¿Qué es la electricidad?

La electricidad constituye una forma de energía que está presente en casi todas las actividades humanas de una sociedad desarrollada. Gran parte de los aparatos y máquinas que utilizamos funcionan gracias a ella. Entre sus ventajas cabe mencionar la facilidad con la que se transforma en otras formas de energía, así como la relativa sencillez con la que se genera y se hace llegar hasta los puntos de consumo. Sin embargo, la energía eléctrica no está exenta de inconvenientes: desde su tan debatido origen hasta los riesgos de accidentes, potencialmente graves.

Carga eléctrica

Cuando un átomo tiene el mismo número de electrones que de protones, se dice que es eléctricamente neutro. Debido a fuerzas externas, los átomos pueden ganar o perder electrones, transformándose en iones. Si se produce un exceso de electrones, el átomo queda cargado negativamente (ión negativo); en caso contrario, el átomo queda cargado positivamente (ión positivo). Es posible producir, por frotamiento, un transvase de electrones de ciertos materiales a otros; cuando eso ocurre, el material receptor queda cargado negativamente. Este fenómeno se conoce con el nombre de electricidad estática.

En ocasiones, como consecuencia de un aporte de energía externa, se liberan electrones de la última capa (llamada capa de valencia), que "fluyen" o se mueven libremente de un átomo a otro. Este fenómeno es conocido como corriente eléctrica.

Ley de Coulomb

Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen, mientras que las de distinto signo se atraen. La ley de Coulomb permite cuantificar esta atracción o repulsión entre cargas eléctricas, mediante la siguiente expresión:

dónde F es la fuerza de atracción o repulsión, expresada en newtons (N); r, la distancia de separación de las cargas eléctricas, en metros (m); q1 y q2, las cargas eléctricas, en culombios (C), y k, una constante, en N · m ^ 2/C ^2

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La circulación de electrones a través de un circuito eléctrico se produce desde un punto de menor potencial eléctrico (mayor energía) a otro de mayor potencial eléctrico (menor energía). Cabe definir dos sentidos de la corriente eléctrica: el sentido real, que es el que marca la circulación de los electrones desde el polo negativo al polo positivo, y el sentido convencional, que es el de circulación de los "huecos" que dejan los electrones en su recorrido, desde el polo positivo al polo negativo.

La estructura atómica de los materiales determina la facilidad con que se desplaza el flujo de electrones, los cuales se dividen en: aislantes, conductores y semiconductores.

Circuito eléctrico

Los elementos de que consta un circuito eléctrico son:

En los circuitos eléctricos existen una serie de magnitudes básicas (V, I, R, P, E) que permiten entenderlos y cuantificar los efectos que se derivan de su funcionamiento. Antes de iniciar el estudio de dichas magnitudes, realizaremos la comparación entre un circuito eléctrico y uno hidráulico, lo que nos ayudará a entender mejor lo que ocurre en el circuito eléctrico.

En conclusión:

Es una magnitud comparable al caudal de agua que fluye por una tubería. Para que haya corriente eléctrica por un circuito, son necesarias al menos dos condiciones:

• Que exista diferencial de potencial eléctrico.
• Que el circuito esté cerrado.

El amperimetro es el instrumento de medida empleado para medir la intensidad de la corriente. Sus terminales se intercalan en el conductor, de forma que por el instrumento de medida circula la corriente que se desea medir (conexión en serie).

La resistencia de un conductor depende fundamentalmente del material en cuestión. El coeficiente que expresa esta característica se denomina coeficiente de resistividad y se expresa con la letra griega p. Pero también depende de la longitud y de la sección del conductor. La relación exacta se expresa en la ecuación siguiente:

Influencia de la temperatura sobre la resistividad
Se observa experimentalmente que la resistividad de los materiales no es constante sino que varía con la temperatura. La ecuación que define esta variación es la siguiente:

Código de colores
Para saber el valor de las resistencias de carbón, debemos recurrir al código de  colores. Cada resistencia consta de cuatro bandas, de forma que:

• La 1a banda nos proporciona la primera cifra del valor de la resistencia.
• La 2a banda nos proporciona la segunda cifra del valor de la resistencia.
• La 3a banda nos proporciona el factor multiplicador (es el exponente de la potencia de 10 por la que debemos multiplicar las dos primeras cifras).
• La 4a banda nos proporciona la tolerancia (valores entre los que puede trabajar sin quemarse).

Asociación de resistencias

Un circuito equivalente es una simplificación del circuito primitivo que produce los mismos efectos que aquel en su conjunto y que nos permite realizar el calculo del mismo de forma mas sencilla.

Circuitos con resistencias en serie

Se dice que varias resistencias se conectan en serie cuando se une el final de una con el principio de la siguiente. En un circuito con resistencias en serie se cumple lo siguiente:

• La intensidad es igual en todos los puntos del circuito.
• La tensión total se reparte en cada resistencia. V1+V2+V3=VT

Teniendo en cuenta esto, como V=I.R, se puede deducir lo siguiente:

V1+V2+V3=VT =I.R1+I.R2+I.R3= I.( R1+R2+R3)=I.Req

Luego también se cumple que la resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias del circuito. 

Req =( R1+R2+R3)

Para resolver circuitos con resistencias en serie, primero se calcula la resistencia equivalente, luego se halla la intensidad y después se calcula la tensión en cada resistencia. Los circuitos en serie no se utilizan para instalar lámparas porque si una se fundiese, las demás no lucirían. Además, la tensión se repartiría en función de su potencia, con lo que no lucirían bien.

Se utilizan estos circuitos para limitar la corriente que circula por un circuito o como divisor de tensión, para obtener una tensión más pequeña a partir de una mayor.

Circuito con resistencias en paralelo:

Se dice que varias resistencias se colocan en paralelo cuando se unen los principios y los finales entre sí, y estos a la tensión de alimentación.  En un circuito con resistencias en paralelo se cumple lo siguiente:

• La intensidad es igual a la suma de las intensidades del circuito. I1+I2+I3=IT
• La tensión en cada resistencia es igual a la tensión total. V1=V2=V3=VT

Teniendo en cuenta esto, como I=V/R, se puede deducir lo siguiente:

Luego también se cumple que la resistencia equivalente es igual a la inversa suma de las inversas de las resistencias del circuito.

Circuitos mixtos

En los circuitos mixtos, se asocian las resistencias en serie y en paralelo. Para resolverlos, se aplica lo visto en los circuitos en serie y paralelo.

Un circuito mixto se resuelve simplificándolo hasta obtener la resistencia equivalente. A partir de aquí, se van calculando las intensidades y tensiones parciales.

En ocasiones nos podemos encontrar con circuitos donde no hay elementos en serie ni en paralelo. El teorema de Millman permite transformar un conjunto de tres resistencias en conexión estrella en otras tres resistencias equivalentes conectadas en triángulo o viceversa. Las tensiones, intensidades y potencias en el resto del circuito seguirán siendo las mismas.

Aunque el circuito resultante no se ve simplificado, aplicando convenientemente este teorema, podemos transformar un circuito no simplificable en otro en el que sí es posible aplicar las reglas de asociación serie y paralelo.

Tal y como se ha dicho previamente, en un circuito eléctrico; el generador es el encargado de crear la diferencia de cargas. A esta diferencia de cargas se le denomina diferencia de potencial o tensión eléctrica y se representa por la letras U o V. La unidad de medida es el voltio [V].

Para realizar la medida de la tensión existente entre dos puntos se utiliza  un aparato denominado voltímetro. Para realizar la medida se debe  conectar un conductor entre un primer punto de medida y el terminal (+) del voltímetro. Otro conductor unirá el otro punto de medida con el terminal  (–) del voltímetro. Debe existir un camino para que la corriente circule por el circuito de modo que existan dos caminos posibles: el del circuito y el del voltímetro. Este modo de conexión se denomina montaje en paralelo. Si la medida es negativa significa que el punto de mayor potencial es el  que hemos conectado al terminal (-).

Para crear esta diferencia de cargas el generador tiene que arrancar electrones del polo positivo y depositarlos en el polo negativo. A esta  fuerza se la denomina fuerza electromotriz (f.e.m), se mide en las mismas unidades que la tensión y se representa mediante la letra ε. Se puede decir que la f.e.m. es la causa y la tensión es el efecto.

Hasta este momento se han estudiado tres de las magnitudes más importantes en electrotecnia: U, I y R. Fue el físico alemán Georg Simon Ohm quién estableció experimentalmente la relación entre ellas. Esta relación es conocida como la Ley de Ohm y se refleja en la siguiente expresión:

V = I · R

Trabajando en el Sistema Internacional, tenemos:

• V = voltaje en voltios (V)
• I = intensidad en amperios (A)
• R = resistencia en ohmios (Ω)

Resumen de fórmulas derivadas de la Ley de Ohm

En física se define la potencia medida en Vatios [W] como la relación entre el trabajo (medido en Julios [J]) y el tiempo (medido en segundos [s]).

La ecuación fundamental de la potencia es: 

Otra unidad de medida utilizada para medir la potencia es el caballo de vapor [CV] cuya equivalencia es de 736 W (1 CV=736 W).

La unidad de energía en el Sistema Internacional es el Joule (J), pero también se suele utilizar el vatio-hora (Wh). La energía se calcula en función del tiempo con lo que tenemos:

E = P · t

Trabajando todo en el sistema internacional, ya sabemos que el tiempo (t) debe estar en segundos y la potencia (P) en vatios, con lo que obtenemos la energía (E) en Julios, como habíamos indicado anteriormente.

Para medir la energía eléctrica se utiliza el contador de energía que todos tenemos en casa. Se conecta igual que un vatímetro (pues tiene  que medir la potencia) e internamente realiza el producto por el tiempo durante el que es consumida.

El roce del flujo de cargas eléctricas (electrones libres) con los átomos  produce un calentamiento del material. Por ello, todos los materiales conductores, al ser atravesados por una corriente eléctrica, se calientan. Este fenómeno, se conoce como efecto Joule, en honor del físico ingles James Presccott Joule, que lo investigo y enuncio del siguiente modo:

La expresión matemática de la Ley de Joule es la siguiente:

Donde H es la cantidad de calor generado, expresado en calorías; I, la intensidad de la corriente eléctrica, en amperios; R, la resistencia, en ohmios, y t, el tiempo, en segundos.

Este fenómeno es el utilizado en todos los aparatos en los que se   necesita la producción de calor como pueden ser: planchas,  calefactores eléctricos, secadores, ...

En electromagnetismo y electrónica, la inductancia (L), es la medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético (Φ) y la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado:

L = Φ · N / I

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aparece. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas.

Una bobina es una inductancia, el bobinado de los transformadores son inductancias, un hilo conductor aislado enrollado alrededor de un clavo, es una inductancia.

No debe confundirse con conducción, que es el mecanismo mediante el cual las cargas fluyen, o con conductividad, que es la conductancia específica de un material.

Este parámetro es especialmente útil a la hora de tener que manejar valores de resistencia muy pequeños, como es el caso de los conductores eléctricos.

La relación entre la conductancia y la resistencia está dada por:

G = 1/R = I/V

donde:

G es la conductancia (viene del inglés gate),
R es la resistencia en ohmios,
I es la corriente en amperios,
V es el voltaje en voltios.
(Nota: esta relación solo es aplicable en el caso de circuitos puramente resistivos.)

¿Circuito abierto o cerrado?

Cuando todos los componentes de un circuito están conectados entre sí, y no hay ninguna discontinuidad, la corriente eléctrica puede circular; se dice entonces que el circuito está cerrado. Si existe alguna discontinuidad (como un cable roto, un componente desconectado o un interruptor apagado) la corriente no circulará, se dice que el circuito está abierto.

El sentido de la corriente (Un lio histórico)

Cuando conectamos todos los elementos de un circuito eléctrico, el generador produce una fuerza llamada fuerza electromotriz que induce la formación de una corriente de electrones. Los electrones salen del polo - de la pila y van hacia el polo +. Este es el llamado sentido real de la corriente.

A pesar de lo que acabamos de ver, para analizar circuitos, diseñar máquinas o hacer cálculos eléctricos se utiliza la interpretación contraria: la corriente eléctrica fluye desde el polo + de la pila y va hacia el polo -. Éste es el llamado sentido convencional de la corriente, y es el que tienes que utilizar siempre a partir de ahora, aunque sabemos que los electrones se mueven en el sentido contrario.

La razón de utilizar esta interpretación es histórica. Los primeros científicos que estudiaron la electricidad pensaban que la corriente era un flujo de partículas con carga positiva y con un sentido de circulación de positivo a negativo. Después se descubrió que las partículas que se movían no tenían carga positiva, sino negativa (los electrones) y que el sentido de circulación era el contrario, pero quedó esta manera de interpretar y calcular la electricidad.

Ya conocemos los símbolos con los que se representan los elementos que forman parte de un circuito eléctrico. A continuación, vamos a ver los distintos sistemas que se emplean para representar dichos circuitos:

• Representacion topográfica. Consiste en un dibujo en perspectiva de la habitación donde se halla la instalación eléctrica, en el que se muestran los elementos y conducciones que la integran.
• Representacion unifilar. Permite simplificar la representación de una instalación eléctrica. Se indican los elementos y las canalizaciones que contienen los conductores de enlace entre la alimentación, los elementos de control y los receptores. Sobre la línea que simbóliza el tubo o canalización, se traza una línea oblicua y al lado se registra el numero y la sección de los conductores que contiene. Resulta muy útil en instalaciones complejas.
• Representacion funcional o multifilar. Se utiliza para explicar el funcionamiento y cometido de los elementos que conforman el circuito o instalación eléctricos. Es el más característico de la instacion y el que se emplea con mayor frecuencia para definirla.
• Representación circuital. Muestra los elementos, canalizaciones, cajas de derivación, conductores que intervienen y el modo en que se conectan con las líneas repartidoras, los elementos de control y los receptores. Proporciona la información necesaria para realizar el montaje del circuito, aunque en ocasiones resulta difícil comprender su funcionamiento.

¿Cuál es la diferencia entre corriente AC (alterna) y DC (continua)?

La principal diferencia entre ambas corrientes la encontramos en el flujo de corriente eléctrica, dónde la corriente continua es de un solo flujo y la corriente alterna tiene dos. Asimismo, el flujo de electrones en la corriente continua tiene lugar a través de un cable metálico u otro material conductor. Entonces, los electrones son repelidos por uno de los polos del campo magnético y siempre atraídos por otro. 

La corriente continua (abreviada CC en español,​ así como CD, por influencia del inglés DC, direct current) se refiere al flujo continuo de carga eléctrica a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial y carga eléctrica, que no cambia de sentido con el tiempo. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con una corriente constante, es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga (por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).

También se dice corriente continua cuando los electrones se mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al negativo.

Corriente alterna se denomina a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente.

Fue desarrollada e impulsada por el inventor, ingeniero mecánico, eléctrico y físico Nikola Tesla. Todas las patentes referentes a esta corriente fueron cedidas a la empresa Westinghouse Electric para conseguir capital y poder continuar los proyectos con la corriente alterna.

La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la oscilación senoidal con la que se consigue una transmisión más eficiente de la energía, a tal punto; que al hablar de corriente alterna se sobrentiende que se refiere a la corriente alterna senoidal.

Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la rectangular.

Utilizada genéricamente, la corriente alterna ... se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la corriente alterna.

Sistema monofásico

En ingeniería eléctrica, un sistema monofásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por una única corriente alterna o fase y por lo tanto todo el voltaje varía de la misma forma. La distribución monofásica de la electricidad se suele usar cuando las cargas son principalmente de iluminación y de calefacción, y para pequeños motores eléctricos. Un suministro monofásico conectado a un motor eléctrico de corriente alterna no producirá un campo magnético giratorio, por lo que los motores monofásicos necesitan circuitos adicionales para su arranque, y son poco usuales para potencias por encima de los 10 kW. El voltaje y la frecuencia de esta corriente dependen del país o región, siendo 115 y 230 los valores más extendidos para el voltaje (siendo dominante el de 230, debido a la recarga de vehículos eléctricos) y 50 o 60 Hercios para la frecuencia.

La corriente alterna que llega a nuestros hogares es monofásica. En corriente monofásica existe una única señal de corriente, que se transmite por el cable de fase (R, color marrón) y retorna por el cable de neutro que cierra el circuito (N, color azul). El cable de tierra es siempre verde o amarrillo-verde.

El sistema monofásico usa una tensión de 230V entre fase y neutro. El neutro en realidad es un cable de potencial cero, esto es, que no tiene ninguna carga eléctrica, ni voltaje.

Debemos recordar que el cable a tierra es un conductor el cual esta destinado a conducir la descarga a tierra de algún artefacto en mal estado o mal manejo de estos por parte del usuario.

Sistema trifásico

Un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud (y por consiguiente valor eficaz), que presentan una diferencia de fase entre ellas de 120° eléctricos, y están dadas en un orden determinado. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase.

Tensión en las fases de un sistema trifásico equilibrado. Entre cada una de las fases hay un desfase de 120°.
Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes tienen magnitudes iguales y están desfasadas simétricamente.

Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (corrientes diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones está desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas, el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 120°, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas o balanceadas.

El sistema trifásico presenta una serie de ventajas, como son la economía de sus líneas de transporte de energía (hilos de menor sección que en una línea monofásica equivalente) y de los transformadores utilizados, así como su elevado rendimiento de los receptores, especialmente motores, a los que la línea trifásica alimenta con potencia constante.

Los generadores utilizados en centrales eléctricas son trifásicos, dado que la conexión a la red eléctrica debe ser trifásica (salvo para centrales de poca potencia). La trifásica se usa masivamente en industrias, donde las máquinas funcionan con motores trifásicos.

Los componentes activos son aquellos que son capaces de controlar el flujo de corriente de los circuitos o de realizar ganancias. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores. Estos últimos, en general, tienen un comportamiento no lineal, esto es, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal.

Los componentes activos semiconductores derivan del diodo de Fleming y del triodo de Lee de Forest. En una primera generación aparecieron las válvulas que permitieron el desarrollo de aparatos electrónicos como la radio o la televisión. Posteriormente, en una segunda generación, aparecerían los semiconductores que más tarde darían paso a los circuitos integrados (tercera generación) cuya máxima expresión se encuentra en los circuitos programables (microprocesador y microcontrolador) que pueden ser considerados como componentes, aunque en realidad sean circuitos que llevan integrados millones de componentes.

Existe un número elevado de componentes activos, siendo usual, que un sistema electrónico se diseñe a partir de uno o varios componentes activos cuyas características lo condicionará. Esto no sucede con los componentes pasivos.

También podemos encontrar otro tipo de interruptores denominados finales de carrera, los cúales, están formados por contactos abiertos y cerrados, al igual que los pulsadores, pero se diferencian de los anteriores en que el accionamiento no es humano sino que se accionan por objetos. Por ejemplo, en la puerta de un garaje existen dos finales de carrera, uno cerca del techo y otro cerca del suelo, para detectar la posición de la puerta.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba «relevadores».

El electroimán hace girar la armadura verticalmente al ser alimentada, cambiando el estado de los contactos: contactos NA o NC (normal abierto o normal cerrado). Si la bobina del relé se energiza, el contacto NA se cerrará, mientras que el contacto NC se abrirá. (Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campo electro-magnético, que provoca que los contactos cambien su estado). En la figura se puede apreciar los contactos NA y NC. Ambos están conectados a un "común", en el cual se le aplica un potencial positivo.

Aparatos de protección que contienen circuitos con relé

Relé magnetotérmico De protección contra sobre-cargas con protección tipo relé térmico + relé electromagnético. En viviendas, a este relé se le conoce como PIA (pequeño interruptor automático).
Relé diferencial Destinado a la protección de personas contra contactos eléctricos directos e indirectos. Podemos encontrarlos en nuestra vivienda dentro del cuadro general de protección. Es característico un botón tipo “Test” que tiene en su exterior que ayuda a comprobar su estado de  funcionamiento.

Funcionamiento

Cuando se alimenta la bobina del electroimán, el contactor conecta o desconecta una serie de contactos formados internamente por láminas (polos) que pueden soportar grandes corrientes.

Estado del contactor.

Caso 1. Bobina del contactor sin excitar. Al no existir corriente, no hay campo magnético capaz de desplazar el martillo hacia la culata. El martillo está unido físicamente al grupo de contactos del contactor.	Caso 2. Bobina del contactor excitada. El campo magnético creado por la bobina del contactor al ser alimentado con corriente eléctrica, conseguirá desplazar el conjunto formado por el martillo y el grupo de contactos eléctricos asociados, realizando la conexión (o desconexión) de los mismos.

Partes de un contactor y parámetros que lo definen

La norma IEC 60947 define las características eléctricas y mecánicas de los contactores. Están sacadas de la norma IEC 60947.

• Número de polos y número de contactos auxiliares.
• Tensión asignada de empleo Ue.

Tensión para la cual los polos trabajan en óptimas condiciones.

• Tensión asignada de aislamiento Ui.

Es la máxima tensión que son capaces de soportar los polos sin que aparezcan problemas de aislamiento.

• Corriente asignada de empleo. In = Inominal.

Es la corriente nominal máxima del receptor que el contactor puede establecer, soportar e interrumpir en unas condiciones de utilización definidas, sin recalentamiento excesivo ni  desgaste exagerado de los contactos (máxima intensidad aconsejable para que conmute). Es la característica más representativa de cualquier contactor.

• Corriente térmica convencional Ith.

Es la máxima intensidad que pueden soportar los polos de forma continuada durante 8 horas. Debe ser al menos
igual al valor máximo de la corriente asignada de empleo del material sin envolvente, en servicio de 8 horas. La corriente térmica convencional de un contactor se determina mediante un ensayo de recalentamiento de 8 h de duración a una temperatura ambiente de 40 °C.

• Poder asignado de cierre (conexión) Ie = Iestablecimiento·Ia = Iarranque

Intensidad en el momento de la conexión del contactor. El poder asignado de cierre se expresa por el valor eficaz de la corriente que puede establecer un contactor sin desgaste exagerado ni soldadura de los contactos (intensidad máxima que puede soportar un contactor en el momento de conmutación).

• Durabilidad mecánica.

En cuanto a la resistencia al desgaste mecánico, un material se caracteriza por el número, indicado en la correspondiente norma de material, de ciclos  de maniobras en vacío (es decir, sin corriente en los principales contactos)  que debe poder efectuar el material sin que sea necesario revisarlo o  cambiar piezas mecánicas; no obstante, puede admitirse un mantenimiento  normal según las instrucciones del fabricante para material es diseñados  para ser mantenidos. Cada ciclo de maniobras consiste en una maniobra de  cierre seguida de una maniobra de apertura.

• Durabilidad eléctrica

En cuanto a su resistencia al desgaste eléctrico, un material se caracteriza por el número de ciclos de maniobras en carga que es capaz de efectuar sin reparaciones ni cambios de piezas, en las condiciones de servicio  indicadas en la correspondiente norma.

Para la elección de un contactor se tendrán en cuenta los aspectos siguientes:

1.  Poder de corte: valor de la intensidad que un contactor es capaz de interrumpir bajo una tensión dada y las condiciones prescritas de empleo y funcionamiento.
2. Poder de cierre: El valor de la intensidad que un contactor es capaz de restablecer bajo una tensión dada y en las condiciones prescritas de empleo y funcionamiento.
3. Intensidad de servicio: El valor de la intensidad permanente que circula por sus contactos principales.
4. Vida de un contactor: El tiempo en años que dura un contactor según las condiciones de servicio. Se da en millones de maniobras.
5. Tensión de la bobina: Se fabrican para diferentes tensiones en alterna o continua.
6. La categoría de servicio: El tipo de aplicación para la que se va a utilizar. Según esto se distinguen las siguientes:

Los contactos de un contactor soportan:

• En el instante de su cierre, la intensidad de establecimiento Ie = Ia .

Dicha intensidad puede ser prácticamente la nominal del receptor si su naturaleza es resistiva, pero será alta (la de arranque Ia) si se trata de un motor inductivo.

• Mientras permanecen cerrados, la intensidad de consumo nominal del receptor o motor In. Dicha intensidad puede producir en ellos unos calentamientos  excesivos si no están debidamente dimensionados.
• En  el instante de la apertura en carga, la intensidad de corte  IC. Este es el momento de máximo deterioro de los contactos, ya que en la "chispa" producida se vaporizan  fragmentos del metal que los constituye.
• Resulta,  entonces, que un contactor puede conectar y desconectar un receptor de determinada intensidad nominal, en diversas circunstancias.

La categoría de empleo del contactor los define.

Resumen de intensidades

En las cámaras de contactos temporizados, encontramos dos tipos de temporización:

• Con retardo a la conexión (TON, Timer ON Delay).
• Con retardo a la desactivación (TOF, Timer OFF Delay).

Normalmente, las cámaras temporizadas neumáticas utilizan como  elemento principal un fuelle de goma y un resorte antagonista dentro  de él. Un tornillo solidario al conjunto fuelle-cámara, servirá para la  regulación del tiempo. No se consideran instrumentos de precisión.

El temporizador se representa por las letras KT nº.

• TON. Timer On Delay, hace referencia a lostemporiza-dores con retardo a la conexión.
• TOF. Timer Off Delay, hace referencia a los temporizadores con retardo a la desconexión.
• TON-TOF. Hace referencia a los temporizadores con retardo a la conexión-  desconexión, donde:
  • A1-A2 alimentación
  • bobina del temporizador.
  • 15-16-18 contacto conmutado del temporizador.

Existen otras temporizaciones además de las comentadas en este tema, y  aunque algunos modelos de temporizadores electrónicos permiten configurar una  estructura de temporización concreta, se  suelen usar micro autómatas  programables, porque facilitan considerablemente esta labor.

Si el temporizador tiene bobina independiente, por ejemplo un electrónico, se debe  representar, tanto la bobina como los contactos con las  siglas KT nº.

Por otro lado, si el temporizador es un bloque acoplado a un contactor, los contactos de éste llevarán el indicativo del contactor.

Elementos pasivos son aquellos componentes de los circuitos, que disipan o almacenan energía eléctrica o magnética y constituyen por ello los receptores o cargas de un circuito. Los receptores eléctricos, motores, lámparas, etc., cuando se conectan en un circuito de corriente alterna (c.a.) se pueden comportar de 3 formas diferentes.

• Como Receptores Resistivos puros. Solo tienen resistencia pura. Se llaman receptores R o Resistivos.
• Como Receptores Inductivos puros. Solo tienen un componente inductivo puro (bobina). Se llaman L o inductivos.
• Como Receptores Capacitivos puros. Solo tienen un componente capacitivo (condensadores). Se llaman C o capacitivos.

En realidad no hay ningún receptor R, L o C puro, ya que por ejemplo, la bobina de un motor será un receptor inductivo, pero al ser un conductor también tendrá una resistencia, y por lo tanto, también tendrá un componente resistivo, por lo que realmente será un receptor RL.
Incluso el motor también tiene una parte capacitiva, por lo que en realidad será un receptor RLC.

Aunque no tengamos receptores puros R, L o C, para comenzar con el estudio de los Circuitos Electricos en corriente alterna es mejor estudiar primero cada uno de ellos por separado, para posteriormente estudiar los circuitos reales RLC.

La corriente máxima y diferencia de potencial máxima en una resistencia viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0.25 W, 0.5 W y 1 W.

Existen resistores cuyo valor puede ser ajustado manualmente llamados potenciómetros, reostatos o simplemente resistencias variables. También se producen dispositivos cuya resistencia varía en función de parámetros externos, como los termistores, que son resistores que varían con la temperatura; los varistores que dependen de la tensión a la cual son sometidos, o las fotorresistencias que lo hacen de acuerdo a la luz recibida.

Los inductores también pueden estar construidos en circuitos integrados, usando el mismo proceso utilizado para realizar microprocesadores. En estos casos se usa, comúnmente, el aluminio como material conductor. Sin embargo, es raro que se construyan inductores dentro de los circuitos integrados; es mucho más práctico usar un circuito llamado "girador" que, mediante un amplificador operacional, hace que un condensador se comporte como si fuese un inductor.

Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente, al ser introducido en un circuito, se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.

Los circuitos básicos que se hacen en las prácticas, una batería, una bombilla, un interruptor y el cable, es un circuito simple donde combinan el mando y la fuerza. Los circuitos reales que podemos encontrarnos en casa para encender una luz, combinan mando y fuerza. La parte que activa la bombilla serái el mando y la alimentación de la bombilla sería la fuerza.

Donde mejor podemos diferenciar los circuitos de mando y fuerza, es cuando empezamos a utilizar contactores, ya que están claramente diferenciados ambos circuitos e incluso van con colores diferentes el cableado.

Una actividad directamente relacionada con la composición de instalaciones eléctricas, es la representación de las mismas, en papel u otros medios. Se hace necesario por tanto, disponer de un protocolo normalizado de herramientas gráficas, capaces de identificar de forma clara todos los componentes participantes en las instalaciones.

Esquemas multifilares En los cuales, se indican todos los conductores y mecanismos que intervienen en la instalación eléctrica. El conocimiento adecuado de la simbología, permitirá una interpretación correcta del esquema. En la figura siguiente, se representan los mecanismos y conductores necesarios para la puesta en marcha e inversión de sentido de giro de dos motores trifásicos.

Esquemas unifilares En representaciones cuyos conductores y mecanismos son repetitivos de forma generalizada, se hace necesaria una simplificación simbólica de la instalación. Para ello, se recurre a los esquemas unifilares, que sobre un mismo trazo un conductor es capaz de incorporar una línea polifásica. Veamos un ejemplo: En el primer caso, una única línea cruzada con tres pequeños trazos oblicuos, indica que es tripolar, es decir, que representa a tres conductores. Junto a él, aparece una línea bipolar (dos cables)  también representada de forma unifilar y multifilar. Un mecanismo, también puede mostrar que opera sobre varias líneas si es “atravesado” por trazos oblicuos. Los siguientes dibujos representan esquemas unifilares; el primero esquematiza un punto de luz, con toma de corriente, y el segundo, muestra las líneas que alimentan a un motor trifásico con protecciones.

Representación conjunta En un mismo esquema serán representados los esquemas de mando y potencia. Note el grosor de las líneas diferenciando ambos circuitos. Es poco práctico en instalaciones con un número elevado de componentes.

Representación semidesarrollada Separa circuitos de mando y potencia, aunque vincula con líneas discontinuas la unión física de los componentes .

Los circuitos de maniobra son los encargados de abrir y cerrar los sistemas, ya sean de forma manual o de forma automática. De forma manual sería un pulsador para activar o apagar un motor y de forma automática, mediante autómatas o componenetes especiales, a partir de ciertas condiciones programadas, activar o desactivar los sistemas.

Los circuitos de maniobra son los encargados de alimentar a los sensores y captadores, encargados de suministrar información en forma de señales eléctricas o digitales a los sistemas de Lógica Cableada (Contactores, relés, etc.) o Lógica Programada (Relés programables o autómatas programables). Estos circuitos son normalmente alimentados con tensiones de Muy Baja Tensión (MBT) o de Seguridad a 24 V. 

El ejemplo más sencillo es el encendido de un motor mediante un contactor. Nosotros encendemos el motor mediante un interruptor que va al contactor (maniobra) el cual se activa con la bobina y cierra la alimentación del motor (fuerza) por un circuito diferente.

Los circuitos de fuerza o potencia son los utilizados para suministrar electricidad a los receptores de la instalación como motores, baterías de condensadores, lámparas, etc. y cuya finalidad persigue convertirla en trabajo útil. Estos circuitos normalmente son alimentados con tensiones de Baja Tensión (BT), normalmente Monofásicas a 230 V. o Trifásicas a 400 V.

Por poner un ejemplo, el circuito de fuerza de un motor se compone de fusibles, contactos de la línea y elementos calentadores de las protecciones térmicas. Por el circuito de fuerza la energía eléctrica de la corriente trifásica va al devanado del estator gobernado.

El circuito de mando del arrancador se compone de un cuadro de dos botones: (arranque) y (stop), que conecta la bobina del interruptor magnético el bloque de contacto y los contactos de la protección térmica, el circuito de mando sirve para gobernar el arrancador propiamente dicho.