foto perfil

Energía eléctrica: Definición y tipos

Publicado el 31 octubre, 2020

El principio de la electricidad

Si alguna vez tiene la oportunidad de visitar una planta hidroeléctrica en una de las principales represas de nuestro país, ¡hágalo! Uno de los más impresionantes es la central eléctrica Robert Moses Niagara en el estado de Nueva York. Esta planta de energía genera 2.4 millones de kilovatios de energía CA. ¡Eso es 2.4 mil millones de vatios, suficiente potencia para encender 40 millones de bombillas de 60 vatios!

En el otro extremo del espectro, considere un reloj digital estándar que funciona con 6 microvatios (millonésimas de vatio) de corriente continua. Eso es lo suficientemente pequeño como para que la pequeña pila de botón del reloj pueda durar de 3 a 5 años con un uso normal.

Cada uno de estos ejemplos representa un tipo de energía eléctrica. La presa produce energía de corriente alterna (CA) trifásica y la pila de botón produce energía de corriente continua (CC). Entremos en algunas definiciones.

Energía DC

P = VI

La alimentación de CC es la más simple. Hay disponible un voltaje constante para impulsar la carga eléctrica a través del circuito. Dependiendo de la resistencia eléctrica encontrada, se produce una corriente. La corriente solo puede fluir en una dirección. Esta combinación de voltaje constante y corriente unidireccional se convierte en algún momento en otras formas de energía (generalmente energía mecánica, calor o ambas). La potencia de CC es simplemente el producto del voltaje y la corriente en vatios (W) necesarios para suministrar esta energía convertida. Así es como se escribe la ecuación:

Ecuación de potencia CC simple

Comprensión de la alimentación de CC

La energía eléctrica de CC es muy similar a la energía mecánica generada al andar en bicicleta desde el punto A hasta el punto B. Digamos que es una distancia de una milla. La potencia requerida depende de cuánto tiempo le lleve recorrer esta distancia. Cuanto más rápido realice esta tarea (velocidad), más potencia se requiere.

Debido a la pendiente y la fricción que proporciona la carretera, se necesitará una cierta fuerza en los pedales para alcanzar una cierta velocidad. La fuerza que aplicas a los pedales es como voltaje. La velocidad que alcanza la bicicleta es como la actual. Si duplica la fuerza sobre los pedales, duplicará la velocidad a la que giran los pedales y, por lo tanto, duplicará la velocidad de la bicicleta, suponiendo que no cambie de marcha.

¿Y el poder? Resulta que puede medir la potencia para el ejemplo de la bicicleta de la misma manera que lo hace en los circuitos de CC. Si multiplica la fuerza que aplica a los pedales por la velocidad alcanzada por la bicicleta, puede obtener una medida de cuánta energía por unidad de tiempo se necesita para llegar del punto A al punto B a la velocidad deseada. ¡Eso es el poder!

Cálculos alternativos para alimentación de CC

Si conoce dos de las tres variables en un circuito de CC (voltaje, corriente y resistencia), siempre puede calcular la potencia de CC. Las otras dos ecuaciones útiles son:

Formas alternativas de alimentación de CC

Ejemplos y usos de alimentación de CC

Suponga que se conecta una batería de 12V a un faro halógeno que tiene una resistencia interna de 4 ohmios. ¿Cuánta energía eléctrica se entrega al faro?

Ecuaciones para el ejemplo 2 de alimentación de CC

La alimentación de CC se utiliza para aplicaciones de voltaje más bajo o cuando la portabilidad es importante. La mayoría de las aplicaciones que requieren batería son CC. La siguiente tabla describe algunos usos de la alimentación de CC:


Tabla de aplicaciones típicas de alimentación de CC
Tabla de aplicaciones de energía CC

Como puede ver, los faros de un vehículo producen un voltaje de 12 voltios y una potencia de 40 vatios. No demasiado extremo, ¿verdad? Bueno, como puede ver a continuación, el rover lunar en la luna tiene un motor que funciona a 36 voltios y tiene una potencia de 746 vatios. Hay muchas variaciones en los dispositivos que usamos.

Alimentación de CA

La próxima vez que vea líneas de transmisión de alto voltaje, mire más de cerca. Probablemente verá un conjunto de tres líneas principales y luego posiblemente un cable más pequeño por encima o por debajo de las tres. A menudo, verá dos sistemas en paralelo, tres líneas a cada lado de una torre. Estas tres líneas, más el cable de tierra más pequeño, representan un tipo de alimentación de CA llamada trifásica , lo que simplemente significa que hay tres sistemas de alimentación de CA independientes que funcionan de manera equilibrada.

En las décadas de 1870 y 1880, Thomas Edison y otros abogaron por la alimentación de CC en los EE. UU. No fue hasta 1891 que se demostró el primer sistema práctico de CA trifásico. Resulta que la energía de CA es mucho más fácil de generar porque es el resultado de máquinas rotativas, como turbinas de agua, y es más fácil de usar en aplicaciones industriales, principalmente motores. La CA ganó, y ahora usamos trifásicos para transmitir energía eléctrica a todo el mundo.

Una vez que la energía se acerca a los usuarios (como las casas en su vecindario), generalmente se separa en líneas de CA monofásicas individuales , lo que significa que solo hay un circuito de CA y el voltaje se reduce a niveles utilizables utilizando transformadores. En su vecindario, puede tener postes de energía monofásicos que se parecen a la imagen en la pantalla en este momento (a menos que su energía sea subterránea):


Línea CA monofásica con transformador
Línea CA monofásica con transformador

Para cuando la energía de CA llega a su casa, generalmente tiene 110-120V disponibles más un par de circuitos de 220V-240V para cosas como hornos, secadoras y aire / calefacción central.

La energía CA es el resultado de voltajes y corrientes que no son constantes; alternan entre positivo y negativo, completando el viaje de ida y vuelta 60 veces por segundo (60 Hz en los EE. UU.). Un buen ejemplo de esto es pensar en un péndulo que se mueve hacia adelante y hacia atrás. Si dejamos que el lado derecho del reloj represente la posición positiva del péndulo y el lado izquierdo la negativa, obtenemos el diagrama aproximado del movimiento del péndulo a lo largo del tiempo que puedes ver en tu pantalla ahora mismo:


Representación de onda sinusoidal de un péndulo
Onda sinusoidal que representa el péndulo

El movimiento del péndulo es aproximadamente una onda sinusoidal, y esa es la misma forma de onda que tienen el voltaje y la corriente en los circuitos de CA.

Definición de energía CA

La energía de CA todavía se define como un producto de voltaje y corriente, pero es un poco más complicado matemáticamente. Sin entrar en demasiados detalles, hay un cálculo de potencia de CA bastante simple que podemos considerar. Suponga que está interesado en el consumo de energía de un calentador eléctrico. Un calentador es un ejemplo de carga resistiva porque actúa como una resistencia (que convierte el voltaje y la corriente en calor). Con una carga puramente resistiva (las luces son otro buen ejemplo), podemos calcular la potencia usando un voltaje promedio, corriente promedio y la resistencia de la siguiente manera:

Formas alternativas para la potencia media de CA

El valor promedio de voltaje y corriente se encuentra multiplicando el valor pico de las ondas sinusoidales para voltaje y corriente por 70,7%.

Ejemplos y usos de alimentación de CA

Un calentador industrial de alto voltaje es alimentado por un voltaje de CA que tiene un valor pico de 340V. La resistencia interna del calentador es de 8 ohmios. ¿Cuál es la potencia eléctrica convertida por el calentador?

Ejemplo de ecuaciones para alimentación de CA

La energía de CA se usa generalmente en aplicaciones de voltaje más alto o cuando la portabilidad no es un problema. La siguiente tabla describe algunos usos comunes de la alimentación de CA:


Tabla de aplicaciones típicas de energía CA
Tabla de aplicaciones típicas de energía CA

Como puede ver, muchos de estos ejemplos utilizan mucha energía, como una secadora de ropa. Es por eso que intentamos hacer la menor cantidad de cargas posibles. También es la razón por la que tu mamá siempre te dice que no dejes las luces encendidas cuando sales de una habitación. La cantidad de energía que produce una tostadora también explica por qué, si no estamos prestando atención, terminamos con ceniza ennegrecida cuando hacemos tostadas por la mañana.

Resumen de la lección

La energía eléctrica ocurre siempre que la energía eléctrica se convierte en otras formas de energía, como calor o energía mecánica. La alimentación de CC es más común en aplicaciones de bajo voltaje donde la portabilidad es importante. Se calcula como el producto del voltaje y la corriente, en vatios, y hay otras dos formas útiles de la ecuación.

La ecuación que usamos para calcular el flujo de corriente CC es:

Yo = P / V

Para un repaso rápido, el voltaje se mide en voltios (v), la potencia se mide en vatios (w) y el flujo de corriente se mide en amperios (a).

La energía de CA toma un par de formas y también se calcula como un producto del voltaje y la corriente. La trifásica consta de tres circuitos CA equilibrados independientes; es fácil de generar; y se utiliza para la transmisión a largas distancias, así como en algunos motores industriales. Monofásico es el tipo de alimentación de CA que se utiliza para aplicaciones de alto voltaje (110 V o 220 V) en los hogares.

Si la carga es puramente resistiva , entonces puede usar la ecuación de potencia de CC para CA siempre que use voltajes promedio y corriente promedio. El valor medio es el 70,7% del valor máximo de las ondas sinusoidales de tensión y corriente. Para calcular la potencia consumida por un dispositivo que funciona con CA, debe elevar al cuadrado el voltaje promedio y dividir por la resistencia, que se mide en ohmios.

Articulos relacionados