03 Energia Electrica

T E M A 3 . A S P E C T O S E N E R G T I C O S D E L A C O R R I E N T E C O N T I N U A

ELECTROTECNIA

Fernando Martnez Moya http://fermoya.com

03. ASPECTOS ENERGTICOS DE LA c.c.

ENERGA Y POTENCIA ELCTRICA

La potencia elctrica se puede calcular mediante lasiguiente expresin:

Para calcular la energa elctrica tendrem0s:

La potencia se expresa en Watios [W], mientras que laenerga elctrica suele expresarse en kilowatios porhora [kW.h], ya que el Julio es una unidad demasiadopequea.

IUP

tIUtPW



EL EFECTO JOULE

La energa elctrica puede convertirse en otro tipo deenerga til (mecnica, luminosa), aunque por logeneral se convierte en calor, debido a los continuoschoques de los electrones contra los iones metlicosde los conductores.

Esto se traduce en un aumento de temperatura delconductor, conocido como efecto Joule.



EL EFECTO JOULE

Para conocer el valor de dicha energa calorficabastar con aplicar las expresiones anteriores,obteniendo la energa en caloras.

La potencia calorfica puede calcularse partiendo de laanterior expresin (se obtiene en cal/s).

tIU24,0tP24,0ECAL

IU24,0PCAL



GENERADORES

Desde el punto de vista energtico, se puede entendercomo generador aquel dispositivo capaz detransformar cualquier tipo de energa no elctrica(qumica, mecnica, luminosa) en energa elctricapara suministrrsela a las cargas que lo atraviesan.

Energa no elctrica

GeneradorEnerga elctrica



GENERADORES

Cualquier generador se calienta al ser atravesado poruna corriente elctrica. Esto demuestra que, segn laley de Joule, ofrece una resistencia al paso de lacorriente. Esta resistencia se denomina resistenciainterna r.

A efectos de calculo podemos considerar ungenerador ideal (sin resistencia interna) en serie conuna resistencia de valor r (resistencia interna).



GENERADORES. FUERZA ELECTROMOTRIZ

En cualquier generador existe una proporcionalidadentre el valor de la energa no elctrica consumida y lacarga elctrica que ofrece al circuito.

La constante de proporcionalidad se denominafuerza electromotriz (f.e.m.). La unidad de medida esel voltio.

tIQW



GENERADORES. POTENCIA

La potencia elctrica de un generador (rapidez con laque es capaz de suministrar energa elctrica alcircuito) se puede calcular mediante la expresin:

La potencia elctrica se mide en watios (W) y laexpresin anterior es igual a la vista inicialmente eneste tema solo que referida a la f.e.m.

IP



RECEPTORES

Son los dispositivos del circuito elctrico que recibenla energa elctrica del generador y la transforman enotro tipo de energa.

Energa elctrica

ReceptorEnerga no

elctrica



RECEPT. FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ

Al igual que en los generadores, en los receptorestambin existe una proporcionalidad entre la energa(no calorfica) que suministran y la energa elctricaque los atraviesa.

La constante de proporcionalidad se denominafuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.) y se midetambin en voltios.

tI'Q'W



RECEPTORES. POTENCIA DE UN MOTOR

Un motor es un receptor que transforma energaelctrica en mecnica. La potencia til del mismo(potencia descontadas las prdidas) se puede calcularmediante la expresin:

Luego la fuerza contraelectromotriz de un motor es larelacin existente entre su potencia til y laintensidad de corriente que lo atraviesa.

I

P'I'P UU



RECEPTORES SIN f.c.e.m.

Son aquellos receptores que transforman toda laenerga elctrica consumida en calor (estufaselctricas, lmparas de incandescencia)



LEY DE OHM GENERALIZADA A UN CIRCUITO

En un circuito elctrico podemos calcular laintensidad de corriente elctrica dividiendo la sumade todas las f.e.m. y f.c.e.m entre la resistencia totaldel circuito (hay que considerar que las f.c.e.m. tienensigno contrario al de la suma de f.e.m. y las f.e.m.positivo o negativo segn cmo se conecte elgenerador en el circuito).

R

I



LEY DE OHM GENERALIZADA A UN CIRCUITO

Si el generador es considerado como no ideal (tieneresistencia interna) y el circuito consta nicamente deuna resistencia como receptor, la ley de ohm quedarde la siguiente manera.

rRI



DIFERENCIA DE POTENCIAL

Entre dos puntos de un circuito elctrico podemoscalcular la diferencia de potencial mediante laexpresin:

Tenemos que tener en cuenta lo siguiente: El sentido de A a B se considera siempre positivo

Si la corriente circula desde A hasta B es positiva. En caso contrario esnegativa

Las resistencias son siempre positivas y las f.c.e.m. de signo contrario alde la suma de f.e.m.

El generador tendr f.e.m. positiva si la corriente sale del polo positivo

RIUU BA


D.D.P. ENTRE LOS POLOS DE UN GENERADOR

La diferencia de potencial entre los polos de ungenerador es inferior a su fuerza electromotriz.

Solamente coincidirn si se cumple que: La resistencia interna tiene un valor nulo. Esta condicin nunca se

verifica si bien dicha resistencia es muy pequea.

La intensidad de corriente es nula. Esto slo se da cuando el circuito estabierto


rIUU AB


D.D.P. ENTRE LOS BORNES DE UN RECEPTOR

La diferencia de potencial entre los bornes de unreceptor es superior a su fuerza contraelectromotriz.


'rI'UU BA


RENDIMIENTO DE UN GENERADOR

El rendimiento de un generador nos va a dar una ideade la energa no elctrica aprovechada y la disipada enforma de calor.

La expresin para calcular el rendimiento ser:



AB

TOTAL

UTILUU

W

W

RENDIMIENTO DE UN MOTOR

De manera anloga que para los generadores, elrendimiento de un motor nos va a dar una idea de laenerga elctrica aprovechada para producir energamecnica y la disipada en forma de calor.

La expresin para calcular el rendimiento ser:



BATOTAL

UTIL

UU

'

W

W

ASOCIACIN DE GENERADORES

Si varios generadores forman parte de un mismocircuito diremos que estn asociados. Dichaasociacin puede ser:



ASOCIACIN EN SERIE

Es la que resulta de unir entre s y sucesivamente lospolos de signo contrario de los diferentesgeneradores.

La intensidad suministrada al circuito ser:



rRI

ASOCIACIN EN SERIE

Esta unin se suele utilizar para aumentar la f.e.m. enel circuito.

Respecto a la intensidad en dicho circuito se puedenconsiderar dos casos:1. Que la resistencia interna de cada generador sea

despreciable (frente a la resistencia de carga), con lo que laintensidad del circuito aumenta.

2. Que la resistencia exterior del circuito (resistencia decarga) sea muy pequea, por lo que podremos considerarque la intensidad del circuito es la misma que con ungenerador.



ASOCIACIN EN PARALELO

Esta unin resulta de unir por un lado todos los polospositivos y, por otro, todos los negativos de losgeneradores. Normalmente todos los generadoressern iguales por lo que la intensidad por laresistencia de carga ser:



n

rR

I

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