CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

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Thales de Miletus (630-550 AC) fue el primero, que cerca del 600 AC, conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos. Sin embargo fue el filósofo Griego Theophrastus (374-287 AC) el primero, que en un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.

1600
La Reina Elizabeth I ordena al Físico Real Willian Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las Brújulas usadas en la navegación, siendo éste trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo. Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ambar. Gilbert es la unidad de medida de la fuerza magnetomotriz.
1672
El Físico Alemán Otto von Guericke (1602-1686) desarrolló la primera máquina electrostática para producir cargas eléctricas. Máquina que consiste de una esfera de azufre torneada, con una manija a través de la cual, la carga es inducida al posar la mano sobre la esfera.
1733
El Francés Francois de Cisternay Du Fay (14/Sep/1698 - 1739) fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas, las cuales denominó electricidad vitria y resinosa:
1745
Se desarrolla lo que daría paso al Condensador Eléctrico, la botella de Leyden por E. G. Von Kleist (1700-1748) y Pieter Van Musschenbroeck (1692-1761) en la Universidad de Leyden, con esta botella se almacenó electricidad estática.
1752
Benjamín Franklin (1706-1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos. Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. Invento el pararrayos.

 

 

1766
El Químico Joseph Priestley (1733-1804) prueba que la fuerza que se ejerce entre las cargas eléctricas varía inversamente proporcional a la distancia que la separan.
Priestley demostró que la carga eléctrica se distribuye uniformemente en la superficie de una esfera hueca, y que en el interior de la misma, no hay un campo eléctrico, ni una fuerza eléctrica.
1776
Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) inventó la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas y corroboró que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Coulomb es la unidad de medida de Carga eléctrica.
1800
Alejandro Volta (1745-1827) construye la primera celda Electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Físico Italiano Luigi Galvani (1737-1798) sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de ranas.

Galvani propuso la teoría de la Electricidad Animal, lo cual contrarió a Volta, quien creía que las contracciones musculares eran el resultado del contacto de los dos metales con el músculo. Sus investigaciones posteriores le permitieron elaborar una celda química capaz de producir corriente continua, fue así como desarrollo la Pila. Volt es la unidad de medida del potencial eléctrico (Tensión).
1801 a 1815
Sir Humphry Davy (1778-1829) desarrolla la electroquímica (nombre asignado por él mismo), explorando el uso de la pila de Volta o batería, y tratando de entender como ésta funciona.
En 1801 observa el arco eléctrico y la incandescencia en un conductor energizado con una batería. Entre 1806 y 1808 publica el resultado de sus investigaciones sobre la electrólisis, donde logra la separación del Magnesio, Bario, Estroncio, Calcio, Sodio, Potasio y Boro. En 1807 fabrica una pila con más de 2000 placas doble, con la cual descubre el Cloro y demuestra que es un elemento, en vez de un ácido. En 1815 inventa la lámpara de seguridad para los mineros. Sin ningún lugar a duda, el descubrimiento más importante lo realiza ese mismo año, cuando descubre al joven Michael Faraday y lo toma como asistente.
1812
El matemático Francés Siméon-Denis Poisson (1781-1849) publicó su trabajo más importante relacionado con la aplicación matemática a la Electricidad y Magnetismo, describiendo las leyes de la electrostática.
1819
El científico Danés Hans Christian Oersted (1777- 1851) descubre el electromagnetismo, cuando en un experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltaica, se movió.
Este descubrimiento fue crucial en el desarrollo de la Electricidad, ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la Reluctancia Magnética.
1820
Jean-Baptiste Biot (1774-1862) y Felix Savart (1791-1841) Franceses, determinan la conocida ley de Biot-Savart mediante la cual, calculan la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una carga eléctrica y definen que la intensidad del campo magnético producido por una corriente eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
1823
William Sturgeon (1753-1850) Inglés, construye el primer electroimán.
1823
Andre-Marie Ampère (1775-1836) establece los principios de la electrodinámica, cuando llega a la conclusión de que la Fuerza Electromotriz es producto de dos efectos: La tensión eléctrica y la corriente eléctrica. Experimenta con conductores, determinando que estos se atraen si las corrientes fluyen en la misma dirección, y se repelen cuando fluyen en contra. Ampere produce un excelente resultado matemático de los fenómenos estudiados por Oersted. Ampere es la unidad de medida de la corriente eléctrica.
1826
El físico Alemán Georg Simon Ohm (1789- 1854) fue quien formuló con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se conoce como la ley de Ohm. Ohm es la unidad de medida de la Resistencia Eléctrica.
1828
El matemático Inglés George Green (1793-1841) publicó el trabajo "An Essay on the Application of Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism" en el cual amplió el trabajo de Poisson obteniendo una solución general para el cálculo de los potenciales.
1828
El Americano Joseph Henry (1799- 1878) perfeccionó los electroimanes, observó que la polaridad cambiaba al cambiar la dirección del flujo de corriente, y desarrolló el concepto de Inductancia Propia. En 1846 fue nombrado como el primer Director del Museo Smithsonian.
1831
Michael Faraday (1791-1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener el tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la Física y Química. A pesar de su baja preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento. Faradio es la unidad de medida de la Capacitancia Eléctrica. La tensión inducida en la bobina que se mueve en campo magnético no uniforme fue demostrada por Faraday, en un aparato como el que se muestra.
1835
Samuel F.B. Morse (1791-1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información, El Telégrafo. En 1835 construye el primer telégrafo. En 1837 se asocia con Henry y Vail con el fin de obtener financiamiento del Congreso de USA para su desarrollo, fracasa el intento, prosigue solo, obteniendo el éxito en 1843, cuando el congreso le aprueba el desarrollo de una línea de 41 millas desde Baltimor hasta el Capitolio en Washington D.C. La cual construye en 1844.
En 1858 ATC The American Telegraph Company construye el primer cable trasatlántico desde la costa este de USA hasta Irlanda. >> Ver mas
1840-1842
James Prescott Joule (1818-1889) Físico Inglés, quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el científico Alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894), quien definió la primera ley de la termodinámica demostraron que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que la Electricidad era una forma de Energía. Adicionalmente, Joule inventó la soldadura eléctrica de arco y demostró que el calor generado por la corriente eléctrica era proporcional al cuadrado de la corriente.
Joule es la unidad de medida de Energía.
1845
Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) Físico Alemán a los 21 años de edad, anunció las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes eléctricas. Conocidas como Leyes de Kirchhoff I y II. Estableció las técnicas para el análisis espectral, con la cual determinó la composición del sol.
1847
William Staite (1809-1854) Inglés recibió el crédito por el desarrollo de la Lámpara de Arco. Estas lámparas fueron comercialmente utilizadas a partir de 1876 con las mejoras introducidas por el Ruso Paul Jablochkoff (1847-1894). Experimentado su apogeo entre 1880 y 1890.
1854
El matemático Inglés William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907), con su trabajo sobre el análisis teórico sobre transmisión por cable, hizo posible el desarrollo del cable trasatlántico. En 1851 definió la Segunda Ley de la Termodinámica. En 1858 Inventó el cable flexible. Kelvin es la unidad de medida de temperatura absoluta.
1859
El Científico Alemán Julius Plücker (1801-1868) descubrió los Rayos Catódicos.
1868
El Científico Belga Zénobe-Théophile Gramme (1826-1901) construyó la primera máquina de corriente continua. El Dinamo punto de partida de la nueva industria eléctrica. En 1870 patentó la teoría de la Máquina magneto-eléctrica para producir corriente continua.
1870
James Clerk Maxwell (1831-1879) Matemático Inglés formuló las cuatros ecuaciones que sirven de fundamento de la teoría Electromagnética. Dedujo que la Luz es una onda electromagnética, y que la energía se transmite por ondas electromagnéticas a la velocidad de la Luz. Maxwell es la unidad del flujo Magnético.
1876
Alexander Graham Bell (1847-1922) Escocés-Americano inventó el Teléfono.
1879
El Físico Inglés Joseph John Thomson (1856-1940) demostró que los rayos catódicos estaban constituido de partículas atómicas de carga negativas la cual el llamó ¨Corpúsculos¨ y hoy en día los conocemos como Electrones.
1881
Thomas Alva Edison (1847-1931) produce la primera Lámpara Incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas. En 1881 desarrolló el filamento de bambú con 1.7 lúmenes por vatios. En 1904 el filamento de tungsteno con una eficiencia de 7.9 lúmenes por vatios. En 1910 la lámpara de 100 w con rendimiento de 10 lúmenes por vatios.
Hoy en día, las lámparas incandescentes de filamento de tungsteno de 100 w tienen un rendimiento del orden de 18 lúmenes por vatios. En 1882 Edison instaló el primer sistema eléctrico para vender energía para la iluminación incandescente, en los Estados Unidos para la estación Pearl Street de la ciudad de New York. El sistema fue en CD tres hilos, 220-110 v con una potencia total de 30 kw.
1884
Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell y las rescribió, en la forma que hoy en día es conocida. En 1888 Hertz recibió el reconocimiento por sus trabajos sobre las Ondas Electromagnéticas: propagación, polarización y reflexión de ondas. Con Hertz se abre la puerta para el desarrollo de la radio.
1884
John Henry Poynting (1852-1914) Físico Inglés, alumno de Maxwell. Publicó un artículo en el cual demostró que el flujo de Poynting Energía podía calcularse mediante una ecuación que representa la interrelación entre el campo Eléctrico y Magnético. Ecuación que representa el llamado Vector de Poynting.
1888
Nikola Tesla (1857-1943) Serbio-Americano inventor e investigador quien desarrolló la teoría de campos rotantes, base de los generadores y motores polifásicos de corriente alterna. A Tesla se le puede considerar, sin ninguna duda, como padre del sistema eléctrico que hoy en día disfrutamos. Tesla es la unidad de medida de la densidad de flujo magnético.
1895
George Westinghouse pone en servicio la Primera planta de Generación de Electricidad comercial en C.A. Los derechos de patentes de Tesla sobre sus sistemas de corriente alterna, transformadores, motores y generadores, los vendió a George Westinghouse (1846-1914) fundador de Westinghouse Company, pionera en el desarrollo comercial de la corriente alterna. En 1893 en la feria de Chicago Westinghouse y Tesla presentaron todo un sistema eléctrico en CA a escala a fin de demostrar sus bondades.

EL FENÓMENO DE LA ELECTRICIDAD.

Este fenómeno natural tan útil y necesario en la vida actual, no es perceptible sino a partir de sus efectos y aplicaciones, como pueden ser una bombilla encendida, un motor en movimiento (lavadora, aspiradora, licuadora, etc.) el calor de una plancha o un horno, el sonido de un radio o la imagen de un televisor entre otros.

Todas estas aplicaciones (y otras dadas en la industria) pueden explicarse como un movimiento de electrones bajo la acción de una fuerza electromotriz, que puede denominarse electricidad dinámica.

La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas estáticas o en movimiento y por su interacción.

Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas. Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas. Las cargas de igual nombre se repelen y las de distinto nombre se atraen. La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula más ligera que lleva carga eléctrica es el electrón, que transporta una unidad de carga. Los átomos en circunstancias normales contienen electrones, y a menudo los que están más alejados del núcleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De esta manera un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación de los electrones.

Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga eléctrica positiva y negativa, por lo tanto es eléctricamente neutro. La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas positivas en el núcleo.

CORRIENTE ELÉCTRICA

Se llama corriente eléctrica al flujo de electrones. La corriente continua tiene un flujo constante mientras que la corriente alterna tiene un flujo de promedio cero, aunque no tiene un valor nulo todo el tiempo. Esta definición de corriente alterna implica que el flujo de electrones cambia de dirección continuamente.

El flujo de cargas eléctricas puede generarse en un conductor pero no existen en los aislantes. Algunos dispositivos eléctricos que usan estas características eléctricas en los materiales se denominan dispositivos electrónicos.

Partiendo del concepto de fuerza, como toda causa capaz de alterar el movimiento o reposo de un cuerpo, se asume que la fuerza electromotriz es aquella que ocasiona el movimiento de electrones, conocido como corriente eléctrica. Para comprender mejor en que consiste, puede establecerse una sencilla analogía entre un circuito hidráulico y uno eléctrico.

ELECTRICIDAD - EFECTOS DE LA CORRIENTE ELECTRICA

La corriente eléctrica se manifiesta por medio de efectos, tales como:

  • Efecto Térmico:
    Cuando la corriente circula por materiales que tienen mucha resistencia, se transforma en calor y en luz.
  • Efecto magnetico:
    Al circular por una bobina la corriente produce un campo magnético.
  • Efecto químico: En ciertas sustancias se producen reacciones químicas al paso de una corriente.

LOS AISLANTES ELÉCTRICOS

Muchos materiales no sirven como conductores eléctricos, estos se utilizan en los circuitos como aislantes.

Sí para cerrar un circuito, se utiliza un pedazo de madera o un vidrio, o porcelana, entre otros, la lámpara no enciende pues estos aislantes eléctricos que limitan la corriente que va hacia la lámpara.

Los materiales que ofrecen mucha dificultad al paso de la corriente se denomina aislantes.

La finalidad de los aislantes eléctricos es la protección. Se usan para evitar que los conductores se unan entre sí y con las partes que lo soportan. Los aislantes deben tener las siguientes características:

  • No absorber humedad (no ser higroscópico)
  • No arder con las llamas (no ser inflamables).
  • Tener alta resistencia al calor (no desformarse).
  • Tener buenas propiedades mecánicas (dureza, elasticidad, maleabilidad).

ELECTROSTÁTICA

El conocimiento de la electricidad estática o en “reposo” se remonta a la antigua Grecia, donde se sabía que el ámbar (cuyo nombre griego es “electrón”, de aquí el origen de la palabra electricidad) después de ser frotado podía atraer objetos pequeños y livianos. Sólo hacia finales del siglo XVI, el físico William Gilbert experimentó con otros materiales aislantes que adquirían las mismas propiedades del ámbar. Sin embargo había otros cuerpos que no cumplían con ésta característica, es decir, no conservaban la carga eléctrica; esto dio pie a la primera clasificación de materiales en buenos y malos conductores.

Por convención se ha establecido que existen dos cargas: Una positiva, la que se genera a frotar una barra de vidrio, y una negativa, generada al frotar una barra ebonita. Varios científicos continuaron con las investigaciones de Gilbert, y entre otras conclusiones establecieron que:

§ Las cargas del mismo nombre se repelen y las de nombre contrario se atraen.

§ Las cargas eléctricas se transmiten de un cuerpo a otro por contacto, quedando cargado el segundo cuerpo con la electricidad del mismo.

§ Si un cuerpo en estado neutro se aproxima a un cuerpo cargado, el cuerpo neutro tiende a polarización de forma semejante a un imán. La acción a distancia entre un cuerpo electrizado y uno neutro se explica admitiendo la existencia de una energía circundante, representada generalmente por “líneas de fuerza”

§ La carga de un cuerpo conductor aislado se localiza en su superficie distribuyéndose uniformemente sobre planos o superficies esféricas o acumulándose en puntas o aristas.

ENERGÍA ELÉCTRICA

La energía eléctrica es la forma de energía más utilizada. Gracias a la flexibilidad en la generación y transporte se ha convertido para la industria en la forma más extendida de consumo de energía. El transporte por líneas de alta tensión es muy ventajoso y el motor eléctrico tiene un rendimiento superior a las máquinas térmicas.

Los inconvenientes de esta forma de energía son la imposibilidad de almacenamiento en grandes cantidades y que las líneas de transmisión son muy costosas. Las instalaciones para generación y el transporte de la energía eléctrica utilizan generalmente corriente alterna, debido a que es más fácil reducir o elevar el voltaje por medio de transformadores. Para transportar la energía se eleva el voltaje para impedir que se produzcan caídas de tensión significativas y la consecuente pérdida en la eficiencia. Para el transporte de una cantidad de energía dada, si se eleva la tensión disminuye la intensidad de corriente necesaria, esto disminuye las pérdidas que son proporcionales al cuadrado de la intensidad.

Posteriormente, para la distribución se reduce el voltaje en las subestaciones que gradúan la tensión según se utilicen en la industria (entre 33 KV y 380 Voltios) o en instalaciones domiciliarias (entre 220 y 110 V).