Banco de capacitores

La corriente debe ser transportada hacia nuestros hogares desde las plantas generadoras. La forma en esto se hace es por medio de los cables de alta tension por los que fluye la corriente. Para poder ser transportada por distancias tan largas las plantas gerneradoras hacen uso de la corriente alterna, llamada asi por que tiene la forma de una onda senoidal que ademas es periodica y en nuestro caso oscila a una frecuencia de 60 Hz.

Los aparatos electricos que usamos a diario pricipalmente se componen de bobinas (ventiladores, licuadoras, refirgerador) lo que genera principalmente una carga inductiva, esto quiere decir se da un fenómeo en el que la corriente se atrasa 90 grados con respecto al voltaje y esto genera un consumo con un Factor de Potencia (FP) en atraso.

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Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

Denominamos Factor de Potencia al cociente entre la potencia activa y la potencia aparente, que es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente cuando la forma de onda es senoidal. El factor de potencia ideal es cuando este cociente es de 1, ya que mientras mas se acerca a cero mas alto es el costo en nuestros recibos de electricidad. Un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil

Para corregir esto es que se emplean los bancos de capacitores que no haran mas que generar una carga capacitiva. Las cargas capacitivas y reactivas se contrarrestran entre si lo cual va generando que nuestra crga sea cada vez mas puramente resistiva y esto a su vez hará que nuestro factor de potencia sea maximo y se vaya acercando a ese 1 que necesitamos.

Sensores capacitivos

Para empezar debemos saber que un condensador, a veces denominado capacitor, es un dispositivo formado por dos conductores o armaduras, generalmente en forma de placas o láminas, separados por un material dieléctrico, que sometidos a una diferencia de potencial adquieren una determinada carga eléctrica.

A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad, y en el sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo un Faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 Voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 Culombio.

Entonces, un sensor capacitivo es, básicamente, un condensador en el que puede variar cualquiera de los parámetros que definen su capacidad: área efectiva, distancia entre placas y permitividad del dieléctrico. Al colocar cualquier tipo de objeto delante del sensor, se varía el dieléctrico del condensador y, por tanto, la capacidad de este. Al variar la capacidad variaremos la amplitud de las oscilaciones análogamente a como pasa en el sensor inductivo.

Las sustancias metálicas y las no metálicas, tanto si son líquidas como sólidas, disponen de una cierta conductividad y una constante eléctrica. Los sensores capacitivos detectan los cambios provocados por estas sustancias en el campo eléctrico de su área de detección. La evaluación de los cambios proporciona información exacta sobre la presencia de objetos en esta área o, por ejemplo, los niveles de material en contenedores y silos.

Detección de nivel

En esta aplicación, cuando un objeto (líquidos, granulados, metales, aislantes, etc.) penetra en el campo eléctrico que hay entre las placas sensor varía el dieléctrico, variando consecuentemente el valor de capacitancia.

Censado de humedad

El principio de funcionamiento de esta aplicación es similar a la anterior. En esta ocasión el dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su permitividad con respecto a la humedad del ambiente.

Detección de posición

Esta aplicación es básicamente un condensador variable, en el cual una de las placas es móvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva entre las dos placas, variando también el valor de la capacitancia, y también puede ser usado en industrias químicas.

Teclados capacitivos

Son teclados que tienen la misma funcion que los teclados comunes que conocemos y por consiguiente las mismas aplicaciones, pero estos tienen ciertas ventajas.

En un teclado normal, tambien llamados teclados de membrana o de cúpula de goma, las teclas reposan sobre una cúpula fabricada en goma, de pequeño tamaño y gran flexibilidad, con un centro rígido de carbono.

Cuando se realiza una pulsación, una pieza colocada bajo la superficie de la tecla hunde la cúpula. Esto hace que el centro de carbono se hunda también, hasta tocar una pieza metálica situada en la matriz de circuitos. Mientras la tecla permanezca pulsada, el centro de carbono cerrará el circuito apropiado. Cuando la tecla se libera, la cúpula de goma vuelve a su posición original, y el centro de carbono deja de cerrar el circuito asociado a la tecla. Como consecuencia, la tecla también vuelve a su posición original, quedando lista para volver a ser presionada.

Pasando a una tecnología no mecánica, encontramos los teclados capacitivos. En estos, los interruptores no son realmente mecánicos: de hecho, la corriente fluye continuamente por toda la matriz de teclas.

Cada tecla está provista de un muelle, que asegura el retorno a su posición original tras una pulsación. Bajo la superficie de cada tecla se halla una pequeña placa metálica. Bajo dicha placa, a una cierta distancia, se halla otra nueva placa metálica. El conjunto de dos placas metálicas separadas por un material dieléctrico (el aire, en este caso) no es más que un condensador. La capacidad de dicho condensador varía en función de la distancia entre las placas. Por tanto, al pulsar la tecla (y por tanto acercar las placas), se produce un cambio de capacidad que sirve para detectar la pulsación de la tecla.

El coste de estos teclados es elevado pero, por otro lado, se deterioran muy poco a diferencia de los mecanicos. Ya que las dos placas nunca entran en contacto directo, no existen rebotes, lo que supone otra ventaja importante. Además la capacitancia varia de acuerdo a la distancia entre las teclas, lo que hace que los valores puedan ser medidos y se detecte por ejemplo, la fuerza con la que es presionada una tecla lo cual le da una excelente utilidad en el area dispositivos de juego y entretenimiento.

Acumuladores eléctricos

El funcionamiento de un acumulador está basado esencialmente en algún tipo de proceso reversible, es decir, un proceso cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente se transformen en otros, que a su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante el de carga.

Resulta que procesos de este tipo son bastante comunes, por extraño que parezca, en las relaciones entre los elementos químicos y la electricidad durante el proceso denominado electrólisis y en los generadores voltaicos o pilas. Los investigadores del siglo XIX dedicaron numerosos esfuerzos a observar y a esclarecer este fenómeno, que recibió el nombre de polarización.

Un acumulador es así un dispositivo en el que la polarización se lleva a sus límites alcanzables y consta en general de dos electrodos, del mismo o de distinto material, sumergidos en un electrolito

El primer acumulador eléctrico lo construyó Johann Wilhelm Ritter en 1803. Como muchos otros que le siguieron, era un prototipo teórico y experimental, sin posible aplicación práctica.

En 1860 Gaston Planté construyó el primer modelo de acumulador de plomo-ácido con pretensiones de ser un aparato utilizable, lo que no era más que muy relativamente, por lo que no tuvo éxito. A finales del siglo XIX sin embargo la electricidad se iba convirtiendo rápidamente en artículo cotidiano y cuando Planté volvió a explicar públicamente las características de su acumulador en 1879 tuvo una acogida mucho mejor, de modo que comenzó a ser fabricado y utilizado casi inmediatamente, iniciándose un intenso y continuado proceso de desarrollo para perfeccionarlo y soslayar sus deficiencias, proceso que dura hasta nuestros días.

Thomas Alva Edison inventó en 1900 otro tipo de acumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo electrolito es la potasa cáustica (KOH). Empezaron a comercializarse en 1908 y son la base de los actuales modelos alcalinos, ya sean recargables o no.

También hacia 1900 Junger y Berg descubrieron en Suecia el acumulador Ni-Cd, que utiliza ánodos de cadmio en vez de hierro, siendo muy parecido al de ferro níquel en las restantes características.

Aunque existen muy diversos tipos, en general un acumulador consta de dos electrodos, generalmente de distinto material, sumergidos en un electrolito

Los acumuladores de plomo constituyen el tipo primitivo de acumulador. Están constituidos por dos electrodos de plomo y el electrolito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles

Su funcionamiento es el siguiente:

Durante el proceso de carga inicial en el polo positivo, se desprende oxigeno (O2), por lo que en un proceso de oxidación se forma peróxido de plomo (Pb O2), mientras que en el negativo, se desprende hidrógeno (H), por lo que si el electrodo tuviese algo de óxido, este sería reducido quedando finalmente como plomo metálico.

Durante la descarga los átomos de plomo del electrodo negativo ceden dos electrones que a través del circuito de descarga pasan al electrodo positivo, donde estos atraen los iones H⁺ del ácido sulfúrico del electrolito neutralizándolos y formando sulfato de plomo (SO₄Pb). En el electrodo negativo los iones SO₄^{- -} reaccionan con el plomo formando también sulfato de plomo.

En la carga siguiente mediante la aplicación de una corriente eléctrica se realiza el intercambio electrónico inverso, restituyendo los electrodos a su primitivo estado de peróxido de plomo el positivo y plomo metálico el negativo.

No obstante, este proceso no se puede repetir indefinidamente porque cuando el sulfato de plomo forma cristales muy grandes estos ya no pueden ser modificados y se dice que el acumulador se ha sulfatado, por lo que debe ser sustituido.

El precipitador electrostático

Aparato eléctrico desarrollado hacia 1906 para eliminar impurezas como el polvo, el humo o el vapor que se encuentran suspendidas en el aire o en otros gases. A pesar de ser más caros que otros colectores mecánicos, como los filtros de aire, los precipitadores electrostáticos son más eficientes, sobre todo en la eliminación de partículas muy pequeñas. El gas que va a ser purificado se mueve a través de conductos que tienen una serie de electrodos de descarga colocados en sus centros, aislados eléctricamente del resto del precipitador. Los electrodos se alimentan con corriente continua a alto voltaje, que va de los 30.000 a los 50.000 V. Al otro lado de los electrodos de descarga, se encuentran los grandes electrodos de metal del colector que están cargados eléctricamente.

La corriente de alto voltaje que se aplica a los electrodos de descarga ioniza las impurezas: esta ionización carga las partículas en suspensión. Los electrodos del colector tienen una carga opuesta a la de las partículas ionizadas, de tal forma que éstas se mueven hacia estos electrodos y llegan a depositarse en la superficie de los mismos. Los electrodos del colector deben lavarse o limpiarse cada cierto tiempo para eliminar las impurezas depositadas. Los precipitadores electrostáticos se usan mucho para eliminar la contaminación atmosférica de las chimeneas de los aparatos industriales como, por ejemplo, las calderas de vapor y los hornos de cemento. Además se utilizan para recoger vapores de ácido sulfúrico y de ácido fosfórico, y para recuperar compuestos de sodio en la sosa y en molinos de pasta de sulfato.

Alessandro Volta

Alessandro Volta, o Conde Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, físico y pionero en los estudios de la electricidad, nació en Como, Lombardía, Italia, el 18 de febrero de 1745, en el seno de una familia de nobles. A los siete años falleció el padre y la familia tuvo que hacerse cargo de su educación. Desde muy temprano se interesó en la física y a pesar del deseo de su familia de que estudiara una carrera jurídica, él se las ingenió para estudiar ciencias.

En 1773 contrajo matrimonio con Teresa Peregrini, con la que tuvo tres hijos. Al año siguiente pasó a ser profesor de física de la Royal School de Como. En 1775 inventó el electróforo, dispositivo con el que podía producir corriente estática; en 1778, interesado por la composición de los gases, descubrió y aisló el gas metano. Ese descubrimiento le abre las puertas de la fama dentro de la comunidad científica de la época y le da la oportunidad de conocer y relacionarse con otros científicos. Un año después lo nombran catedrático de física experimental de la Universidad de Pavia.

En 1780 Luigi Galvani, científico y profesor de anatomía de la Universidad de Bolonia, en Italia, descubrió que al conectar dos metales diferentes en el muslo de una rana, se generaba una pequeña corriente eléctrica que se podía medir. Cuando en 1791 se publicaron los resultados de sus experimentos para obtener “electricidad animal”, Volta se propuso encontrar otras alternativas que le permitieran obtener electricidad sin utilizar tejido animal.

A partir de 1794 comenzó a experimentar con diferentes tipos de metales en sustitución de los tejidos orgánicos y en 1800 descubrió que colocando dos metales diferentes, de forma separada, dentro de un vaso conteniendo salmuera (agua y sal), se generaba igualmente electricidad.

Mediante las múltiples pruebas que realizó pudo determinar que los metales más apropiados para esa función eran el zinc y la plata (que posteriormente sustituiría por cobre). El siguiente paso fue experimentar lo qué ocurriría si conectaba varios vasos entre sí. Debido a que con salmuera líquida era engorroso realizar esos experimentos, ideó la alternativa de impregnar cartón con la salmuera, sustituyendo posteriormente ese material por un paño empapado igualmente en salmuera, emparedándolo entre los dos metales, para formar una celda. De esa manera pudo unir varias entre sí, colocándolas unas encima de las otras, hasta formar una batería de celdas conectadas en serie

El Volt

Es la unidad derivada del SI para medir el potencial eléctrico y el voltaje, se le da este nombre en honor a Alessandro Volta.

El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un ampere disipa un watt de potencia.

El voltio también puede ser definido como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 joule para trasladar del uno al otro la carga de 1 coulomb :

El instrumento de medición para medir voltaje es el voltímetro .

Desde luego, el coulomb-volt es un joule. Pero 1 C de carga es demasiado grande cuando se aplica a particulas individuales, y la unidad correspondiente de energía (el joule) es también muy grande. La unidad de energía mas conveniente en física atómica y nuclear es el electrón-volt(eV).

El electrón-volt es una unidad de energía equivalente a la energía adquirida por un electrón que es acelerado a través de una diferencia de potencial de un volt.