Fundamentos de Electricidad: Potencia y Energía
La potencia es la capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo determinado. Se mide en vatios (W).
La potencia eléctrica es el producto de la tensión por la intensidad de corriente.
Medición de la Potencia Eléctrica
El aparato que mide la potencia eléctrica es el vatímetro.
El vatímetro mide por separado la tensión y la intensidad de la corriente para, posteriormente, realizar la operación. Este consta de dos bobinas: una amperimétrica y otra voltimétrica.
- La amperimétrica posee características similares a las de un amperímetro: baja resistencia y se conecta en serie.
- La voltimétrica posee características similares a las de un voltímetro: alta resistencia y se conecta en paralelo.
Energía Eléctrica
La energía eléctrica es el producto de la potencia por el tiempo. Sobre esta se basan las facturas de las compañías eléctricas.
El julio es la unidad de medida en el Sistema Internacional. Dado que es una unidad muy pequeña, se suele utilizar más el kilovatio-hora (kWh). 1 kWh = 3.600.000 julios.
Medición de la Energía Eléctrica
Se mide con el contador, que es el dispositivo que nos indica lo que debemos pagar a la compañía eléctrica.
El contador se conecta de forma similar a un vatímetro y nos proporciona la lectura de la energía consumida, ya que integra el producto de la potencia por el tiempo.
El contador más utilizado es el de inducción, que realiza la medición gracias a un sistema motorizado que obliga a girar un disco. La velocidad de dicho disco depende del producto de la tensión por la intensidad, es decir, la potencia. Existe un sistema que cuenta el número de vueltas y presenta una lectura directa de los kWh consumidos.
Conexión de Componentes Eléctricos: Pilas y Acumuladores
Conexión de Pilas y Acumuladores
Las conexiones pueden ser en serie, paralelo o mixto. Se utilizan cuando se desea aumentar la tensión o la intensidad que suministra un generador.
Tensión en Bornes del Generador
Cuando el generador suministra corriente al circuito exterior, se produce una caída de tensión en su resistencia interna, de tal forma que la tensión que aparece en los bornes del generador es menor que la fuerza electromotriz (f.e.m.) del mismo. La tensión que suministra el generador irá disminuyendo a medida que aumente la intensidad de la carga.
Potencia del Generador
En la resistencia interna también se produce una pérdida de potencia, que es transformada en calor por el efecto Joule y que reduce el rendimiento del generador.
La potencia total que cede el generador será la suma de la potencia que se pierde en la resistencia interna más la que aparece en la carga.
Al receptor se le entrega una potencia inferior a la total generada. Esta potencia útil es igual al producto de la tensión en bornes del generador por la corriente.
Rendimiento Eléctrico de un Generador
Es la relación que existe entre la potencia útil que suministra el generador al circuito y la potencia total que este desarrolla. Se representa por la letra griega eta (η).
Conexión en Serie
Se utiliza para aumentar la tensión de salida (comúnmente en baterías de acumuladores).
En la conexión en serie se cumple que:
- La fuerza electromotriz del conjunto es igual a la suma de las fuerzas electromotrices de cada uno de los generadores.
- La resistencia interna del conjunto es igual a la suma de las resistencias internas de cada uno de los generadores.
- La intensidad de la corriente eléctrica es igual en todos los generadores.
Conexión en Paralelo
Se utiliza para aumentar la corriente de salida, manteniendo la tensión constante.
En la conexión en paralelo se cumple que:
- Para que todos los generadores aporten energía, deberán poseer la misma f.e.m.
- La fuerza electromotriz (f.e.m.) equivalente del conjunto es la misma que la de los generadores individuales.
- Si deseamos que todos los generadores aporten la misma corriente y potencia, además de tener la misma f.e.m., también deberán tener resistencias internas iguales.
- La intensidad que suministra el conjunto de generadores es igual a la suma de las intensidades que aporta cada generador.
Condensadores: Principios y Aplicaciones
Funcionamiento de un Condensador
Para la construcción de un condensador se necesitan dos placas metálicas conductoras (llamadas armaduras) separadas por un material aislante, denominado dieléctrico (ej. aire, papel, cerámica, mica). El dieléctrico se dispone en forma de lámina muy fina para que las armaduras se encuentren lo más próximas posible una de la otra.
Capacidad de un Condensador
Es la propiedad que poseen de almacenar mayor o menor cantidad de electricidad.
La cantidad de carga depende de la tensión aplicada entre sus armaduras y de sus características constructivas.
La unidad de capacidad es el faradio (F). Se dice que un condensador posee una capacidad de 1 faradio cuando almacena una carga de 1 culombio al aplicar una tensión de 1 voltio entre sus placas.
El faradio es una unidad muy grande, por lo que se utilizan los siguientes submúltiplos:
- Microfaradio (µF) = 10-6 F
- Nanofaradio (nF) = 10-9 F
- Picofaradio (pF) = 10-12 F
La capacidad de un condensador es mayor cuanto más grande sea la superficie de sus armaduras, ya que al aumentar la superficie de cargas enfrentadas, aumenta la carga del mismo.
La capacidad de un condensador es menor cuanto mayor sea la distancia de separación entre las armaduras. Si la distancia es grande, la atracción entre cargas disminuye y, por ende, la capacidad.
Según el tipo de aislante, también varía su capacidad; este factor se mide con la constante dieléctrica del aislante.
Tiempo de Carga y Descarga de un Condensador
El tiempo de carga y descarga de un condensador se refiere al periodo en el que el condensador adquiere o pierde un porcentaje significativo de su carga total (comúnmente se considera el 63% para la constante de tiempo RC).
Tensión de Trabajo y Tensión de Perforación del Dieléctrico
Tensión de perforación: Es la tensión máxima que es capaz de soportar un condensador sin que se destruya su dieléctrico.
No es recomendable que la tensión de trabajo sea mayor que la de perforación.
Tensión de trabajo: Es la tensión a la que un condensador puede funcionar de forma permanente sin sufrir daños. Esta tensión suele indicarse en la superficie del condensador.
Tipos de Condensadores
- De plástico: Actualmente muy utilizados. El aislante es poliéster y estiroflex. Su ventaja es que permiten conseguir capacidades elevadas a tensiones que llegan hasta 1.000 V y capacidades desde un nanofaradio hasta algunos microfaradios.
- Cerámicos: Poseen una constante dieléctrica muy elevada, pero soportan poca tensión.
- Electrolíticos: Compuestos por una lámina de aluminio y otra de plomo sumergidas en un electrólito. Permiten obtener capacidades elevadas en volúmenes reducidos. Tienen polaridad, por lo que no se les puede aplicar corriente alterna, o se perforarán.
Acoplamiento en Serie de Condensadores
La capacidad total obtenida es inferior a la de cualquiera de los condensadores individuales.
Acoplamiento en Paralelo de Condensadores
La capacidad total aumenta cuando se les conecta en paralelo.