -) varía secuencialmente en el tiempo.

Características de la Onda

• Frecuencia: Número de oscilaciones por segundo. Se mide en **Hertz (Hz)**.
• Período: El tiempo que tarda en hacer una oscilación (segundos/oscilación).
• Amplitud: Valor máximo que alcanza la onda.

Tipos o Formas de Onda

La corriente alterna puede tener distintas formas. Las más importantes por su utilización en automoción son:

• Onda Sinusoidal (o Conoidal): Es la forma de onda típica de una red doméstica (ejemplo: corriente de casa, 220 V y 50 Hz).
• Onda Rectangular: Típica señal digital utilizada para código binario. Es mejor en cuanto a señal, pero necesita alimentación (una batería) porque sale en forma digital.
• Onda de Señal Pulsada: Un ejemplo vendría a ser el sensor de revoluciones por minuto de un coche.

Ley de Ohm

La principal ecuación de la Ley de Ohm es: V = R · I

Circuitos en Serie

En un circuito en serie, los componentes están conectados uno tras otro, ofreciendo un solo camino para la corriente.

• Intensidad (I): Es la misma en todo el circuito ya que los electrones solo tienen un solo camino. $I_t = V_t / R_t$.
• Voltaje (V): El voltaje que se pierde en cada resistencia es diferente, con lo cual el voltaje total ($V_t$) es la suma del voltaje perdido en cada resistencia. $V_t = V_1 + V_2 + V_3$.
• Resistencia (R): La resistencia total ($R_t$) es la suma de las resistencias individuales.

Nota: Es conveniente empezar a calcular siempre la $R_t$, para después calcular la $I_t$ y la $V_t$.

Circuitos en Paralelo

Aunque no se detalla la fórmula de resistencia total, se establecen las siguientes reglas:

• Voltaje (V): El **voltaje total** es siempre igual en todas las ramas (ej. 12 V).
• Intensidad (I): La intensidad total ($I_t$) será la suma de las intensidades de cada rama.

Recomendación: También es conveniente empezar por la $R_t$ a calcular, para luego calcular las demás incógnitas.