Simbología eléctrica

El diseño de circuitos eléctricos exige de la normalización de sus componentes y el uso de una simbología internacionalmente aceptada que permita la simplificación y comprensión global de los esquemas y circuitos eléctricos. Hoy en día, con la aplicación de la informática al dibujo técnico, la representación de esquemas eléctricos se ha simplificado mucho gracias a la utilización de "bibliotecas" que contienen una completa y normalizada representación de los símbolos a utilizar.
De cualquier forma, una completísisma simbología eléctrica puede apreciarse en esta Unidad Didáctica realizada por Antonio Bueno.

Como nuestras ambiciones son mucho más modestas, nos conformaremos con el conocimiento y utilización de unos cuantos símbolos, los correspondientes a pilas, lámparas, resistencias, motores, baterías, interruptores, reles, conmutadores, pulsadores, zumbadores y poco más.

Os dejo aquí una actividad elaborada por Luis Gil-Guijarro del IES Bahia de Algeciras (en el enlace están vinculados los símbolos que vamos a utilizar y algunas actividades) para que podáis practicar la identificación de los principales elementos de los circuitos básicos de electricidad con su símbolo:

Por otra parte, para dibujar esquemas eléctricos normalizados podemos servirnos de simuladores eléctricos que, además de permitirnos representar gráficamente el esquema deseado nos permitirán comprobar si nuestros cálculos son correctos. Ahí van unos enlaces:

1. Desde el blog de TecnoFélix te dejo un enlace para descargar el programa Ati-AKAL. Descárgalo (puedes abrirlo o guardarlo en tu ordenador (save), está comprimido y, al descomprimir y ejecutar (ati.exe), puedes realizar diferentes actividades relacionadas con la simbología, la electricidad y la electrónica. Las que corresponden al tema de resolución de circuitos eléctricos: serie, paralelo y mixto están situadas en el apartado de Electricidad: Resolución de circuitos y Cálculo de la resistencia equivalente.
2. Yenka (está en inglés, así practicas) es el más completo. Desde el vínculo que te he dejado puedes bajar una licencia gratuita para estudiantes.
3. En Ohm Zone (está en francés, practica así) tienes pilas, bombillas y resistencias que te permitirán diseñar circuitos eléctricos sencillos. Para poder conocer los valores de la tensión y de la intensidad de corriente también incluyen voltímetros y amperímetros. Existen unos cuantos circuitos de ejemplo para mostrar conceptos básicos incluyendo la ley de Ohm, circuitos serie, paralelo, resistencias equivalentes (haciendo click sobre la mano podéis acceder a ellos).

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Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de la corriente eléctrica de la dificultad que el objeto presenta a la circulación de partículas cargadas en movimiento que, como sabemos, son los electrones. La resistencia eléctrica de un material depende únicamente de su geometría (longitud y sección) y de su resistividad, parámetro que depende del tipo de material y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω) y para su medición pueden utilizarse diversos aparatos y procedimientos como el ohmímetro, el polímetro y el puente de Wheatstone.

Uno de los procedimientos para dar la medida de una resistencia es utilizar el llamado código de colores. Este código funciona como sigue: Los dos primeros dígitos están indicados por la primera y segunda banda (A y B). La tercera banda (C) es un factor multiplicador expresado en potencias de base diez (la banda indica el exponente de este multiplicador). La cuarta banda, D, representa la tolerancia, esto es, el intervalo en porcentaje dentro del cual se encuentra el valor real de la resistencia. La siguiente expresión es útil para determinar valor de cualquier resistencia de carbón o cerámica que tenga marcado un código de colores: R=A·B·10^C ± D. Te dejo aquí una animación Flash para el cálculo del valor de las resistencias mediante este procedimiento descargada desde el Taller de Tecnología:

La siguiente animación elaborada por Pilar Latorre nos permite repasar los tipos de resistencias, el código de colores, la ley de Ohm y dispone además de un par de sencillos ejemplos de circuitos serie y paralelo:

Resistencias

En este  enlace del pntic encontramos una clasificación de las resistencias, sus símbolos característicos, el código de colores, los tipos de resistencias especiales...
Una clasificación también completa y con fotografias de los distintos tipos de resistencias nos la encontramos en el blog de Viatger.

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Ley de Ohm

Fue Georg Simon Ohm, físico y matemático alemán, quien descubrió la relación que existe entre las tres magnitudes básicas de la electricidad: la resistencia, la corriente y la tensión. La ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos e inversamente proporcional a la resistencia del circuito, y se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no tienen cargas inductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas resistivas), o bien han alcanzado un régimen permanente.
Las expresiones matemáticas de la ley se deducen de la imagen situada a la izquierda.

Es hora de hacer un repaso de lo que hemos visto hasta aquí y para ello nada mejor que echar mano de la informática y visitar los siguientes enlaces:

1. Si lo que queremos en nuestro primer contacto es tener una introducción firme, en la que se nos hable de los  conceptos básicos, de la resistencia, de la potencia y de la energía y de cómo se asocian las resistencias eléctricas, nuestro enlace es este: Introducción a la electricidad. Atentos, estos son casi todos los temas que se ven en 2º de la ESO así que...
2. Te presento ahora tres enlaces a Librosvivos.net: En el primero se nos habla de los circuitos eléctricos, en el segundo de los imanes y la corriente eléctrica y por último, en este tercero, del poder de la electricidad.

Además os dejo una infografía sobre la ley de Ohm que descargué del banco de imágenes del MEC:

En esta infografía de la Universidad de Colorado puedes ver cómo influye el cambio de cualquiera de las magnitudes que intervienen en la ley de Ohn (V, I, R) en las otras dos:

Lo quieras o no, esta es tu oportunidad para poner a caer de un burro esta entrada mediante un comentario. Aprovéchala.

Tensión, corriente y resistencia eléctricas

En una entrada anterior habíamos hablado de la constitución de la materia en base a átomos que a su vez contenían protones, neutrones y electrones y del concepto de carga eléctrica. De esta constitución deriva la posibilidad de que, en determinadas condiciones, se produzca electricidad estática, y en otras, de producir lo que por oposición podría llamarse "dinámica" y que estaría vinculada a  una fuente de electricidad que provoca la circulación continuada de electrones por un conductor. Este segundo tipo de electricidad es mucho más interesante desde el punto de vista del aprovechamiento humano, la estática nos resulta hoy por hoy ingobernable aunque se están haciendo estudios para aprovechar la energía eléctrica desarrollada en las tormentas, y a él están vinculados tres conceptos fundamentales:

1. El potencial eléctrico, relacionado con la capacidad de producir una corriente eléctrica y también denominado voltaje eléctrico, tensión o diferencia de potencial. Se mide con un aparato denominado voltímetro (también con el polímetro) que se conecta en paralelo. Su unidad de medida es el voltio [V], nombre dado en honor del físico italiano Alessandro Volta, el inventor de la pila.
2. La intensidad de corriente eléctrica, que puede definirse como la carga por la sección de un conductor en la unidad de tiempo y que se mide con un aparato denominado amperímetro (también con el polímetro), conectado en serie, y cuya unidad de medida es el amperio [A] nombre en honor del físico francés André-Marie Ampère, inventor del telégrafo eléctrico y del electroimán.
3. La resistencia eléctrica, que mide la oposición que ofrece un determinado material a que por el circule corriente. La resistencia eléctrica de un determinado cuerpo depende de su naturaleza , longitud y sección y se mide con el óhmetro (también con el polímetro) conectado en paralelo y su unidad de medida es el ohmio [Ω] nombre con el que se homenajea al físico alemán Georg Simon Ohm.

Os dejo ahora una infografía descargadas desde el banco de recursos del MEC, en la que se nos ilustra sobre conceptos como la carga eléctrica, la constitución atómica y el potencial eléctrico:

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Circuito eléctrico

Definimos en clase un circuito eléctrico como un camino cerrado para la corriente eléctrica. Recalco: cerrado. Toda la intensidad que sale del ánodo de la pila (polo de mayor potencial o polo positivo) ha de volver al cátodo (polo de menor potencial o polo negativo) de la misma. Cabe decir que el sentido de la corriente definido, del polo positivo al polo negativo, es el llamado sentido convencional de la corriente, puesto que hoy se sabe que la corriente, sentido real de circulación de la corriente, debido al flujo de electrones, se mueve al revés, esto es, del polo negativo al positivo.
 En todo circuito podemos diferenciar una serie de componentes:

1. Generadores. Son los encargados de producir la tensión y la corriente eléctrica y se clasifican en dos grandes categorías de acuerdo con la clase de corriente que son capaces de generar: de continua, son aquellos que producen un valor de tensión que no cambia en el tiempo y como ejemplo podemos nombrar las pilas y acumuladores, las fuentes de alimentación, las dinamos y las baterías; de alterna, son los que producen una señal de tensión que varía en el tiempo. Son los alternadores que se encuentran en las centrales de energía eléctrica.
2. Receptores. Son los encargados de recibir la energía eléctrica y transformarla en algo útil para el hombre, sea luz (una bombilla), calor (un radiador eléctrico) o movimiento (un motor).
3. Elementos de mando y maniobra. Son aquellos que nos permiten gobernar los circuitos eléctricos. Por ejemplo: interruptores, pulsadores, conmutadores...
4. Elementos de protección. Protegen, bien a las personas (interruptores diferenciales) o a las instalaciones (fusibles, PIAs, ICPs...)
   

Distribución energía eléctrica

Por distribución eléctrica entendemos el proceso que va desde su generación en las centrales de corriente alterna a su consumo en la industria y domicilios. En el proceso podemos diferenciar una serie de fases o etapas que, esquemáticamente, son las siguientes:

1. Generación: La energía eléctrica se genera en las Centrales Eléctricas. Una central eléctrica es una instalación que utiliza una fuente de energía primaria (el Sol, el viento, un salto de agua, carbón, petróleo, etc. ) para hacer girar una turbina que, a su vez, hace girar un alternador, generando así electricidad. Como la electricidad no puede ser almacenada en cantidades importantes (sí en pilas y baterías pero no a nivel de consumo industrial), debe consumirse en el momento en que se produce, lo que obliga a disponer de capacidades de producción con potencias elevadas para hacer frente a las puntas de consumo y además a disponer de medios que permitan flexibilizar la producción para adaptarse a la demanda.
2. Subestaciones: Las instalaciones llamadas subestaciones son plantas transformadoras que se encuentran junto a las centrales generadoras y en la periferia de las diversas zonas de consumo, enlazadas entre ellas por la Red de Transporte. En las primeras, las cercanas a los centros de producciónm, la tensión se eleva (en líneas de alta tensión de categoría especial podemos hablar de tensiones superiores a los 220 kV) para abatar el transporte eléctrico minimizando las pérdidas de energía, en las segundas, en las situadas cerca de los puntos de consumo, el voltaje se reduce para acercarlo a sus niveles de utilización.
3. Transporte: La red de transporte es la encargada de enlazar las centrales con los puntos de consumo de energía eléctrica. Para un uso racional de la electricidad es necesario que las líneas de transporte estén interconectadas entre sí con estructura de forma mallada (como una red), de manera que puedan transportar electricidad entre puntos muy alejados, en cualquier sentido, con interconexiones y con las menores pérdidas posibles.
4. Distribución: Desde las subestaciones ubicadas cerca de las áreas de consumo, el servicio eléctrico es responsabilidad de la compañía suministradora (distribuidora) que ha de construir y mantener las líneas necesarias para llegar a los clientes. Estas líneas, realizadas a distintas tensiones, y las instalaciones en que se reduce la tensión hasta valores de media tensión, más cercanos a los de consumo, constituyen la red de distribución que pueden ser aérea o subterránea.
5. Centros de Transformación: Los Centros de Transformación, dotados de transformadores o autotransformadores alimentados por las líneas de distribución en Media Tensión (entre 1 kV y 36 kV), son los encargados de realizar la última transformación, efectuando el paso de las tensiones de distribución a la tensión de utilización.
6. Instalación de Enlace: El punto que une las redes de distribución con las instalaciones interiores de los clientes se denomina instalación de enlace y está compuesta por: Acometida, Caja general de protección, Líneas repartidoras y Derivaciones individuales.

Para comprender este proceso vamos a ayudarnos de una infografía de Red Eléctrica Española (REE), la empresa que transporta la energía y opera en el sistema eléctrico español. En el enlace a su página podrás encontrar información sobre la demanda en tiempo real de consumo (cuanta energía se está consumiendo en el momento de tu consulta), el consumo global del día anterior, el porcentaje de ese consumo producido mediante energías renovables, etc.

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Tipos de corriente eléctrica

Se denomina corriente alterna (CA en español y AC en inglés) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido de la corriente varían periódicamente. La forma de variación de la corriente alterna más común es oscilación senoidal, y se utiliza en el transporte de energía eléctrica puesto que se trata de la opción más económica para llevar la energía eléctrica a los puntos de consumo. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la onda triangular o la cuadrada.

La CA, como se ha dicho, es la forma en la que la electricidad llega a los hogares y a las empresas: La energía eléctrica se calcula como  el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta valores grandes (alta tensión, del orden de miles de voltios), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Con esto la misma energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas por causa del efecto Joule (relacionado con las pérdidas por calor) y otros efectos asociados al paso de corriente tales como la histéresis o las corrientes de Foucault. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial, doméstico y/o comercial de forma cómoda y segura.

La corriente continua o corriente directa (CC en español, DC, en inglés) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección, desde el terminal de mayor potencial al de menor.

La CC se usa frecuentemente en electrónica, ordenadores, equipos audivisuales y fotográficos, telefonía móvil, etc., que van provistos de fuentes de alimentación que transforman y rectifican la CA en CC. La rectificación se basa en el uso de diodos semiconductores de alta potencia y tiristores.

La facilidad de transformación de la CA, de cambio de las características de la onda (amplitud y frecuencia principalmente), cualidad de la que carece la CC, por medio del uso de transformadores, justifica el uso de la corriente alterna sobre la continua en el transporte de energía. Sin embargo, en los inicios de la industria eléctrica la razón se vio nublada por los intereses económicos y se llegó a la llamada guerra de las corrientes, una competencia de mercado que se produjo hacia 1880, por el control del incipiente mercado eléctrico. George Westinghouse y Thomas Edison se convirtieron en adversarios debido a la promoción de la corriente continua de Edison para la distribución de energía eléctrica, en contra de la corriente alterna defendida por Westinghouse y Nikola Tesla.

Te dejo una animación interactiva que me he traído del Catedu y que sirve para explicar los dos tipos de corriente eléctrica. Escribe con mayúsculas el tipo de corriente que se corresponde con cada símbolo en la casilla correspondiente y podrás completar la actividad:

También puedes obtener más información acerca de los tipos de corriente en el siguiente enlace.
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