Basic principles of electricity, from its conception to its applications.

1. Ing. J. Diego Frías Herrera

2. La electricidad es la forma de energía más
utilizada por el hombre. Gracias a ella, se
puede hacer que funcionen las lámparas
eléctricas, las maquinarias, los
electrodomésticos, las herramientas, los
ordenadores, etc.

3. Hace más de 2000 años que los griegos
descubrieron la electricidad, al frotar ámbar con un
trozo de tela, atrayendo pequeños trozos de
plumas. De hecho la palabra “electricidad” se
deriva de la palabra griega “ámbar”.

6.  En la actualidad sabemos que hay
sustancias, como los plásticos y
los vidrios, que pueden producir
electricidad al frotarlos con un
paño de algodón o de lana, son
capaces de atraer objetos
pequeños, como trocitos de papel
o cabellos.
 Esto es debido a que se han
cargado de electricidad: tienen
carga eléctrica y notas sus
efectos.
 Esto les pasa a los peines, a
algunas prendas de vestir, reglas
de plástico, globos...

7.  Podemos observar la
electricidad en la
naturaleza. Por ejemplo, en
una tormenta se suelen
producir relámpagos, que
son descargas eléctricas.
 También las gotas de agua
que forman las nubes se
cargan de electricidad y, a
veces, esta electricidad se
descarga al suelo o a otra
nube.
 El resultado es una chispa
que se llama rayo.

8.  Se produce un fenómeno de
electrización porque:
 Todos los cuerpos, como la
mesa, el lápiz, las rocas, el
agua, el Sol o los seres vivos,
están formados de materia.
 La materia está formada por
partículas muy pequeñas
que llamamos átomos.
 Los átomos están
compuestos por tres partes
aún más pequeñas, se
llaman:

9.  Protones : Tienen carga
positiva.
 Neutrones : No tienen
carga, son neutros.
 Los neutrones y los
protones forman el núcleo
del átomo, que es positivo.
 Los electrones son los
que giran alrededor del
núcleo y tienen carga
negativa.

10.  2 cuerpos con cargas
iguales:
positiva-positiva
negativa – negativa
Se repelen
+
+ -
+
 2 cuerpos con cargas
distintas:
positiva-negativa
negativa – positiva
Se atraen

11.  1º Al frotar el bolígrafo contra la tela (o el globo contra
el pelo), los electrones de la tela pasan al bolígrafo.
Ahora el bolígrafo está cargado negativamente.
 2º Al acercar el bolígrafo a los papelillos, los electrones
del bolígrafo son atraídos por los protones de los
papelillos. Por eso, el bolígrafo atrae a los papeles.

12.  Al igual que ocurre con el agua que fluye por una
tubería, los electrones pueden moverse a través de
ciertos materiales. Cuando lo hacen están creando
corriente eléctrica.

14.  La electricidad se llama también corriente eléctrica y
es el movimiento de los electrones a través de un
material conductor, de forma ordenada y en la misma
dirección.
 La energía eléctrica producida por frotamiento de una
regla no se puede aprovechar. Para poder utilizar la
energía eléctrica se precisa un flujo continuo de
electricidad, es decir, una corriente eléctrica.

16.  Materiales conductores de la electricidad: son aquellos
que dejan pasar la corriente a través de ellos. Por ejemplo
los metales.
 Materiales aislantes de la electricidad: son aquellos que
no permiten que la electricidad pase a través de ellos. La
madera y el plástico son materiales aislantes.
aislante
conductor

17. Se define como la fuerza que se ejerce sobre los
electrones, para que se desplacen a través de un
circuito eléctrico.
También se le denomina voltaje o tensión eléctrica y su
unidad es el Volt.
TENSÌÓN ELÉCTRICA

18.  Se define como la oposición al paso de los
electrones. Su unidad es el Ohm.

19.  Son circuitos cerrados por donde pasa
la corriente eléctrica.
 Un circuito está formado por varios
elementos:
 Generador de corriente: pila, batería
 Receptor: bombilla, motor, timbre…
 Cables conductores: cobre, otros
metales
 Elementos de maniobra: interruptores,
pulsadores, conmutadores
 Elementos de protección : fusibles

20. La potencia eléctrica se define como la cantidad de
trabajo realizado por una corriente eléctrica, y se puede
expresar por la siguiente expresión matemática:
Potencia (Watts) = Tensión (Volts) x Corriente
eléctrica (Amperes)
En los circuitos eléctricos que utilizan lámparas de
filamento, la potencia total se le denomina potencia
activa o efectiva en la producción del trabajo útil, esto es,
en calentar el filamento hasta la incandescencia.

22. Cuando se tienen lámparas de descarga eléctrica, como
las fluorescentes y las de aditivo metálico, estas
requieren de un balastro para proporcionar la tensión de
encendido necesaria. Como estos balastros no
aprovechan al cien por ciento la energía eléctrica para su
funcionamiento, se producen pérdidas debido a la
energía que se necesita para formar un campo magnético
necesario para el funcionamiento del transformador
eléctrico. A la potencia que se utiliza para generar el
campo magnético necesario para que funcionen los
motores o los transformadores eléctricos se le
denomina potencia reactiva y su unidad es el VAR.

25. Es un indicador sobre el correcto aprovechamiento de
la energía, de forma general es la cantidad de energía
que se ha convertido en trabajo.
El factor de potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que
significa que:
El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica
que toda la energía consumida por los aparatos ha
sido transformada en trabajo.
Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad
significa mayor consumo de energía necesaria para
producir un trabajo útil.

27. La mayoría de los equipos eléctricos utilizan potencia
activa o real que es la que hace el trabajo real y utilizan
también la potencia reactiva, la cual no produce un
trabajo físico directo en los equipos.
Un alto consumo de energía reactiva puede producirse
como consecuencia principalmente de:

28.  Un gran número de motores.
 Presencia de equipos de refrigeración y aire
acondicionado.
 Una sub-utilización de la capacidad instalada en
equipos electromecánicos, por una mala planificación
y operación en el sistema eléctrico de la industria.
 Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos
de la industria.

29. Además del incremento en el importe de la facturación,
un bajo factor de potencia también deriva en los
siguientes problemas:
 Mayor consumo de corriente.
 Aumento de las pérdidas en conductores.
 Desgaste prematuro de los conductores.
 Sobrecarga de transformadores y líneas de
distribución.
 Incremento en caídas de voltaje.

30. 30
Las compañías suministradoras de energía penaliza a
los usuarios que tienen un FP inferior al 90% y los
bonifica en caso contrario:
Condición Suministradora Valores máximos
FP<0.9
Penalización por bajo FP
1001
9.0
5
3
(%)
FP
ónPenalizaci
Penalización
120 %
FP>0.9
Bonificaión por alto FP
100
9.0
1
4
1
(%)
FP
ónBonificaci
Bonificación
2.5%

31. Ya que el bajo factor de potencia se origina por la
operación de motores eléctricos, es necesario compensar
este consumo reactivo mediante bancos de capacitores
y/o filtros de armónicas.
Se pueden manejar tres arreglos para la aplicación de
capacitores, los cuales pueden combinarse entre sí según
el arreglo que más beneficie en cada caso.

34. Actualmente en México existen 33 tarifas eléctricas, las
cuales se pueden clasificar en:
 Domésticas (7)
 Servicio público (3)
 Riego agrícola (2)
 Servicios generales (20)
Dentro de las tarifas de servicios generales se dividen
en: alta (12), media (6) y baja (3) tensión

35.  Son disposiciones específicas que contienen las
cuotas y condiciones que rigen para los suministros
de energía
 Se identifican oficialmente por su número y/o
letra(s), según su aplicación
TARIFAS ELÉCTRICAS: DEFINICIÓN

36. Tarifa Descripción
1 Servicio doméstico: 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, DAC
2 Servicio general hasta 25 kW de demanda
3 Servicio general para más de 25 kW de demanda
5, 5A Servicio para alumbrado público
6 Servicio para bombeo de aguas potables o
negras, de servicio público
7 Servicio temporal
9 Servicio para bombeo de agua para riego
agrícola en baja tensión
TARIFAS ELÉCTRICAS: TIPOS (1)

37. Tarifa Descripción
O-M Tarifa ordinaria para servicio general en media
tensión con demanda menor a 100 kW
H-M Tarifa horaria para servicio generalen media
tensión, con demanda de 100 kW o más
H-MC Tarifa horaria para servicio generalen media
tensión, con demanda de 100 kW o mas, para
corta utilización (Baja California)
H-S, H-TTarifas horarias para servicio general alta tensión
H-SL, H-L
TARIFAS ELÉCTRICAS: TIPOS (2)

38. 38
Tarifa
HM-R, HM-
RF, HM-RM,
HS-R, HS-RF,
HS-RM,
HT-R, HT-RF,
HT-RM
I15, I30
Descripción
Tarifas horarias para servicio de respaldo
Tarifa de uso general para servicio
interrumpible
TARIFAS ELÉCTRICAS: TIPOS (3)

39. 39
 Específicas:
1, 1-A, 1-B, 1-C, 1-D, 1-E, DAC, 5, 5-A, 6, 9 y 9-M
 Generales:
2, 3, 7, O-M, H-M, H-MC, H-S, H-T, H-SL, H-TL, HM-R,
HM-RF, HM-RM, HS-R, HS-RF, HS-RM, HT-R, HT-RF,
HT-RM, I-15 e I-30
TARIFAS ELÉCTRICAS: CLASIFICACIÓN

40. 40
Cargos y bonificaciones: Redondeo
 Cargos fijos, cargos por demanda y
bonificaciones: a dos decimales
 Cargos por energía de las tarifas no horarias: a
tres decimales
 Cargos por energía de las tarifas horarias: a
cuatro decimales

41. 41
Tensión de suministro
 Baja tensión: tensión <= 1000 volts
 Media tensión: 1 kV < tensión > 35 kV
 Alta tensión (nivel subtransmisión): 35 kV <
tensión > 220 kV
 Alta tensión (nivel transmisión): tensión >= 220
kV

42. 42
Regiones tarifarias
Se consideran diferentes regiones y estaciones en
los costos del suministro de energía eléctrica con
el objeto de reflejar el costo real del servicio
Norte
Baja
California
Baja California
Sur
Noroeste
Noreste
Central
Sur
Peninsular

43. 43
Carga instalada: Es la capacidad total en kW conectada
a la instalación eléctrica
Demanda: Es el valor en kW medido en un instante
Demanda máxima: Es la demanda medida en kW
durante cualquier intervalo de 15 minutos, en el cual el
consumo de energía eléctrica fue mayor que en cualquier
otro intervalo de 15 minutos en periodo de consumo
Conceptos de facturación eléctrica:
Carga y Demanda

47. COSTO – BENEFICIO POR EL
CAMBIO A SISTEMAS
EFICIENTES

48. COMPARACIÓN RELATIVA DE LA EFICIENCIA Y LOS
LÚMENES ENTRE LAS LÁMPARAS DE LEDS Y LÁMPARAS
FLUORESCENTES.

49. COMPARATIVO ENTRE LAMPARAS FLUORESCENTES
COMPACTAS DE BAJO CONSUMO
LAMPARAS
FLUORESCENTES
COMPACTAS
9W
28 lm/W
11W
36 lm/W
13W
46 lm/W
17W
68 lm/W
LAMPARAS
INCANDESCENTES
25W
10 lm/W
40W
12 lm/W
60W
13 lm/W
75W
14 lm/W

51. Consideremos una situación que requiere 10 sistemas de 2 lámparas cada uno, con
3000 horas de operación al año y un costo de energía de $ 1/kWh.
• T12 + balastro magnético: 87 W por sistema, 4726 lm de salida.
• T8 + balastro electrónico: 58 W por sistema, 4928 lm de salida.
El sistema T8 da un poco más del 4% extra en la salida.
Con flujos mensuales de efectivo: 250 horas al mes.
• T12: 10 X 0.087 kW X 250 h/mes X 1 $/kWh = 217.5 $/mes
• T8: 10 X 0.058 kW X 250 h/mes X 1 $/kWh = 145.0 $/mes
Ahorro mensual = 72.5 $/mes.
El costo aproximado de 10 sistemas de (balastro + 2 T8s) es del orden de $ 2400
2400$/72.5$/mes = 33 meses 70 % de Vida nominal de lámparas T8= 14,000 h 56 meses!

52. BENEFICIO ECONÓMICO POR EL CAMBIO DE
LUMINARIOS A TECNOLOGÍA EFICIENTE EN EL CECYT 11
WILFRIDO MASSIEU
DESCRIPCIÓN
LUMINARIO
FLUORESCENTE
DE 2 X 32 W
LUMINARIO
FLUORESCENTE
DE 2 X 28 W
Potencia total en Watts
(potencia de las lámparas más
pérdidas en el balastro)
69 W 61 W
Operación anual (base del
cálculo)
2800 horas 2800 horas
Consumo anual 193.20 kWh 170.80 kWh
Costo del kWh (tarifa 1) $ 2.951 $ 2.951
Costo consumo anual $ 570.13 $ 504.03
Número de luminarias
instaladas
1004 1004
Costo total anual $ 572 413.73 $ 506 046.92
Diferencia $ 66 366.80
Por ciento de diferencia 11.59 %