La electricidad es una forma de energía que se manifiesta con el movimiento de los electrones de la capa externa de los átomos que hay en la superficie de un material conductor.
Electricidad
Para conocer un poco sobre el tema de electricidad debemos de entender varios conceptos de magnitudes fundamentales, los cuales tenemos a la Intensidad (i), Voltaje (V) y Resistencia (R).
Intensidad
Se llama Intensidad (i), de una corriente eléctrica al cociente entre la carga neta que atraviesa una determinada sección transversal de un conductor y el tiempo en que se realiza dicho paso.
Viene dada por la formula i=q/t, en donde q es la unidad de carga eléctrica medida en culombio y t el tiempo. La unidad de medida de la intensidad de la corriente eléctrica es el amperio (A), si la intensidad es constante con el paso del tiempo, estamos en el caso de la llamada corriente continua.
La causa por la que se produce el movimiento de las cargas a lo largo de un conductor, dando origen a la corriente eléctrica, ha de ser necesariamente una fuerza actuante sobre ellas. Esta fuerza, al mover las cargas, realiza un trabajo.
Voltaje
Se llama diferencia de potencial (V), (a veces, abreviadamente, voltaje o tensión) entre dos puntos A y B de un conductor como el trabajo realizado al trasladarse una carga q desde A hasta B dividido por el valor de dicha carga. Se puede calcular por medio de la siguiente formula: Va – Vb = Vab = T/q. La unidad es el Voltio (V).
Resistencia
Se llama Resistencia (R), entre dos puntos A y B de un conductor al cociente entre la diferencia de potencial entre ambos puntos y la intensidad de la corriente. La formula es la siguiente; R= Vab/i.
Una generalización del concepto de resistencia, que se aplica a los cables y conductores simples, es la llamada impedancia (Z), que es una magnitud que engloba a la Resistencia R (la cual es llamada impedancia resistiva), que también mide la dificultad u oposición que encuentra la corriente eléctrica, al atravesar circuitos donde pueden existir dispositivos como bobinas y condensadores, los cuales reaccionan de manera compleja frente al flujo eléctrico, frenando temporalmente la corriente.
La unidad de resistencia e impedancia es el Ohmio (Ω).
Puede demostrarse que la resistencia de un cable conductor viene dada por la formula: R = ρl/S, donde l es la longitud considerada, S el área de la sección y ρ una constante propia para cada material, llamada resistividad eléctrica. A la inversa de la resistividad, 1/ρ, se llama conductividad.
Se llama Potencia (P), al producto del voltaje por la intensidad de la corriente, dada por la formula:
P = Vab x i, si esta potencia se invirtiese en su totalidad en generar calor y no se realiza ningún otro tipo de trabajo útil, como en el caso de las resistencias eléctricas en los calentadores, la energía térmica producida por unidad de tiempo (potencia térmica) sería: P = Vab x i=iRi=i2R
El efecto Joule
Al paso de la corriente eléctrica todos los conductores se calientan, debido a la potencia térmica generada y que hemos visto es igual al producto de la resistencia del conductor y el cuadrado de la intensidad. A este calentamiento, es conocido como efecto Joule.
Para circuitos de pequeña potencia, típicos de las instalaciones fotovoltaicas autónomas, se recomienda que se elijan los conductores aislados con goma o similar con una sección tal que la intensidad de la corriente no supere los 2.5 amperios por mm2 de sección.
En todo caso, no debe permitirse que la temperatura de los conductores alcance los 50 oC.
«El efecto Joule puede ser aprovechado mediante fusibles para producir una interrupción en la corriente antes de que la intensidad llegue a alcanzar valores demasiados altos, que pueden dañar la instalación.»
Un fusible no es mas que un pequeño trozo de conductor, formado con un material de punto de fusión sensiblemente más bajo que el del resto del circuito, o bien con una sección mucho menor, a fin de que presente una resistencia muy alta.
Al producirse un aumento de temperatura y llegar ésta a alcanzar el punto de fusión del material de que está hecho el fusible, ésta se fundirá y el circuito quedará cortado.
Tipos de corriente
Tanto los paneles solares fotovoltaicos, que la producen, como los acumuladores, que la almacenan, trabajan con corriente continua (CC), de bajo voltaje, prácticamente constante. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones industriales y domésticas se utiliza la corriente alterna (CA).
La corriente continua (CC)
Se refiere al flujo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial, que no cambia de sentido con el tiempo.
La corriente alterna (CA)
Es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. La corriente que fluye por las líneas eléctricas y la electricidad disponible normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente alterna.
Aunque la intensidad y el voltaje de una corriente alterna varían constantemente, siempre es posible definir unos valores medios llamados valores eficaces.
El valor eficaz de la intensidad de una corriente alterna se define como aquel que tendría que tener una corriente continua (de intensidad constante) para que produjese la misma potencia térmica que la alterna.
A una intensidad eficaz corresponde un voltaje eficaz. Siempre que hablamos de un voltaje de 120 o 230 voltios, nos estamos refiriendo a dicho voltaje eficaz.
En los circuitos de corriente alterna el papel de la resistencia lo juega otra magnitud más general (la impedancia).
Transformación de la corriente
Existen tres aparatos utilizados frecuentemente en las instalaciones eléctricas, por lo que es conveniente conocer su misión:
- Los transformadores.
- Los rectificadores.
- Los inversores (onduladores)
Los primeros transforman una corriente alterna en otra corriente alterna de distinto voltaje.
Despreciando las pérdidas por disipación de calor en el propio transformador, se cumple que la potencia de entrada es igual a la de salida y, por tanto:
P = V1i1 = V2i2
Un rectificador convierte corriente alterna en continua, ya que ésta es a veces necesaria para el funcionamiento de ciertos aparatos.
El inversor u ondulador transforma la corriente continua, por ejemplo, la producida en un panel fotovoltaico, en corriente alterna, que se necesita para muchos de los aparatos más comunes.
El inversor es un elemento caro, pero muchas veces necesario en una instalación fotovoltaica.
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