Efecto Joule

 El efecto Joule, nos dice que por un conductor en el que circula corriente eléctrica, una parte  de la energía aplicada  se manifiesta en calor.

Efecto Joule

Cuentan

Que a mediados del siglo XIX se hablaba de un “fluido calórico”.

Y afirman que el Inglés James Prescott Joule, demostró de manera  exacta la relación del calor, el trabajo mecánico,  y la electricidad.

Fue hijo de un padre rico que tenía cervecería, y recibió  clases particulares, de excelentes maestros, como el químico británico John Dalton.

Y   fascinado con la electricidad, jugaba con su hermano Benjamín, dándose “choques eléctricos”.

Siendo el inicio de muchos experimentos, en su propio laboratorio. 

James Joule creo un aparato para medir el equivalente mecánico del calor

Realizó importantes publicaciones entre ellas  “la ley de la conservación de la energía”.

Narran que en 1847  en su exposición en la Asociación Britania de Oxford, dejo a Michael Faraday impresionado e intrigado al joven William Thomson (que más tarde sería nombrado Lord Kevin).

 La unidad de energía lleva su nombre Joule.

La unidad de energía se nombra Joule

El calor generado está siempre está presente en los elementos que trabajan con energía  eléctrica, es  una oportunidad, para mejorar su eficacia.

Aparatos, máquinas y dispositivos de protección, utilizan la relación de la corriente y el calor, a aumento de amperios aumento de temperatura.

 Entre los efectos termoeléctricos sobresalientes  están los de Joule, de Seebeck, de Peltier  y de Thomson.

Excelente también son los videos del Maestro Ecuatoriano Julio Germán Rodríguez Ojeda,  para muestra les dejo el siguiente enlace.

Efecto Joule. Calor por Inducción Electromagnética/ Julio Germán Rodríguez Ojeda.

Y colorín colorado este cuento ha terminado

Puesta a tierra de circuitos electrónicos

 En la puesta  a tierra de circuitos electrónicos, por convención establecemos un punto de referencia de medición de voltaje,  y un retorno común a diversas señales.

Puesta  a tierra de circuitos electrónicos

La puesta a tierra en circuitos electrónicos, cumple varias funciones, aquí exploraremos un poco solo 2 de sus aplicaciones.

Un punto común de referencia de medición de tención,  y un retorno común a diversas señales.

Los aparatos portátiles como equipos de comunicación, y los instrumentos de medición de autos, aviones y barcos, utilizan circuitos electrónicos puestos a tierra.

Puesta  a tierra

La puesta a tierra eléctrica  del conductor neutro con varilla al suelo, tiene finalidad de conservar su valor como tal “a cero voltios”, La tierra tiene como propósito una referencia de medición.

En equipos que utilizan baterías, se utiliza la terminal negativa como referencia de cero volts, es decir la consideramos para fines prácticos una  "tierra electrónica", un punto de comparación con la terminal positiva.

Es una tierra virtual, aparente y no real, no conectada al suelo, y su término  como tal es  técnico.

Referencia de medición de tensión

 Me permito poner un diagrama eléctrico, para señalar de manera clara (así lo creo yo), nuestra “conexión puesta a tierra”,  como  un punto común de la fuente, de las cargas  y del aparato de medición.

La razón es didáctica,  ya que en los  diagramas de circuitos electrónicos utilizan su lógica, una obviedad que para los que no son electrónicos es poco informativa, y  que con propósitos de claridad simplemente  omiten símbolos en sus diagramas.  

Tierra común

A esto se le  llama “tierra común”, y en los circuitos electrónicos   es de gran utilidad, cuando conviven varias señales,  digitales, analógicas y alternas, con valores positivos y negativos.

La tierra electrónica es considerada un punto de retorno, común para la corriente eléctrica de las diversas señales electrónicas, y para la descarga de voltajes parásitos, del llamado ruido eléctrico creado por señales inducidas no deseadas. 

Mecatrónica del  Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Conexión a tierra en circuitos eléctricos automotrices

La  conexión a tierra en circuitos eléctricos automotrices, establece una superficie  conductora común, referencia de voltaje a sistemas con diversas señales, alternas, directas,  analógicas y digitales.

Conexión a tierra en circuitos eléctricos automotrices

 “Podemos afirmar que es una tierra virtual, aparente y no real, no conectada al suelo, y su término  como tal es  técnico.”

 Cita de referencia coparoman: Señal electrónica de tierra

Se denomina  “puesta atierra” cuando  en un automóvil conectamos una terminal de la batería a  la carrocería del automóvil, generalmente se emplea la terminal negativa.

Puesta a tierra automotriz

Con  la puesta a tierra se establecen puntos comunes con el polo negativo de la alimentación y otros componentes.

La  “conexión a tierra” realiza diversas funciones,  es una referencia de voltaje para los  diversos sistemas,  alternos (alternador), analógicos y digitales (sensores),  Además proporciona   una ruta de descarga electroestática, evitando  la interferencias a señales de control y comunicación.

La estructura y otras partes conductoras forman la llamada  “tierra”, y es fácilmente localizable en cualquier lugar del automóvil,  físicamente  es la armazón metálica.  

La conexión a tierra es un punto común de la fuente y elementos de un  circuito.

Cuando señalo y otras partes conductoras, es necesario resaltar que el motor no va rígido a la estructura, tienen soportes amortiguadores no conductores, el motor también va conectado a tierra.

Los nuevos automóviles tienen controladores electrónicos, como   “la computadora”, al igual que el motor requiere de una tierra asegurada, desde la terminal de la batería hasta la computadora.

Con conexión es fácilmente localizable

La carrocería puesta a tierra es una referencia de gran útil, desde la cual se miden los voltajes, para la verificación del funcionamiento de componentes del circuito.

Los  diagramas representados con tierra son más completos, se representan en  un menor espacio, contienen menos líneas, lo que permite ver otras etapas y su relación con  su funcionamiento.

Con conexión a tierra facilita  la interpretación de diagramas

El conocimiento de los símbolos y la práctica hacen al maestro, la lectura de diagramas, siguen reglas similares a  la escritura, de izquierda a derecha, y  de arriba hacia abajo.

Partiendo de la terminal positiva, identificando componentes   hasta llegar al punto final la conexión a tierra.

La conexión a tierra es un punto de interés para “la nueva generación”,  para el  funcionamiento de los modernos vehículos  inteligentes. 

Autotrónica del Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Mi agradecimiento al Ingeniero Sergio Elías Reyes Medina Instructor del Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.  Por sus aportaciones al artículo. 

Señal electrónica de tierra

La señal electrónica de tierra se emplea como referencia de cero voltios,  es un punto común desde donde se mide el voltaje de una señal de trabajo y tiene objetivos de seguridad y funcionalidad. 

Señal electrónica de tierra

La tierra en un circuito eléctrico es un punto de  referencia común.

Con el “neutro puesto a tierra” buscamos que el neutro tenga un valor de 0 voltios,  para   medir  desde el neutro  los voltajes de fase, en cada línea.

https://coparoman.blogspot.com/2021/09/puesta-tierra-del-conductor-neutro.html

Neutro a  tierra en alimentación eléctrica

 Objetivos similares se tienen en los circuitos electrónicos,  la señal a tierra es  nuestra referencia, para indagar si las señales de trabajo tiene el valor deseado.

En pilas y baterías tomamos el polo negativo como referencia  a "cero volts".

Símbolos electrónicos  de tierra

Los circuitos electrónicos  de teléfonos celulares, de automóviles, de barcos, de aviones y de equipos domésticos, tienen  puntos comunes llamado como tal “tierra”.

Podemos afirmar que es una tierra virtual, aparente y no real, no conectada al suelo, y su término  como tal es  técnico.

Se suele emplear diversos símbolos, utilizados para resaltar una característica, en el caso del triángulo blanco, señal bajo en ruido, un cero sin interferencia de señales de frecuencia.

También se emplean  letras GND como abreviatura de puesta a tierra en inglés “Grounding”.

Tierra en diagrama automotriz

En un automóvil se usa para la señal de tierra su estructura metálica, su “chasis”.

El símbolo  tierra en un  diagrama electrónico automotriz suele ser idéntico al del diagrama eléctrico, prefiriéndose solo por costumbre  al símbolo de tierra al de chasis (masa). 

Tierra de circuito de un sensor automotriz 

 De la señal de tierra parten la medición de valores de tensión, de  diversas señales de trabajo, de valores positivos, valores negativos, señales digitales, señales analógicas, de pulsos etcétera.

Autotrónica en Expo-emprendedores  del Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango

Puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas

 La puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas, evita que  partes metálicas se energicen, y se produzcan toques.

Puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas

En México un toque es una sacudida por descarga eléctrica.

En condiciones normales en un circuito eléctrico, la corriente eléctrica va canalizada por los materiales aislantes.

Tomacorriente con entrada de puesta a tierra de protección

Ante una falla del material aislante, la corriente puede tomar otra ruta.

Cuando lo hace atreves de materiales conductores, como las estructuras metálicas de máquinas y aparatos eléctricos, estos equipos dan toques.

La razón la estructura de equipos se pone a potencial, existirá un voltaje entre su estructura y tierra.

Para evitarlo se realiza la puesta a tierra de protección contra descargas eléctricas.

Puesta a tierra de estructuras metálicas y su alimentación

La conexión de estructuras mecánicas viene de fábrica o en su defecto la debemos realizar.

Cuando conectamos a tierra estructuras metálicas, preparamos solo una parte de un circuito, que se complementa cuando las estructuras  se ponen a potencial eléctrico.

Le creamos un camino de poca resistencia, por el que se descargara el potencial de falla, hasta la tierra de protección contra descarga eléctrica.

Puesta a tierra de protección

La terminal redonda de la clavija  va a un conductor y este a un  conector de las partes metálicas de las maquinas, dichas piezas  metálicas son conductoras, y se pueden poner con tensión eléctrica.

Los tomacorrientes utilizados, tienen 3 entradas, por lo que se requieren tres conductores.

El de aislante negro va a la línea viva, entrada recta chica (tornillo dorado), el conductor de aislante blanco es el conductor neutro línea  va a entrada recta grande (tornillo plateado).

 La entrada  redonda  (tornillo  de color verde) es para poner a tierra (grounding), se utiliza  un conductor de aislante  verde para realiza la toma a tierra.

Mecatrónica, Cetro Mexicano Francés del Conalep

Puesta a tierra del conductor neutro

La puesta a tierra del conductor neutro en la alimentación monofásica, es llamada tierra de servicio, y evita variaciones de voltaje.

Puesta a tierra del conductor neutro

La alimentación monofásica que llega a nuestros hogares proviene de una generación, una transmisión y una distribución trifásica.

Nuestro hogar es solo una parte de un sistema de distribución, alimentado de una  conexión en estrella, del secundario de un transformador trifásico.

Y tienen en el conductor neutro, un punto común con otras alimentaciones de viviendas similares.

Conexión estrella, 3 fases, 4 hilos, con neutro a tierra

En la vida real las cargas no están equilibradas, en prácticas  de taller podemos comprobar que la configuración estrella con cargas del mismo valor, la corriente por el conductor neutro es cero.

En los hogares no contamos con cargas iguales (aparatos del mismo valor en ohms), ni los conectamos al mismo tiempo por lo que no tenemos el mismo consumo.

Cuando en configuración estrella el conductor neutro no está conectado a tierra, se conoce como “neutro flotante”, y da origen a variaciones de voltaje.

Cargas en configuración estrella

Con un neutro flotante tenemos variaciones de tensión.

Con el neutro a tierra se crea un punto de referencia y puntos  equipotenciales con las líneas L1, L2 y L3, es decir que tienen la misma tensión, 

Además el neutro flotante desaparece, toma su valor neutro (cero volts) y con él las variaciones de voltaje.

Centro Mexicano Francés del Conalep, en Gómez Palacio, Durango

El neutro a tierra tiene varias funciones, su estudio es una parte importante   de la compatibilidad electromagnética (EMC por sus siglas en inglés).

EMC es una rama de la tecnología electrónica y de las telecomunicaciones que estudia   las interferencias entre equipos y sistemas eléctricos y electrónicos.

Continuara.

Puesta a tierra eléctrica

 En la puesta a tierra eléctrica, intencionalmente se crea un camino directo de baja resistencia y sin protección alguna, de ciertas partes conductoras,  hasta  uno o más electrodos enterrados en el suelo.

Puesta a tierra eléctrica

El sistema de tierra esta normalizado es básico, necesario y no se omite.

 Debe tener las características de acuerdo a las normas técnicas y las recomendaciones del fabricante.

Algunos de sus  fines son.

a) evitar variaciones de tensión.

b) protección contra descargas eléctricas (toques).

c) protección contra sobretensiones.

d) evitar interferencias electromagnéticas  (tierra aislada).

e) dirigir descargas atmosféricas (pararrayos).

Objetivos  de puesta a tierra eléctrica

A manera de ejemplo   en nuestras casas, aterrizamos partes metálicas alimentadas,  como en el “neutro a tierra” N/T, o no alimentadas como en la “tierra de protección”.

La puesta a tierra (grounding), las conexiones (connecting) y las uniones (bonding), son los 3 factores de atención para cumplir  los  objetivos, con funcionalidad y eficacia. 

Nuestra referencia en México es el artículo 250 “Puesta a tierra y unión” de la NOM-001 SEDE 2012  

Puesta a tierra eléctrica y unión 

El suelo del planeta (la tierra física), es un destino donde se puede realizar una descarga eléctrica accidental o intencional.

En una puesta a tierra realizamos una unión intencional, se crea una ruta en el que  el paso de corriente debe ser casi limitado solo por la “resistencia del  terreno”.

Grounding

Lo ideal es que fuera de cero Ohms, en la puesta a tierra, intencionalmente se busca una mayor conductividad,  insertando e el suelo electrodos metálicos (varillas,  mallas), incluso se puede modificar las condiciones del suelo, con cal, carbón, sal, o con las llamadas tierras químicas (compuesto para bajar su resistencia).

Los componentes ya están normalizados, y en el mercado podemos encontrar varillas, conectores y conductores,  y  la red (web) contiene la norma.

De las recomendaciones para cada caso, aquí los trataremos.

Ingeniero Miguel García Mesta

Gracias Ingeniero García tuvimos la fortuna de tenerlo de  compañero de la especialidad de Mecatrónica, y también como el mejor director del CMF del Conalep.