Conceptos Fundamentales de Electricidad: Rigidez Dieléctrica, Potencia, Energía y Efectos Térmicos

Conceptos Fundamentales de Electricidad

Rigidez Dieléctrica

La rigidez dieléctrica es la máxima tensión que un material aislante puede soportar sin perforarse. Cuando se eleva suficientemente la tensión, se produce una perforación en el aislante. La chispa que atraviesa un aislante perforado por la corriente suele provocar su destrucción. Se representa en kilovoltios por milímetro (kV/mm) de espesor del aislante.

Potencia Eléctrica

La unidad de potencia es el vatio (W). En física, la potencia se define como la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo. En un circuito eléctrico, la potencia se puede comparar con la cantidad de electrones que fluyen en un determinado tiempo. La intensidad es la corriente eléctrica. La potencia eléctrica es el producto de la tensión (V) por la intensidad de corriente (I).

Energía Eléctrica

De la expresión que relaciona la energía con la potencia, se deduce que la energía es el producto de la potencia por el tiempo. El julio (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional.

Calor Específico

El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de dicha sustancia en 1 °C. Conociendo el calor específico de una sustancia y su masa, es posible calcular la cantidad de calor que se necesita aplicar para elevar su temperatura.

Cálculo de la Sección de Conductores Considerando su Calentamiento

El calor que producen los conductores es proporcional a la potencia que se pierde en ellos. Esta potencia aumenta con la resistencia del conductor y con el cuadrado de la intensidad de corriente que lo atraviesa. Para reducir la potencia perdida, se debe aumentar la sección del conductor.

Transmisión de Calor

La energía calorífica generada en un punto se transmite desde las zonas de mayor temperatura a las de menor temperatura. Esta transmisión puede ocurrir por tres mecanismos:

• Conducción: El calor se transmite por contacto directo entre dos materiales, como en los metales.
• Convección: En gases y líquidos, el calentamiento provoca una dilatación y disminución de la densidad, lo que genera un desplazamiento del fluido.
• Radiación: La transmisión de calor se produce por ondas electromagnéticas, similar a la radiación solar. Este principio se utiliza en estufas de rayos infrarrojos, techos y suelos radiantes, y en la calefacción por acumulación.

Inconvenientes del Efecto Térmico

• Calentamiento de conductores en líneas eléctricas, lo que condiciona la sección de los conductores en función de la intensidad de corriente.
• Calentamiento en los devanados de transformadores, motores y generadores, limitando su potencia nominal.
• Calentamiento en resistencias que limitan la corriente y la tensión al conectarse en serie con la carga.
• En fallos como el cortocircuito y la sobrecarga, que pueden dañar las instalaciones eléctricas si no se utiliza la protección adecuada.

El Cortocircuito

Un cortocircuito ocurre cuando se unen accidentalmente dos partes activas de un circuito eléctrico. Suele ser provocado por errores en el montaje de la instalación, fallos en el aislamiento que separa las partes activas o por una maniobra incorrecta.

La Sobrecarga

Una sobrecarga se produce cuando la intensidad de corriente que circula por un conductor eléctrico supera su valor nominal. Esto puede ocurrir por conectar demasiados receptores a una línea eléctrica, por el mal funcionamiento de un receptor que consume más energía de la normal, o por un motor eléctrico que trabaja a una potencia superior a la nominal. Una sobrecarga prolongada puede destruir el conductor.

Protección de Circuitos contra Cortocircuitos y Sobrecargas

Los excesos de temperatura pueden destruir un conductor. En el caso de un cortocircuito, la corriente es muy elevada y puede destruir rápidamente los elementos de la instalación. Las sobrecargas tardan más en dañar al conductor, pero los excesos constantes de temperatura deterioran los materiales aislantes, reduciendo la vida útil del conductor. Para proteger los circuitos contra estos eventos, se utilizan fusibles e interruptores automáticos.