Aplicacions de l'electricitat

De Viquipèdia
Salta a la navegació Salta a la cerca

Des de la seva introducció, l'electricitat ha ampliat els seus camps d'aplicació en molts camps. A continuació es detallen alguns dels seus usos més rellevants.

Article principal: Màquines elèctriques

També s'aplica la inducció electromagnètica per a la construcció de motors moguts per energia elèctrica, que permeten el funcionament d'innombrables dispositius.

Generador electroestàtic[modifica]

Articles principals: Generador elèctric, dinamo, i alternador

Motor elèctric[modifica]

Article principal: Motor elèctric
Esquema d'un motor elèctric.

Des que Faraday va descriure el procés d'inducció i generació del corrent elèctric, es van iniciar experiències i projectes que van culminar amb l'invent i fabricació dels diferents tipus de motors elèctrics que existeixen. El pas definitiu ho va aconseguir l'enginyer Tesla que, en 1887, va fabricar el primer motor asíncron trifàsic de corrent altern.

Transformador[modifica]

Article principal: Transformador
Representació esquemàtica del transformador.

L'origen del transformador es remunta a 1851, quan el físic alemany Heinrich Daniel Ruhmkorff va dissenyar la trucada bobina de Ruhmkorff, precursora dels transformadors moderns. El transformador és una màquina elèctrica freturosa de moviment que permet augmentar o disminuir el voltatge o tensió en un circuit elèctric de corrent altern, mantenint la freqüència i la potència amb un alt rendiment. Els transformadors són dispositius basats en el fenomen de la inducció electromagnètica i estan constituïts, en la seva forma més simple, per dues bobines debanades sobre un nucli tancat de ferro dolç o ferro silici. Les bobines o debanaments es denominen primari i secundari, segons corresponguin a l'entrada o sortida del sistema en qüestió, respectivament. El funcionament es produeix quan s'aplica una força electromotriu alterna en el debanament primari, les variacions d'intensitat i sentit del corrent altern crearan un camp magnètic variable depenent de la freqüència del corrent. Aquest camp magnètic variable originarà, per inducció, l'aparició d'una força electromotriu en els extrems del debanament secundari. La relació teòrica entre la força electromotriu inductora (Ep), l'aplicada al debanament primari i la força electromotriu induïda (És), l'obtinguda en el secundari, és directament proporcional al nombre d'espires dels debanaments primari (Np) i secundari (Ns) .

La raó de transformació del voltatge entre el bobinatge primari i el secundari depèn per tant del nombre de ruletes que tingui cadascun. Si el nombre de voltes del secundari és el triple del primari. En el secundari hi haurà el triple de tensió.

Aquesta particularitat té la seva utilitat pel transport d'energia elèctrica a llarga distància, en poder efectuar-se el transport a altes tensions i petites intensitats i per tant amb petites pèrdues. El transformador ha fet possible la distribució d'energia elèctrica a totes les llars, indústries, etc. Si no fora pel transformador hauria d'escurçar-se la distància que separa als generadors d'electricitat dels consumidors. El transformador ho trobem en molts llocs, en els llums de baix consum, carregadors de piles, vehicles, en soterranis d'edificis, en les centrals hidroelèctriques i altres generadors d'electricitat. La seva grandària pot variar des de molt petits a enormes transformadors que poden pesar més de 500 t.[1]

Màquines frigorífiques i aire condicionat[modifica]

Màquina tèrmica de fred i calor.

La invenció de les màquines frigorífiques ha suposat un avanç important en tots els aspectes relacionats amb la conservació i tràfec d'aliments frescos que necessiten conservar-se freds perquè tinguin major durada en el seu estat natural, i a aconseguir una climatització adequada en habitatges i locals públics. Les màquines frigorífiques es classifiquen en congeladors i en refrigeradors. Les d'ús industrial estan situades en empreses, vaixells o camions que treballen amb aliments congelats o refrigerats; en l'àmbit domèstic s'utilitzen màquines conegudes amb el nom de frigorífic i congelador, així com aparells d'aire condicionat que estan present en molts habitatges variant en prestacions i capacitat.

En 1784 William Cullen construeix la primera màquina per refredar, però fins a 1927 no es fabriquen els primers refrigeradors domèstics (de General Electric). Quatre anys més tard, Thomas Midgley descobreix el freó, que per les seves propietats ha estat des de llavors molt emprat com a fluid de treball en màquines de refredament com a equips d'aire condicionat i refrigeradors, tant a escala industrial com a domèstica. No obstant això, s'ha demostrat que el freó i els compostos químics similars a ell, també coneguts com a clorofluorocarburs (CFC), són els principals causants de la destrucció en la capa d'ozó, produint el forat detectat en l'Antàrtida, per la qual cosa en 1987 es va signar el Protocol de Mont-real per restringir l'ús d'aquests compostos. En l'actualitat (2008) totes les màquines frigorífiques utilitzen gasos refrigerants que no perjudiquen la capa d'ozó.[2]

Una màquina frigorífica és un tipus de màquina tèrmica generadora que transforma algun tipus d'energia, habitualment mecànica, en energia tèrmica per obtenir i mantenir en un recinte una temperatura menor a la temperatura exterior. L'energia mecànica necessària pot ser obtinguda prèviament a partir d'un altre tipus d'energia, com l'energia elèctrica mitjançant un motor elèctric. Aquesta transferència es realitza mitjançant un fluid frigorigen o refrigerant, que en diferents parts de la màquina sofreix transformacions de pressió, temperatura i fase (líquida o gasosa); i que és posat en contacte tèrmic amb els recintes per absorbir calor d'unes zones i transferir-ho a unes altres.

Una màquina frigorífica ha de contenir com a mínim els quatre següents elements:

  • Compressor: és l'element que subministra energia al sistema. El refrigerant arriba en estat gasós al compressor i augmenta la seva pressió.
  • Condensador: és un bescanviador de calor, en el qual es dissipa la calor absorbida en l'evaporador (més endavant) i l'energia del compressor. En el condensador el refrigerant canvia de fase passant de gas a líquid.
  • Sistema d'expansió: el refrigerant líquid entra en el dispositiu d'expansió on redueix la seva pressió i aquesta al seu torn redueix bruscament la seva temperatura.
  • Evaporador: el refrigerant a baixa temperatura i pressió passa per l'evaporador, que igual que el condensador és un bescanviador de temperatura, i absorbeix la calor del recinte on està situat. El refrigerant líquid que entra a l'evaporador es transforma en gas en absorbir la calor del recinte.

Tant en l'evaporador com en el condensador la transferència energètica es realitza principalment en forma de calor latent.

Diagrama del cicle d'una bomba tèrmica simple: 1) condensador, 2) vàlvula d'expansió, 3) evaporador, 4) compressor.

Des del punt de vista econòmic, el millor cicle de refrigeració és aquell que extreu la major quantitat de calor (Q2) del focus fred (T2) amb el menor treball (W). Per això, es defineix l'eficiència d'una màquina frigorífica com el quocient Q2/W:

Eficiència
  • Q2: Representa la calor extreta de la màquina frigorífica per les serpentines refrigerants situades en el seu interior (congelador).
  • W: És el treball realitzat pel motor que acciona el compressor.
  • Q1: És la calor cedida a les serpentines (o radiador) refrigerants exteriors (en la part posterior de l'aparell i que s'elimina a l'ambient per una circulació d'aire (natural o forçada amb auxili d'un ventilador, cas dels aparells d'aire refrigerat).

La màquina frigorífica es pot utilitzar com escalfador (vegeu Cicle de Carnot). Per a això, n'hi ha prou amb fer que el focus calent sigui l'habitació, T1, i el fred l'exterior. És el principi de funcionament de la bomba de calor, que és més avantatjosa d'utilitzar que un caldejat per resistència elèctrica. Aquesta doble funció de produir fred i calor es fa servir en els equips moderns d'aire condicionat que s'instal·len en els habitatges.

L'enginyer francès Nicolas Léonard Sadi Carnot va ser el primer que va abordar el problema del rendiment d'un motor tèrmic.

A Espanya, totes les empreses que es dediquen a les activitats relacionades amb màquines frigorífiques i climatització s'enquadren sota el concepte de fred industrial i els professionals dedicats a aquestes tasques reben el nom de frigoristes.[3]

Vegeu també: Cicle de Carnot

Electroimants[modifica]

Article principal: Electroimant

Un electroimant és un tipus d'imant en el qual el camp magnètic es produeix mitjançant el flux d'un corrent elèctric, desapareixent quan cessa aquest corrent. Va ser inventat per l'electricista britànic William Sturgeon en 1825. Sturgeon podia regular el seu electroimant, la qual cosa va suposar el principi de l'ús de l'energia elèctrica en màquines útils i controlables, establint els fonaments per a les comunicacions electròniques a gran escala.

El tipus més simple d'electroimant és un tros de cable enrotllat. Una bobina amb forma de tub recte (semblant a un caragol) es diu solenoide, i quan a més es corba de manera que els extrems coincideixin es denomina toroide. Poden produir-se camps magnètics molt més forts si se situa un «nucli» de material paramagnètic o ferromagnètic (normalment ferro dolç) dins de la bobina. El nucli concentra el camp magnètic, que pot llavors ser molt més fort que el de la mateixa bobina.

El principal avantatge d'un electroimant sobre un imant permanent és que el camp magnètic pot ser ràpidament manipulat en un ampli rang controlant la quantitat de corrent elèctric. No obstant això, es necessita una font contínua d'energia elèctrica per mantenir el camp. En aplicacions on no es necessita un camp magnètic variable, els imants permanents solen ser superiors. Addicionalment, aquests poden ser fabricats per produir camps magnètics més forts que els electroimants de grandària similar.

Els electroimants s'usen en moltes situacions en les quals es necessita un camp magnètic variable ràpidament o fàcilment. Moltes d'aquestes aplicacions impliquen la desviació de feixos de partícules carregades, com en els casos del tub de rajos catòdics i l'espectròmetre de massa.

Els electroimants són els components essencials de molts interruptors, sent usats en els frens i embragatges electromagnètics dels automòbils. En alguns tramvies, els frens electromagnètics s'adhereixen directament als raïls. S'usen electroimants molt potents en grues per aixecar pesats blocs de ferro i acer, així com contenidors, i per separar magnèticament metalls en ferralleries i centres de reciclatge. Els trens de levitació magnètica empren poderosos electroimants per surar sense tocar la pista i així poder anar a grans velocitats. Alguns trens usen forces atractives, mentre uns altres empren forces repulsives.

Els electroimants s'usen en els motors elèctrics rotatoris per produir un camp magnètic rotatori i en els motors lineals per produir un camp magnètic itinerant que impulsi l'armadura. Encara que la plata és el millor conductor de l'electricitat, el coure és el material usat més sovint a causa del seu baix cost. De vegades s'empra alumini per reduir el pes.

Calcular la força sobre materials ferromagnètics és, en general, bastant complex. Això es deu a les línies de camp de contorn i a les complexes geometries. Pot simular-se usant anàlisi d'elements finits. No obstant això, és possible estimar la força màxima sota condicions específiques. Si el camp magnètic està confinat dins d'un material d'alta permeabilitat, com és el cas de certs aliatges d'acer, la força màxima ve donada per:

on:

  • F és la força en newtons;
  • B és el camp magnètic en tesles;
  • A és l'àrea de les cares dels pols en ;
  • és la permeabilitat de l'espai lliure.[4]
Vegeu també: Motor elèctric

Electroquímica[modifica]

Article principal: Electroquímica

L'àrea de la química que estudia la conversió entre l'energia elèctrica i l'energia química és l'electroquímica. Els processos electroquímics són reaccions redox on l'energia alliberada per una reacció espontània es transforma en electricitat, o l'electricitat es fa servir per induir una reacció química no espontània. Aquest últim procés es coneix com a electròlisi.

Diagrama simplificat del procés d'electròlisi.

La paraula electròlisi procedeix de dos radicals: electro que fa referència a electricitat, i lisis, que vol dir ruptura. L'electròlisi consisteix en la descomposició mitjançant un corrent elèctric de substàncies ionitzades denominades electròlits. Per exemple, en l'electròlisi de l'aigua es desprenen oxigen (O2) i hidrogen (H2).

Les reaccions químiques es donen en la interfase d'un conductor elèctric (anomenat elèctrode, que pot ser un metall o un semiconductor) i un conductor iònic (l'electròlit) podent ser una dissolució i en alguns casos especials, un sòlid. Si una reacció química és conduïda mitjançant un voltatge aplicat externament, es fa referència a una electròlisi, en canvi, si el voltatge o caiguda de potencial elèctric, és creat a conseqüència de la reacció química, es coneix com un "acumulador d'energia elèctrica", també anomenat bateria o cel·la galvànica.

A la fi del segle xviii (Il·lustració), l'anatomista i metge italià Luigi Galvani va marcar el naixement de l'electroquímica de forma científica en descobrir que en passar electricitat per les anques d'una granota morta aquestes es contreien, i en tocar tots dos extrems dels nervis emprant el mateix escalpel però descarregat no succeïa gens. Posteriorment, la fabricació de la primera bateria de l'època moderna va ser realitzada per Alessandro Volta. Per intervinguts del segle xix, la modelització i estudi de l'electroquímica es van veure aclarits per Michael Faraday (lleis de l'electròlisi) i John Daniell (pila depenent solament d'ions metàl·lics zinc-cobri). A partir del segle xx, l'electroquímica va permetre el descobriment de la càrrega de l'electró per Millikan, i l'establiment de la moderna teoria d'àcids i bases de Brønsted. Aquestes contribucions han permès que en l'actualitat (2008) l'electroquímica s'emparenti a temes tan diversos que van des de l'electroquímica quàntica de Revaz Dogonadze o Rudolph A. Marcus, fins a les cel·les fotovoltaiques i la quimioluminescència.[5]

Vegeu també: Electròlisi

Electrovàlvules[modifica]

Article principal: Electrovàlvula
A- Entrada
B- Diafragma
C- Càmera de pressió
D- Conducte de buidatge de pressió
I- Solenoide
F- Sortida

Una electrovàlvula és un dispositiu dissenyat per controlar el flux d'un fluid a través d'un conducte com pot ser una canonada. És d'ús molt comú en els circuits hidràulics i pneumàtics de maquinària i instal·lacions industrials.

Una electrovàlvula té dues parts fonamentals: el solenoide i la vàlvula. El solenoide converteix energia elèctrica en energia mecànica per actuar la vàlvula.

Existeixen diversos tipus d'electrovàlvules. En algunes electrovàlvules el solenoide actua directament sobre la vàlvula proporcionant tota l'energia necessària per al seu moviment. És corrent que la vàlvula es mantingui tancada per l'acció d'una molla i que el solenoide l'obri vencent la força del moll.

També és possible construir electrovàlvules biestables que usen un solenoide per obrir la vàlvula i un altre per tancar o bé un sol solenoide que obre amb un impuls i tanca amb el següent.

Les electrovàlvules poden ser tancades en repòs o normalment tancades la qual cosa vol dir que quan falla l'alimentació elèctrica queden tancades o bé poden ser del tipus obertes en repòs o normalment obertes que queden obertes quan no hi ha alimentació.

Hi ha electrovàlvules que en lloc d'obrir i tancar el que fan és bifurcar o repartir l'entrada entre dues sortides. Aquest tipus d'electrovàlvules sovint s'usen en els sistemes de calefacció per zones, la qual cosa permet escalfar diverses zones de forma independent utilitzant una sola bomba de circulació.

En un altre tipus d'electrovàlvula el solenoide no controla la vàlvula directament sinó que el solenoide controla una vàlvula pilot secundària i l'energia per a l'actuació de la vàlvula principal la subministra la pressió del propi fluid.[6]

Vegeu també: Solenoide

Il·luminació i il·luminat[modifica]

Article principal: Il·luminació física
Enllumenat de vies públiques.

La il·luminació o enllumenat públic és l'acció o efecte d'il·luminar usant electricitat, vies públiques, monuments, autopistes, aeroports, recintes esportius, etc., així com la il·luminació dels habitatges i especialment la dels llocs de treball quan les condicions de llum natural no proporcionen la visibilitat adequada.

En la tècnica es refereix al conjunt de llums, bombetes, focus, tubs fluorescents, entre altres, que s'instal·len per produir la il·luminació requerida, tant a nivells pràctics com a decoratius. Amb la il·luminació es pretén, en primer lloc aconseguir un nivell d'il·luminació, o luminància, adequat a l'ús que es vol donar a l'espai il·luminat, el nivell del qual dependrà de la tasca que els usuaris hagin de realitzar.

La il·luminació als centres de treball ha de prevenir que es produeixi fatiga visual, que s'ocasiona si els llocs de treball i les vies de circulació no disposen de suficient il·luminació, sigui natural o artificial, adequada i suficient durant la nit i quan no sigui suficient la llum natural.[7]

Els locals, els llocs de treball i les vies de circulació en els quals els treballadors estiguin particularment exposats a riscos en cas d'avaria de la il·luminació artificial han de comptar amb una il·luminació de seguretat d'intensitat i durada suficient. La il·luminació deficient ocasiona fatiga visual en els ulls, perjudica el sistema nerviós, degrada la qualitat del treball i és responsable d'una bona part dels accidentes de treball.

La fotometria és la ciència que s'encarrega de la mesura de la llum com la lluentor percebuda per l'ull humà. És a dir, estudia la capacitat que té la radiació electromagnètica d'estimular el sistema visual. En aquest àmbit la luminància és la quantitat de flux lluminós emès per una font de llum que incideix, travessa o emergeix d'una superfície per unitat d'àrea. La seva unitat de mesura en el Sistema Internacional d'Unitats és el Lux: 1 Lux = 1 Lumen/m².

En general, la luminància es defineix segons la següent expressió:

on:

  • EV és la luminància, mesura en luxes.
  • F és el flux lluminós, en lúmens.
  • dS és l'element diferencial d'àrea considerat, en metres quadrats.

La següent taula recull les principals magnituds fotomètriques, la seva unitat de mesura i la magnitud radiomètrica associada:

Magnitud fotomètrica Símbol Unitat Abreviatura Magnitud radiomètrica associada
Quantitat de llum o energia lluminosa lumen?segon lm?s Energia radiant
Flux lluminós o potència lluminosa lumen (= cd?sr) lm Flux radiant o potència radiant
Intensitat lluminosa candela cd Intensitat radiant
Luminància candela /metre2 cd /m2 Radiància
Luminància lux lx Irradiància
Emitància lluminosa lux lx Emitància radiant

La candela és una unitat bàsica del SI. Les restants unitats fotomètriques es poden derivar d'unitats bàsiques.

Vegeu també: Llum incandescent

Producció de calor[modifica]

Article principal: Efecte Joule
Un assecador de cabell és un exemple domèstic de l'efecte Joule

El físic britànic James Prescott Joule va descobrir en la dècada de 1860 que si en un conductor circula corrent elèctric, part de l'energia cinètica dels electrons es transforma en calor a causa del xoc que sofreixen amb les molècules del conductor pel qual circulen, elevant-ne la temperatura. Aquest efecte és conegut com a efecte Joule en honor al seu descobridor. Aquest efecte va ser definit de la següent manera: "La quantitat d'energia calorífica produïda per un corrent elèctric, depèn directament del quadrat de la intensitat del corrent, del temps que aquesta circula pel conductor i de la resistència que oposa el mateix al pas del corrent". Matemàticament s'expressa com

on

Q és l'energia calorífica produïda pel corrent;
I és la intensitat del corrent que circula i es mesura en amperes;
R és la resistència elèctrica del conductor i es mesura en ohms;
t és el temps el qual es mesura en segons.

Així, la potència dissipada per efecte Joule serà:

on V és la diferència de potencial entre els extrems del conductor.

Microscòpicament l'efecte Joule es calcula a través de la integral de volum del camp elèctric per la densitat de corrent :

La resistència és el component que transforma l'energia elèctrica en energia calorífica. En aquest efecte es basa el funcionament dels diferents electrodomèstics que aprofiten la calor en les seves prestacions -brasers, torradores, assecadors de pèl, calefaccions, etc.- i alguns aparells emprats industrialment -soldadores, forns industrials, etc.- en els quals l'efecte útil buscat és, precisament, la calor que desprèn el conductor pel pas del corrent. No obstant això, en la majoria de les aplicacions de l'electricitat és un efecte indesitjat i la raó per la qual els aparells elèctrics i electrònics necessiten un ventilador que dissipi la calor generada i eviti l'escalfament excessiu dels diferents dispositius.[8]

Robòtica i màquines CNC[modifica]

Una de les innovacions més importants i transcendentals en la producció de tota classe d'objectes en la segona meitat del segle xx ha estat la incorporació de robots, autòmats programables i màquines guiades per Control numèric per computadora (CNC) en les cadenes i màquines de producció, principalment en tasques relacionades amb la manipulació, tràfec d'objectes, processos de mecanitzat i soldadura. Aquestes innovacions tecnològiques han estat viables entre altres coses pel disseny i construcció de noves generacions de motors elèctrics de corrent continu controlats mitjançant senyals electrònics d'entrada i sortida i el gir que poden tenir en tots dos sentits, així com la variació de la seva velocitat, d'acord amb les instruccions contingudes al programa d'ordinador que els controla. En aquestes màquines s'utilitzen tres tipus de motors elèctrics: motors pas a pas, servomotors o motors encoder, i motors lineals.[9] La robòtica és una branca de la tecnologia que estudia el disseny i construcció de màquines capaces d'exercir tasques repetitives, tasques en les quals es necessita una alta precisió, tasques perilloses per a l'ésser humà o tasques irrealitzables sense intervenció d'una màquina. Les ciències i tecnologies en les quals es basa són, entre altres, l'àlgebra, els autòmats programables, les màquines d'estats, la mecànica, l'electrònica i la informàtica.

Un robot es defineix com una entitat feta per l'home i una connexió de retroalimentació intel·ligent entre el sentit i l'acció directa sota el control d'un ordinador prèviament programat amb les tasques que ha de realitzar. Les accions d'aquest tipus de robots són generalment dutes a terme per motors o actuadors que mouen extremitats o impulsen al robot. Cap a 1942, Isaac Asimov dóna una versió humanitzada a través de la seva coneguda sèrie de relats, en els quals introdueix per primera vegada el terme robòtica amb el sentit de disciplina científica encarregada de construir i programar robots. A més, aquest autor planteja que les accions que desenvolupa un robot han de ser dirigides per una sèrie de regles morals, anomenades les Tres lleis de la robòtica.[10]

Els robots són usats avui dia (2008) per dur a terme tasques brutes, perilloses, difícils, repetitives o esmussades per als humans. Això usualment pren la forma d'un robot industrial usat en les línies de producció. Altres aplicacions inclouen neteja de residus tòxics, exploració espacial, mineria, recerca i rescat de persones i localització de mines terrestres. La manufactura continua sent el principal mercat on els robots són utilitzats. En particular, els robots articulats (similars en capacitat de moviment a un braç humà) són els més usats comunament. Les aplicacions inclouen soldat, pintat i càrrega de maquinària. La indústria automotriu ha pres gran avantatge d'aquesta nova tecnologia on els robots han estat programats per reemplaçar el treball dels humans en moltes tasques repetitives. Recentment, s'ha aconseguit un gran avanç en els robots dedicats a la medicina que utilitza robots d'última generació en procediments de cirurgia invasiva mínima. L'automatització de laboratoris també és una àrea en creixement. Els robots segueixen abaratint-se i empetitint-se en grandària, gràcies a la miniaturització dels components electrònics que s'utilitzen per controlar-los. També, molts robots són dissenyats en simuladors molt abans que siguin construïts i interactuïn amb ambients físics reals.

Senyals lluminosos[modifica]

Article principal: Semàfor

Es denomina senyalització de seguretat al conjunt de senyals que, referit a un objecte, activitat o situació determinada, proporcioni una indicació o una obligació relativa a la seguretat o la salut en el treball mitjançant un senyal en forma de panell, un color, un senyal lluminós o acústica, una comunicació verbal o un senyal gestual, segons com pertocarà.[11]

Hi ha dos tipus de senyals lluminosos: les que actuen de forma intermitent i les que actuen de forma continuada. Els senyals lluminosos tenen el següent codi de colors:

  • Vermell: condicions anormals que requereixen una acció immediata de l'operari.
  • Ambre: atenció o advertiment.
  • Verd: màquina disposada.
  • Blanc: circuit en tensió. Condicions normals.
  • Blau: qualsevol significat no previst pels colors anteriors

Quan s'utilitzi un senyal lluminós intermitent, la durada i freqüència dels centelleigs hauran de permetre la correcta identificació del missatge, evitant que pugui ser percebuda com a contínua o confosa amb altres senyals lluminosos.

Semàfors
Semàfor en via pública.

Un semàfor és un dispositiu elèctric que regula el trànsit de vehicles i vianants en les interseccions de vies urbanes que suportin molt tràfic. També s'utilitzen semàfors en les vies de trens per regular el tràfic de combois per les vies. El tipus més freqüent té tres llums de colors:

  • Verd, per avançar
  • Vermell, per detenir-se
  • Groc o ambre, com a pas intermedi del verd a vermell, o precaució si està intermitent.

Va ser en 1914 quan es va instal·lar el primer semàfor elèctric, a Cleveland (Estats Units). Comptava amb llums vermelles i verds, col·locades sobre uns suports amb forma de braç i a més incorporava un emissor de brunzits.

Els semàfors han anat evolucionant amb el pas del temps i actualment (2008) s'estan utilitzant llums LED per a la senyalització lluminosa, ja que els llums de LED utilitzen només 10% de l'energia consumida pels llums incandescents, tenen una vida estimada 50 vegades superior, i per tant generen importants estalvis d'energia i de manteniment, satisfent l'objectiu d'aconseguir una major fiabilitat i seguretat pública.

L'òptica de LED està composta per una placa de circuit imprès, policarbonat de protecció, casquet roscant E-27, tots aquests elements integrats sobre un suport cònic. El circuit imprès, policarbonat de protecció i envolvorales, cridades les Tres lleis de la robòtica.[10]

Ús domèstic[modifica]

Article principal: Electrodomèstic
L'ocupació de bombetes de baix consum suposa un estalvi de fins a un 80% d'energia respecte a les convencionals.

L'ús domèstic de l'electricitat es refereix a la seva ocupació en les llars. Els principals usos són enllumenat, electrodomèstics, calefacció i aire condicionat. S'està investigant la producció d'aparells elèctrics que tinguin la major eficiència energètica possible, així com és necessari millorar el condicionament de les llars quant a aïllament de l'exterior per disminuir el consum d'electricitat en l'ús de la calefacció o de l'aire condicionat, que són els aparells de major consum elèctric.

Es denominen electrodomèstics a totes les màquines o aparells elèctrics que realitzen tasques domèstiques rutinàries, com poden ser cuinar, conservar els aliments o netejar, tant per a una llar com per a institucions, comerços o indústries. Els electrodomèstics es classifiquen comercialment en tres grups:

Als països de la Unió Europea els fabricants d'electrodomèstics estan obligats a etiquetar els seus productes amb l'anomenada etiqueta energètica, amb la finalitat de contribuir a l'estalvi energètic i a la preservació del medi ambient.

L'etiqueta energètica és una eina informativa que indica la quantitat d'energia que consumeix un electrodomèstic i l'eficiència amb què utilitza aquesta energia, a més d'altres dades complementàries de l'aparell. Existeixen set classes d'etiquetes energètiques que es tipifiquen, en funció dels consums elèctrics, en diferents colors i amb lletres de l'abecedari de la A (més eficient) fins a la G (menys eficient). D'aquesta manera, els usuaris poden valorar i comparar al mateix moment de la compra el rendiment energètic dels diferents models d'un mateix tipus d'electrodomèstic. Les comparacions únicament es poden fer entre electrodomèstics del mateix tipus. Per exemple, no és comparable el consum elèctric d'una rentadora de classe A amb el d'un rentavaixella de la mateixa classe, però sí amb el d'una altra rentadora de classe C.

L'etiqueta ha d'estar sempre visible en l'aparell exposat. En els casos de vendes per catàleg, per Internet o per qualsevol altre mitjà en què el consumidor no pugui veure els aparells personalment també s'han d'incloure les prestacions energètiques descrites en l'etiqueta.

Els electrodomèstics que, segons la normativa de la Unió Europea, han de portar obligatòriament etiqueta energètica són els següents: frigorífics, congeladors i aparells combinats, rentadores, assecadores i renta-assecadores, rentavaixella, fonts de llum, aparells d'aire condicionat, forns elèctrics, escalfadors d'aigua i altres aparells que emmagatzemin aigua calenta.[12]

Ús en la indústria[modifica]

Diversos tipus de motors elèctrics.

Els principals consumidors d'electricitat són les indústries, destacant aquelles que tenen en els seus processos productius instal·lats grans forns elèctrics, tals com a siderúrgiques, cimenteres, ceràmiques i químiques. També són grans consumidors els processos d'electròlisis (producció de clor i alumini) i les plantes de dessalat d'aigua de mar.

En alguns països, per exemple Espanya, existeixen uns contractes de subministrament especials amb aquests grans consumidors d'electricitat als quals se'ls concedeix una tarifa molt baixa a canvi de la possibilitat de tallar-los el subministrament elèctric (el que els obliga a un atur tècnic), quan les previsions meteorològiques preveuen ones de calor o de fred intens, per evitar la saturació del subministrament a causa de l'alt consum domèstic d'aire condicionat o calefacció. Aquests grans consumidors fan també funcionar els seus forns més potents en horari nocturn quan la tarifa elèctrica és més reduïda. En el cas espanyol, l'ús d'aquestes tarifes especials podria ser prohibit per la Comissió Europea en considerar-les incentius injusts a costa dels altres usuaris d'electricitat.[13]

Les indústries també consumeixen electricitat per subministrar il·luminació elèctrica quan no és possible la il·luminació natural, a fi de prevenir que es produeixi fatiga visual en els treballadors, que s'ocasiona si els llocs de treball i les vies de circulació no disposen d'il·luminació, adequada i suficient durant la nit.[14]

Un altre camp general de consum elèctric en les empreses ho constitueix el dedicat a l'activació de les màquines de climatització tant d'aire condicionat com de calefacció. El consum d'electricitat d'aquest capítol pot ser molt elevat si les instal·lacions no estan construïdes d'acord amb principis ecològics d'estalvi d'energia.

Així mateix, és d'ús industrial l'electricitat que s'empra en els diferents tipus de soldadura elèctrica, processos d'electròlisi, forns elèctrics industrials utilitzats en moltes tasques diferents, entre altres.

Un camp sensible de l'ús de l'electricitat en les empreses o institucions ho constitueixen l'alimentació permanent i la tensió constant que han de tenir les instal·lacions d'ordinadors, perquè un tall imprevist d'energia elèctrica pot danyar el treball que es realitza al moment del tall. Per evitar aquests danys existeixen uns dispositius d'emergència que pal·lien de forma momentània l'absència de subministrament elèctric a la xarxa.

Vegeu també: Electròlisi, forn elèctric, motor elèctric, forn, soldadura, i automatització industrial

Ús en el transport[modifica]

Article principal: Locomotora
Vehicles híbrids en l'Expo 2005

L'electricitat té una funció determinant en el funcionament de tota mena de vehicles que funcionen amb motors d'explosió. Per produir l'electricitat que necessiten aquests vehicles per al seu funcionament porten incorporat un alternador petit que és impulsat mitjançant una transmissió per corriola des de l'eix del cigonyal del motor. A més tenen una bateria que serveix de reserva d'electricitat perquè sigui possible l'arrencada del motor quan aquest es troba aturat, activant el motor d'arrencada. Els components elèctrics més importants d'un vehicle de transport són els següents: alternador, bateria, equip d'enllumenat, equip d'encès, motor d'arrencada, equip de senyalització i emergència, instruments de control, entre altres.

La substitució dels motors d'explosió per motors elèctrics és un tema encara no resolt, degut principalment a l'escassa capacitat de les bateries i a la lentitud del procés de càrrega així com a la seva autonomia limitada. S'estan realitzant avanços en el llançament d'automòbils híbrids amb un doble sistema de funcionament: un motor d'explosió tèrmic que carrega acumuladors i uns motors elèctrics que impulsen la tracció en les rodes.

Un camp on ha triomfat plenament l'aplicació de les màquines elèctriques ha estat el referit al funcionament dels ferrocarrils.

El procés d'electrificació s'ha desenvolupat en dues fases. La primera va ser la substitució de les locomotores que utilitzaven carbó per les locomotores trucades dièsel que utilitzaven gasoil. Les locomotores dièsel-elèctriques consisteixen bàsicament en dos components, un motor dièsel que mou un generador elèctric, i diversos motors elèctrics (coneguts com a motors de tracció) que comuniquen a les rodes la força tractiva que mou a la locomotora. Els motors de tracció s'alimenten amb corrent elèctric i després, per mitjà d'engranatges, mouen les rodes.

La posada en servei de locomotores elèctriques directes va constituir un avanç tecnològic important. Les locomotores elèctriques són aquelles que utilitzen com a font d'energia l'energia elèctrica provinent d'una font externa, per aplicar-la directament a motors de tracció elèctrics. Aquestes locomotores requereixen la instal·lació de cables d'alimentació al llarg de tot el recorregut, que se situen a una altura per sobre dels trens a fi d'evitar accidents. Aquesta instal·lació es coneix com a catenària. Les locomotores prenen l'electricitat per un trole, que la majoria de les vegades té forma de pantògraf i com tal es coneix. En els anys 1980 es van integrar com a propulsors de vehicles elèctrics ferroviaris els motors asíncrons, i van aparèixer els sistemes electrònics de regulació de potència que van donar el suport definitiu a l'elecció d'aquest tipus de tracció per les companyies ferroviàries. La fita dels trens elèctrics ho constitueixen els anomenats trens d'alta velocitat el desenvolupament dels quals ha estat el següent:

  • El 1964 es va inaugurar el Shinkansen o tren-bala japonès amb motiu dels Jocs Olímpics de Tòquio, el primer tren d'alta velocitat a utilitzar un traçat propi,
  • El 1979 es va instal·lar en Hamburg el primer tren de levitació magnètica per l'Exposició Internacional del Transport (IVA 79), desenvolupant patents anteriors. Va haver-hi proves posteriors de trens similars a Anglaterra i actualment operen comercialment línies al Japó i la Xina. Es combinen amb el sistema de monoraïl.
  • El 1981 es va inaugurar la primera línia de Train à Gran Vitesse (Tren de Gran Velocitat), conegut com a TGV, un tipus de tren elèctric d'alta velocitat desenvolupat per l'empresa francesa Alstom. El TGV és un dels trens més veloços del món, operant en alguns trams a velocitats de fins a 320 km/h tenint el rècord de major velocitat mitjana en un servei de passatgers i el de major velocitat en condicions especials de prova. En 1990 va aconseguir la velocitat de 515,3 km/h, i en el 2007 va superar el seu propi registre en arribar als 574,8 km/h en la línia París-Estrasburg.

Malgrat el desenvolupament de les locomotores elèctriques directes, en àmplies zones del planeta se segueixen utilitzant locomotores dièsel.

Ús en la medicina[modifica]

Article principal: Electromedicina
Imatge radiològica en 3D

El 8 de novembre de 1895, el físic alemany Wilhelm Conrad Röntgen va descobrir que, quan els electrons que es mouen a elevada velocitat xoquen amb la matèria, donen lloc a una forma de radiació altament penetrant. A aquesta radiació se li va denominar radiació X i el seu descobriment és considerat com un dels més extraordinaris de la ciència de senyalització i emergència, instruments de control, entre altres.

S'han equipat els quiròfans i unitats de rehabilitació i vigilància intensiva (UVI o UCI) amb equips electrònics i informàtics d'alta tecnologia. La radioteràpia utilitza radiacions ionitzants per tractar el càncer.

Recentment, s'ha aconseguit un gran avanç en els robots dedicats a la medicina que utilitza robots d'última generació en procediments de cirurgia invasiva mínima. L'automatització de laboratoris també és una àrea en creixement. Els robots segueixen abaratint-se i empetitint-se en grandària, gràcies a la miniaturització dels components electrònics que s'utilitzen per controlar-los. També, molts robots són dissenyats en simuladors molt abans que siguin construïts i interactuïn amb ambients físics reals.

Finalment, l'electricitat ha permès millorar els instruments i tècniques d'anàlisi clínica, per exemple mitjançant microscopis electrònics de gran resolució.

Vegeu també: Raigs X, tomografia computada , làser, ressonància magnètica nuclear, electroteràpia, i neurologia

Referències[modifica]

  1. sc.ehu.es. «El transformador».
  2. gocisa.es. «Descripció dels frigorífics».
  3. Dpto. de Màquines i Motors Tèrmics sc.ehu.es. «Màquina frigorífica».
  4. anser.com.ar. «Electroimanes». [Consulta: 19 juny 2008].
  5. fisiacanet.com.ar. «Electroquimica, electròlisi i piles».
  6. samson.de. «Descripció d'una electrovàlvula». [Consulta: 20 juny].
  7. «Instrucció Tècnica Complementària per a Baixa Tensió: ITC-BT-28 Instal·lacions en locals de pública concurrència».
  8. Físicanet.com. «Efecte Joule».
  9. Motors per a màquines CNC cnc-electronics.com (Inglés) [23-08-2008]
  10. 10,0 10,1 Canalda, José Carlos Lleis de la robòtica ciencia-ficción.com [23-08-2008]
  11. Senyalització vial jfaltasescobar.gov.ar [23-08-2008]
  12. WWF. «Etiquetat energètic d'electrodomèstics».
  13. Tarifes elèctriques reduïdes cincodías.com [24-08-2008]
  14. INSHT Legislació. «Instrucció Tècnica Complementària per a Baixa Tensió: ITC-BT-28 Instal·lacions en locals de pública concurrència».