A modo de introducción.
A medida que los sistemas eléctricos de potencia evolucionan en el tiempo a los responsables de mantenerlos se les hace más importante conocer sobre el comportamiento de los mismos y para esto el futuro electricista debe poder realizar análisis adecuados a los principios básicos de los circuitos eléctricos.
En atención a estas necesidades se necesita que los conocimientos prácticos de los profesionales sean específicos y distintivos de su profesión, que se ponen en juego al hacer frente a los problemas a los que se ven abocados en su ejercicio profesional. Estos problemas son complejos, inciertos, inestables y singulares, e implican conflictos de valor, no siendo por ello susceptibles de solución mediante la aplicación técnica de reglas generalizadas ni del conocimiento formal y explícito de la electricidad.
De esta manera el electricista debe conocer diversos puntos que forman parte de la mayoría de los cursos de electricidad. Es un conocimiento necesario, dado que la electricidad es parte esencial de la vida moderna en actividades de uso cotidiano como iluminación, calefacción, refrigeración, computadoras, movilidad, es decir, con diversas aplicaciones [1, 2].
Sin embargo, los resultados de diversas investigaciones sugieren que los estudiantes universitarios no necesariamente han desarrollado un entendimiento conceptual profundo sobre las nociones básicas, como corriente, resistencia y diferencia de potencial, debido a una falta de relación con la electrostática [3].
Es por ello que en este post se presentan de forma sencilla con diversos enlaces para reforzar los puntos relacionados a efectos causados por la circulación de corriente eléctrica y sus aplicaciones.
Corriente eléctrica.
La corriente eléctrica está presente en todos los artefactos eléctricos y electrónicos que utilizamos a diario en nuestra cotidianidad, incluso hablamos de ella, pero ¿realmente sabemos qué es la corriente eléctrica y cómo funciona? En este post se quiere que nuestros lectores entiendan y conozcan a de la manera más sencilla el mundo de la electricidad, por ello, ahora hablaremos de la corriente eléctrica.
Corriente Continua.
Esta es un tipo de corriente eléctrica muy importante en la actualidad por la generación por medio de energía solar donde el sentido de circulación del flujo de cargas eléctricas (electrones) no varía. En muchos dispositivos en el símbolo para indicar la corriente continua es D. C. (direct current), o utilizando el símbolo de una línea continua (-)
Figura 1: Forma de onda de corriente continúa.
Tomado de:https://www.electrontools.com/Home/WP/ventajas-y-desventajas-sobre-la-corriente-continua-y-alterna/
La primera red eléctrica comercial, desarrollada por Thomas Edison a finales del siglo XIX, utilizaba corriente continua. Hoy en día, debido a las ventajas de la corriente alterna en cuanto a posibilidades de transformación y transporte, las redes de transporte y distribución utilizan casi exclusivamente corriente alterna.
Definición de la corriente eléctrica:
La corriente eléctrica no es más que el flujo de carga eléctrica que atraviesa un material conductor durante un periodo de tiempo determinado. Esto se expresa en C/s, (culombios por segundo) en el Sistema Internacional de Unidades, y la unidad se conoce como Amperio (A). Para que exista el flujo de electrones, este se dará según la distribución atómica del material, en este los electrones que estén más alejados del núcleo, tendrán que desligarse y circular libremente entre los átomos de dicho cuerpo.
Este fenómeno también puede ocurrir, con variaciones según el material y el tipo de corriente eléctrica. (Continúa o Alterna)
Figura 2: Forma de onda de corriente alterna en un elemento resistivo puro.
La corriente alterna tiene como característica tal como su nombre lo indica cambiar sus valores tanto de magnitud y dirección periódicamente, tanto la onda de tensión generada entre los polos como la dirección de los electrones va cambiando cada cierto periodo de tiempo, por ejemplo si el cambio de sentido es de 60 veces/seg, diremos que tiene una frecuencia de 60 Hz, estas frecuencias varían dependiendo del país.
Figura 3: Alternancia de los electrones en el conductor para A.C.
Tomado de: https://espaciociencia.com/la-corriente-electrica/
Este tipo de corriente es la más utilizada de la energía eléctrica para transportar hacia nuestras viviendas, la razón principal es el económico, ya que con esta se pueden cambiar los niveles de tensión y corriente según las necesidades. Al poder transformar el voltaje y la tensión, el diámetro de los conduc
conductores que se utilizarán será de menor diámetro lo que abarata costos además de minimizar pérdidas.
Efectos de la circulación de corriente.
Una de las grandes ventajas que presenta esta forma de energía es que se puede transformar fácilmente en otras formas de energía, así la corriente eléctrica, puede provocar principalmente seis efectos:
Tabla 1: Efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica.
Efecto calorífico.
Efecto luminoso.
Efecto magnético.
Efecto químico.
Este efecto se produce simplemente al pasar la corriente eléctrica por un conductor que presente una cierta resistencia al paso de la corriente.
Mediante este sistema tan simple y económico podemos producir suficiente calor (efecto Joule) como el que genera un horno o un calefactor eléctrico, entre otras muchas aplicaciones.
Enlazando con el efecto anterior, si calentamos mucho un trozo de metal, sabemos que cuando se pone incandescente comienza a emitir luz (principio de funcionamiento de la lámpara de incandescencia). De una manera un poco más compleja, podemos producir el efecto de luminiscencia utilizado en las lámparas fluorescentes. Y nombrar también la emisión de luz producida por los led (construidos con semiconductores).
La circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor crea un campo magnético a su alrededor, efecto que entre otras aplicaciones encuentra protagonismo en los motores eléctricos tan utilizados en nuestro entorno.
El último de los efectos que se menciona se produce en conductores iónicos es el efecto químico o efecto que produce el paso de la corriente eléctrica por un electrolito y en el que está basado el funcionamiento de las baterías.
Otra aplicación relacionada es la electrolisis del agua.
Efecto fisiológico
Este efecto puede afectar a las personas y a los animales, originando electro
electrocución. Un ejemplo de este efecto es el provocado por los aparatos de electro-medicina.
Las consecuencias del paso de la corriente por el cuerpo pueden ocasionar desde lesiones físicas secundarias (golpes, caídas, etc.), hasta la muerte por fibrilación ventricular. Todo depende del tipo de corriente, la intensidad, el tiempo de contacto, la resistencia particular del cuerpo, la tensión y el recorrido de la corriente a través del cuerpo.
Efecto mecánico
Este efecto se basa en el magnético donde este se aprovecha el campo generado por la circulación de corriente con la finalidad de generar movimiento (Efecto Faraday) ya que al circular corriente y situar un imán o electro imán cerca de la corriente eléctrica. Podemos obtener un efecto mecánico utilizando la capacidad de atracción y repulsión de los materiales magnéticos.
Meléndez (2021)
Para conocer más puede visitar:
https://www.infootec.net/que-efectos-tiene-la-electricidad/
http://uprl.unizar.es/seguridad-laboral/efectos-de-la-corriente-electrica-en-el-cuerpo-humano
Aplicaciones de la electricidad.
Al hablar de las aplicaciones que los diversos efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica nos da, diferentes posibilidades de transformación de la energía eléctrica en otras formas de energía útiles para el confort de las personas así se puede ahorrar tiempo y trabajo.
Algunos de los beneficios que nos dan los efectos para sus aplicaciones tanto domésticos como industriales podemos mencionar los siguientes: cocina eléctrica, termostato, fusible, lámpara incandescente, electrólisis, motor eléctrico, entre otros. Estos los detallamos en el siguiente cuadro.
Tabla 2: Aplicaciones de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica.
Electrostática
El hecho de comprender las cargas electrostáticas y los efectos que estas ejercen sobre las muestras y recipientes de pesaje resulta fundamental para obtener resultados de pesaje de buena calidad.
https://www.mt.com/es/es/home/library/collections/laboratory-weighing/electrostatic-and-weighing.html
https://aulavirtual4.unl.edu.ar/mod/book/view.php?id=26&chapterid=16
Motores eléctricos
Como se sabe el motor eléctrico no es más que una maquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica rotatoria por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Estas son utilizadas en una infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, cintas transportadoras, robótica, movilidad eléctrica, esmeriles, taladros entre otras herramientas eléctricas.
Imagen: https://www.xataka.com/vehiculos/het-motor-para-coches-electricos-que-presume-ser-eficiente-ligero-tres-veces-potente-doble-par
Transformador
El transformador es un dispositivo que cambia los valores de tensión y corriente en niveles que se necesitan para su transmisión, distribución o utilización manteniendo la potencia esto se da en corriente alterna, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética.
Imagen: https://www.transformadores.cl/blog/como-seleccionar-un-transformador/
Refrigeradores y acondicionadores de aire
La invención de los refrigeradores supone un avance importante en lo relacionado con la conservación y transporte de alimentos frescos que necesitan conservarse fríos para que tengan mayor duración en su estado natural. Además de mejorar el confort de las personas gracias a la climatización adecuada en viviendas y locales públicos.
Imagen: https://www.caloryfrio.com/aire-acondicionado/aire-acondicionado-comercial/compresor-de-aire-acondicionado.html
Electro imanes
Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente. Los electroimanes se usan en muchas situaciones en las que se necesita un campo magnético variable rápida o fácilmente. Los electroimanes son los componentes esenciales de muchos interruptores, siendo usados en los frenos y embragues electromagnéticos de los automóviles, electroválvulas, entre otras aplicaciones.
Imagen: https://como-funciona.co/un-electroiman/
https://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula
Electroquímica (Electrólisis)
Conversión entre la energía eléctrica y la energía química. La electricidad se utiliza para inducir una reacción química no espontánea. A este proceso se le conoce como electrólisis, presente en multitud de procesos industriales.
Imagen: https://www.fisicanet.com.ar/monografias/monograficos2/es14-electroquimica.php
Iluminación
La iluminación o alumbrado es la acción o efecto de iluminar usando electricidad, vías públicas, monumentos, autopistas, aeropuertos, recintos deportivos, etc., así como la iluminación de las viviendas y especialmente la de los lugares de trabajo cuando las condiciones de luz natural no proporcionan la visibilidad adecuada.
En la técnica se refiere al conjunto de lámparas, bombillas, focos, tubos fluorescentes, entre otros, que se instalan para producir la iluminación requerida, tanto a niveles prácticos como decorativos. Con la iluminación se pretende, en primer lugar conseguir un nivel de iluminación, o iluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado, cuyo nivel dependerá de la tarea que los usuarios hayan de realizar.
Imagen: https://www.bysincro.com/iluminacion-interiores-viviendas/
Producción de calor
La resistencia eléctrica es el componente que transforma la energía eléctrica en energía calorífica esto basado en el efecto Joule. En este efecto se basa el funcionamiento de los diferentes aparatos eléctricos que aprovechan el calor en sus prestaciones. Estos puedes ser: tostadoras, secadores de cabello, calefacciones, otros. En el sector industrial están: soldadores, hornos industriales, etc.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones de la electricidad es un efecto indeseado y la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.
Imagen: http://corrienteelectricaunet.blogspot.com/2013/12/ley-de-joule-y-sus-aplicaciones.html
Medicina
El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen descubrió que, cuando los electrones que se mueven a elevada velocidad chocan con la materia, dan lugar a una forma de radiación altamente penetrante. A esta radiación se le denominó radiación X y su descubrimiento es considerado como uno de los más extraordinarios de la ciencia de señalización y emergencia, instrumentos de control, entre otros.
Se han equipado los quirófanos y unidades de rehabilitación y cuidados intensivos (UVI) o (UCI) con equipos electrónicos e informáticos de alta tecnología. La radioterapia utiliza radiaciones ionizantes para tratar el cáncer.
Por último, la electricidad ha permitido mejorar los instrumentos y técnicas de análisis clínico, por ejemplo mediante microscopios electrónicos de gran resolución.
Imagén: https://definicion.xyz/electromedicina/
Meléndez (2021)
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Referencias bibliográficas:
[1] M.H. Bhuyan y S.S.A. Khan, International Journal of Learning and Teaching 10, 137 (2018).
[2] L.F. León, J.E. Duarte y F.H. Morales, Revista de investigación, desarrollo e innovación 4, 138 (2014).
[3] M. Cavinato, M. Giliberti y S.R. Barbieri, European Journal of Physics 38, 055707 (2017).
Järvinen, A. (1998). El desarrollo de la reflexión durante la formación del profesor. En M. Carretero (Ed.) Op.cit. (pp. 83-99).
Referencias Electrónicas:
http://marcosdejesusmartinezmendez.blogspot.com/2017/02/elementos-activos-y-pasivos-de-un.html
http://ficus.pntic.mec.es/dder0005/Elementos%20pasivos.html
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