Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía Jesús Barriuso López Dir. Tca. Distribución de electricidad Procesos de construcción de red Mayo 2012

Índice Presentación y objetivos. ¿Qué es la energía? ¿Qué es la potencia? La energía eléctrica. La potencia eléctrica.

Presentación y objetivos

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 1. Presentación y objetivos El Curso básico de electricidad pretende dar una visión general del negocio de electricidad, desde su funcionamiento físico hasta su regulación y retribución. Objetivos: Facilitar un conocimiento general del negocio. Adquirir un conocimiento básico de las unidades de medida utilizadas. Conocer la estructura y funcionamiento de los Sistemas Eléctricos. Familiarizarse con la retribución del servicio eléctrico

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 1. Presentación y objetivos Problema a resolver. CONSEGUIR LLEVAR LUZ Y FUERZA A MÚLTIPLES PUNTOS, A LARGAS DISTANCIAS.

¿Qué es la energía?

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 2. ¿Qué es la energía?

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 2. ¿Qué es la energía? La energía es una propiedad asociada a la materia, en potencia cuando ésta está en reposo, y en tránsito cuando ocurre cualquier transformación en la naturaleza. La cantidad total de energía de un sistema no puede variar, y sus efectos se aprecian en las transformaciones entre distintas formas de almacenamiento energético, esto es, cuando está en tránsito. Definición clásica: capacidad para realizar un trabajo: TRABAJO FUERZA  DISTANCIA

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 2. ¿Qué es la energía? A efectos macroscópicos: Magnitud escalar (numérica). Traducción a un mismo idioma de fenómenos físicos muy dispares. Sencilla cuantificación de los efectos de su transformación. Sustitución de modelos complejos físicos de transformación por dos características básicas: Capacidad energética. Pérdidas en la transformación.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 2. ¿Qué es la energía? Sencilla modelización: Capacidad energética diaria: 1.000 unidades Pérdidas en la transformación energética: 100 unidades. Rendimiento energético: 90% Toda transformación energética de una tipología a otra implica una pérdida de energía en el proceso.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 2. ¿Qué es la energía? Tipologías de energía Mecánica: asociada al movimiento o la posición de objetos. Química: asociada a las posibles transformaciones químicas. Interna : asociada a la estructura atómica de cada elemento. Electromagnética: asociada a los campos eléct. y magnético. Etc.

¿Qué es la potencia?

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. ¿Qué es la potencia? La potencia no es más que la cuantificación temporal de la energía: ENERGÍA POTENCIA = TIEMPO Una misma cantidad de energía se puede manifestar durante un segundo o durante diez, siendo diez veces más potente en la primera situación.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. ¿Qué es la potencia? Ejemplo: dos centrales hidroeléctricas tienen los siguientes esquemas: Central A: mucha altura, poca cantidad de agua Central B: poca altura, mucha cantidad de agua MAYOR POTENCIA, MENOR ENERGÍA MENOR POTENCIA, MAYOR ENERGÍA

La energía eléctrica

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica La energía eléctrica es la manifestación del desplazamiento de electrones por efecto de una fuerza eléctrica: Desplazamiento Electrones  INTENSIDAD ELÉCTRICA Fuerza eléctrica  TENSIÓN ELÉCTRICA Está muy relacionada con el concepto clásico de energía como capacidad de realizar un trabajo, donde la fuerza es una fuerza electromotriz, capaz de mover electrones, y el desplazamiento es el de éstos. Este desplazamiento es posible en los elementos conductores de la naturaleza, fundamentalmente los metales.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica Los metales son aquellos elementos que poseen en sus capas más externas orbitales libres, lo que facilita el flujo de electrones entre los distintos átomos sin apenas rozamiento. A medida que hay menor atracción entre núcleo y electrones, y que existen más huecos libres en la capa de valencia (capa exterior), se hace más fluida la conducción eléctrica. Electrón Protón Neutrón

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica La energía eléctrica es transformada para su utilización de dos formas: Rozamiento  Transformación a energía calorífica y lumínica. Generación de campos  transformación en campos de fuerza y ondas electromagnéticas. En cada una de ellas, como en todas las transformaciones de energía, hay una pequeña pérdida. Sin embargo, la energía eléctrica, antes de ser transformada en estos elementos, es capaz de alcanzar muy largas distancias a través de elementos metálicos.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica El símil hidráulico Corriente o Intensidad = I Resistencia = R Voltaje o Tensión = V Si aumentamos la “altura” de nuestro “embalse", es decir, el Voltaje (V), aumentará el “caudal”, esto es la Corriente o Intensidad (I), si la Resistencia (R) es la misma. Si aumentamos la "rugosidad” de la tubería, es decir, la Resistencia (R), disminuiría "el caudal” o Intensidad (I), si el Voltaje (V) es el mismo.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica El símil hidráulico Caudal de agua = Intensidad (corriente). Amperios Tiempo funcionando. Segundos Movimiento de la rueda = Potencia eléctrica. Watios Altura = tensión (voltaje). Voltios Fuerza a vencer = resistencia. Ohmios

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica El símil hidráulico Esta proporcionalidad entre la rugosidad y el paso de caudal está expresada, traducida a términos eléctricos, en la Ley de Ohm: “En un circuito eléctrico, la intensidad de corriente que lo recorre, es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia que presenta éste” U I R U=I*R I=U/R

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica El símil hidráulico Como última conclusión del símil hidráulico extraemos que, si empleamos tubos con una muy baja rugosidad, bastará una pequeña caída para conseguir que el agua se desplace una gran longitud con una pequeña pérdida de altura. De la misma forma, si se consiguen conductores con muy baja resistencia eléctrica (esto es, que casi no impidan el desplaz. a las cargas eléctricas), podremos conseguir que la intensidad llegue muy lejos con una pequeña pérdida de tensión. H h

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica En resumen: Si se emplean conductores con muy poca resistencia eléctrica, la energía eléctrica es un tipo de energía muy versátil para su transformación en luz, calor, o campos de fuerza, en puntos muy alejados de la fuente original de energía: Energía en Fuente primaria Transformación de energía Pérdida de energía Energía eléctrica Desplazamiento Energía útil alejada: Luz, calor, etc.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica En resumen: Transformación de energía Pérdida de energía Energía eléctrica Desplazamiento Energía útil alejada: Luz, calor, etc. El reto principal de las empresas del Sector eléctrico es la optimización técnico - económica de los procesos intermedios.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica En energía eléctrica los cálculos de energía y potencia son más sencillos partiendo de la potencia, parámetro habitual de los elementos eléctricos, por tanto: ENERGÍA = POTENCIA * TIEMPO Cuya unidad básica de medida es el Watio * hora y sus múltiplos: kWh = kilowatio * hora = 1.000 Watio * hora MWh = Megawatio * hora = 1.000.000 Watio * hora Estos múltiplos se emplean para la tensión (voltaje) y la intensidad (corriente): kilovoltios, kiloamperios, etc.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica De esta forma es muy sencillo el cálculo de la energía consumida por resistencias eléctricas (bombillas estufas, etc.). Ejemplo: una vivienda dispone de tres bombillas de 100 Watios, una televisión de 300 Watios y un calefactor de 1 kW (1.000 Watios). Si enciende las luces durante 4 horas al día, la televisión durante 2 horas y el calefactor durante 1 hora, ¿Cuánta energía consume en un mes?

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica ENERGÍA = POTENCIA * TIEMPO Energía bombillas = 3 * 100 * 4 = 1.200 Watios * hora Energía televisión = 300 * 2 = 600 Watios * hora Energía calefactor = 1.000 * 1 = 1.000 Watios * hora TOTAL 2.800 Watios * hora Este consumo es diario, por lo que, para pasar a consumo mensual, multiplicamos por 31: TOTAL MENSUAL 86.800 Watios * hora (86.8 kWh)

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 3. La energía eléctrica Es importante recordar la naturaleza escalar de la energía eléctrica, reduciéndose la complejidad de distintos sistemas físicos a la suma de números. En el ejemplo anterior, si además se pone una lavadora de 2 kW cuatro veces al mes, y cada ciclo dura tres horas, se incrementa la energía en: Energía = Potencia * Tiempo Energía unitaria = 2.000 * 3 = 6.000 Wh Energía total = 4 * 6.000 = 24.000 Wh = 24 kWh Siendo el nuevo consumo de energía la suma del anterior y este, 86.8 kWh + 24 kWh = 110.8 kWh.

La potencia eléctrica

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 4. La potencia eléctrica La potencia eléctrica se define en todo elemento eléctrico como el producto de la intensidad por la tensión. POTENCIA = U*I Caudal de agua = Intensidad (corriente). Amperios Altura = tensión (voltaje). Voltios Fuerza a vencer = resistencia. Ohmios Tiempo funcionando. Segundos Movimiento de la rueda = Potencia eléctrica. Watios Volviendo al símil hidráulico, el movimiento de la rueda (potencia), será directamente proporcional al incremento de altura o de caudal.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 4. La potencia eléctrica La unidad de potencia eléctrica es el Watio y sus múltiplos (1 kilowatio = 1.000 Watios, 1 Megawatio = 1.000.000 Watios). A diferencia de otras cuantificaciones de energía y potencia, la potencia eléctrica puede ser negativa (en caso de que tensión o intensidad sean de signos contrarios, corrientes alternas). En este caso, se emplea como unidad general el voltamperio (Voltios * Amperios), sin embargo, por su mayor complejidad, esta situación se expondrá en el desarrollo del Curso básico de Distribución de energía eléctrica.

Curso básico de electricidad Conocimientos básicos de energía 4. La potencia eléctrica

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