Fundamentos de Circuitos Eléctricos: Componentes, Tipos y Aplicaciones

Definición y Componentes de un Circuito

Se denomina circuito a un conjunto de elementos que tienen como misión transportar energía desde un punto de generación hasta un lugar de consumo. Este transporte de energía se realiza por medio de cargas eléctricas en los circuitos eléctricos; mediante un fluido líquido en los circuitos hidráulicos, o un fluido gaseoso en los circuitos neumáticos.

• El elemento generador se encarga de transformar la energía de entrada al circuito, para poner en movimiento las cargas eléctricas o el fluido. Es el elemento activo del circuito a diferencia de todos los demás, que son pasivos.
• En ocasiones es necesario tener almacenada parte de esta energía modificada, tarea que realiza el acumulador.
• Los elementos de transporte llevan las cargas eléctricas, o el fluido, desde las inmediaciones del acumulador hasta los centros de consumo.
• En esta parte del circuito la energía contenida en el fluido o en las cargas eléctricas se cede al elemento receptor.
• En los circuitos existen también elementos de protección que, en caso de fallos en alguna de sus partes o zonas, protegen a las partes restantes; y elementos de control, con los que se puede dosificar la energía que se suministra al elemento de consumo.

Los circuitos eléctricos deben entenderse siempre como cerrados; es decir, los electrones, como partículas portadoras de carga eléctrica, deben recorrer un camino de ida desde el generador -o centro de producción de corriente- hasta el receptor -o centro de consumo-; y otro de retorno, desde éste hasta aquél.

Frecuencia, Período e Intensidad de Corriente

Se denomina frecuencia, f, de una corriente alterna al número de veces que, por unidad de tiempo, se modifica el sentido del movimiento de los electrones. La frecuencia se mide en ciclos/s o hercios (Hz). El período, T, es el tiempo que tarda cada electrón en modificar y volver a recuperar el sentido de su movimiento. Se mide en segundos (s) y su valor es el inverso de la frecuencia:

T = 1/f

El período depende de la velocidad angular, o pulsación (ω), con que gira el inducido en el generador de corriente alterna.

La carga eléctrica que pasa por una sección del conductor en la unidad de tiempo se denomina intensidad de corriente; y su valor, expresado en unidades del Sistema Internacional, se mide en amperios (A).

• Por corriente continua se entiende aquélla en la que el sentido del movimiento de los electrones es siempre el mismo y, consecuentemente, también lo es el de la intensidad.
• Por corriente alterna se entiende aquélla en la que varía periódicamente el sentido del movimiento de los electrones y, en consecuencia, el de la intensidad.

Valor Eficaz

Como la corriente alterna varía los valores tanto del voltaje como de la intensidad, se define un valor eficaz que se correspondería con una corriente continua que produjese la misma energía.

Resistencia, Condensador y Bobina

La respuesta a esta cuestión depende de la presencia o no de ciertos elementos pasivos en el circuito. Si en éste únicamente existen resistencias puras (resistencias óhmicas), la tensión y la intensidad alcanzan simultáneamente sus valores máximos o nulos y la corriente se dice que está en fase.

Resistencia es la oposición que ofrece todo conductor al paso de la corriente eléctrica en función de su naturaleza (resistividad), longitud y sección a una temperatura dada.

Condensador se entiende un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica en superficies relativamente pequeñas. Consta de dos placas metálicas, separadas por una sustancia no conductora (dieléctrico). Una de las armaduras se conecta a uno de los bornes de un generador y la otra armadura inducida a una masa.

Una bobina consiste en un conductor arrollado en espiral sobre un núcleo neutro, frecuentemente de material magnético.

Impedancia y Resonancia

La intensidad eficaz de una corriente alterna que recorre un circuito constituido por una resistencia óhmica, una bobina y un condensador todos ellos en serie es igual al cociente entre la tensión eficaz, E, existente en los extremos de la asociación y su impedancia, Z.

Resonancia: Se dice que un circuito de corriente alterna es resonante cuando la intensidad de corriente que por él circula es máxima.

Potencia en Circuitos de Corriente Alterna

El cateto vertical representa la potencia almacenada en los campos magnéticos y eléctrico de la bobina y del condensador, respectivamente (que, por lo tanto, no se disipa como calor). Se le denomina potencia reactiva y se le representa por la letra Q. Su unidad de medida es el voltamperio reactivo (VAr).

En este último, el cateto horizontal representa la potencia consumida por la resistencia del circuito (que se disipa en forma de calor) y que se denomina potencia activa. Su valor numérico coincide con la potencia media P del circuito, y se mide en vatios.

Por último, la hipotenusa representa la potencia total del circuito, denominada potencia aparente, que se designa por la letra S y se mide en voltamperios (VA).

Distribución de la Energía Eléctrica y Transformadores

La energía eléctrica se produce en las centrales eléctricas, alejadas por lo general de los puntos de consumo. Por esta razón, la distribución de energía eléctrica no se realiza bajo la forma de corriente continua, sino de alterna. En las inmediaciones de las centrales la tensión se eleva por medio de unos dispositivos magnéticos denominados transformadores.

Un transformador no es más que un núcleo magnético con dos o más arrollamientos, que reciben los nombres de devanado primario (el conectado en la parte generadora de energía) y secundario (el conectado en la parte donde se consume la energía).