Energía Eléctrica

En toda situación de la vida real, en la cual se vea implicado el voltaje, es importante conocer cómo éste se relaciona con la corriente: un punto primordial a comprender es que el voltaje de alimentación a un equipo eléctrico debe ser constante dentro del rango permitido de regulación, pues de no cumplirse con
esta característica habrá problemas en el funcionamiento y operación.

Todos los equipos conectados a la red eléctrica requieren de una potencia mínima y de una corriente en razón de los componentes internos y de su diseño, aunque algunos necesitan más potencia que otros, sin embargo, estos siguen los mismos principios de operación a voltaje constante.

La corriente eléctrica es un parámetro fundamental que se controla con un medidor de electricidad, el cual indica el valor de la factura de energía a pagar en el hogar, donde los equipos de mayor potencia consumen más corriente y energía

Definimos energía eléctrica como la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos. Cuando estos dos puntos se los pone en contacto mediante un conductor eléctrico obtenemos una corriente eléctrica.

En física, la energía potencial eléctrica, también llamada energía potencial electrostática, es la energía potencial del campo electrostático. Esta es una energía que posee una distribución de carga eléctrica , y está vinculada a la fuerza ejercida por el campo generado por la distribución misma. Junto con la energía magnética, la energía potencial eléctrica constituye la energía del campo electromagnético.

Generación

compuesto por distintos generadores eléctricos de diversas fuentes tales como generadores térmicos, nucleares, hidroeléctricos o eólicos; paneles solares, etcétera. Estos se encargan de producir un voltaje desde los 7 kV o 13.8 kV hasta los 27 kV AC trifásicos, para luego ser transformados a voltajes mayores. Los valores típicos van desde los 69 kV hasta los 800 kV en AC trifásicos, sin embargo, los países más grandes tienen sistemas de generación con voltajes de hasta 1 000 kV y potencias que llegan a los 20 000 MW. Sistemas como estos son importantes porque sin su generación eléctrica no sería posible la transmisión de energía a los hogar.

La resistencia será mayor en cientos de kilómetros de longitud de líneas, por lo que se tiene una mayor caída de voltaje. Esto provoca que la regulación de voltaje se vuelva crítica, situación que ya está revista en las líneas eléctricas de gran amplitud; con ello, los niveles de voltaje correctos llegan a los hogares, pues la planta de generación envía uno mayor compensando esta caída por la longitud de la línea, lo cual es crítico en redes de corriente alterna AC; sin embargo, la potencia que demanda un equipo eléctrico es constante, entonces, si el voltaje se eleva, la corriente disminuye y las pérdidas de energía por calor también lo hacen, dando como resultado la manera en que opera una red de alta tensión.

La regulación no es lo único que se debe tomar en cuenta: dimensionar el calibre del conductor a instalar contribuye a reducir la caída de voltaje para una corriente dada.

Sistema de transmisión

Un sistema de transmisión es aquel donde viajan los electrones a través de una diferencia de potencial o alto voltaje; por ejemplo, una línea de transmisión va desde los 69 kV hasta los 800 kV AC trifásicos, estos altos valores de voltaje permiten reducir las pérdidas de energía y el calentamiento en líneas de transmisión de gran longitud.

Sucede que cuando transportamos energía eléctrica, el parámetro principal de análisis es la potencia, cuya fórmula, considerando la potencia activa es:

P = VI

Donde,
P = potencia constante
V = voltaje
I = corriente

Es posible observar el sistema de distribución en los postes de alumbrado público, que es un sistema trifásico para alimentar hogares, comercios, pequeñas empresas, etcétera. Por ejemplo, el voltaje en México se distribuye en 23 kV en media tensión, donde los niveles de voltaje habitualmente oscilan
entre 13.2 kV, 15 kV, 23 kV, 45 kV o 66 kV, mientras que en Guatemala la distribución es en 13.8 kV.

Corriente

Un conductor eléctrico forma un flujo de corriente; su unidad de medición es el amperio (A), con sus múltiplos en mA y µA. Según la ley de Coulomb los electrones en la última capa de valencia se desprenden para iniciar el movimiento y formar una corriente eléctrica, independientemente de que un
campo eléctrico o diferencia de potencial eléctrico constante darán paso a un flujo constante de electrones.
Otro par de conceptos que es importante tomar en cuenta son los de corriente convencional y corriente electrónica, las cuales difieren sólo por el signo.
La corriente convencional está asociada a un descubrimiento de Benjamín Franklin, quien explicó en 1752 el fluido único: afirmaba que cualquier fenómeno eléctrico era causado por un fluido llamado electricidad positiva, mientras que la ausencia de éste podía considerarse electricidad negativa.

Esto significa que las cargas positivas están en movimiento. La corriente electrónica es el verdadero sentido del movimiento de los electrones, explicado por Ernest Rutherford en 1911

Potencia

La potencia es el trabajo por unidad de tiempo. En otras palabras, es la tasa a la cual se realiza un trabajo en N-m por segundo:

P= W/t

En un sentido técnico, se diría que hacer un trabajo significa mover algo contra una fuerza resistente o la tasa a la cual se efectúa éste. En conceptos eléctricos, potencia es realizar un trabajo eléctrico (joule) cuando una fuerza eléctrica (E) pone en movimiento una carga eléctrica (Q) (donde 1 joule representa el trabajo realizado por una diferencia de potencial eléctrico de 1 volt (E) para mover una carga de 1 coulomb (Q) de 6 251 018 electrones.
Potencia (en watts) es, entonces, la tasa a la cual se realiza un trabajo eléctrico (V-C por segundo):

P = EQ/t

P(watts) = (volts)(coulombs) / tiempo

Muchos equipos y dispositivos eléctricos se clasifican en términos de potencia y voltaje; si conocemos estos, o bien, su corriente, será posible calcular la potencia con cualquiera de las fórmulas siguientes:

P = EI = IR

Al análisis de la potencia en voltaje DC le llamamos simplemente “potencia” ; sin embargo, cuando se habla de ésta en voltaje AC, es necesario dividirla en potencia aparente, potencia reactiva y potencia activa, las cuales estudiaremos posteriormente.