Bernabé Jiménez Padilla - Necesidades energéticas y propuestas de instalaciones solares. ENAC0108

El ciclo T se repite, siendo el número de ciclos por segundo lo que se llama frecuencia,que se mide en hercios (Hz). La corriente alterna en Europa es de 50 Hz, y en América de 60 Hz.

Sabía que...

Existe, además, un tipo de corriente llamada “pulsatoria” que tiene valores constantes de polaridad con picos y valles en su tensión.

El origen de la utilización de la corriente alterna se debe al descubrimiento de las propiedades magnéticas de la electricidad (Oersted), y con las que se puede generar electricidad en las centrales a partir de energía de movimiento mecánico de las aspas de una turbina.

Actividades

9. ¿No siente curiosidad por saber en qué consistió el experimento de Oersted? Cuando lo conozca, nunca lo olvidará. Es sorprendente.

Transformador

Con el transformador se pueden variar los valores de tensión e intensidad de la corriente alterna, consiguiéndose en el devanado del secundario una reducción de la tensión y un aumento de la intensidad, o viceversa, debido a la influencia del núcleo ferromagnético y a la variación del número de espiras que lo envuelven (N1 → N2). Solo se pueden realizar estas variaciones en la corriente alterna (CA), en la que circulan los electrones de un extremo a otro del generador, cambiando su polaridad de manera instantánea cuando el circuito está cerrado.

Definición

Núcleo ferromagnético

Es donde se genera el campo magnético de la electricidad, compuesto de hierro dulce y arrollamiento de hilo de cobre.

El transformador se emplea para reducir la intensidad y subir el voltaje de la electricidad a la salida de la planta generadora, así como para conseguir que en el transporte por la red no se produzcan calentamientos excesivos por el ya conocido efecto Joule. De esta manera, se podrá transportar la electricidad hasta los puntos de consumo, pero habrá que transformarla de nuevo antes de utilizarla, reduciendo su tensión y aumentando su intensidad para conseguir una tensión de 230 voltios, habitual en las viviendas.

En una vivienda unifamiliar, para conseguir el confort en los días de verano y de invierno, se necesitan instalar elementos que se encarguen de enfriar o calentar las estancias. Además, influyen los picos de frío y calor que se pueden presentar dentro de los períodos diarios y estacionales.

La estimación de la demanda necesaria depende del volumen de cada habitación y del período de tiempo que se estará en cada una de ellas a lo largo del día, ya que no es lo mismo un salón que un dormitorio, un baño o un pasillo.

La instalación de calefacción, aire acondicionado (AA) y agua caliente sanitaria (ACS) se deberá proyectar en función de la situación geográfica y los usos, para lo cual se deberá calcular el volumen de aire a calentar o a enfriar, midiendo el tamaño real de las estancias.

Como información útil, se indican las fórmulas que se utilizan en los cálculos de energía calorífica:

1 julio (J) = 0,24 calorías (cal)

1 hora (h) = 60 minutos (min) · 60 segundos (s) / minuto = 3600 s

1 KWh = 1000 vatios (W) · 3600 s = 3600000 J

3600000 J · 0,24 cal = 864000 cal = 864 Kcal

Cuando la energía (E) viene expresada en Julios (J)

Cantidad de calor (Q) en calorías = 0,24 · E

Cuando la energía (E) viene expresada en kilovatios hora (KWh)

Cantidad de calor (Q) en Kilocalorías = 0,24 · 864 · E

Aplicación práctica

Le avisaron de que existe un problema en una instalación de climatización industrial, ya que el calor que desprenden unas estufas es menor del esperado. El rendimiento teórico debe ser del 80%, y el calor que se cede actualmente es de 15.500 kcal al 55%.

Calcule el consumo en kWh de las estufas actualmente.

SOLUCIÓN

η = Trabajo realizado (W) / Energía suministrada (E)

55% = 0,55

0,55 = W / 15.500 kcal

W = 0,55 · 15.500 kcal = 8.525 kcal

Se tiene que 1 julio = 0,24 cal, por lo que aplicando una regla de tres:

1 J = 0,24 cal

A = 8.525 cal

A = (1 J · 8.525 cal) / 0,24 cal = 35.520,83 julios

Se tiene que 1 kWh = 3.600.000 julios, por lo que aplicando una regla de tres:

1 kWh = 3.600.000 J

B = 35.520,83 J

B = (1 kWh · 35.520,83 J) / 3.600.000 J = 0,00986 kWh

En un edificio de viviendas donde existen zonas comunes de pasillos y escaleras que se deben iluminar, además de los servicios de ascensor y limpieza, es necesario realizar una estimación de necesidades eléctricas diferente.

Además de influir los períodos temporales en las estancias de las viviendas, hay que tener en cuenta que la electricidad es la energía más utilizada debido a que cualquier otro tipo de energía se puede transformar en ella.

Por ello, desde el calentador de agua eléctrico, las estufas de calefacción fijas y portátiles, la iluminación y los electrodomésticos, hasta el eventual ascensor y la maquinaria de limpieza, se deben tener en cuenta a la hora de la estimación y el cálculo de consumos, así como el tamaño de la vivienda, en la que puede existir un nivel de electrificación básica o un nivel de electrificación elevada.

Sabido es que el tipo de electricidad que se utiliza es de corriente alterna (CA). Al existir motores interviene en el cálculo de consumos y potencias unas nuevas variables, llamadas reactanciay capacitancia,relacionadas con la resistencia (R), ya que las bobinas tienen un componente electromagnético.

Los circuitos domésticos e industriales pueden ser monofásicos o trifásicos, y el cálculo de la energía necesaria se realiza de manera diferente. Como información útil, se indican las fórmulas que se utilizan:

Cuando la energía (E) viene expresada en Julios (J)

En circuitos monofásicosEnergía (E) = Tensión (V) · Intensidad (I) · tiempo (t) En circuitos trifásicosEnergía (E) = · Tensión (V) · Intensidad (I) · tiempo (t) t → tiempo en segundos (s)