Electricidad – Magnetismo

Analogía hidráulica

La analogía hidráulica, o analogía fluido-eléctrica, es una analogía muy utilizada entre la hidráulica y la electricidad, que constituye una herramienta útil para la enseñanza y para quienes tienen dificultades para entender cómo funcionan los circuitos. también puede aplicarse a problemas de transferencia de calor.

Como la corriente eléctrica es invisible y los procesos en juego en la electrónica suelen ser difíciles de demostrar, los distintos componentes electrónicos se representan mediante equivalentes hidráulicos. La relación entre tensión y corriente se define (en dispositivos óhmicos como las resistencias) por la ley de Ohm. La Ley de Ohm es análoga a la ecuación de Hagen-Poiseuille, ya que ambas son modelos lineales que relacionan el flujo y el potencial en sus respectivos sistemas.

En un principio, la electricidad (al igual que el calor) se consideraba un tipo de fluido, y los nombres de ciertas magnitudes eléctricas (como la corriente) derivan de equivalentes hidráulicos.

• La tensión es como la diferencia de presión que empuja el agua a través de la manguera. Se mide en voltios (V). Este modelo supone que el agua fluye horizontalmente, de modo que puede ignorarse la fuerza de la gravedad.
• La corriente equivale a un caudal volumétrico hidráulico; es decir, la cantidad volumétrica de agua que fluye a lo largo del tiempo. Suele medirse en amperios. Cuanto más ancha sea la tubería, más agua fluirá a través de ella. Se mide en amperios (I o A).
• La carga eléctrica equivale a una cantidad de agua.
• La resistencia es como el diámetro de la tubería o los obstáculos en la manguera que ralentizan el flujo de agua. Se mide en ohmios (Ω). En hidráulica, la resistencia se asocia al coeficiente de pérdida de carga.

• Las baterías pueden considerarse como bombas de agua que hacen circular agua a través de una manguera que viaja en un circuito cerrado de vuelta a la batería. La bomba corresponde a la fuente ideal de tensión o corriente en un circuito de corriente continua. En cada una de las descripciones siguientes se presupone la presencia de una bomba hidráulica.
• Las resistencias son comparables a una sección de la red de tuberías en la que el radio de la tubería está constreñido, lo que restringe la velocidad de flujo del fluido en esa región, del mismo modo que una resistencia limita la corriente.
• Los cables y su relación con las bombas son bastante sencillos, ya que el cable de cobre es directamente análogo a una tubería llena de agua. La resistencia del propio cable es análoga a la resistencia del agua que fluye por una tubería.
• Los condensadores equivalen a un depósito con una conexión en cada extremo y una membrana que divide el depósito en dos longitudinalmente (un acumulador hidráulico). Cuando la bomba del sistema empiece a impulsar agua, la membrana se estirará en respuesta a la presión de dicha agua. La importancia del estiramiento es comparable a la cantidad de carga depositada en un condensador. A partir de esta descripción, debería ser bastante fácil ver que el estiramiento de esta membrana representa la caída de tensión en un circuito eléctrico, y la descarga de un condensador es igualmente comparable al retorno de la membrana a su extensión original.
• Los inductores equivalen a una pesada rueda de paletas colocada en el flujo de fluido. La masa de la rueda y el tamaño de las palas limitan la capacidad del agua para cambiar rápidamente su velocidad de flujo (corriente) a través de la rueda debido a los efectos de la inercia, pero, con el tiempo, una corriente de flujo constante pasará casi sin obstáculos a través de la rueda, ya que ésta gira a la misma velocidad que el flujo de agua.
• Los diodos en la analogía hidráulica se comparan bastante bien con una válvula de control direccional.
• Los transistores son como válvulas de control. Podemos utilizarlos para controlar el caudal (ON/OFF), o podemos utilizarlos para controlar el caudal (la corriente).