Electricidad

¿Qué és la electricidad?

La electricidad tiene dos conceptualizaciones para definirla, bien diferenciadas. Una, que justifica su nicho como rama del saber en la propia ciencia; y otra, que la define como energía.

Como rama de la ciencia, la definimos como la ciencia que estudia los fenómenos eléctricos, éstos se verán a continuación.
Como energía, esta basada en las propiedades que tienen los diferentes elementos o los materiales para atraer o repeler los electrones, y, que dan lugar y objeto como estudio dentro de la rama de la ciencia, a los fenómenos físicos, como el calor, la luz, los campos magnéticos, etc.

Para comprender la electricidad como ciencia, es necesario conocer la constitución general de los materiales.
Los materiales están constituidos por átomos, y éstos, a su vez, por electrones, protones y neutrones.
Los electrones tienen carga eléctrica negativa, los protones la tienen positiva y los neutrones no tienen ningún tipo de carga.

Sabiendo esto, podemos decir, que un material es eléctricamente neutro, cuando el número de electrones es igual al de los protones.

También, debemos saber que los protones se encuentran en el núcleo del átomo y que los electrones circulan alrededor del núcleo, como sí de un sistema planetario se tratase. Es sumamente necesario comprender que los electrones, se disponen en diferentes capas o niveles alrededor del núcleo, pero lo más importante para la electricidad, es que el último nivel, el más exterior, es el nivel de la valencia y dependiendo del número de electrones alojados en él, el material será un aislante, un semi-conductor o un conductor.

Los fenómenos físicos de la electricidad

Uno de los fenómenos físicos característicos de algunos materiales es la electrización. Éste fenómeno ocurre cuando se varía la cantidad de electrones de los átomos que componen dicho material. Los neutrones y los protones, al estar fuertemente ligados en el núcleo, no participan de este fenómeno. La electrización se puede producir por frotamiento, por presión y por calentamiento, todo dependerá del material que deseemos electrizar.
Cuando electrizamos un cuerpo puede suceder que los electrones se queden sobre ese cuerpo, entonces deberemos hablar de electricidad estática. Pero cuando los electrones se desplazan, entonces tenemos que entenderlo como corriente eléctrica.

La ley de coulomb es la que nos define que cantidad de carga eléctrica tiene un cuerpo, se designa por "C" y a la unidad se la llama culombio. Un culombio viene a ser 6,3 trillones de electrones.

Al desplazamiento de electrones a través de un conductor, se le llama corriente eléctrica y es otro de los fenómenos de la electricidad. En la dirección en que se desplacen los electrones tendremos el sentido de la corriente eléctrica que será siempre desde el polo negativo al polo positivo, pero ojo, por un convenio internacional se estableció justamente al revés, es decir, el sentido va desde positivo a negativo.
Como supongo que sabéis, hay dos tipos de corrientes eléctricas, la continua y la alterna. Las diferencias entre las dos son:

1. La corriente alterna, como su nombre indica, cambia de polaridad, según una frecuencia o periódo de tiempo, unas cincuenta veces por segundo, por este motivo, podemos hablar de 50 Hz como frecuencia de la corriente eléctrica en nuestras casas. Hz es la unidad de frecuencia (hertzios).

2. La corriente continua es la generada por pilas o baterias, mientras que en alterna se genera con un generador o alternador.

Antes hemos hablado de la ley de coulomb, ahora nos referiremos a ella para definir la intensidad de corriente, que no es otra cosa que la división de los culombios o carga eléctrica entre el tiempo que tarda en hacerlo. Para medir físicamente la intensidad eléctrica se utiliza un aparato llamado amperímetro, siempre conectado en serie al conductor que deseamos medir, nunca en paralelo, porque si lo hacemos en paralelo, fundiríamos el fusible que suelen acompañar a éstos aparatos de medición. La intensidad tiene como unidad el amperio (A).

La diferencia de potencial o tensión es entre dos puntos. Imagínate por un momento una pared, divide esa misma pared en dos partes desiguales trazando una línea paralela al suelo y a las tres cuartas partes de altura respecto al suelo. Por un lado, tendrás una medición entre el suelo hasta el techo, por otro lado, tendrás otra medición entre el suelo y la línea trazada, y por último, tendrás otra medida entre la línea y el techo; si lo extrapolamos a la electricidad, tendriamos tres tensiones diferentes o tres diferenciales de potencial. Ahora, si decidimos que la línea trazada debe tener el valor de 0, tendremos que la primera tensión (del suelo al techo) es negativa (tiene más trozo de pared por debajo de la línea trazada), que la segunda tensión, de la línea al suelo es negativa y que la tercera tensión, de la línea al techo es positiva. Esto se observa mejor con un dibujillo.

La unidad de la tensión es el voltio (V). El aparato para medir la tensión se llama voltímetro y se conecta en paralelo al elemento eléctrico que queremos medir. Dentro de dichos elementos no cuenta el conductor único, porque no hay una diferencia de potencial. Cuando nos referimos a elementos, en este caso, lo hacemos respecto a una resistencia, bobina, condensador, dos conductores, etc.

Respecto a la temperatura, hay que explicar que los metales ideales son aquellos que son totalmente conductivos, es decir, que no presentan resistencia. Algunos de estos metales, se convierten en ideales cuando están en temperaturas de cero grados o próximas a cero grados. Sabiendo ésto, podemos deducir fácilmente, que al aumentar la temperatura, se incrementa la resistencia que tiene el metal para dejar pasar la electricidad. A esta resistencia, se le llama resistividad, y la podemos saber por medio de unas tablas, en las que vemos específicadas las temperaturas y la resistividad de cada metal, al cual llamamos coeficiente de resistividad. Para saber la resistencia, teniendo en cuenta la resistividad, disponemos de la siguiente fórmula:

Pero disponemos de otra clase o tipo de resistencia, que es la resistencia que presentan otros materiales distintos de los metales. Éstas resistencias son las que vulgarmente conocemos como resistencia y las empleamos para reducir la intensidad o la tensión de un circuito. Tanto este tipo de resistencia como la resistividad tienen como unidad el ohmio (Ω) y se puede medir con un óhmetro conectado en paralelo al elemento que deseamos medir.

Un circuito eléctrico lo definimos como un conjunto formado por una fuente de energía (pila, generador, etc.), los conductores que distribuyen la energía, y los elementos eléctricos que reciben dicha energía (resistencias, bobinas, etc.).
Dicho esto último, podemos hablar de la ley de ohm, que dice: La intensidad de corriente que recorre un conductor es directamente proporcional a la tensión aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia del circuito.

Otro de los fenómenos propios que produce la electricidad es el calor, al que se le denomina el efecto de Joule, y por supuesto, la podemos explicar como una ley, que nos dice: La energía térmica que se produce en un circuito eléctrico depende de la intensidad de la corriente, de la resistencia y del tiempo que circule la corriente.

Tenemos otro fenómeno producido por la electricidad, como es la luminosidad. Por citar un ejemplo, el efecto luminoso producido en una lámpara o bombilla, es un efecto directo del calentamiento de un filamento que une los dos polos de la lámpara o bombilla.

La electricidad también genera efectos químicos, como es el fenómeno de la electrólisis, que consiste en la descomposición de las moléculas que forman una sustancia, este fenómeno se produce gracias al paso de una gran intensidad de corriente.

Electrotécnia

¿Qué és la electrotécnia?

La electrotécnia no es otra cosa que la electricidad aplicada, y esta definición encierra muchas cosas.

Engloba a la fabricación, la distribución o transporte, los componentes eléctricos y los aparatos eléctricos. Como se puede observar, la electrótecnia es toda una disciplina dentro de la ciencia eléctrica.

La producción eléctrica

Se puede producir con varios tipos de tecnología existentes actualmente, algunos más límpios que otros.

Central hidrológica: Aprovechando la circulación del agua, cuando cae de un pantano, se la conduce hasta una turbina, que es la encargada de generar la electricidad.
Central térmica: Utiliza vapor de agua dirigida sobre una turbina, para producir electricidad. El vapor de agua se consigue a través de métodos nada respetuosos con el medio ambiente, pues ocasionan mucha polución, este es el principal motivo de que esten alejadas de los centros urbanos. Polucionan porque utilizan materiales para la combustión como el gas, al gas-oil y el carbón.
Central nuclear: El concepto que usan es similar al de las centrales térmicas, es decir, se hacen servir del vapor de agua para que una turbina genere la electricidad. Para este menester usan el uranio como combustible, por este motivo, están muy mal consideradas por los ecologistas, porque además de producir electricidad, producen grandes cantidades de desechos radioactivos que tardan miles de años en eliminarse, sin contar el hecho de que la radioactividad es altamente contaminante.
Granjas de viento: Aquí entramos en un nuevo concepto de energía, la energía renovable. Ya no se usa el agua o el vapor de agua para alimentar a una turbina, se emplea la energía cinética del viento para alimentar a un generador. De esta forma se transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica. La gran ventaja, la dicha, no poluciona, pero, ocupa mucho espacio. Por este motivo, no tiene un futuro muy prometedor. Se le suele llamar energía eólica.
Central fotovoltaica: Siguiendo con las energías renovables, tenemos las centrales que usan la energía solar. Conectando varias placas fotovoltaicas se consigue corriente continua. Pero sucede lo mismo que con las centrales eólicas, son respetuosas con el medio ambiente, porque no polucionan, pero ocupan mucho terreno. A pesar de esto último, España es una de las grandes productoras de electricidad fotovoltaica.

Automatismos

Es un sistema que hace que una máquina realice un trabajo físico sin la concurrencia humana y lo realiza de forma cíclica.

De esta manera, podemos encontrarnos con máquinas automáticas o semi-automáticas. Una máquina esta compuesta de varios sistemas, autónomos o no.

Podemos disponer de varios tipos de automatismos:

1. Eléctricos.
2. Mecánicos.
3. Neumáticos.
4. Hidráulicos.
5. Electrónicos.

Así podemos encontrarnos diversas máquinas que combinen uno o varios tipos de automatismos.
Entre los automatismos eléctricos podemos encontrarnos los circuitos de potencia para motores, que serán los encargados de mover mecánicamente una parte de la máquina, por ejemplo, una cadena de arrastre productiva.
La diferencia principal entre los automatismos neumáticos e hidráulicos, es la fuerza que son capaces de movilizar y el coste del equipo. El sistema neumático es más económico pero dispone de menos fuerza, hasta 4000 k. El sistema hidráulico es bastante más caro, pero produce más fuerza.
Los automatismos electrónicos suelen ser los que controlan al resto de automatismos, a través del PLC.