Electrotecnia TECNOL.

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Tecnología

Disciplina que estudia las aplicaciones técnicas de la electricidad, esto es, las formas de aprovechar la energía eléctrica, mediante su transformación en otros tipos de energía de utilización inmediata.

Evolución histórica. Las primeras observaciones de fenómenos eléctricos y magnéticos elementales (emisión de chispas, atracción magnética, etc.) se remontan al s. XXVIII a. C., época en que los chinos ya conocían los imanes. Tales de Mileto en el s. VI a. C., descubrió que el ámbar frotado con lana atrae cuerpos muy ligeros. W. Gilbert (1540-1603), médico de Isabel I de Inglaterra comprobó que esta propiedad la tenían también otros muchos cuerpos y fue el primero en usar el vocablo "electricidad" (elektron significa ámbar en griego). Stephen Gray en 1733 comprobó que existían cuerpos conductores y aisladores. En 1750 Benjamín Franklin demostró la naturaleza eléctrica de los rayos de las tormentas. L. Galvani en 1785 observó la acción de la corriente eléctrica sobre los seres vivos.

Ninguna de las observaciones realizadas por estos investigadores resultó útil por no proporcionar aplicaciones prácticas de los fenómenos eléctricos. Estas comenzaron en el s. XIX, con grandes progresos en el campo de la electroquímica: A. Volta en 1800 construyó la primera pila técnicamente eficaz; en este mismo año W. Nicholson logró la electrólisis (v.) del agua, descomponiéndola en oxígeno e hidrógeno gracias al paso por ella de una corriente eléctrica; en 1810 H. Ch. Oersted demostró la acción de la corriente sobre una aguja imantada y en 1820 G. S. Ohm enunció las leyes de la corriente eléctrica (v.), mientras que las de la electrodinámica eran establecidas en 1822 por A. M. Ampére. En 1827 J. Henry anuncia él invento del primer electroimán práctico, lo que lleva directamente al telégrafo electromagnético patentado en 1840 por S. F. Morse, quizá el momento más importante en la historia de las comunicaciones. En 1831 M. Faraday establece los principios de la inducción magnética, con lo que abre el camino a la creación de las modernas máquinas: los motores, generadores y transformadores. En 1876, J. P. Joule publica el resultado de sus trabajos sobre la producción de calor por la corriente eléctrica.

En esta misma época tienen lugar grandes avances en el campo teórico. A tal efecto puede citarse a H. F. Lenz, K. F. Gauss, J. B. Foucault, G. R. Kirchhoff y sobre todo a J. C. Maxwell (v.) con su teoría electromagnética de la luz.

Hacia 1880, dos inventos esenciales en la vida moderna hacen su aparición: la lámpara de incandescencia de Th. A. Edison y el teléfono de G. Bell. En 1882 comienza a funcionar en EE. UU. la primera instalación central de corriente continua. En 1883, Edison anuncia el descubrimiento del efecto que lleva su nombre, primera indicación de la emisión termoiónica de electrones y apertura del campo de la electrónica (v.). En 1888 H. Hertz consigue producir las ondas electromagnéticas previstas por Maxwell, cuya detección hace posible E. Branly en 1890, con lo cual G. Marconi puede en 1899 organizar la primera comunicación radiotelegráfica. En 1895 W. K. Roentgen descubre los rayos X. Así se llega al s. XX, en que la industrialización de las técnicas eléctricas lleva a una aplicación práctica de todos los principios anteriores, que tienen un uso extenso en la vida cotidiana.

Paralelamente se llevan a cabo intensas investigaciones que repercuten en un progreso constante de todas las técnicas. Esto hace que el lapso de tiempo entre el invento y la producción que era de unos 30 años durante el siglo pasado, sea en la actualidad de unos pocos meses. El fenómeno más importante del s. XX es el descubrimiento de la energía nuclear, indiscutible fuente productora de electricidad del futuro, aunque en la actualidad sólo sea responsable de una pequeña parte de la producción mundial.

Las partes fundamentales de la e. son las que estudian, respectivamente, los circuitos eléctricos, las máquinas eléctricas y la energía eléctrica en sus aspectos de producción, transporte y distribución.

Teoría de circuitos. En la electrostática (v.) se estudia la naturaleza de las cargas eléctricas y los campos de fuerzas por ellas generados.

Si se tienen dos cuerpos conductores con potenciales respectivos UA y UB y se unen por un conductor, el conjunto forma un conductor único que alcanza un potencial común intermedio. Para llegar a ello es preciso que pasen electrones de uno a otro cuerpo. Entonces se dice que una corriente pasa por el conductor que une ambos cuerpos. Se llama circuito a un sistema de conductores que son recorridos por una corriente eléctrica (v.). En él pueden estar intercalados uno o varios aparatos productores de energía eléctrica y asimismo uno o varios aparatos que consuman dicho tipo de energía para transformarla en energía química, mecánica, térmica o magnética.

Para el estudio teórico todos estos aparatos pueden reducirse en último extremo al circuito elemental que consta de una fuente G de energía eléctrica que produce una tensión U, y como cargas del circuito una resistencia R, una autoinducción L y un condensador con capacidad C. La corriente en el circuito puede ser continua o alterna. Esta última tiene grandes ventajas, como son el permitir llegar prácticamente en las máquinas a voltajes muy elevados, siendo además de construcción más fácil y robusta. Sin embargo, el transporte a grandes distancias tiene menos pérdidas con corriente continua que alterna, aunque en la práctica se hace en esta última forma por lo fácil que resulta la elevación y reducción de tensión mediante transformadores.

Máquinas eléctricas. Para hacer una división general de las máquinas eléctricas (v. GENERADORES Y MOTORES I) usaremos los símbolos: N=número de revoluciones del rotor; f1=N1=frecuencia de la corriente en el inductor; f2=N2= frecuencia en el inducido; fL=frecuencia en el circuito exterior; P=número de polos.

Se pueden presentar entonces los casos siguientes:

A) Máquinas estáticas (N=0, f1 = f2).

El inducido o el inductor son fijos. Puede suceder:

1) Flujo de inductor constante (fl=0; f2=N, P=0).

No existen en la práctica este tipo de máquinas.

2) Flujo de inductor variable (fl 9- 0; f2=f1)Esto es, la frecuencia es la misma en el inducido y en el inductor. Se tienen dos casos:a) Conexiones fijas o por anillos colectores al exterior (fL=f2). Ejemplos: el transformador (v.) y el regulador de inducción.

b) Conexiones al exterior por colector (fL7’-f2): la máquina conmutatriz.

B) Máquinas rotatorias (N~7’-0). El inducido o el inductor son móviles. Dentro de este tipo de máquinas puede suceder:1) Flujo de inductor constante (fi=0; f2=N-P). En este caso la frecuencia del inducido no depende más que de la velocidad de giro. Se las llama máquinas síncronas o sincrónicas, siendoN=f2lPla velocidad de sincronismo.

a) Conexiones fijas o por anillos colectores al exterior (fL=f2). Son las máquinas síncronas propiamente dichas, entre las cuales están el generador síncrono o alternador y el motor síncrono.

b) Conexiones al exterior por colector (fL=f2). En este caso se engloban la dínamo, el motor de corriente continua y una serie de máquinas menos frecuentes como la metadina, el rototral, la amplidina, y la máquina de Rosenberg.

2) Flujo de inductor variable (f1#0; f2=fi±N-P).

La velocidad de giro es diferente de la de sincronismo.

a) Conexiones fijas (fL=f2)- Pertenecen a este grupo el motor asíncrono de inducción, el generador asíncrono y el convertidor asíncrono.

b)Conexiones por colector (f L#f2). Son los motores de colector.

De todas estas máquinas, sólo algunas son de aplicación frecuente.

Energía eléctrica. La energía eléctrica es extraordinariamente manejable, por lo que juega un papel de suma importancia en la vida moderna, siendo por lo general una etapa intermedia entre un productor de energía no eléctrica y un consumidor de energía también no eléctrica.

Así, en un sistema energético eléctrico se pueden distinguir las partes siguientes: a) Producción: A partir de cualquier otra forma de energía en energía eléctrica. b) Transporte y distribución: la energía eléctrica, modificando una u otra de sus características, se lleva del centro de producción al de consumo. c) Consumo: la energía eléctrica se transforma en calorífica, luminosa, mecánica, etc.

El mayor inconveniente es la imposibilidad de su almacenamiento a escala industrial, aunque en acumuladores (v. PILAS Y ACUMULADORES) se pueden almacenar pequeñas cantidades. Las fuentes de energía que se utilizan en la producción son: solar, hidráulica, química y nuclear. Los tres tipos de centrales de gran producción actualmente utilizadas y sus esquemas son los siguientes:

1) Térmica:Combustible fósil -> calor --> turbina de vapor -> energía mecánica --> alternador ---> energía eléctrica.

2) Hidráulica:Energía hidráulica -> turbina --> energía mecánica -> alternadorenergía eléctrica.

3) Nuclear:Fusión o fisión nuclear -~ calor -> turbina de vapor --> energía mecánica -> alternador -> energía eléctrica.

La energía producida se transporta al punto de consumo mediante tendidos de cables aéreos o subterráneos (V. ELÉCTRICA, ENERGÍA).

Instrumentos de medida. Para medir corrientes eléctricas se utilizan galvanómetros, siendo el más frecuente el de bobina móvil, que consta de un imán lo suficientemente grande como para hacer despreciable el campo magnético terrestre y una bobina móvil a la que se hace llegar la corriente que se desee medir. Al cargarse la bobina, el campo magnético al que se encuentra sometida debido al imán, hace que se mueva y, en consecuencia, se mueve también la aguja indicadora solidaria a la bobina.

Si la magnitud que desea medirse es la intensidad, se utiliza un amperímetro, que es un galvanómetro que lleva un conductor de poca resistencia conectado en paralelo con la bobina móvil. Si se desea medir un voltaje, se utiliza un voltímetro que lleva un conductor de gran resistencia conectado en serie con la bobina móvil. Las conexiones con el circuito deben hacerse en serie para el amperímetro y en paralelo para el voltímetro (v. MEDIDAS ELÉCTRICAS, INSTRUMENTOS PARA).

V. t.: GENERADORES Y MOTORES I.

1. CLEMENTE PUEYO S. FERNÁNDEZ DEL AMO.

BIBL.: DAGNEAUX-LULLY, Electrotecnia: Teoría general y máquinas de corriente continua y de corriente alterna, Madrid 1964; A. FOUILLÉ, Électrotechnique à 1’usage des ingénieurs, París 1952; SMYTHE, Static and dynamic electricity, Nueva York 1939; D. R. CLEMENT, Transformateurs et moteurs d’ induction, París 1950; RICHTER, Elektrische Machinen, Basilea 1950.