Elementos de la energía eléctrica: guía completa
Energía eléctrica: conceptos esenciales
El dominio de la electricidad ha sido uno de los hitos tecnológicos más revolucionarios hasta la fecha, con un impacto directo en la industrialización y la calidad de vida. Desde su descubrimiento, los avances sociales y tecnológicos han sido exponenciales y notorios. Pero ¿conoces bien los términos relacionados con la energía eléctrica? Aquí te explicaremos los conceptos básicos que necesitas para comprender su funcionamiento, desde la generación hasta su llegada al punto de consumo.
¿Cuánto sabes sobre electricidad? Esta forma de energía que resulta del movimiento de partículas cargadas, como los electrones, por un conductor, tiene numerosos conceptos y elementos asociados. Para comprender mejor cómo funciona, así como las magnitudes y elementos que es necesario conocer para poder usarla de manera correcta y segura, te explicamos los términos relacionados con la electricidad más importantes que debes interiorizar.
Las magnitudes eléctricas
La electricidad tiene diferentes magnitudes asociadas que permiten medir y entender el funcionamiento de los diferentes sistemas eléctricos y electrónicos. Desde el punto de generación hasta que enciendes un interruptor en tu casa, estas magnitudes explican cómo se comporta la electricidad en cada punto y cómo se relaciona con otros elementos con los que se conecta.
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Voltaje (Voltios)
El voltaje se define como la magnitud encargada de medir la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos y se expresa en voltios (V). Otra forma de referirse a él es con el término tensión eléctrica ⎯que se distingue entre alta, media y baja tensión⎯ o también diferencia de potencial eléctrico.
Para entenderlo mejor, imagina una pila común de 1,5 V. El polo negativo (-) está lleno de electrones deseando escapar, y el polo positivo (+) está ansioso por recibirlos. Esos 1.5 V no representan la cantidad de energía total de la pila, sino la fuerza de atracción que empuja a los electrones desde el polo negativo hacia el positivo.
En el momento en el que conectas los dos polos por un cable, esa fuerza se libera y los electrones “corren” hacia el polo positivo generando con su movimiento la corriente eléctrica que hace funcionar una linterna, por ejemplo.
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Corriente (Amperios)
Si el voltaje hace referencia a la fuerza con la que se desplazan los electrones de un polo a otro para generar electricidad, la corriente eléctrica mide la intensidad con la que esto ocurre. Es decir, la cantidad de partículas (electrones o iones) que se mueven a través de un conducto.
Pensemos en una tubería con agua. El agua representa las partículas con carga que viajan de un punto a otro. En este ejemplo, la intensidad o corriente sería el caudal que circula por dicha tubería. La unidad empleada para medir este caudal de corriente eléctrica por unidad de tiempo es el amperio (A), en honor al físico francés André-Marie Ampère.
Este movimiento entre las cargas produce un campo magnético, fenómeno que da lugar a los conocidos como electroimanes.
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Resistencia (Ohmios)
Como su nombre indica, se trata de una forma de oposición que encuentra la corriente eléctrica a la hora de circular por el conducto en el que viaja. Según el Sistema Internacional, la unidad que mide la resistencia es el ohmio, representado con la letra griega omega (Ω).
Si retomamos el ejemplo de la tubería, un ejemplo de resistencia sería el estrechamiento del conducto ya que afectaría a la cantidad y fuerza con la que viaja la carga.
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Potencia contratada (Kilovatios)
Este término se refiere a la cantidad de energía eléctrica máxima que un cliente puede utilizar simultáneamente en su instalación, de acuerdo a su contrato. La unidad a través de la cual se expresa son los kilovatios (kW).
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Energía consumida (Kilovatios-hora)
La energía consumida hace referencia al total de la energía empleada durante el funcionamiento de un aparato eléctrico. Por ejemplo, es la energía que has utilizado o consumido mientras tu lavadora ha estado funcionando durante el programa largo. Es por eso que se mide con la unidad kilovatios-hora (kWh), ya que depende del tiempo de uso.
Leyes fundamentales de la electricidad
Para entender mejor cómo se relacionan las principales magnitudes de la electricidad, hay que comprender dos leyes fundamentales que rigen esta forma de energía: la Ley de Ohm y la Ley de Joule.
Ley de Ohm
Esta ley, que fue postulada por el físico y matemático de origen alemán Georg Simon Ohm, se utiliza para determinar la relación entre el voltaje o tensión (V) , la corriente o intensidad (I), y la resistencia (R) dentro de un circuito eléctrico.
Se expresa a través de la fórmula V = R · I. También se puede encontrar con la corriente despejada, en cuyo caso la fórmula se vería de esta manera: I = V/R.
En la práctica, esta fórmula nos indica cómo se comportan los electrones en el cable:
- A mayor voltaje, mayor es la corriente. Si la resistencia (R) se mantiene con un valor fijo y aumentas el voltaje (V), pasarán más electrones, es decir, habrá más intensidad o corriente (I). Si volvemos al ejemplo del agua, sería como hacer que circule más agua por la tubería.
- A mayor resistencia, menos corriente. Por el contrario, si aumentas la resistencia (R), pero el voltaje (V) se mantiene igual, la corriente eléctrica será menor. Pensando en el símil de agua, sería como pisar una manguera mientras está funcionando. El pie ejerce una resistencia sobre el conducto que provoca que disminuya el caudal del agua que sale.
Ley de Joule
Formulada por el físico James Prescott Joule, esta ley fundamenta un fenómeno muy cotidiano: por qué los aparatos eléctricos se calientan cuando están en funcionamiento. En términos sencillos, cuando la corriente eléctrica pasa por un cable o circuito, los electrones chocan y rozan constantemente con los átomos del material conductor. Ese "roce" o fricción genera una energía cinética que se libera en forma de energía térmica (calor).
En el día a día, el efecto Joule está presente de distintas maneras:
- En aparatos y electrodomésticos: su aplicación es útil para que funcionen objetos tan cotidianos como una tostadora, un secador de pelo o una vitrocerámica aprovechando ese fenómeno.
- Como medida de seguridad: dentro de las instalaciones eléctricas esta ley se tiene en cuenta a la hora de instalar los fusibles. Estos reaccionan deteniendo el paso de la electricidad cuando la temperatura que se alcanza es superior al valor previamente establecido.
- Pero también supone riesgos: el efecto Joule explica por qué se funde un enchufe o se puede producir un cortocircuito que acabe en un incendio accidental. Ser consciente de su efecto y vigilar la temperatura de los aparatos en uso puede ayudar a evitar una desgracia.
Elementos de la instalación eléctrica y de seguridad
Llegas a casa y enciendes la luz. Este gesto cotidiano esconde una compleja instalación eléctrica a través de la cual llega esta energía de forma segura para su uso. Estos son los elementos clave que debemos conocer:
Cuadro general de mando
El cuadro general de mando y protección de un hogar o edificio centraliza todos los mecanismos de control y de seguridad que distribuyen la corriente que llega al inmueble. También se le conoce de manera coloquial como como cuadro de luces y en él se encuentran los interruptores automáticos y diferencial, que dan paso a la electricidad dirigida a las distintas partes de la instalación.
Interruptor diferencial
El interruptor diferencial tiene como función principal detectar anomalías o fugas de corriente e interrumpir el suministro eléctrico.
Pequeños interruptores automáticos (PIA) o Magnetotérmico
Los pequeños interruptores automáticos (PIA), también conocidos como magnetotérmicos, se encuentran en el interior del cuadro de mando y son los que controlan la corriente que va a distintos circuitos de la vivienda o a diferentes electrodomésticos. Dentro del cuadro general de mando y protección debe haber al menos cinco de estos interruptores por diferencial y como máximo tantos como circuitos haya instalados en el edificio. Estos circuitos pueden ser electrodomésticos concretos (nevera, lavadora, vitrocerámica) o circuitos eléctricos dentro de una vivienda (luces, baño, cocina, etc).
Los PIA se dividen en función de los amperios que necesitan proteger para cada circuito. Así, pueden ir desde los 10 A para instalaciones como las destinadas a la iluminación, como a los,16 A o 25 A destinados a aparatos electrodomésticos que demandan más energía para su funcionamiento.
Tipos de cable: Fase, Neutro y Tierra
Dentro de una instalación eléctrica podemos encontrar diferentes tipos de conductores, cada uno con una función específica para garantizar el correcto funcionamiento y la seguridad de la instalación. Para facilitar su identificación, los conductores se distinguen mediante un código de colores normalizado: Fase (L): marrón, negro o gris; Neutro (N): azul; y Protección o tierra (PE): verde y amarillo.
- Conductor de fase (L): Es el conductor activo que se encuentra a una determinada tensión respecto a tierra y al resto de conductores de fase, su funcionamiento es suministrar energía eléctrica a los receptores de la instalación. Su identificación por colores es marrón, negro o gris.
- Conductor neutro (N): Es el conductor conectado al punto neutro de la red que permite el retorno de la corriente y el cierre del circuito eléctrico. Su identificación normalizada es el color azul.
- Conductor de tierra o toma de tierra: La toma a tierra o puesta a tierra es un mecanismo de seguridad, en forma de cableado, que conecta la instalación eléctrica a tierra para desviar cualquier derivación de corriente eléctrica. Su uso protege a personas y aparatos eléctricos. Para reconocerlo, el color más habitual es el verde y amarillo.
Tipos de corriente: corriente alterna y corriente continua
La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas eléctricas a través de un conductor. Dependiendo de cómo se desplacen estas cargas, podemos distinguir diferentes tipos de corriente: corriente continua (CC) y corriente alterna (CA). Cada una posee características y aplicaciones diferentes.
Corriente alterna (CA)
En la corriente alterna, los electrones cambian constantemente de sentido de movimiento. Este tipo de corriente permite transportar energía eléctrica de forma eficiente a largas distancias y es la utilizada en viviendas, industrias y redes de distribución.
Una característica fundamental es la frecuencia, que indica el número de ciclos que realiza la corriente cada segundo y se mide en hercios (Hz). En España, la red eléctrica funciona a 50 Hz, lo que significa que la corriente completa 50 ciclos por segundo.
Un ejemplo de corriente alterna es la que alimenta los enchufes y la iluminación de nuestras viviendas. Debido a su elevada frecuencia, los cambios son imperceptibles para el ojo humano.
Corriente continua (CC)
En la corriente continua, los electrones circulan siempre en el mismo sentido, desde un polo al otro de la fuente de alimentación. Se caracteriza por mantener una polaridad fija, con un polo positivo (+) y otro negativo (−).
Este tipo de corriente es la que proporcionan las pilas, baterías, paneles solares y muchas fuentes de alimentación electrónicas. Una de sus principales ventajas es que puede almacenarse fácilmente en baterías, lo que la hace imprescindible para dispositivos portátiles y sistemas de respaldo energético.
Infraestructura de la energía eléctrica: de la generación al consumo
Desde que se genera en una central eléctrica, ya sea de origen renovable o no renovable, la energía eléctrica recorre una extensa red de transporte y distribución antes de llegar a los consumidores.
Para hacerlo de forma eficiente, la tensión se eleva mediante transformadores y la energía se transporta a través de líneas de alta tensión. Posteriormente, pasa por las subestaciones eléctricas y, a continuación, por los centros de transformación. Tras este recorrido la energía se distribuye a diferentes zonas y su tensión se adapta progresivamente a los niveles adecuados para el consumo.
Finalmente, la electricidad llega a viviendas, comercios e industrias a través de la red de distribución, donde puede utilizarse de forma segura mediante enchufes, puntos de luz y otros receptores eléctricos.
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Fuentes de energía renovables
La fuerte electrificación que está viviendo nuestra economía lleva demandando fuentes de energía que no se agoten. Estas son las fuentes de energía renovables, recursos que existen de manera natural en nuestro entorno y son inagotables, —como pueden ser el viento, el agua o el sol—, o bien son capaces de regenerarse en poco tiempo, como es el caso de la biomasa.
Las principales tecnologías para aprovechar estos recursos naturales son la eólica marina y terrestre, la hidroeléctrica y la fotovoltaica.
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Fuentes de energía no renovables
En oposición a las fuentes renovables, aquellas tecnologías que emplean recursos finitos son lo que denominamos energías no renovables. Esta categoría se puede dividir, a su vez, en dos grupos: las energías fósiles y la energía nuclear.
Entre las energías fósiles encontramos el uso de petróleo, gas y carbón como fuentes para generar energía. Aunque su uso está muy extendido, lo cierto es que se las relaciona con el aumento de emisiones de CO2 a la atmósfera, y sus consecuencias en el clima. Además, su aplicación tiene fecha de caducidad: parten de recursos finitos que se van agotando poco a poco, por lo que, en el futuro, no podrán satisfacer la demanda real de energía que el mundo necesita.
También en esta categoría encontramos la energía nuclear, considerada una fuente de energía limpia, que funciona gracias a la liberación de la energía contenida en el núcleo de un átomo a través del proceso de fisión, a través el cual se comercializa hoy en día, o de fusión, método que se encuentra en fase experimental.
¿Cómo se genera la energía eléctrica?
Hay varias fuentes que se dividen especialmente en renovables y no renovables.
1 Energía geotérmica 2 Energía eólica terrestre 3 Energía hidroeléctrica 4 Energía solar fotovoltaica 5 Energía eólica marina
Fuentes de energía no renovables
Contaminantes y finitos
Energía nuclear
Energía térmica convencional (carbón, petróleo y gas natural)