necesidades de tipo térmico y eléctrico en las viviendas y en los edificios de viviendas es el primer paso que se debe tener en cuenta a la hora de estimar si una instalación solar va a ser o no rentable, ya que de otra manera la inversión no sería económicamente correcta.
3.1. Conceptos de termodinámica
El primer principio de la termodinámica, se recuerda, es que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma:
Q = ΔE + W
Siendo Q la cantidad de calor o energía que recibe el sistema y ΔE la variación de energía en el sistema (calor o frío), que se calcula con la diferencia entre la energía final (Ef) y la energía inicial (Ei). W representa el trabajo.
ΔE = Ef − Ei = Q − W
En el caso de conseguir que el calor se transforme en trabajo, se producirá un aumento de la temperatura; por ejemplo, en una máquina que se calienta al desplazar sus mecanismos (motor térmico).
En el caso de una máquina frigorífica, empleada para bajar la temperatura ambiente de un recinto, esta se encarga de extraer calor, por lo que la energía interna aumenta, aumentando también la temperatura del gas incluido en el compresor. El trabajo que se tiene es el incremento de temperatura más el calor que se extrae.
W = ΔE + Q
Actividades
6. Escribir un listado de aparatos domésticos empleados para conseguir calor y frío.
3.2. Conceptos de electricidad
En cualquier instalación, normalmente se utiliza la electricidad para el funcionamiento de muchos de sus elementos. El conocimiento básico de las variables que intervienen en la electricidad, tanto de corriente continua como alterna, ayuda a la identificación de los problemas que pudieran aparecer en las máquinas y las instalaciones de todo tipo.
La intensidad, la tensión y la resistencia están unidas por la ley de Ohm, básica en el cálculo de los circuitos eléctricos.
La corriente eléctrica
Es el fenómeno que se produce cuando se desplazan los electrones (e-) libres de un cuerpo que los tiene en exceso (electronegativo) hacia otro cuerpo que tiene menos electrones (electropositivo) cuando estos se encuentran unidos por un elemento conductor.
Como ya se señaló anteriormente, los electrones en el átomo se encuentran realizando trayectorias alrededor del núcleo formado por protones (positivos) y neutrones (sin carga), de modo que, cuando un material se une a otro, el conductor hace de camino para que uno ceda electrones al otro y se consiga el equilibrio entre los dos.
Importante
En cualquier material, el camino para el desplazamiento de los electrones libres a través de él se realiza por los huecos de su composición atómica.
Magnitudes elementales (V, I y R). Ley de Ohm
En cualquier circuito eléctrico, ya se trate de corriente continua (CC) o corriente alterna (CA), existen tres variables: la tensión (V), la intensidad (I) y la resistencia (R), relacionadas por la ley de Ohm.
La tensión, también llamada diferencia de potencial, es la diferencia de electrones que existe entre dos cuerpos cargados que se ponen en contacto. Un cuerpo estará a más tensión o tendrá mayor potencial cuando el número de electrones libres de los que dispone para abandonarlo hacia otro cuerpo es mayor que el cuerpo a donde llegan.
La unidad de tensión eléctrica es el voltio (V), por lo que tradicionalmente también se denomina voltaje a la tensión de un circuito.
La intensidad es la cantidad de corriente eléctrica que es capaz de circular por un conductor en un tiempo determinado cuando existe una diferencia de potencial entre los dos cuerpos. Siempre estará en función del tamaño de la sección y del material por donde se desplazan los electrones.
La unidad de intensidad eléctrica es el amperio (A).
La resistencia es la oposición que un cuerpo o el conductor que une dos cuerpos opone al paso de los electrones a través de él. Según el material y las dimensiones de la sección, un conductor puede tener mayor o menor resistencia, ya que los huecos que tiene en su estructura dejan más o menos paso a los electrones libres.
La unidad de resistencia eléctrica es el ohmio, representado por la letra griega omega (Ω).
La ley de Ohm relaciona las tres magnitudes de tensión, intensidad y resistencia:
Tensión en voltios (V) = Intensidad de corriente en amperios (A) · Resistencia eléctrica del material en ohmios (Ω)
V = I · R
Potencia eléctrica en vatios (W) = Intensidad2 (A) · Resistencia (Ω)
P = I2 · R
Y también:
Potencia eléctrica en vatios (W) = Tensión (V) · Intensidad (A)
P = V · I
Para una potencia durante un período de tiempo se tiene:
Energía eléctrica = Potencia eléctrica (W) · Tiempo en segundos (t)
Ee = P · t
El voltaje o diferencia de potencial que existe en un circuito eléctrico cerrado depende de la resistencia que el conductor oponga al paso de la intensidad de corriente eléctrica, representada por los electrones libres que realizan el camino.
Aplicación práctica
Está ayudando a su sobrina a realizar una práctica de electricidad para el colegio y necesita comprar una lámpara para un circuito de corriente continua. La pila es de 12 voltios y la intensidad máxima de seguridad permitida en el circuito es de 0,03 amperios.
Calcule la potencia que deberá tener la lámpara y la resistencia que tendrá una vez montada y con el circuito cerrado.
SOLUCIÓN
Potencia eléctrica
