Principios Básicos de Electricidad: Generación, Transporte y Circuitos

Generación de Corriente Eléctrica

Los alternadores y las dinamos son máquinas eléctricas que transforman la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. Los alternadores generan corriente alterna y las dinamos, corriente continua.

Transporte de la Corriente Eléctrica

Este transporte requiere la utilización de conductores que ofrecen una cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica. Por el efecto Joule, esta resistencia se transforma en calor, generando pérdidas. Para reducir estas pérdidas, se actúa sobre la intensidad que circula por los conductores y después se aumenta el voltaje para poder transportarla a largas distancias. Posteriormente, ese voltaje se disminuye para que los usuarios puedan usarla de forma segura.

El Transformador

Es una máquina eléctrica estática que transforma la energía eléctrica transmitida mediante un campo electromagnético en otra de distintas características, elevando o reduciendo la tensión y la intensidad de la corriente alterna que recibe.

Contador de Energía

Es un instrumento que permite registrar la energía eléctrica en kWh que ha consumido un circuito durante un tiempo determinado. Consiste en un pequeño motor eléctrico que hace girar un disco de aluminio. A mayor consumo, la velocidad aumenta. Unos engranajes cuentan el número de revoluciones, lo que permite calcular la energía que ha atravesado el motor y el consumo total.

Cuadro General de Mando y Protección

Protege:

• Al circuito, ante sobreintensidades, sobretensiones y cortocircuitos.
• A las personas o animales, ante contacto indirecto o directo.

Elementos del Cuadro de Protección

• ICP (Interruptor de Control de Potencia): Interruptor automático que coloca la compañía eléctrica al inicio de la instalación de acuerdo con la potencia contratada. Si se conecta más potencia de la contratada, salta. Está precintado y separado.
• IGA (Interruptor General Automático): Corta todos los circuitos de la vivienda.
• Diferencial (Interruptor Diferencial): Desconecta toda la instalación eléctrica de forma rápida cuando existe una fuga a tierra de corriente eléctrica como consecuencia de:
  • Contacto indirecto o derivación de corriente por contacto de conductores.
  • Un contacto directo en caso de que una persona o animal toque un conductor activo.
  La sensibilidad del diferencial es el valor de corriente de fuga a partir del cual este desconectará la instalación. En viviendas, el diferencial es de alta sensibilidad (30mA), ya que son los que quedan por debajo del límite considerado peligroso para el cuerpo humano.
• PIA (Pequeño Interruptor Automático): Protegen a los aparatos y a los conductores de cortocircuitos y sobrecargas, y separan los distintos circuitos de la vivienda. Se instala un PIA por cada circuito de la vivienda. Cada uno tiene una intensidad máxima de corte; hay de: 10A, 15A, 20A, etc.
• TT (Toma de Tierra): La toma de tierra es un camino de poca resistencia a cualquier corriente de fuga para que cierre el circuito "a tierra" en lugar de pasar a través del usuario. Consiste en una pieza metálica enterrada en el suelo del edificio (a menudo en una mezcla de sales para mejorar la conductividad) y conectada a la instalación eléctrica a través de un cable. Protege contra contactos indirectos y evita el paso de corriente por el usuario en caso de un fallo del aislamiento de los conductores activos.

Electricidad y Electrónica

Magnitudes Eléctricas Fundamentales

• Tensión (V): Es la diferencia de potencial entre dos puntos. Se mide en voltios (V). Se necesita tensión para que circule la corriente eléctrica por un conductor.
• Intensidad de Corriente (I): Es la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor por unidad de tiempo. Se mide en amperios (A).
• Resistencia (R): Es la oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica, limitando o controlando el flujo de corriente. Se mide en ohmios (Ω). Para el caso de un conductor, su valor viene determinado por una constante del material llamada resistividad (ρ), la longitud del mismo (L) y la sección (S en mm²).
• Ley de Ohm: Fórmula que relaciona tensión, intensidad de corriente y resistencia. Se expresa como V = I * R.
• Energía (E): Es la capacidad para producir trabajo. Se mide en julios (J), en kilovatios-hora (kWh) y en calorías (cal). Fórmulas: E = I * V * t (Intensidad * Tensión * tiempo), E = P * t (Potencia * tiempo), E = I² * R * t (Intensidad al cuadrado * Resistencia * tiempo). El tiempo se mide en segundos para julios. Equivalencias: 1 J ≈ 0.24 cal / 1 cal ≈ 4.18 J / 1 kWh = 3.6 · 10⁶ J.
• Potencia (P): Es la velocidad a la cual la energía se utiliza, almacena o transporta. Se mide en vatios (W). Fórmulas: P = I * V / P = I² * R / P = V² / R.

Circuitos Eléctricos

Circuito en Serie

Es un circuito divisor de tensión. No es el circuito que se utiliza habitualmente para conectar múltiples receptores (como lámparas en una casa) porque si uno falla, todo el circuito se interrumpe. Se conectan elementos en serie cuando se requiere controlar, regular o proteger a los elementos receptores o actuadores (por ejemplo, un interruptor o un fusible). La resistencia total equivalente es la suma de todas las resistencias (R_total = R₁ + R₂ + ...). La tensión total es también la suma de las caídas de tensión en cada componente (V_total = V₁ + V₂ + ...).

Circuito en Paralelo

La tensión de alimentación es siempre constante para todos los componentes. Es el circuito que se utiliza habitualmente para conectar múltiples receptores en una instalación doméstica, ya que cada uno funciona de forma independiente. La resistencia total equivalente (R_total) se calcula como la inversa de la suma de las inversas de cada resistencia (1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + ...). La intensidad total (I_total) es la suma de las intensidades que circulan por cada rama (I_total = I₁ + I₂ + ...). La tensión es la misma en todas las ramas (V_total = V₁ = V₂ = V₃ = ...).

Circuito Mixto

Es una combinación de elementos conectados tanto en serie como en paralelo. Por ejemplo, se pueden conectar varios receptores en paralelo, y alguno de ellos puede estar protegido o regulado por componentes conectados en serie con él.