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• luisabanto1995

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CORRIENTE ELECTRICA La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades

se

expresa

en

C/s

(culombios sobre segundo),

unidad

que

se

denomina amperio.

Se dice que existe una corriente eléctrica cuando hay un flujo neto de carga eléctrica en una dirección específica del espacio. Para definir una expresión que permita calcularla, es necesario considerar una dirección del espacio y tener información de la carga neta que atraviesa a una superficie perpendicular a esa dirección. En el caso de la electricidad, la corriente es la carga neta que atraviesa una superficie transversal en cada unidad de tiempo. Operacionalmente se define: I= Q/t Sabiendo que: 

La intensidad (I) se mide en amperios (A) en el S.I.



La carga (Q) se mide en colombios (C) en el S.I.



El tiempo (t) se mide en segundos (s) en el S.I

Con esta definición, podemos decir que una corriente eléctrica tiene una intensidad de 1 amperio cuando por una sección del conductor pasa una carga de 1 colombio en 1 segundo. Los múltiplos y submúltiplos más utilizados son: 

En Electrónica, el amperio es una unidad poco habitual por ser muy grande, utilizándose normalmente los submúltiplos: o

Miliamperio: 1mA = 10-3A.

o 

Microamperio: 1µA = 10-6A.

En electricidad, se suele utilizar el: o

Amperio.

o

Kiloamperio: 1kA = 103A.

RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR El concepto de resistencia eléctrica nace de la existencia de materiales conductores y materiales aislantes y del hecho de que no todos los materiales conducen con igual facilidad la corriente eléctrica. Es decir, unos ofrecen más resistencia a su paso que otros. Cuando entre los extremos de un conductor se establece una diferencia de potencial V, aparece a través del mismo una corriente cuya intensidad I depende de las dimensiones del conductor, así como del material que lo constituye. Si se modifica la diferencia de potencial, la intensidad varía también, pero de forma que ambas magnitudes permanecen directamente proporcionales,

es

decir,

el

cociente V /I se

mantiene constante. Al representar V en función de I en un sistema de ejes rectangulares, se obtiene como gráfico una recta que pasa por el origen de las coordenadas. Se concluye del gráfico que la diferencia de potencial V aplicada a los extremos del conductor es directamente proporcional a la intensidad I de la corriente. Es decir: V a I. Cuando una magnitud es directamente proporcional a otra, la primera es igual a la segunda multiplicada por una constante. En el caso estudiado la constante se designa por R y se llama resistencia del conductor. Lo anterior se expresa

matemáticamente

mediante

la

siguiente

ecuación:

V = R.I Este resultado fue descubierto en forma experimental por el físico alemán George Simón Ohm (1789-1854). Este hecho que se conoce con el nombre de ley de Ohm, se enuncia del siguiente modo: “La razón entre la diferencia de potencial V aplicada a los extremos de un

conductor y la intensidad I que, circula por él es una cantidad constante denominada resistencia del conductor.” La resistencia de un conductor se representa por R

. La unidad de resistencia en el sistema internacional se denomina ohmio . Ohmio es la resistencia de un conductor que bajo una diferencia de potencial de un voltio permite el paso de un amperio. Se representa por

.

Despejando I en la ley de Ohm, se obtiene: GENERACION DE LA CORRIENTE ELECTRICA Hay distintas maneras de generar una corriente eléctrica, en el planeta en si la naturaleza es una gran portadora de energía, desde la fotosíntesis, las olas, el sol, el aire, etc. El cuerpo humano también es generador de corriente eléctrica ejemplo de ello son los llamados toques que se producen cuando se toca algún otro cuerpo que genere electricidad. 1. Energía solar: La energía solar viene directamente del sol. Esta energía maneja las estaciones del año y el clima, ayuda prácticamente a toda la vida en la tierra. El calor y la luz provienen del sol, las fuentes basadas en energía solar tales como, el viento y la fuerza de las olas, la hidroelectricidad y la biomasa, se suma a la mayoría de las corrientes disponibles de energía renovable. Las tecnologías de energía solar, atrapan la energía del sol para fines prácticos, estas tecnologías datan desde principios de los griegos, los nativos americanos y los chinos, quienes calentaban sus edificios orientándolos hacia el sol. Las tecnologías solares modernas nos proveen de calor, luz y electricidad. La potencia del sol se utiliza como un sinónimo de energía solar o más específicamente se refiere a la conversión de la luz del sol en electricidad. Esto puede hacerse de dos maneras, a través del efecto fotovoltaico o por calor transferido a un fluido para producir vapor que manejara un generador.

2. Celdas fotovoltaicas: Una celda fotovoltaica es un diodo semiconductor especializado que convierte la luz visible en corriente directa. Algunas celdas fotovoltaicas pueden también convertir los rayos infrarrojos o la radiación ultravioleta en electricidad las celdas PV son parte integral de los sistemas de energía solar los cuales están incrementándose de manera importante como fuentes alternativas de utilidad de energía. La primera celda PV fue creada de silicón combinado, o contaminado con otros elementos que afectan la conducta de los electrones o los huecos (la ausencia de electrones en los átomos). Otros materiales como diseleneo de indio y cobre (CIS), teluro de cadmio (CDTE), arseniuro de galio(GAAS) se han desarrollado para usarse en las celdas PV. 3. Energía eólica: Es la energía obtenida del viento es decir, aquella que se obtiene de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire y así mismo las vibraciones que el aire produce. 4. Central hidroeléctrica: Es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulica se produce la generación de energía eléctrica en alternadores. 5. Energía mareomotriz: Se debe a las fuerzas de atracción gravitatoria entre la Luna, la Tierra y el Sol. La energía mareomotriz es la que resulta de aprovechar las mareas es decir, la diferencia de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de la atracción gravitatoria de esta última y del Sol sobre las masas de agua de los mares. 6. Central termoeléctrica: Una central termoeléctrica es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de algún combustible fósil como petróleo, gas natural o carbón. EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA

La corriente eléctrica es útil por los efectos que genera a su paso: químicos, caloríficos, luminosos, magnéticos, mecánicos. Efecto calorífico El continuo choque entre electrones de la corriente y entre los electrones con los átomos del conductor hace que el conductor se caliente. Esta propiedad se aprovecha en estufas, planchas, resistencias, fusibles, etc. Efecto luminoso Si el metal se calienta mucho, como en el filamento de una bombilla (hasta 3000 ºC), se pone incandescente y emite luz.

Efecto magnético La corriente eléctrica produce imanes. Una corriente eléctrica continua crea a su alrededor una zona con propiedades magnéticas. Se puede ver que la aguja de una brújula se desvía al paso de una corriente eléctrica continua

Efecto químico La corriente eléctrica puede producir reacciones químicas. En la industria se emplea la electrolisis para transformar unas sustancias en otras: 

Para proteger una superficie metálica de la corrosión.



Mejorar el aspecto superficial (Ej.: chapados de oro).



Mejorar propiedades eléctricas, ópticas u otras.



Obtener metales a partir de sus minerales.

TIPOS DE CORRIENTE ELECTRICA Corriente Directa o Continua (C.C o D.C). Esta denominación se usa para corrientes cuyas magnitudes permanecen constantes en el tiempo, además, en las regiones donde las cargas se mueven, lo hacen siempre en el mismo sentido. La corriente continua es proporcionada por las pilas, como en el caso de las linternas y los radios, o por los acumuladores de los automóviles.

Corriente

Alterna

(C.A) Se

denominan

así,

a

las

corrientes

que

varían

alternativamente de sentido y de magnitud. Son producidas por fuerzas eléctricas que cambian alternativamente de sentido e intensidad, ocasionando un movimiento de vaivén o de oscilación de las cargas. Esas oscilaciones ocurren con una determinada frecuencia, cuyo valor es escogido por los fabricantes de los generadores de ese tipo de corriente. La frecuencia de los cambios, se mide en ciclos por segundo o Hertz y en Venezuela se ha escogido un sistema de electricidad que oscila 60 veces por segundo o 60 Hertz.

Causa de la corriente eléctrica: Para que se produzca una corriente eléctrica es necesario que exista algún agente que produzca una fuerza electromotriz, es decir una fuerza que produzca movimiento sobre las cargas. Ello se logra con cualquier

dispositivo construido para ello, como una pila, un acumulador de auto, un generador de corriente, continua o alterna o cualquier otro aparato que establezca una diferencia de potencial en un medio material donde haya cargas susceptibles de moverse. Medida de la corriente eléctrica: La corriente eléctrica es un movimiento ordenado de cargas en el espacio. Para poder medir este movimiento de cargas es necesario colocar un instrumento que reciba las cargas, detecte el sentido del movimiento y la cantidad de carga que se mueve de un lado a otro en el espacio. Estos instrumentos se denominan amperímetros y existen de diferentes tipos, debiéndose tomar en cuenta el tipo de corriente que se va a medir para elegir el aparato apropiado. REQUISITOS PARA QUE CIRCULE LA CORRIENTE ELECTRICA Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de tres factores fundamentales: 1- Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico. 2- Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico, generalmente de cobre. 3- Una carga o consumidor conectado al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma

energía

eléctrica

como,

por

ejemplo,

una

bombilla

o

lámpara

para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor (calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial que funcione con corriente eléctrica. MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES DE LA CORRIENTE ELECTRICA Los materiales conductores de corriente eléctrica, son aquellos que ofrecen poca o ninguna resistencia al paso de la electricidad a través de ellos.

Mejores conductores: En los elementos llamados mejores conductores, algunos de los electrones pueden pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de potencial (o tención eléctrica) entre los elementos del conductor. Entre los mejores conductores de la corriente eléctrica podemos mencionar, los elementos metálicos, especialmente, el oro (este es el más conductor), la plata, el cobre, el aluminio, etc.

Menores conductores o aislantes: Los materiales más resistentes al paso de la corriente eléctrica son aquellos en los que los electrones están sólidamente unidos al núcleo y es difícil arrancarlos del átomo. Entre ellos se encuentran: La ebonita, el plástico, la mica, la baquelita, el azufre, el vidrio, la seda, el papel, el algodón, etc. Semiconductores: En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna. Materiales aislantes: Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector) La mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen resistividades muy grandes. Esto se debe a la ausencia de electrones libres Circuito eléctrico

Para aprovechar la energía eléctrica, se construye un circuito eléctrico, que se define como el conjunto de elementos que, conectados entre si permiten el paso de la energía eléctrica y la transforman en otro tipo de energía (mecánica, los motores; radiante, las bombillas,…). Los elementos que constituyen un circuito eléctrico se clasifican en cuatro grupos:  Generadores: Producen la corriente eléctrica: Pilas, baterías.  Conductores: Permiten el paso de la corriente eléctrica y unen los distintos elementos del circuito: cables.  Receptores: Reciben la energía eléctrica y la transforman en otro tipo de energía: bombillas, motores, zumbadores.  Elementos de maniobra, control y protección: Permiten modificar las condiciones del circuito (interruptor, conmutador,) y/o lo protegen. Tipos de circuitos Según la forma en la que estén conectados los distintos elementos dentro de un circuito, estos pueden ser de tres tipos diferentes: Serie: Los elementos están conectados uno a continuación del otro, “unidos por el mismo cable”. Se caracterizan porque la intensidad de corriente es la misma para todos los elementos del circuito. Como reparten el voltaje, iluminaran menos que una sola, si una de las bombillas se funde, la otra no funcionará. Paralelo: Los elementos están conectados en diferentes “niveles”. Se caracterizan porque la tensión es la misma para todos los elementos del circuito. Mixto: Es la combinación de los circuitos anteriores, es decir, tenemos elementos en serie y en paralelo.

CONDUCTORES ELECTRICOS

Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas o cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es el cobre (en forma de cables de uno o varios hilos). Aunque la plata es el mejor conductor, pero debido a su precio elevado no se usa con tanta frecuencia. También se puede usar el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre, es sin embargo un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas que en la transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión USOS:  Conducir la electricidad de un punto a otro (pasar electrones a través del

conductor; los electrones fluyen debido a la diferencia de potencial).  Crear campos electromagnéticos al constituir bobinas y electroimanes.  Modificar la tensión al constituir transformadores.  Crear resistencias (con el uso de conductores no muy conductivos).  Establecer una diferencia de potencial entre un punto A y B.

PARTES: Estas son tres muy diferenciadas: El alma o elemento conductor. Se fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energía eléctrica desde las centrales generadoras a los centros de distribución (subestaciones, redes y empalmes), para alimentar a los diferentes centros de consumo (industriales, grupos habitacionales, etc.). De la forma cómo esté constituida esta alma depende la clasificación de los conductores eléctricos. Así tenemos: 

Según su constitución:

Alambre: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo elemento o hilo conductor.

Se emplea en líneas aéreas, como conductor desnudo o aislado, en instalaciones eléctricas a la intemperie, en ductos o directamente sobre aisladores. Cable: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja sección, lo que le otorga una gran flexibilidad.



Según el número de conductores:

Monoconductor: Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con aislación y con o sin cubierta protectora.

Multiconductor: Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una por su respectiva capa de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.

El Aislamiento El objetivo de la aislación en un conductor es evitar que la energía eléctrica que circula por él, entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean éstos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación. Del mismo modo, la aislación debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer contacto entre sí.

Los diferentes tipos de aislación de los conductores están dados por su comportamiento técnico y mecánico, considerando el medio ambiente y las condiciones de canalización a que se verán sometidos los conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes químicos, a los rayos solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre los materiales usados para la aislación de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, el neoprén y el nylon. Las cubiertas protectoras El objetivo fundamental de esta parte de un conductor es proteger la integridad de la aislación y del alma conductora contra daños mecánicos, tales como raspaduras, golpes, etc. Si las protecciones mecánicas son de acero, latón u otro material resistente, a ésta se le denomina «armadura» La «armadura» puede ser de cinta, alambre o alambres trenzados. Los conductores también pueden estar dotados de una protección de tipo eléctrico formado por cintas de aluminio o cobre. En el caso que la protección, en vez de cinta esté constituida por alambres de cobre, se le denomina «pantalla» o «blindaje».

Clasificación de los conductores eléctricos de acuerdo a su aislación o número de hebras La parte más importante de un sistema de alimentación eléctrica está constituida por conductores. Al proyectar un sistema, ya sea de poder; de control o de información, deben respetarse ciertos parámetros imprescindibles para la especificación de la cablería.  Voltaje del sistema, tipo (CC o CA), fases y neutro, sistema de potencia, punto central aterramiento.  Corriente o potencia a suministrar.  Temperatura de servicio, temperatura ambiente y resistividad térmica de alrededores.  Tipo de instalación, dimensiones (profundidad, radios de curvatura, distancia entre vanos, etc.).

 Sobrecargas o cargas intermitentes.  Tipo de aislación.  Cubierta protectora. Tomando en cuenta su tipo, uso, medio ambiente y consumos que servirán, los conductores eléctricos se clasifican en la siguiente forma: Conductores para distribución y poder: . Alambres y cables (N0 de hebras: 7 a 61). . Tensiones de servicio: 0,6 a 35 kV (MT) y 46 a 65 kV (AT). . Uso: Instalaciones de fuerza y alumbrado (aéreas, subterráneas e interiores). . Tendido fijo. Cables armados: . Cable (N0 de hebras: 7 a 37). . Tensión de servicio: 600 a 35 000 volts. . Uso: Instalaciones en minas subterráneas para piques y galerías (ductos, bandejas, aéreas y subterráneas) . Tendido fijo

Conductores para control e instrumentación: . Cable (N0de hebras: 2 a 27). . Tensión de servicio: 600 volts. . Uso: Operación e interconexión en zonas de hornos y altas temperaturas (ductos, bandejas, aérea o directamente bajo tierra). . Tendido fijo. Cordones: . Cables (N0 de hebras: 26 a 104). . Tensión de servicio: 300 volts. . Uso: Para servicio liviano, alimentación a: radios, lámparas, aspiradoras, jugueras, etc. Alimentación a máquinas y equipos eléctricos industriales, aparatos

electrodomésticos y calefactores (lavadoras, enceradoras, refrigeradores, estufas, planchas, cocinillas y hornos, etc.). . Tendido portátil. Cables portátiles: . Cables (N0 de hebras: 266 a 2 107). . Tensión de servicio: 1 000 a 5 000 volts . Uso: en soldadoras eléctricas, locomotoras y máquinas de tracción de minas subterráneas. Grúas, palas y perforadoras de uso minero. . Resistente a: intemperie, agentes químicos, a la llama y grandes solicitaciones mecánicas como arrastres, cortes e impactos. . Tendido portátil. Clasificación de los conductores eléctricos de acuerdo a sus condiciones de empleo Para tendidos eléctricos de alta y baja tensión, existen en nuestro país diversos tipos de conductores de cobre, desnudos y aislados, diseñados para responder a distintas necesidades de conducción y a las características del medio en que la instalación prestará sus servicios. La selección de un conductor se hará considerando que debe asegurarse una suficiente capacidad de transporte de corriente, una adecuada capacidad de soportar corrientes de cortocircuito, una adecuada resistencia mecánica y un comportamiento apropiado a las condiciones ambientales en que operará. Conductores de cobre desnudos Estos son alambres o cables y son utilizados para: . Líneas aéreas de redes urbanas y suburbanas. . Tendidos aéreos de alta tensión a la intemperie. . Líneas aéreas de contacto para ferrocarriles y trolley-buses. Alambres y cables de cobre con aislación Estos son utilizados en: . Líneas aéreas de distribución y poder, empalmes, etc. . Instalaciones interiores de fuerza motriz y alumbrado, ubicadas en ambientes de distintas naturaleza y con diferentes tipos de canalización.

. Tendidos aéreos en faenas mineras (tronadura, grúas, perforadoras, etc.). . Tendidos directamente bajo tierra, bandejas o ductos. . Minas subterráneas para piques y galerías. . Control y comando de circuitos eléctricos (subestaciones, industriales, etc.). . Tendidos eléctricos en zonas de hornos y altas temperaturas. . Tendidos eléctricos bajo el agua (cable submarino) y en barcos (conductores navales). . Otros que requieren condiciones de seguridad. Según como estén constituidos: Conductores flexibles: están constituidos por un conjunto de alambres lo suficientemente finos, unidos eléctricamente entre sí, formando un solo conductor. Conductores rígidos: están constituidos por un solo alambre cilíndrico, de una determinada sección. En función del número de conductores que los forman, pueden ser unipolares o multiconductor. 

Cable unipolar: es el que está constituido por un solo conductor aislado rígido



o flexible. Cable multiconductor: es aquel que está constituido por más de un conductor aislados entre sí.

Los colores de los cables: Colores Conductor Marrón Fase L1 Negro Fase L2 Gris Fase L3 Azul claro Neutro Verde/Amarillo Tierra. Cable de protección DIMENCIONAMIENTO DE CONDUCTORES ELECTRICOS Es frecuente que las instalaciones eléctricas presenten problemas originados por la mala calidad de la energía. 

Variaciones de voltaje.

 

Variaciones de frecuencia. Señal de tensión con altos contenidos de impurezas, etc.

Estos efectos producen un funcionamiento irregular en los equipos eléctricos y generan pérdidas de energía por calentamiento de los mismos y de sus conductores de alimentación. La norma ANSI/IEEE C57.110-1986, recomienda que los equipos de potencia que deben alimentar cargas no lineales (computadoras), operen a no más de un 80% de su potencia nominal. Es decir, los sistemas deben calcularse para una potencia del orden del 120% de la potencia de trabajo en régimen efectivo. Como se puede apreciar; el correcto dimensionamiento de conductores eléctricos tiene una importancia decisiva en la operación eficiente y segura de los sistemas. Daños que generan el mal dimensionamiento y mal uso de los conductores en una instalación eléctrica   

Cortes de suministro. Riesgos de incendios. Pérdidas de energía.

Caídas de tensión

Cortos circuitos CAPACIDAD DE TRANSPORTE

Sobrecalentamiento de las líneas

Fallas de aislación a tierra

La corriente eléctrica origina calentamiento en los conductores (efecto Joule:

2

I xR

). El exceso de temperatura genera dos efectos negativos en los aislantes: . Disminución de la resistencia de aislación. . Disminución de la resistencia mecánica.

Las aislaciones deben ser calculadas en relación a la carga de energía eléctrica que transporten los conductores y a la sección o diámetro de los mismos. Vida útil de un Conductor Eléctrico Los materiales usados en los aislamientos eléctricos, cuando son de buena calidad y el uso de ellos ha sido correcto – es decir cuando la temperatura de operación del conductor no fue superada, por una buena selección de la sección del conductor, uso de la instalación sin sobrecargas por una adecuada protección mediante interruptores termomagnéticos, etc. – puede superar los 20 años. Sin embargo, pequeñas sobrecargas de larga duración que podrían no ser detectadas por los sistemas de protección, acortan la vida del conductor