Circuitos Eléctricos

1. CIRCUITO ELÉCTRICO, trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término
se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y
dispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotriz que transporta
la corriente por el circuito. Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y
aquéllos en los que el trayecto no es continuo se denominan abiertos. Un cortocircuito
es un circuito en el que se efectúa una conexión directa, sin resistencia, inductancia ni
capacitancia apreciables, entre los terminales de la fuente de fuerza electromotriz.

1.1. LEY DE OHM
La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La ley básica
del flujo de la corriente es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico
alemán Georg Ohm. Según la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un
circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza
electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del
circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de
corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios.
La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua
(CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos
complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen
inductancias y capacitancias.

Un circuito en serie es aquél en que los dispositivos o elementos del circuito están
dispuestos de tal manera que la totalidad de la corriente pasa a través de cada
elemento sin división ni derivación en circuitos paralelos.

La manera más simple de conectar componentes eléctricos es disponerlos de forma
lineal, uno detrás del otro. Este tipo de circuito se denomina “circuito en serie”. Si una
de las bombillas del circuito deja de funcionar, la otra también lo hará debido a que se
interrumpe el paso de corriente por el circuito. Otra manera de conectarlo sería que
cada bombilla tuviera su propio suministro eléctrico, de forma totalmente
independiente, y así, si una de ellas se funde, la otra puede continuar funcionando.
Este circuito se denomina “circuito en paralelo”.

Cuando en un circuito hay dos o más resistencias en serie, la resistencia total se calcula

sumando los valores de dichas resistencias. Si las resistencias están en paralelo, el
valor total de la resistencia del circuito se obtiene mediante la fórmula

En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos, por ejemplo las lámparas
incandescentes o las celdas de una batería, están dispuestos de manera que todos los
polos, electrodos y terminales positivos (+) se unen en un único conductor, y todos los
negativos (-) en otro, de forma que cada unidad se encuentra, en realidad, en una
derivación paralela. El valor de dos resistencias iguales en paralelo es igual a la mitad
del valor de las resistencias componentes y, en cada caso, el valor de las resistencias
en paralelo es menor que el valor de la más pequeña de cada una de las resistencias
implicadas. En los circuitos de CA, o circuitos de corrientes variables, deben
considerarse otros componentes del circuito además de la resistencia.
1.2. LEYES DE KIRCHHOFF
Si un circuito tiene un número de derivaciones interconectadas, es necesario aplicar
otras dos leyes para obtener el flujo de corriente que recorre las distintas derivaciones.
Estas leyes, descubiertas por el físico alemán Gustav Robert Kirchhoff, son conocidas
como las leyes de Kirchhoff. La primera, la ley de los nudos, enuncia que en cualquier
unión en un circuito a través del cual fluye una corriente constante, la suma de las
intensidades que llegan a un nudo es igual a la suma de las intensidades que salen del
mismo. La segunda ley, la ley de las mallas afirma que, comenzando por cualquier
punto de una red y siguiendo cualquier trayecto cerrado de vuelta al punto inicial, la
suma neta de las fuerzas electromotrices halladas será igual a la suma neta de los
productos de las resistencias halladas y de las intensidades que fluyen a través de ellas.
Esta segunda ley es sencillamente una ampliación de la ley de Ohm.

En este circuito eléctrico formado por dos generadores, de fuerzas electromotrices
1 y 2, y tres resistencias, R1, R2 y R3, se puede aplicar la ley de los nudos al
nudo B y la ley de las mallas a las redes ABEF y BCDE.

1.3. IMPEDANCIA
La aplicación de la ley de Ohm a los circuitos en los que existe una corriente alterna se
complica por el hecho de que siempre estarán presentes la capacitancia y la
inductancia. La inductancia hace que el valor máximo de una corriente alterna sea
menor que el valor máximo de la tensión; la capacitancia hace que el valor máximo de la
tensión sea menor que el valor máximo de la corriente. La capacitancia y la inductancia
inhiben el flujo de corriente alterna y deben tomarse en cuenta al calcularlo. La
intensidad de corriente en los circuitos de CA puede determinarse gráficamente
mediante vectores o con la ecuación algebraica

en la que L es la inductancia, C la capacitancia y f la frecuencia de la corriente. El valor
obtenido en el denominador de la fracción se denomina impedancia del circuito y suele
representarse por la letra Z. Por consiguiente, la ley de Ohm para los circuitos
integrados suele expresarse por la ecuación sencilla I = / Z.

Símbolos de algunos elementos de un circuito eléctrico.

2. MEDIDORES ELECTRICOS, instrumentos que miden e indican magnitudes
eléctricas, como corriente, carga, potencial y energía, o las características eléctricas de
los circuitos, como la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. La
información se da normalmente en una unidad eléctrica estándar: ohmios, voltios,
amperios, culombios, henrios, faradios, vatios o julios. Dado que todas las formas de la
materia presentan una o más características eléctricas es posible tomar mediciones
eléctricas de un número ilimitado de fuentes.

2.1. MECANISMOS BÁSICOS DE LOS MEDIDORES
Por su propia naturaleza, los valores eléctricos no pueden medirse por observación
directa. Por ello se utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una fuerza
física susceptible de ser detectada y medida. Por ejemplo, en el galvanómetro, el
instrumento de medida inventado hace más tiempo, la fuerza que se produce entre un
campo magnético y una bobina inclinada por la que pasa una corriente produce una
desviación de la bobina. Dado que la desviación es proporcional a la intensidad de la
corriente se utiliza una escala calibrada para medir la corriente eléctrica. La acción
electromagnética entre corrientes, la fuerza entre cargas eléctricas y el calentamiento
causado por una resistencia conductora son algunos de los métodos utilizados para
obtener mediciones eléctricas analógicas.

2.2. CALIBRACIÓN DE LOS MEDIDORES
Para garantizar la uniformidad y la precisión de las medidas los medidores eléctricos se
calibran conforme a los patrones de medida aceptados para una determinada unidad
eléctrica, como el ohmio, el amperio, el voltio o el vatio.

2.3. PATRONES PRINCIPALES Y MEDIDAS ABSOLUTAS
Los patrones principales del ohmio y el amperio de basan en definiciones de estas
unidades aceptadas a nivel internacional y basadas en la masa, el tamaño del conductor
y el tiempo. Las técnicas de medición que utilizan estas unidades básicas son precisas y
reproducibles. Por ejemplo, las medidas absolutas de amperios implican la utilización de
una especie de balanza que mide la fuerza que se produce entre un conjunto de
bobinas fijas y una bobina móvil. Estas mediciones absolutas de intensidad de corriente
y diferencia de potencial tienen su aplicación principal en el laboratorio, mientras que en
la mayoría de los casos se utilizan medidas relativas. Todos los medidores que se
describen en los párrafos siguientes permiten hacer lecturas relativas.

2.4. MEDIDORES DE CORRIENTE

Galvanómetros

Los medidores eléctricos permiten determinar distintas magnitudes eléctricas. Dos de
estos dispositivos son el amperímetro y el voltímetro, ambos variaciones del
galvanómetro. En un galvanómetro, un imán crea un campo magnético que genera
una fuerza medible cuando pasa corriente por una bobina cercana. El amperímetro
desvía la corriente por una bobina a través de una derivación (ilustrada debajo del
amperímetro) y mide la intensidad de la corriente que fluye por el circuito, al que se
conecta en serie. El voltímetro, en cambio, se conecta en paralelo y permite medir
diferencias de potencial. Para que la corriente que pase por él sea mínima, la
resistencia del voltímetro (indicada por la línea quebrada situada debajo) tiene que
ser muy alta, al contrario que en el amperímetro.

Los galvanómetros son los instrumentos principales en la detección y medición de la
corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El
mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un
electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo
de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la
bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de
la corriente. Este elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo
que permita leer en un dial el grado de inclinación.
El galvanómetro de inclinación de D'Arsonval utiliza un pequeño espejo unido a una
bobina móvil y que refleja un haz de luz hacia un dial situado a una distancia
aproximada de un metro. Este sistema tiene menos inercia y fricción que el puntero, lo
que permite mayor precisión. Este instrumento debe su nombre al biólogo y físico
francés Jacques D'Arsonval, que también hizo algunos experimentos con el equivalente
mecánico del calor y con la corriente oscilante de alta frecuencia y alto amperaje
(corriente D'Arsonval) utilizada en el tratamiento de algunas enfermedades, como la
artritis. Este tratamiento, llamado diatermia, consiste en calentar una parte del cuerpo
haciendo pasar una corriente de alta frecuencia entre dos electrodos colocados sobre la
piel. Cuando se añade al galvanómetro una escala graduada y una calibración
adecuada, se obtiene un amperímetro, instrumento que lee la corriente eléctrica en
amperios. D'Arsonval es el responsable de la invención del amperímetro de corriente
continua.
Sólo puede pasar una cantidad pequeña de corriente por el fino hilo de la bobina de un
galvanómetro. Si hay que medir corrientes mayores, se acopla una derivación de baja
resistencia a los terminales del medidor. La mayoría de la corriente pasa por la
resistencia de la derivación, pero la pequeña cantidad que fluye por el medidor sigue
siendo proporcional a la corriente total. Al utilizar esta proporcionalidad el galvanómetro
se emplea para medir corrientes de varios cientos de amperios.
Los galvanómetros tienen denominaciones distintas según la magnitud de la corriente
que pueden medir.
Microamperímetros Un microamperímetro está calibrado en millonésimas
de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.
Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes alternas,
porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación en las dos
direcciones.

Electrodinamómetros Sin embargo, una variante del galvanómetro,
llamado electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante
una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie
con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro.
Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento, la
inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose
una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para
medir corrientes continuas.
2.5. Medidores de aleta de hierro Otro tipo de medidor electromagnético es el
medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro
dulce, una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por
la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética
en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección
de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación
de la aleta móvil.

2.6. Medidores de termopar Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se
utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores
de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión de
termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro
convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino
que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un puntero móvil que se
desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.

2.7. MEDICIÓN DEL VOLTAJE

El osciloscopio se utiliza a menudo para tomar medidas en circuitos eléctricos. Es
especialmente útil porque puede mostrar cómo varían dichas medidas a lo largo del
tiempo, o cómo varían dos o más medidas una respecto de otra.

El instrumento más utilizado para medir la diferencia de potencial (el voltaje) es un
galvanómetro que cuenta con una gran resistencia unida a la bobina. Cuando se
conecta un medidor de este tipo a una batería o a dos puntos de un circuito eléctrico
con diferentes potenciales pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la
resistencia en serie) a través del medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que
puede medirse si el galvanómetro se calibra para ello.
Cuando se usa el tipo adecuado de resistencias en serie un galvanómetro sirve para
medir niveles muy distintos de voltajes. El instrumento más preciso para medir el
voltaje, la resistencia o la corriente continua es el potenciómetro, que indica una
fuerza electromotriz no valorada al compararla con un valor conocido.

Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta
resistencia interior, o medidores similares con una fuerte resistencia en serie.
Los demás métodos de medición del voltaje utilizan tubos de vacío y circuitos
electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a altas frecuencias. Un
dispositivo de este tipo es el voltímetro de tubo de vacío. En la forma más simple de
este tipo de voltímetro se rectifica una corriente alterna en un tubo de diodo y se mide la
corriente rectificada con un galvanómetro convencional. Otros voltímetros de este tipo
utilizan las características amplificadoras de los tubos de vacío para medir voltajes muy
bajos. El osciloscopio de rayos catódicos se usa también para hacer mediciones de
voltaje, ya que la inclinación del haz de electrones es proporcional al voltaje aplicado a
las placas o electrodos del tubo.
3. MOTORES Y GENERADORES ELÉCTRICOS , grupo de aparatos que
se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios
electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le
denomina generador, alternador o dinamo, y a una máquina que convierte la energía
eléctrica en mecánica se le denomina motor.
Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los
generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por
el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831.
Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las
proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable,
se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. El principio
opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una
corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético,
éste ejerce una fuerza mecánica sobre el conductor. Véase Magnetismo.
La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dinamo de disco desarrollada por
Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del
disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un
imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del
disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El disco puede fabricarse para
funcionar como un motor mediante la aplicación de un voltaje entre el borde y el centro
del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por el campo
magnético.
El campo magnético de un imán permanente sólo tiene fuerza suficiente como para
hacer funcionar una dinamo pequeña o motor. Por ello, los electroimanes se emplean

en máquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades
básicas: el inductor, que crea el campo magnético y que suele ser un electroimán, y la
armadura o inducido, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el
campo magnético y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de
excitación en el caso del motor. La armadura es por lo general un núcleo de hierro dulce
laminado, alrededor del cual se enrollan los cables conductores.

3.1. GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA
Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura
circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la
otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente
continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el
flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución. En las máquinas
antiguas esta inversión se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal
partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban
entre sí y servían como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbón
se mantenían en contacto con el conmutador, que al girar conectaba eléctricamente la
bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en
contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posición en
el momento en el que la corriente invertía su sentido dentro de la bobina de la
armadura. Así se producía un flujo de corriente de un sentido en el circuito exterior al
que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan
normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las
escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial más alto desarrollado para este
tipo de generadores suele ser de 1.500 voltios. En algunas máquinas más modernas
esta inversión se realiza usando aparatos de potencia electrónica, como por ejemplo
rectificadores de diodo.
Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que
suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras
longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos
adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable,
la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo
magnético a través del cual se esté moviendo el circuito.
Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta
siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta
intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la
armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se
equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la
resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más
pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la
armadura en el flujo eléctrico del campo.

El campo inductor de un generador se puede obtener mediante un imán permanente
(magneto) o por medio de un electroimán (dinamo). En este último caso, el electroimán
se excita por una corriente independiente o por autoexcitación, es decir, la propia
corriente producida en la dinamo sirve para crear el campo magnético en las bobinas
del inductor. Existen tres tipos de dinamo según sea la forma en que estén acoplados el
inductor y el inducido: en serie, en derivación y en combinación.
3.2. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los
generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés.
Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor de corriente continua, se
genera un par de fuerzas debido a la acción del campo magnético, y la armadura gira.

La función del conmutador y la de las conexiones de las bobinas del campo de los
motores es exactamente la misma que en los generadores. La revolución de la
armadura induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto al voltaje
exterior que se aplica a la armadura, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o
fuerza contraelectromotriz. Cuando el motor gira más rápido, el voltaje inducido aumenta
hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad del
motor permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que
realizar otro trabajo mecánico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo
carga, la armadura gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo
que fluya una corriente mayor en la armadura.

Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en la armadura,
deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua.
Cuando la armadura está parada, ésta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el
voltaje de funcionamiento normal, se producirá una gran corriente, que podría dañar el
conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daños es
el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para
disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido
adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de
forma manual como automática.
La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magnético
que actúa sobre la armadura, así como de la corriente de ésta.

Cuanto más fuerte es el campo, más bajo es el grado de rotación necesario para
generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje
aplicado. Por esta razón, la velocidad de los motores de corriente continua puede
controlarse mediante la variación de la corriente del campo.

3.3. GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA (ALTERNADORES)
Como se decía antes, un generador simple sin conmutador producirá una corriente
eléctrica que cambia de sentido a medida que gira la armadura. Este tipo de corriente
alterna es ventajosa para la transmisión de potencia eléctrica, por lo que la mayoría de
los generadores eléctricos son de este tipo. En su forma más simple, un generador de
corriente alterna se diferencia de uno de corriente continua en sólo dos aspectos: los
extremos de la bobina de su armadura están sacados a los anillos colectores sólidos sin
segmentos del árbol del generador en lugar de los conmutadores, y las bobinas de
campo se excitan mediante una fuente externa de corriente continua más que con el
generador en sí. Los generadores de corriente alterna de baja velocidad se fabrican con
hasta 100 polos, para mejorar su eficiencia y para lograr con más facilidad la frecuencia
deseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son
a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un
generador de corriente alterna es igual a la mitad del producto del número de polos por
el número de revoluciones por segundo de la armadura.

A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible. Las armaduras
rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse
chispas entre las escobillas y los anillos colectores, y a que pueden producirse fallos
mecánicos que podrían causar cortocircuitos.

Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor
compuesto de un número de imanes de campo. El principio de funcionamiento es el
mismo que el del generador de corriente alterna descrito con anterioridad, excepto en
que el campo magnético (en lugar de los conductores de la armadura) está en
movimiento.
La corriente que se genera mediante los alternadores descritos más arriba aumenta
hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero
varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la
máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin
embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con
conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las
cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina
corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º,
se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica.
Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en
la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna se usa sobre todo la
corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica
que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica.

3.4. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA
Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna polifásica:
los motores síncronos y los motores de inducción. El motor síncrono es en esencia un
alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un
rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están
divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica.
La variación de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción
magnética variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a
una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la línea
de potencia de corriente alterna.
La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin
embargo, no puede utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga
mecánica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad
cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y
llegar a pararse. Los motores síncronos pueden funcionar con una fuente de potencia
monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para
conseguir un campo magnético rotatorio.
El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja
de ardilla que se usa con alimentación trifásica. La armadura de este tipo de motor
consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono. El elemento rotatorio
consiste en un núcleo, en el que se incluye una serie de conductores de gran capacidad
colocados en círculo alrededor del árbol y paralelos a él. Cuando no tienen núcleo, los
conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para
las ardillas. El flujo de la corriente trifásica dentro de las bobinas de la armadura fija
genera un campo magnético rotatorio, y éste induce una corriente en los conductores de
la jaula. La reacción magnética entre el campo rotatorio y los conductores del rotor que
transportan la corriente hace que éste gire. Si el rotor da vueltas exactamente a la
misma velocidad que el campo magnético, no habrá en él corrientes inducidas, y, por
tanto, el rotor no debería girar a una velocidad síncrona. En funcionamiento, la velocidad
de rotación del rotor y la del campo difieren entre sí de un 2 a un 5%. Esta diferencia de
velocidad se conoce como caída.
Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna
monofásica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las
características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico. Estos motores se
denominan motores multifásicos o motores de condensador (o de capacidad), según los
dispositivos que usen. Los motores de jaula de ardilla monofásicos no tienen un par de
arranque grande, y se utilizan motores de repulsión-inducción para las aplicaciones en
las que se requiere el par. Este tipo de motores pueden ser multifásicos o de
condensador, pero disponen de un interruptor manual o automático que permite que
fluya la corriente entre las escobillas del conmutador cuando se arranca el motor, y los
circuitos cortos de todos los segmentos del conmutador, después de que el motor
alcance una velocidad crítica. Los motores de repulsión-inducción se denominan así
debido a que su par de arranque depende de la repulsión entre el rotor y el estátor, y su
par, mientras está en funcionamiento, depende de la inducción. Los motores de baterías
en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con
corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños
pequeños y se utilizan en aparatos domésticos.
3.5. OTROS TIPOS DE MÁQUINAS

En aplicaciones especiales se emplean algunos tipos de máquinas dinamoeléctricas
combinadas. Por lo general, es deseable cambiar de corriente continua a alterna o a la
inversa, o cambiar de voltaje de alimentación de corriente continua, o la frecuencia o
fase con alimentación de corriente alterna. Una forma de realizar dichos cambios, es
usar un motor que funcione con el tipo disponible de alimentación eléctrica para que
haga funcionar un generador que proporcione a su vez la corriente y el voltaje
deseados. Los generadores de motor, que están compuestos de un motor que se
acopla mecánicamente a un generador adecuado, pueden realizar la mayoría de las
conversiones antes indicadas.
Un transformador rotatorio es una máquina que sirve para convertir corriente alterna en
continua, usando bobinas separadas en una armadura rotatoria común. El voltaje de
alimentación de corriente alterna se aplica a la armadura a través de los anillos
colectores, y el voltaje de la corriente continua se extrae de la máquina con un
conmutador independiente. Un dinamotor, que se usa por lo general para convertir
corriente continua de bajo voltaje en corriente de alto voltaje, es una máquina parecida
que tiene bobinas de armadura independientes.
Las máquinas de corriente continua conocidas como amplidinas o rototroles, que tienen
varias bobinas de campo, se usan como amplificadores de potencia. Un pequeño
cambio en la potencia suministrada a una bobina de campo produce un gran cambio en
la potencia de salida de la máquina. Estos amplificadores electrodinámicos se utilizan a
menudo en servomecanismos y otros sistemas de control.

4. PILA ELÉCTRICA

Desarrollada en 1850, la pila de dicromato consistía en electrodos de cinc y carbono
situados en un frasco de cristal lleno de ácido crómico. El diseño de esta batería fue
considerado mucho más seguro que el de sus predecesoras, pues no utiliza ácido
nítrico concentrado que desprende humos venenosos.

Pila eléctrica, dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas
consisten en un electrólito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo
positivo y un electrodo negativo. El electrólito es un conductor iónico; uno de los
electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al
circuito que hay que alimentar, se produce una corriente eléctrica.

Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez
que la energía química se ha transformado en energía eléctrica (es decir, cuando las
pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias o
acumuladores son aquellas pilas reversibles en las que el producto químico que al
reaccionar en los electrodos produce energía eléctrica, puede ser reconstituido pasando
una corriente eléctrica a través de él en sentido opuesto a la operación normal de la pila.

4.1. PILAS PRIMARIAS
La pila primaria más común es la pila Leclanché o pila seca, inventada por el químico
francés Georges Leclanché en la década de 1860. La pila seca que se utiliza hoy es
muy similar al invento original. El electrólito es una pasta consistente en una mezcla de
cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que el
recipiente de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una
mezcla de carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz
de unos 1,5 voltios.
Otra pila primaria muy utilizada es la pila de cinc-óxido de mercurio, conocida
normalmente como batería de mercurio. Puede tener forma de disco pequeño y se
utiliza en audífonos, células fotoeléctricas y relojes de pulsera eléctricos.
El electrodo negativo es de cinc, el electrodo positivo de óxido de mercurio y el
electrólito es una disolución de hidróxido de potasio. La batería de mercurio produce
1,34 V, aproximadamente.

La pila de combustible es otro tipo de pila primaria. Se diferencia de las demás en que
los productos químicos no están dentro de la pila, sino que se suministran desde fuera.
4.2. PILAS SECUNDARIAS El acumulador o pila secundaria, que puede
recargarse invirtiendo la reacción química, fue inventado en 1859 por el físico francés
Gaston Planté. La pila de Planté era una batería de plomo y ácido, y es la que más se
utiliza en la actualidad. Esta batería, que contiene de tres a seis pilas conectadas en
serie, se usa en automóviles, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal
es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un motor; sin
embargo, se agota rápidamente. El electrólito es una disolución diluida de ácido
sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dióxido de plomo.
En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e
iones positivos de plomo. Los electrones se mueven por el circuito eléctrico externo y los
iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrólito para formar
sulfato de plomo. Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo
positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción química. El dióxido de plomo
reacciona con los iones hidrógeno del electrólito y con los electrones formando agua e
iones plomo; estos últimos se liberarán en el electrólito produciendo nuevamente sulfato
de plomo.

Un acumulador de plomo y ácido se agota porque el ácido sulfúrico se transforma
gradualmente en agua y en sulfato de plomo.

Al recargar la pila, las reacciones químicas descritas anteriormente se invierten hasta
que los productos químicos vuelven a su condición original. Una batería de plomo y
ácido tiene una vida útil de unos cuatro años. Produce unos 2 V por pila.
Recientemente, se han desarrollado baterías de plomo para aplicaciones especiales con
una vida útil de 50 a 70 años.
Otra pila secundaria muy utilizada es la pila alcalina o batería de níquel y hierro, ideada
por el inventor estadounidense Thomas Edison en torno a 1900. El principio de
funcionamiento es el mismo que en la pila de ácido y plomo, pero aquí el electrodo
negativo es de hierro, el electrodo positivo es de óxido de níquel y el electrólito es una
disolución de hidróxido de potasio. La pila de níquel y hierro tiene la desventaja de
desprender gas hidrógeno durante la carga. Esta batería se usa principalmente en la
industria pesada. La batería de Edison tiene una vida útil de unos diez años y produce
1,15 V, aproximadamente.

Otra pila alcalina similar a la batería de Edison es la pila de níquel y cadmio o batería de
cadmio, en la que el electrodo de hierro se sustituye por uno de cadmio. Produce
también 1,15 V y su vida útil es de unos 25 años.

4.3. PILAS SOLARES Las pilas solares producen electricidad por un proceso
de conversión fotoeléctrica. La fuente de electricidad es una sustancia semiconductora
fotosensible, como un cristal de silicio al que se le han añadido impurezas. Cuando la
luz incide contra el cristal, los electrones se liberan de la superficie de éste y se dirigen a
la superficie opuesta. Allí se recogen como corriente eléctrica. Las pilas solares tienen
una vida muy larga y se utilizan sobre todo en los aviones, como fuente de electricidad
para el equipo de a bordo.

5. BATERÍA, aparato que transforma la energía química en eléctrica, y
consiste en dos o más pilas eléctricas conectadas en serie o en paralelo en
mixto. Se han desarrollado diversos tipos de nuevas baterías para vehículos
eléctricos. Se trata de versiones mejoradas de las baterías convencionales,
pero aún tienen numerosos inconvenientes como su corta duración, alto costo,
gran volumen o problemas medioambientales. Las baterías destinadas a
vehículos eléctricos incorporan sulfuro de litio-hierro, cinc-cloro, hidruro de
níquel y sulfuro de sodio. Las compañías suministradoras de electricidad están
desarrollando este tipo de baterías para utilizarlas como “niveladores de carga”,
a fin de compensar las fluctuaciones esporádicas del sistema. Estas baterías
ocupan poco espacio y apenas tienen efectos dañinos para el medioambiente.
6. TIPOS DE CONEXIONES

6.1. CONEXIÓN EN SERIE, Los elementos de un circuito eléctrico están conectados
en serie cuando van colocados uno a continuación del otro a lo largo de un solo
conductor, de manera que un electrodo que circula por el circuito habrá de pasar por
todos ellos, uno detrás de otro. Si se diera el caso de que cualquiera de estos se
desconectara, o se averiara, el paso de la corriente quedaría cortado.

6.2. CONEXIÓN EN PARALELO, Cuando los elementos de un circuito están
conectados en diferentes cables que forman ramificaciones dentro de el circuito. Si se
da el caso de que un electrodo pasa a través de uno de estos elementos, no podrá
pasar por ninguno de los otros elementos que estén conectados en el circuito. Si se
desconecta o se estropea uno, la resta continuará funcionando.

6.3. CONEXIÓN MIXTA, Cuando en el mismo circuito eléctrico encontramos
elementos montados en serie i elementos montados en paralelo. Si desconectamos uno
de los elementos continuará funcionando. En cambio, si desconectamos un elemento
del circuito dejarán de funcionar porque no recibirán corriente eléctrica.

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