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ELECTRICIDAD
La electricidad (del griego ήλεκτρον élektron, cuyo significado es ‘ámbar’) es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica. La electricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo transporte, climatización, iluminación y computación.
La electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades físicas
- Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influida por los campos electromagnéticos.
- Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente por un material conductor; se mide en amperios.
- Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento producen campos magnéticos.
- Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide en voltios.
- Magnetismo: La corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.
La luz se utiliza para generar:
- luz mediante lámparas
- calor, aprovechando el efecto Joule
- movimiento,
mediante motores que transforman la energía eléctrica
en energía mecánica
- señales mediante sistemas
electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que
incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos
integrados) y
componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.
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LA LEY DE OHM:
El ohmio (también ohm) es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con el símbolo o letra griega Ω (omega).
El ohmio se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica una columna de mercurio (Hg) de 106,3 cm de alto, con una sección transversal de 1 mm2, a una temperatura de 0º Celsius.
Esta ley relaciona los tres componentes que influyen en una corriente eléctrica, como son la intensidad (I), la diferencia de potencial o tensión (V) y la resistencia (R) que ofrecen los materiales o conductores.
La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:
donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas , tenemos que:
I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Ω).
Léase: La intensidad (en amperios) de una corriente es igual a la tensión o diferencia de potencial (en voltios) dividido o partido por la resistencia (en ohmios).
De acuerdo con la “Ley de Ohm”, un ohmio (1 Ω) es el valor que posee una resistencia eléctrica cuando al conectarse a un circuito eléctrico de un voltio (1 V) de tensión provoca un flujo o intensidad de corriente de un amperio (1 A).
La resistencia eléctrica, por su parte, se identifica con el símbolo o letra (R) y la fórmula general (independientemente del tipo de material de que se trate) para despejar su valor (en su relación con la intensidad y la tensión) derivada de la fórmula general de la Ley de Ohm, es la siguiente:
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FALLAS COMUNES EN INSTALACIONES DOMESTICAS:
Existen muchas fallas comunes en nuestros
hogares, entre estas tenemos las mas frecuentes:
SOBRECARGA:
Los circuitos eléctricos son diseñados para soportar una carga previamente diseñada. El diseño de un circuito implica, que por este solo puede circular una corriente máxima determinada. Esto lo define el calibre del conductor y las máximas corrientes que pueden soportar los tomacorrientes, fusibles o breakers.
Existe una
sobrecarga en el circuito, cuando a este se añaden cargas que no están prevista
para que el sistema les pueda suministrar la corriente que necesitan para su
funcionamiento. A medida que se va agregando cargas al circuito, el
consumo de corriente aumenta. En este caso se activan las protecciones
eléctricas (fusibles o disyuntores) para evitar que se sobrecalienten los conductores.
Por ejemplo, supongamos que tengas instalado un equipo que demanda una potencia
de 1.2 KVA, esta carga está diseñada para trabajar a un
voltaje de 120V y está protegida por un disyuntor de 15A. Calculando la corriente de consumo, I=S/V, se tiene que esta es de 10A, por lo que el
disyuntor no se dispará. Sin embargo, si se agrega una carga adicional
de 0.92KVA, la potencia total que estará conectada al circuito será
de ST=1.2KVA+0.92KVA=2.12KVA, generando una corriente
de I=2.12KVA/120V=17.67A. Como puedes ver, en este caso
la corriente supera la máxima que puede soportar el
circuito, disparándose instantáneamente ( unos cuantos milisegundos)
el disyuntor por sobrecarga.
PROBLEMA #1:
DATOS: Para que en un sistema eléctrico no haya sobrecarga la intensidad debe ser menor o igual a 14,6 ya que por la ley de OHM----> I = V / R .
El voltaje normal que nos proporcionan a las casas es de 220V en Perú, y la resistencia que tiene el sistema eléctrico en las casas es de 15 omnios, por lo tanto la Intensidad debe ser menor o igual a 14,6
-Tenemos un sistema eléctrico con una resistencia de 15 OMNIOS, y un voltaje de 200V, calcule la intensidad del sistema y defina si el sistema funciona perfectamente o el sistema se sobrecarga.
V= 200V
I=?
R=15 Omnios
i) Por la ley de OHM:
I = V / R
I = 200 / 15
I = 13.4 A
-----> 13,4 < 14,6 . Por lo tanto el sistema funciona perfectamente.
CORTOCIRCUITO:
Este se produce cuando existe un camino de baja resistencia por donde puede circular la corriente. Al ser la resistencia baja, existe un aumento drástico de la corriente eléctrica. Esta relación se puede confirmar directamente por la ley de Ohm.
Existen dos tipos de sistemas generales de alimentación. Está el sistema de corriente directa ( positivo y negativo) y el sistema de corriente alterna ( potenciales y neutro), el cortocircuito se produce cuando entran en contacto dos o más de estas líneas de alimentación de un circuito.
Imagina que entre el potencial y el neutro de un sistema de alimentación de 120V, por alguna razón entra en contacto con un pedazo de cable que posee una resistencia de 0.3Ω. Por ley de Ohm puedes conocer la corriente en este circuito, I=V/R=120V/0.3Ω=400A, esta es la corriente de cortocircuito, y como ves, es muy elevada. Claro está, que este es un calculo básico, a nivel de ingeniería existen algunas variantes.
PROBLEMA #2:
Datos: Para que en el sistema eléctrico se de un cortocircuito es porque la Resistencia es demasiado baja, esto provoca un aumento de Voltaje o una disminución de Intensidad, por lo tanto la resistencia debe estar entre un rango de 10 a 20 omnios
V = I * R
-De un sistema eléctrico conocemos la Intensidad que es 10A y el voltaje que es 220V, halle la resistencia del sistema e indique si hubo cortocircuito o no.
V = I * R
220 = 10 * R
R = 22 omnios.
------> La resistencia no se encuentra entre el rango de 10 a 20 omnios, por lo tanto en el sistema hubo cortocircuito.
APAGÓN:
¿PORQUE SE VA LA LUZ?
En este documento vamos a tratar de ver y comprender un poquito más algunos de los motivos por los que “nuestra” instalación eléctrica a veces deja de funcionar, centrándonos sobre todo en esos apagones inesperados que ocurren como eventos preventivos para nosotros mismos, como por ejemplo las oscilaciones bruscas de intensidad.
Cuando se producen estas variaciones, para evitar que una persona se pueda electrocutar, se corta la energía eléctrica como medida preventiva para que el flujo de corriente no salte del cobre a un cuerpo humano. Ya se sabe, “soldado que huye vale para otra batalla”.
Al producirse este corte eléctrico “inesperado” se pueden perder documentos no guardados a los que hemos dedicado demasiado tiempo: frustración segura.
Este problema tan común en la vida cotidiana moderna sucede con demasiada frecuencia.
Necesitamos conocer la raíz del problema ¿Por que saltan los plomos? , o mejor dicho…¿Por qué salta el diferencial?.
En toda instalación eléctrica hay varios interruptores que controlan la misma: Un limitador de potencia que pone la compañía para que no nos pasemos del consumo inicialmente contratado, un interruptor diferencial que nos protege frente a descargas, normalmente por derivaciones y un interruptor magnetotérmico que nos protege frente a cortocircuitos y sobrecargas en la línea.
Si existe una avería evidente, alguno de los interruptores de seguridad saltará cortando el paso de la corriente y protegiendo tanto al usuario como a la propia instalación.
Se localiza la avería, se repara y a funcionar nuevamente.
El problema surge cuando se producen saltos de interruptor sin que haya una avería aparente en la instalación eléctrica.
El Interruptor Diferencial
Un interruptor diferencial es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores y tierra o masa de los aparatos.
Se dice que un cuerpo es conductor eléctrico cuando puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente suelen ser hilos de cobre.
En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie con los conductores de alimentación de corriente y que producen campos magnéticos opuestos y un núcleo o armadura que mediante un dispositivo mecánico adecuado puede accionar unos contactos.
Esto es que la cantidad de corriente que va por el cable de cobre que va desde a hasta carga es la misma que la que va desde carga hasta b. De otro modo ocurriría el ya famoso concepto conocido como…”Han saltado los plomos”.Cuando la cantidad de corriente que entra desde el enchufe es diferente a la que circula por dentro del aparato eléctrico salta el diferencial.
Dicho de otra manera.
Si ahora nos fijamos en la Figura 2, vemos que la carga presenta una derivación a tierra por la que circula una corriente de fuga (If), por lo que ahora I2 = I1 - If y por tanto menor que I1.
Esta diferencia entre las dos corrientes es la que produce un campo magnético resultante, que no es nulo y que por tanto producirá una atracción sobre el núcleo N, desplazándolo de su posición de equilibrio, provocando la apertura de los contactos C1 y C2 e interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no se rearme manualmente el dispositivo una vez subsanada la avería.(mientras no se vuelva a subir el plomo)
Aunque existen interruptores para distintas intensidades de actuación, en las instalaciones domésticas se instalan normalmente interruptores diferenciales que se actúan con una corriente de fuga alrededor de los 30 mA, que es el valor mínimo de corriente que se considera peligroso para el hombre y un tiempo de respuesta de 50 ms, lo cual garantiza una protección adecuada para las personas y cosas.
PROBLEMA #3:
Datos: En los interruptores de casa la misma entrada de energía debe ser igual a la misma energía de salida, para que no haya apagón pero estos interruptores pueden aguantar hasta una fuga máxima de 3mA(0.03A), si se excede de esa fuga máxima el sistema se apaga.
-Tenemos un interruptor que ingresa 25V y salen 25,04V, halle la fuga máxima e indique si el sistema se apago o sigue encendido.
L2 = L1 - Lf
Donde:
L2 = Energía de entrada
L1 = Energía de salida
Lf = Máxima fuga de energía
-------------------------------------
25 = 25,04 - Lf
Lf = 0.04V
-----> 0.04V sobrepasa los 0.03V de la fuga máxima, así que el sistema se Apaga.
PROGRAMACION EN DEV-C++ (3 EN 1):
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int Opcion;
cout<<"**** MENU DE PROBLEMAS MAS COMUNES EN INSTALACIONES ELECTRICAS EN CASA **** \n\n";
cout<<" 1)SOBRECARGA ELECTRICA \n";
cout<<" 2)CORTOCIRCUITO \n";
cout<<" 3)APAGON \n";
cout<<"**************************************************************************** \n\n";
cout<<" INGRESE UNA OPCION: "; cin>> Opcion;
switch (Opcion)
{
case 1:
{
cout<<"******* SOBRECARGA ELECTRICA ******* \n\n";
cout<<" I = V / R \n";
int R, V;
float I;
cout<<"INGRESE EL VALOR DE V : "; cin>>V;
cout<<"INGRESE EL VALOR DE R=15 : "; cin>>R;
I=V/R;
if ((I>=1)&&(I<=14.6))
{
I=V/R;
cout<<"LA INTENCIDAD DE CORRIENTE ES : \n"<<I<<endl;
cout<<" ***SISTEMA ELECTRICO ESTABLE*** \n";
}
else
{
cout<<"SISTEMA SOBRECARGADO \n ";
}
}; break;
case 2:
{
cout<<"******* CORTOCIRCUITO ******* \n\n";
cout<<" V = I * R \n";
int I, V;
float R;
cout<<"INGRESE EL VALOR DE I : "; cin>>I;
cout<<"INGRESE EL VALOR DE R : "; cin>>R;
if ((R>=10)&&(R<=20))
{
R=V/I;
cout<<"EL VOLTAJE ES : \n"<<R<<endl;
cout<<" ***SISTEMA ELECTRICO ESTABLE*** \n";
}
else
{
cout<<"CORTOCIRCUITO \n";
}
}; break;
case 3:
{
cout<<"******* APAGON ******* \n\n";
cout<<" L2 = L1 - Lf \n";
int L2, L1, Lf;
cout<<"INGRESE EL VALOR DE L1 : "; cin>>L1;
cout<<"INGRESE EL VALOR DE Lf : "; cin>>Lf;
if ((Lf<=0)&&(Lf<=0.03))
{
L2=L1-Lf;
cout<<"LA POTENCIA ES : \n"<<L2<<endl;
cout<<" ***SISTEMA ELECTRICO ESTABLE*** \n";
}
else
{
cout<<" APAGON \n";
}
}; break;
}
system ("pause");
return 0;
}
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