Este documento trata sobre el efecto Joule y sus aplicaciones. Brevemente describe que el efecto Joule se refiere a la conversión de energía eléctrica en calor cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor. Explica que este efecto es deseado en aplicaciones como calentadores y estufas, pero indeseado en otros dispositivos electrónicos donde se busca aprovechar la máxima energía eléctrica. También menciona algunas causas comunes de puntos calientes en sistemas eléctricos como mal

1. Conexiones y efectos de
temperatura en instalaciones
eléctricas.
Administración y técnicas de mantenimiento

2. El efecto Joule es un término comúnmente usados
para referirse a cualquiera de los diferentes
efectos físicos descubiertos o caracterizados por el
físico inglés James Prescott Joule.
Estos efectos físicos no son los mismos, pero todos
se mencionan ocasionalmente en la literatura
como "efecto Joule" o "ley Joule".
Estos efectos físicos incluyen: la primera ley de
Joule, una ley física que expresa la relación entre
el calor generado y corriente que fluye a través de
un conductor. La segunda ley de Joule que declara
que la energía interna de un gas ideal es
independiente de su volumen y presión,
dependiendo solo de su temperatura.
EFECTO JOULE

3. ¿Que es el efecto
joule?
Es el efecto que se da cuando un conductor
donde circula electricidad, parte de la energía
cinética que tiene los electrones se transforma
en calor por el choque de los electrones con
las moléculas de calor.

4. En que consiste el efecto Joule
También conocido con el nombre de calentamiento resistivo u óhmico, el cual
describe el proceso en el cual la energía que pose una corriente eléctrica se puede
transformar en calor conforme fluye por medio de una resistencia.
En particular, cuando la corriente eléctrica fluye a través de un sólido o líquido
con conductividad finita, la energía eléctrica se convierte en calor a través
de pérdidas resistivas en el material. El calor se genera en la micro escala cuando
los electrones de conducción transfieren energía a los átomos del conductor por
medio de colisiones.
La transferencia de la energía se realiza a nivel de las moléculas: la interacción de la
corriente de electrones con los iones o con los átomos de la parte del conductor de
la energía permanece en este último. El efecto térmico lo obtienen los cables con
el movimiento más rápido de las partículas conductoras y su energía interna
aumenta y se transforma en calor.

5. Explicación del efecto joule
Para lograr entender cómo funciona el efecto Joule, debemos empezar explicando qué
es el calor. El calor es el desprendimiento de energía por parte de un sistema que se
origina como una consecuencia del movimiento y de las partículas que lo componen.
El efecto Joule ocurre cuando se da el desprendimiento de calor estimulado por el
movimiento de los electrones, o lo que conocemos normalmente, la corriente
eléctrica por un material determinado. Además, el efecto joule va a depender de varios
aspectos, los cuales son:

6.  La intensidad de corriente: se refiere al número de electrones por
unidad de tiempo. Cuanto menor sea la resistencia y mayor sea
la diferencia de potencial, habrá más cantidad de electrones en
movimiento en una unidad de tiempo.

La resistencia: es la oposición de un elemento al paso de
los electrones por el mismo. Cuanto mayor sea la resistencia, mayor
será el número de obstáculos que se presenten en el camino del
electrón.

7.  La diferencia de potencial o voltaje: los átomos son los encargados
de atraer a los electrones del polo positivo al negativo,
generando movimiento.
 Tiempo: entre mayor tiempo transcurra la cantidad de calor que ha sido
generada aumenta y por eta razón también influye.
 Potencia: se refiere a la influencia de la resistencia, la intensidad y
la diferencia de potencial de un circuito.

8. Fórmula
En la ley de Joule o efecto Joule, la energía térmica se representa por medio de la letra E
(en Joules o Julios) y esta energía térmica es disipada por un conductor eléctrico de
resistencia, el cual es representada por la letra R (ohm) y que es atravesado por una
corriente de intensidad I (medida en amperios) durante un tiempo t. Esta explicación se
puede representar por medio de la siguiente fórmula:
E = R · I² · t
La energía térmica o en otras palabras el calor, representado por la letra E va a depender
de 3 diferentes factores que son los siguientes:
La intensidad I de la corriente (el cual es considerado como el factor más importante ya
que está al cuadrado).
El tiempo t durante el cual fluye la corriente.
Resistencia R del conductor.

9. El efecto Joule, algo deseado y despreciado
efecto Joule
A priori, el efecto Joule puede parecer algo totalmente
despreciable, pues impide la obtención de la máxima cantidad
de energía de una corriente eléctrica que alimenta a un
sistema. Por ejemplo, en los procesadores es algo que
siempre se trata de evitar, pues se trata aprovechar la mayor
cantidad de energía eléctrica para aumentar el rendimiento
del ordenador, Tablet o smartphone al que está conectado.

10. Pero el efecto Joule también es algo muy deseado y
esencial para muchos productos actuales. Productos
como las estufas, los calefactores, los termos, los
secadores o incluso las vitrocerámicas. Y es que este
efecto permite convertir la energía eléctrica en calor, algo
que ha sido muy explotado por ingenieros durante el
último siglo para la creación de un sinfín de productos.

12. TERMOGRAFÍA
¿CUÁLES SON LAS CAUSAS QUE ORIGINAN PUNTOS
CALIENTES EN UN SISTEMA ELÉCTRICO?
• La termografía infrarroja es una herramienta predictiva extensamente utilizado
en la actualidad. Conocer las causas principales de los fallos eléctricos y
corregirlos a tiempo reduce drásticamente las posibilidades de interrupciones de
suministro, e incluso, previene de siniestros. Haremos una breve descripción de
las principales causas de este problema.
• Cuando la condición de un componente, conductor o equipo eléctrico
deteriora, su resistencia puede aumentar y generar más calor. Con el uso de
termografía infrarroja se pueden identificar estos puntos calientes y clasificarlos
según el criterio de gravedad adoptado

13. Las causas de variaciones termales pueden ser reales o aparentes. Las causas reales
intervienen de forma directa sobre la temperatura absoluta real emitida por la superficie,
en cambio, las aparentes, son causas que pueden producir confusiones y errores de
lectura al variar la información recibida por la cámara termográfica, y por esa razón, hace
falta, si es posible, introducir factores de compensación u otras medidas rectificadoras.
Entre las causas de anomalías más frecuentes se encuentran:
1) Incremento de resistividad por malos contactos
2) Sobrecarga en componentes eléctricos y conductores
3) Perturbaciones debido a componentes armónicos en
el sistema eléctrico
4) Desequilibrio de fases

14. . Incremento de resistividad por malos contactos
El calentamiento por efecto joule debido a un aumento de resistencia, se puede
originar por deficiencia en las conexiones, pérdida de sección de conductores, etc.
Al aumentar la resistividad, se produce un aumento de temperatura en una zona o
punto caliente, es decir, una región con una temperatura superior a las
temperaturas de las zonas restantes del termograma. Esta anomalía generalmente
presenta un gradiente de temperatura que tiende a disminuir en puntos más
alejados de la conexión como se observa en la figura 1.

15. En las instalaciones eléctricas, es frecuente que se produzcan malos contactos
entre conductores y componentes eléctricos, como en interruptores, así también
como en terminales de conexión, grapas, barras metálicas, contactos internos,
fusibles, seccionadores, etc. Es importante destacar que estas simples anomalías
generan un ciclo
cerrado que pueden desencadenar en el incremento continuo de temperatura hasta
llegar a destruir los elementos. El momento exacto en que se puede producir esta
situación es impredecible, sin embargo, la termografía, por su característica
predictiva, tiene la misión de anticiparse en la medida de lo posible a este suceso.

16. Las causas que dan motivo a los malos contactos son diversas. Las más frecuentes
son:
Tornillería deficientemente apretada. Una mala conexión provoca el aumento de
resistencia y por lo tanto también un aumento de temperatura. Por ejemplo, en un
conductor de pequeñas dimensiones conectado a una fase de un interruptor
diferencial, el apriete excesivo puede provocar su ruptura parcial, aumentando la
resistencia en ese punto. Por el contrario, si el conductor no se encuentra
debidamente ajustado, la disminución de superficie de contacto se puede entender
como una reducción de sección del elemento conductor y, por lo tanto, esto crea un
sobrecalentamiento debido a un aumento resistivo de la conexión, como se muestra
en la figura 2.

17. Corrosión o suciedad en los contactos. Por factores ambientales, los
materiales metálicos pueden sufrir oxidación, ensuciarse, tener cambios
bruscos de temperatura que dilatan y contraen la superficie de contacto junto
con otros agentes nocivos. Estos alteran la conductividad aumentando la
resistencia en las zonas más agredidas. Por ejemplo, algunos cuadros
eléctricos no tienen una protección adecuada o no están ubicados en un sitio
recomendado, y por medio de alguna incidencia, son atacados por estos
factores. Por esta razón, se recomienda limpiar la zona de contacto cuando se
detecta una mala conexión.
Pérdida de sección. En algunos conductores se producen deterioros parciales,
que en las líneas de media y alta tensión provocan serios problemas. El
incremento de temperatura producido favorece a un mayor deterioro del
conductor, contribuyendo aún más a su pérdida de sección o a la rotura de
venas. Se entra en un ciclo cerrado que acaba con la rotura del conductor.
Uno de los factores que originan este deterioro en las líneas de media y alta
tensión es el efecto corona.

18. 2. Sobrecarga en componentes eléctricos y conductores
Es otro caso de aumento de resistividad, pero debido a su particularidad se trata por
separado. Cuando la intensidad que soportan los componentes eléctricos y
conductores se encuentra por arriba de los valores nominales para los cuales fueron
fabricados, la temperatura de las superficies de los mismos es demasiada alta,
indicando la condición de sobrecarga. La mayoría de los componentes de baja
tensión tienen especificado en su ficha técnica su temperatura de funcionamiento
para una determinada temperatura ambiente.
Desde el punto de vista cuantitativo, teniendo en cuenta estos parámetros, se puede
determinar cuándo un componente como este, se encuentra en sus límites térmicos
de correcto funcionamiento, y evaluar el nivel de gravedad en base al criterio de
gradiente térmico, o sea, de su variación con respecto a un punto de referencia
óptimo.

19. Sin embargo, un termógrafo puede determinar una sobrecarga mediante la
observación de las imágenes y su patrón de temperaturas. En este caso, la
experiencia y la base de datos, que una empresa que se dedica a esta clase de
inspecciones suele tener, da una buena referencia del estado del componente sin
tener que realizar tantos artilugios matemáticos.
La comparación de temperaturas entre equipos o componentes de similares
características, es un método eficiente para detectar sobrecargas en sistemas
eléctricos, debido a que permite realizar la inspección con mayor rapidez, siendo
este un factor de elevada importancia en la práctica. En la figura 3 se presenta un
ejemplo de este caso.

20. 3. Perturbaciones debido a componentes armónicos en el
sistema eléctrico
En muchas situaciones la forma de onda periódica en régimen permanente no
es senoidal, tanto para la tensión como para la intensidad. Estas ondas
distorsionadas se pueden representar por una serie de funciones periódicas
senoidales crecientes y múltiplo de la onda fundamental, y son llamados
armónicos. La causa inicial de los armónicos son las intensidades distorsionadas
que absorben aparatos de funcionamiento no lineal. Sin embargo, también
aparecen armónicos en la onda de tensión al añadir receptores no lineales.

21. Los armónicos están originados por los receptores no lineales presentes en el
sistema eléctrico. Estos receptores distorsionantes se clasifican en tres
familias:
 . Máquinas eléctricas que tienen saturación magnética, especialmente las
máquinas rotativas eléctricas y los transformadores saturados.
 .Convertidores electrónicos de potencia.
 .Equipos en los que en su funcionamiento se produce el arco eléctrico,
fenómeno no lineal.
Los armónicos generan calentamientos producidos por las pérdidas mayores que
envejecen antes los aislamientos, principalmente en el caso de cables aislados. De
modo general todos los equipos que son sometidos a tensiones o atravesados por
intensidades armónicas, tienen las pérdidas aumentadas y, por lo tanto, se deberá
tener presente la disminución de su clase de intensidad nominal.

22. Un caso frecuente de influencia de armónicos en la inspección
termográfica es la elevada temperatura de superficie de los
conductores neutros con respecto a las fases activas. Esto se debe
a que, en sistemas eléctricos desequilibrados, las intensidades
armónicas que circulan por el neutro se suman, y su valor puede
llegar a estar en el mismo orden de magnitud de las intensidades
de fase activa.
Incluso, a veces, si el consumo de la línea no está en pleno
rendimiento, la superficie del conductor neutro se ve más
caliente que las fases, cosa que hay que tener en cuenta para no
confundir esto con un mal contacto. Estos armónicos producidos
en el neutro son llamados triplen.

23. 4. Desequilibrio de fases
Los desequilibrios de fases causan problemas térmicos que son
detectados en una adecuada inspección termográfica. Se conoce que las
tres fases deberían ser simétricas tanto en tensiones como en
intensidades y su desfase ha de aproximarse a 120º eléctricos. Los
desequilibrios se suelen dar cuando el valor eficaz de una fase no
coincide con el de las otras, y en sistemas trifásicos están causados por:
• .Cargas monofásicas mal repartidas entre fases.
• .Por la distribución desigual de conductores, aunque de influencia
menor.
• .Fallos a masa de una fase.

24. Es frecuente en el ámbito industrial, la incorporación de nuevos equipos monofásicos,
ampliación de alumbrados, etc. Estas nuevas instalaciones a veces no tienen una adecuada
repartición de cargas entre fases y esto genera una sobrecarga en alguna de ellas. Esta
sobrecarga produce un efecto similar a los armónicos, incrementando la temperatura en
toda la línea de conductores de la fase desequilibrada. Cuando sucede esto, normalmente
en el termograma se observa un conductor de una fase más caliente que los conductores de
las otras fases de la línea.
Al igual que los armónicos, no es posible saber con certeza, con solo mirar el termograma, si
el origen del fallo es por un desequilibrio de fases. Pero con ayuda de un amperímetro
manual, que permita realizar la mesura in situ, o dispositivos de medición de estos
parámetros que suelen estar incorporados en algunos cuadros eléctricos, se puede
descartar esta suposición, o en todo caso, confirmarla.