Instalaciones Eléctricas Residenciales

¿Qué es la "banda de conducción" de un átomo?

2016/01/08

Los electrones giran alrededor del núcleo en diferentes órbitas (cuyo nombre correcto es niveles energéticos). En cada nivel, los electrones se alejan más del núcleo y la fuerza de atracción disminuye. Como es lógico, en el último nivel energético la atracción del núcleo sobre los electrones es más débil.
A este último nivel se le conoce como banda de conducción y los electrones que se encuentran en ella reciben el nombre de electrones libres, porque pueden saltar de dicha banda y desplazarse de un átomo a otro dentro del cuerpo que los contiene. Este fenómeno ocurre cuando el átomo es excitado por medio de calor, luz o electricidad, de manera que algunos de sus electrones absorben energía en exceso y eso provoca el salto.
El movimiento de electrones libres es lo que crea la corriente eléctrica, pues al saltar de la banda de conducción liberan un poco de su energía negativa, que vuelven a recuperar cuando llegan al siguiente átomo. El proceso se repite millones y millones de veces. Entre más electrones vaguen libremente por el cuerpo que los contiene, mayor será la energía que se genere.

Ver también: Corriente eléctrica.


Instalaciones electricas residenciales - movimiento de electrones libres
Movimiento de electrones libres

Este proceso no es desorganizado, de hecho está regulado de manera natural por la estructura misma de los átomos. Tal mecanismo regulador es llamado regla de octetos y consiste en lo siguiente:
En todo átomo, la última órbita (banda de conducción) admite un máximo de ocho electrones para completar su estructura y todos los átomos tienden a llenarla. Los átomos que tienen entre uno y tres electrones en la última órbita tienden a cederlos a otros que los requieran para completar el octeto (ocho electrones).
La exactitud del funcionamiento de la banda de conducción y la regla del octeto son fundamentales para comprender la generación de la corriente eléctrica que circula por nuestras instalaciones eléctricas residenciales.

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Cargas electrostáticas

2016/01/05

Como sabemos, el átomo está constituido por protones con carga positiva (+), electrones con carga negativa (-) y neutrones, unidos por la fuerza atómica.
La fuerza que ejercen las respectivas cargas de protones y electrones se representa gráficamente con líneas de fuerza electrostática.

Instalaciones eléctricas residenciales - líneas de fuerza eléctrostáticas


Se trata de líneas imaginarias que muestran la dirección y potencia del campo; por convención y para evitar confusiones, las líneas de fuerza de la carga positiva se representan siempre saliendo de ellay las negativas entrando a la suya.
Las cargas electrostáticas interactuan entre sí, de manera natural, por medio de dos fuerzas; atracción y repulsión siempre en el mismo sentido: cargas iguales se repelen y cargas contrarias se atraen.

Instalaciones eléctricas residenciales - atracción y repulsión de cargas

Para comprobarlo hagamos el siguiente experimento:

  1. Infla dos globos hasta que el plástico que de tenso.
  2. Corta dos hilos de 10 cm y uno de 30 cm.
  3. Amarra la punta de cada hilo de 10 cm al nudo de cada globo, con la otra punta haz un pequeño lazo de manera que pueda entrar y moverse libremente por el cordel de 30 cm.
  4. Frota ambos globos con un trozo de nailon, lana o sobre tu cabello (debe estar seco y libre de ungüentos).
  5. Acerca los globos desde le lazo, arrastrándolos por el cordel tenso. Los globos tienen la misma carga electrostática, por lo que tenderán a separarse (repulsión)
  6. Toma un nuevo globo y antes de colgarlo del cordel toca con él alguna pieza de metal y repite el paso anterior. Ahora los globos tienen cargas electrostáticas distintas, por lo que tenderán a juntarse (atracción).

Instalaciones eléctricas residenciales - atracción y repulsión de globos con cargas electrostáticas


El material con el que se frotó el globo le transmitión una sobrecarga de electrones; por tal razón, el globo obtuvo una carga negativa predominante. Al acercar otro globo con la misma carga, los globos tendieron a rechazarse (repulsión). Cuando se tocó el tercer globo con metal, le globo transmitió parte de sus electrones, por lo que obtuvo una carga positiva predominante. Al acercarse al globo con carga negativa, ambos tendieron a unirse (atracción). En resumen: los globos con cargas iguales se rechazan y los globos con cargas distintas se atraen.
Este fenómeno recibe el nombre de magnetismo y se define con la capacidad de ciertos materiales para ejercer fuerzas de atracción o repulsión sobre otros. El magnetismo es esencial para generar la energía eléctrica que recibimos en nuestras instalaciones eléctricas residenciales.

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Átomo, materia y energía

2016/01/04

Instalaciones electricas residenciales - ecuacion de Einstein

Para comprender el funcionamiento de la electricidad que circula en nuestras instalaciones eléctricas residenciales, es indispensable estudiar la naturaleza del átomo. Seguramente has visto en algún lugar la famosa ecuación de Albert Einstein E=mc². Significa que la cantidad de energía (E) que contiene un objeto cualquiera es igual a su masa (m) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz (c²); la velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil km por segundo.

Instalaciones electricas residenciales - albert einstein

La ecuación de Einstein tiene muchas implicaciones de gran importancia para la ciencia que no es posible abordar aquí; lo importante para nuestra materia es que la ecuación demuestra sin lugar a duda lo siguiente:

  1. Incluso los objetos más pequeños contienen una gran cantidad de energía.
  2. La materia y la energía son dos caras de la misma moneda, o bien; son dos manifestaciones del mismo fenómeno y ambas están relacionadas con el átomo.

Actualmente sabemos con certeza que el átomo está integrado por dos partes fundamentales: un núcleo, circundado por una nube de electrones que traza órbitas muy precisas alrededor del primero.

Ver también: La material y el átomo

El núcleo es  la parte más pesada del átomo; está constituido por dos diminutas partículas llamadas protones y neutrones. El electrón es mucho más ligero con relación la núcleo.

Instalaciones electricas residenciales - atomo


El átomo es la parte fundamental de toda la materia y energía del Universo. Todo lo que conocemos está hecho de estas diminutas partículas. Los átomos individuales reciben el nombre de elementos químicos, y tienden a combinarse entre sí de manera natural para formar estructuras más complejas llamadas moléculas. Por ejemplo, un átomo de oxígeno que se combina con dos de hidrógeno forman una molécula de agua, y una gota de agua contiene millones de moléculas. A su vez, las moléculas se combinan entre sí para dar forma a estructuras más complejas, incluyendo a todos los seres vivos y objetos inanimados.

Instalaciones electricas residenciales - molecula de agua


Cabe preguntarnos: ¿cómo se mantienen unidas estas tres partículas (protones, electrones y neutrones)?¿Por qué no salen disparados los electrones? ¿Por qué no se desintegra el núcleo del átomo?
La respuesta es sencilla: porque están cargados de energía, como lo indica la fórmula de Einstein. La escencia de este fenómeno radica en que son cargas de energía contrarias, pero en equilibrio: los electrones tienen una carga predominante negativa, los protones positiva y en los neutrones no predomina ninguna, por eso se dice que son neutros. Ambas cargas energéticas reciben el nombre de cargas electrostáticas y la fuerza que une a las tres partículas se conoce como fuerza atómica.
Las cargas electrostáticas son el principio básico de la electricidad: su naturaleza, funcionamiento y control. De hecho, la electricidad es un fenómeno natural que sucede cuando los electrones se mueven libremente por el espacio. Un rayo, por ejemplo, es una fuerte descarga eléctrica natural que se mueve libremente a través del aire. El estudio de la electricidad consiste en aprender las técnicas para generar, transmitir, controlar y transformar esta poderosa fuerza natural.

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25 años del FIDE trabajando por la eficiencia energética

2015/12/28

Instalaciones electricas residenciales - 25 años del FIDE 1

A lo largo de sus 25 años, el Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE) ha sido capaz de convocar voluntades, conjuntar esfuerzos, concienciar sobre la importancia del ahorro de energía y concertar la participación de los agentes involucrados en el proceso.

Desde su creación en 1990, el FIDE ha tenido por objetivo inducir y promover el empleo racional de la energía eléctrica en la industria, la agricultura y los servicios, incidir en los hábitos de la población, y prestar servicios de asistencia técnica a los consumidores, tendientes al ahorro de energía y que impliquen un beneficio de carácter social o colectivo, en forma paralela y complementaria a la acción de la Comisión Federalde Electricidad (CFE) en materia de ahorro de energía.

Ver también: Ahorro de energía.

Acorde con estos propósitos, el trabajo y campo de acción del Fideicomiso han evolucionado para responder a las necesidades del sector energético. Por ello es posible identificar al menos cinco grandes etapas del desarrollo del FIDE a lo largo de este cuarto de siglo:

Instalaciones electricas residenciales - 25 años del FIDE 2


  1. Proyectos demostrativos y de cultura del ahorro (1990). El FIDE realizó los primeros proyectos demostrativos en eficiencia energética para conocer las áreas de oportunidad y potenciales de ahorro existentes, así como demostrar su factibilidad y conveniencia. Poco tiempo después y haciendo uso de sus recursos patrimoniales, el Fideicomiso comenzó a ofrecer créditos a empresas de los sectores productivos, a tasas blandas y con periodos cortos de recuperación, para implementar proyectos de eficiencia energética y ahorro de energía.

  2. Atención al sector doméstico en iluminación (1996). Durante esta etapa se implementaron los primeros programas de sustitución de lámparas incandescentes por fluorescentes compactas autobalastradas (LFCA) para usuarios de instalaciones eléctricas residenciales. Posteriormente, se implementaron programas de mayor escala, entregando cerca de 60 millones de LFCA a usuarios residenciales entre 1996 y 2012. Las acciones iniciadas en esta etapa continúan actualmente con la implementación de la última fase de atención al sector doméstico. Contando los 40 millones de LFCA que se distribuirán en poblaciones rurales, en total se habrán colocado más de 100 millones de focos ahorradores en todo el país, prácticamente eliminando los focos incandescentes y sentando un precedente a nivel mundial.

  3. Incentivos para la transformación del mercado (1998). Se introdujeron proyectos de segunda generación con el fin de acelerar la transformación del mercado mediante estímulos económicos para la adquisición de equipos de alta eficiencia. Estos estímulos impulsaron una mayor oferta y demanda de equipos, financiamiento y servicios para el ahorro de energía eléctrica. Uno de los primeros fue el Programa de Motores Eléctricos y Compresores de Alta Eficiencia, realizado con un préstamo del Banco Interamericano de Desarrollo (BID), este programa operó entre 1998 y 2000, e incorporó 211 500 motores eficientes al parque industrial mexicano, una cifra considerable si se toma en cuenta que en aquel entonces menos de 3% de los motores del país eran de alta eficiencia. Asimismo, facilitó la entrada de la norma NOM-016-ENER-2010, donde se establecen los estándares de eficiencia para evitar el regreso de los motores ineficientes al mercado. Gracias a la combinación de estas acciones, 98% de los motores eléctricos comercializados en México son de alta eficiencia

  4. Programas multicriterio (2002). Estos programas, que empezaron a atender necesidades energéticas, económicas y medioambientales, requirieron de un esquema de operación basado en un amplio acuerdo de ingeniería financiera en alianza con otros actores. Bajo un innovador mecanismo financiero que consistió en la apertura de una línea para el descuento de títulos de crédito de Nacional Financiera (Nafin) al FIDE, con garantía de la CFE se realizó el primer programa a nivel internacional para la sustitución de refrigeradores ineficientes en el sector doméstico. En sus diferentes etapas, este programa colocó 1.8 millones de refrigeradores eficientes. De la mano de la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales se desarrolló una infraestructura de Centros de Acopio y Destrucción (CAyD) para la extracción de los gases refrigerantes y disposición final de los equipos retirados, logrando con ello considerables beneficios ambientales. Actualmente opera un programa similar, con la participación de la Secretaría de Energía y de Economía, la CFE y Nafin, dirigido a las micro, pequeñas y medianas empresas, para la modernización de sus equipos.

  5. Apoyo a la sustentabilidad energética (2013). La etapa más reciente de ampliación del campo de trabajo del FIDE ha seguido los compromisos nacionales establecidos en la legislación, los cuales determinan la reducción en la generación de energía con combustibles fósiles. Por ello, se ha intensificado la promoción de la generación de energía con recursos renovables y se ha incrementado el financiamiento de proyectos fotovoltaicos y de generación distribuida, en particular de cogeneración y microgeneración, tanto para empresas como para el sector residencial. Una de las mayores contribuciones del FIDE ha consistido en superar el escepticismo de los usuarios sobre la viabilidad y conveniencia del ahorro de energía eléctrica, logro que puede constatarse en los resultados obtenidos hasta el momento:








TWh: Terawatts hora.
tCO2e: Toneladas de bióxido de carbono evitadas
MW: Megawatts
MDP: Millones de pesos

James Clerk Maxwell y la teoría electromagnética de la luz

2015/12/22

instalaciones electricas residenciales - james clerk maxwell

"Una época científica terminó y otra empezó con James Clerk Maxwell", dijo Albert Einstein. Heindrich Hertz le llamaba "Maestro Maxwell". Como muchos otros científicos, pensaban que el escocés era un genio. Pero también es uno de los más desconocidos científicos famosos.
Eso a pesar de que su pionero trabajo sobre la naturaleza de la luz cruzó fronteras del conocimiento que hicieron posibles tecnologías de las que dependemos en la actualidad en nuestras instalaciones eléctricas residenciales, desde teléfonos celulares y wifi hasta escáneres y hornos microondas, sin olvidar la radio y la televisión, unos pocos.
Además, su fascinación por el color resultó en la creación de la primera foto a color de la historia.

Instalaciones electricas residenciales - primera fotografia a color
Primera fotografía a color de la historia, obtenida por Maxwell, una cinta de tartán escocés .

Pero, ¿quién era y por qué es tan admirado por sus iguales?
James Clerck Maxwell nació en Edimburgo en 1831, en el seno de una familia escocesa de la clase media, hijo único de un abogado de Edimburgo. Tras la temprana muerte de su madre a causa de un cáncer abdominal (la misma dolencia que pondría fin a su vida), recibió la educación básica en la Edimburg Academy, bajo la tutela de su tía Jane Cay.
Desde pequeño era tan curioso que su tía decía que "era humillante que un niño te preguntara tantas cosas que uno no podía responder".
Con tan sólo dieciséis años ingresó en la Universidad de Edimburgo, y en 1850 pasó a la Universidad de Cambridge, donde deslumbró a todos con su extraordinaria capacidad para resolver problemas relacionados con la física. Cuatro años más tarde se graduó en esta universidad, pero el deterioro de la salud de su padre le obligó a regresar a Escocia y renunciar a una plaza en el prestigioso Trinity College de Cambridge.

Instalaciones eléctricas residenciales - joven james clerk maxwell
James C. Maxwell a los 23 años.

En 1856, poco después de la muerte de su padre, fue nombrado profesor de filosofía natural en el Marischal College de Aberdeen. Dos años más tarde se casó con Katherine Mary Dewar, hija del director del Marischal College. En 1860, tras abandonar la recién instituida Universidad de Aberdeen, obtuvo el puesto de profesor de filosofía natural en el King's College de Londres.
En esta época inició la etapa más fructífera de su carrera, e ingresó en la Royal Society (1861). En 1871 fue nombrado director del Cavendish Laboratory. Publicó dos artículos, clásicos dentro del estudio del electromagnetismo, y desarrolló una destacable labor tanto teórica como experimental en termodinámica; las relaciones de igualdad entre las distintas derivadas parciales de las funciones termodinámicas, denominadas relaciones de Maxwell, están presentes de ordinario en cualquier libro de texto de la especialidad.
Sin embargo, son sus aportaciones al campo del electromagnetismo las que lo sitúan entre los grandes científicos de la historia.
En 1865, basado en las teorías de Michael Faraday, Maxwell propuso la teoría electromagnética de la luz: "todo emisor luminoso produce un campo magnético oscilante perpendicular a otro eléctrico también oscilante, siendo la dirección de propagación perpendicular a ambos".



El magnetismo y la electricidad eran en ese entonces grandes desconocidos, y Faraday estaba haciendo todos los experimentos posibles para explorarlos. Había desarrollado aplicaciones prácticas como el dínamo y el motor, y logró entender detalladamente ambos fenómenos, aportando mucho a la manera en la que los concebimos. Enfocó la atención no tanto en el imán sino en el espacio que lo rodea. Dijo que no era sólo un pedazo de hierro, sino algo más complejo: es el centro de un sistema de invisibles tentáculos curvos que se extienden para atraer o rechazar otros imanes o metales. A ese sistema lo llamó 'campo'. Pero Faraday no pudo ir más lejos. Como era autodidacta había llegado al límite de sus capacidades: sencillamente, no contaba con los conocimientos académicos necesarios. Faraday dio un paso gigante para hacer por la electricidad y el magnetismo lo que Newton había hecho por la gravedad. Lo que faltaba era matemáticas. Faraday hizo contacto con Maxwell por correspondencia y estaba muy contento por haber encontrado a un matemático tan extraordinario; Maxwell aceptó el reto de demostrar matematicamente que la electricidad y el magnetismo estaban conectados, y que los dos juntos (electromagnetismo) podían crear diferentes tipos de ondas que iban a la misma velocidad, la velocidad de la luz.


Reveló también que la luz que los humanos podíamos detectar (la que llamamos "visible") era sólo una parte de la gama de ondas electromagnéticas, que incluyen ondas de radio, microondas, rayos X, rayos Gamma.
Pasó mucho tiempo antes de que los otros científicos aceptar que era una buena idea. Era demasiado radical.

Instalaciones electricas residenciales - maxwell trabajando

Tomó casi 15 años antes de que alguien pudiera mostrar que ese concepto matemático era algo físico que se podía medir y producir en un laboratorio. El científico Heinrich Hertz produjo ondas de radio, tal como Maxwell predijo, las midió y confirmó que iban a la velocidad de la luz. Pero, aunque se complació por haber probado que Maxwell estaba en lo cierto, cuando le preguntaron cuáles eran las ramificaciones, respondió que ninguna.
No obstante, abrió el camino para que un científico realmente brillante, Einstein, tomara las ideas de Maxwell y las desarrollara hasta llegar a su teoría de la relatividad.

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