20121212-Electrotecnia y Electrónica Industrial - Libro

IPET y M Nro 74 FRAY MAMERTO ESQUIÚ

Villa del Totoral

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ELECTROTECNIA Y ELECTRONICA INDUSTRIAL

Unidad Nro 1:

¿Qué es la electrotecnia? La Electrotecnia es la

aplicación práctica de la

electricidad y también del

magnetismo; de hecho, la

palabra electrotecnia viene

de la combinación de electro

y techne; o sea, es la

tecnología eléctrica, donde se

encuentran componentes

tales como motores

eléctricos, interruptores,

condensadores, contactores,

equipos de iluminación, etc.

Los equipos electrotécnicos pueden ser tan sencillos como el circuito de una linterna hasta de un

nivel tecnológico tal que combina circuitos electrónicos complejos; así son muchos de los cuadros

de control que se encuentran en la industria. Por ejemplo, en un cuadro eléctrico de control

clásico de un ascensor se encuentran componentes eléctricos tales como pulsadores, detectores

finales de carrera, contactores, fusibles, motores trifásicos, etc. Y modernamente, pero ya desde

hace bastante tiempo, en dichos cuadros de control se encuentran también placas con sistemas

electrónicos microprocesadores o autómatas programables. Por otra parte, también se encuentran

sistemas muy sofisticados en instalaciones domésticas, es el caso de la domótica.

De hecho, la electrónica es una extensión de la electricidad, aparecida como consecuencia de los

avances en la evolución de la tecnología eléctrica, y que se basa también en la electricidad (todo

sistema electrónico, por simple o complicado que sea, se alimenta con energía eléctrica, y por

tanto ya existe un proceso eléctrico). Por ello, dentro del programa oficial de electrotecnia se

encuentra también una parte considerable de electrónica. El programa de materias de electrotecnia

en ciclos formativos es muy amplio y ambicioso, pero la realidad, tiempo y necesidades

profesionales obligan a distinguir aquellas materias que constituyen la base fundamental

necesaria; lo cual se ha procurado hacer en este libro, de manera que no sea un libro más de

electrotecnia: resulte ameno, y sobre todo didáctico y fundamental en materias.

Principios fundamentales de la electricidad

En principio, se puede decir que la electricidad es un tipo de energía, y como tal, capaz de realizar

trabajo. Ejemplo de sus aplicaciones prácticas son los motores, calefactores, lámparas, etc. Y de la

misma manera que ocurre con la fuerza magnética, no nos resulta visible, pero su existencia

queda claramente manifiesta por los efectos que produce.

La fuerza de origen magnético (generada por cuerpos magnetizados) actúa sobre ciertos tipos de

materiales (los denominados ferromagnéticos), lo cuales pueden ser influidos por dicha fuerza.


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Pues también existe fuerza de origen eléctrico, generada por cuerpos con carga eléctrica,

invisible, pero también capaz de producir una fuerza sobre otros cuerpos. Se pueden encontrar

experimentos de este tipo en, por ejemplo, museos de la ciencia, siendo uno característico el

movimiento de atracción (o repulsión) entre dos esferas cargadas eléctricamente.

De hecho, todos nos podemos encontrar en algún momento con estas manifestaciones físicas de la

electricidad: al peinarnos (a veces el pelo se pone de punta, siguiendo al peine), al salir del coche

y cerrar la puerta puede darnos una especie de calambre, al caminar sobre moqueta pueden

aparecer chispas por los pies, etc.; todo se debe a la acción de la electricidad, originada, en estos

casos, por la fricción entre dos cuerpos diferentes, los cuales pasan de ser neutros a tener una

cierta carga de electricidad.

Conceptos sobre moléculas, átomos y electrones

Se puede decir que los principios eléctricos se encuentran en todos los tipos de materia, ya que

ésta se forma por moléculas que a su vez están formadas por átomos, y en el átomo se encuentra

la partícula fundamental de la electricidad: el Electrón.

Los electrones son las partículas elementales de la electricidad, la mínima expresión de carga

eléctrica (negativa), y lo que da lugar a la corriente eléctrica y de todas sus manifestaciones. Se

puede decir que todos los sistemas eléctricos y electrónicos, desde el más elemental, como puede

ser una bombilla, hasta el microprocesador más avanzado, se fundamentan en la circulación

controlada de electrones.

La molécula es la mínima parte que se puede obtener de una cierta materia sin que desaparezcan

sus propiedades químicas, o sea, sigue conservando las mismas características del tipo de materia.

Por ejemplo, si pudiéramos partir un grano de sal por la mitad, y cada trocito lo volviéramos a

partir por la mitad, y así sucesivamente, se llegaría a obtener una minúscula parte de materia que

ya no sería sal; obtendríamos átomos de cloro y sodio, que es la composición química de la sal

común (cloruro de sodio) (fig.1.1)

NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD

La electricidad forma parte de la estructura de la Materia

ATOMO: Es la parte más pequeña que puede existir de un cuerpo simple o elemento

Está constituido por las siguientes partes:

Polaridad

El Núcleo: O Centro, formado por Protones que manifiestan propiedades eléctricas (Electricidad

positiva +) y los Neutrones, que no manifiestan propiedades eléctricas, aunque le confieren la

mayor parte de la masa al átomo.-

La Corteza, formada por partículas llamadas electrones, con propiedades eléctricas (carga

negativa) y giran alrededor del núcleo

En estado normal el átomo es eléctricamente neutro: Tiene igual cantidad de protones y electrones

Cuerpo Cargado, Positivo y Negativo

Un cuerpo en estado normal, no electrizado, tiene en sus átomos igual Nro de electrones que de

protones


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Cuando en la estructura de un cuerpo la cantidad de electrones es superior a la de protones, este se

encuentra cargado eléctricamente con carga negativa.-

Cuando en la estructura de un cuerpo la cantidad de electrones es inferior a la de protones, este se

encuentra cargado eléctricamente con carga positiva.-

CARGA ELÉCTRICA: es la cantidad de electricidad de un cuerpo, es el exceso o defecto de

electrones.-

Cargas de igual signo se repelen y cargas de distinto signo se atraen

La unidad natural de carga eléctrica es la carga de un electrón (igual y de signo contrario que la

del protón.) Por ser esta una carga demasiado pequeña se utiliza como unidad el COULOMBIO,

que se representa con la letra “C” y equivale a la carga de 6,25 x 1018

electrones.-

CONDUCTORES

Son cuerpos que permiten la circulación de electrones por su interior.-

AISLANTES

Son cuerpos que no permiten la circulación de corriente por su interior

CORRIENTE ELECTRICA

Es la circulación de cargas eléctricas por el interior de un conductor.

Si dos cuerpos con cargas distintas se unen mediante un conductor, se establece por este una

circulación o corriente de electrones del cuerpo negativo al positivo. Convencionalmente se

considera el sentido de la corriente como el sentido en que se mueven cargas positivas. Del polo

+ al polo –

CLASES DE CORRIENTE ELECTRICA

Corriente Continua (CC): Circula siempre en un mismo sentido

Corriente Alterna (CA): Circula alternativamente en dos sentidos, variando simultáneamente su

valor

EFECTOS PRODUCIDOS POR LA CORRIENTE ELECTRICA

Efectos Caloríficos: La corriente eléctrica produce calor al circular por un conductor

Efectos Magnéticos: La corriente eléctrica crea un campo magnético alrededor del conductor por

el que circula

Efectos Químicos: La corriente eléctrica continua descompone algunos líquidos (electrolitos)

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA

Es la cantidad de electricidad o carga eléctrica que circula por un conductor en la unidad de

tiempo.

Se representa con la letra I.

I (Intensidad) = Q (carga)

T (tiempo)


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La unidad de Intensidad de Corriente eléctrica es el AMPERIO que se simboliza mediante la letra

“A”

Medición de la Intensidad de Corriente Eléctrica:

Se mide con un aparato llamado AMPERÍMETRO, que se intercala en el circuito cuya intensidad

se quiere medir.

RESISTENCIA ELECTRICA

Es la dificultad que opone un cuerpo a la circulación de corriente eléctrica. Se representa con la

letra R.-

A la inversa de la resistencia eléctrica se la denomina conductancia y se la representa con la letra

G.

G = 1/R

Unidad de Resistencia Eléctrica:

La unidad de Resistencia Eléctrica es el ohmio, que se representa con la letra griega omega Ω.-

Se define como Ohmio a la resistencia eléctrica que presenta a 0°C de temperatura una columna

de mercurio de 106.3 centímetros de longitud y de un milímetro cuadrado de sección.-

Unidad de Conductancia Eléctrica:

La unidad de Conductancia Eléctrica es el siemens, que se representa con la letra S.-

Resistencia de un Conductor:

La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud, inversamente

proporcional a su sección y depende del material y de la temperatura

R = ρ l/s

R: Resistencia del Conductor en Ω

l: longitud del conductor en m

s: Sección del Conductor en mm2

ρ: Coeficiente de resistividad, según el material y la temperatura (Ω mm2/m)


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Tabla de Resistividad

Material

Resistividad

a 23°C

Ω mm2/m

Material

Resistividad

a 23°C

Ω mm2/m

Plata 0,01590 Nicromio 1,50

Cobre 0,01680 Carbón 35,00

Oro 0,02200 Germanio 460000,00

Aluminio 0,02650 Silicio 64000,00

Tungsteno 0,05600 Piel Humana 5,0E+11

Hierro 0,09710 Vidrio 1,0E+17

Acero 0,72000 Hule 1,0E+20

Platino 0,11000 Sulfuro 1,0E+22

Plomo 0,22000 Cuarzo 7,5E+24

A la inversa de la resistividad se la denomina conductividad c

C = 1/ ρ

Variación de la resistencia con la temperatura

La resistencia de los conductores metálicos aumenta al aumentar la temperatura.

El Carbón y los electrolitos disminuyen su resistencia con el aumento de la temperatura

El Constantan (aleación de cobre y níquel) mantiene su resistencia constante.-

La resistencia varía con la temperatura de acuerdo con la siguiente Ley:

Donde:

R2: Resistencia a la temperatura t2

R1: Resistencia a la temperatura t1

α : Coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura, correspondiente a la temperatura

t1. Se mide en grados recíprocos (1/°C)

Material α

Material α

Aluminio 0.0039

Plata 0.0038

Manganita nulo

Estaño 0.0042

Advance 0.00002

Platino 0.0025

Mercurio 0.00089

Hierro 0.0052

Bronce fosforoso 0.002

Plomo 0.0037


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Material α

Material α

Nicromio 0.00013

Kruppina 0.0007

Carbón 0.0005

Tungsteno 0.0041

Níquel 0.0047

Latón 0.002

Niquelina 0.0002

Wolframio 0.0045

Cobre 0.00382

Oro 0.0034

TENSION ELECTRICA

La tensión eléctrica entre dos puntos de un conductor se define como el trabajo necesario para

desplazar la unidad de carga entre un punto y otro punto. A esta tensión se le llama

DIFERENCIA DE POTENCIAL entre dichos puntos.-

Si dos cuerpos no tienen la misma carga eléctrica hay una diferencia de potencial entre ellos.-

La tensión eléctrica se representa con la letra V ó U

Unidad de Tensión eléctrica

La unidad de Tensión Eléctrica o Diferencia de Potencial se mide en Voltios que se representa

con la letra V y se mide mediante un instrumento llamado VOLTÍMETRO, que se conecta a los

dos puntos cuya tensión se desea medir.

LEY DE OHM

La intensidad de corriente que circula por un conductor es directamente proporcional a la tensión

eléctrica o diferencia de potencial entre sus extremos e inversamente proporcional a su

resistencia.-

I (intensidad) ´= V (tensión)

R (resistencia)

VOLTIO

El Voltio se define como la tensión que es necesario aplicar a un conductor de un Ω de resistencia

para que por el circule una corriente de 1 A.-

CAIDA DE TENSION EN UN CONDUCTOR

Es la disminución de tensión como consecuencia de la resistencia que el conductor presenta al

paso de la corriente eléctrica.-

1 V

1 Ω1A ´=


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CAIDA DE TENSION EN UNA LINEA DE TRANSPORTE DE ENERGIA ELECTRICA

Es la diferencia entre las tensiones al principio y al final de la línea de transporte

POTENCIA ELECTRICA

Potencia es el trabajo desarrollado por unidad de tiempo.

La potencia eléctrica es el producto de la tensión por la intensidad de corriente

P(Potencia) = V(Tensión) x I(Intensidad de Corriente)

UNIDAD DE POTENCIA

La unidad de Potencia es el Vatio que se representa con la letra W

Potencia Perdida en un Conductor

Al circular una corriente eléctrica por un conductor, hay una pérdida de potencia, que es el

producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la intensidad de corriente.

P = RI2

Por la ley de Ohm

I=V/R

V = RI

Entonces P = VI = RII = RI2

ENERGÍA ELÉCTRICA

Es la capacidad para producir trabajo

Es el producto de la potencia por el tiempo en que actúa esa potencia.

E(Energía) = P(Potencia) x t(tiempo)

UNIDAD DE ENERGIA ELECTRICA

La unidad es el vatio segundo que se llama julio y se representa mediante la letra J

La unidad práctica de energía eléctrica es el vatio.hora (Wh) aunque se utiliza con mucha más

frecuencia el Kilovatio hora (kWh).

CALOR PRODUCIDO EN UN CONDUCTOR

Al circular una corriente por un conductor, que presenta una resistencia, hay una pérdida de

energía eléctrica, que se transforma íntegramente en calor (energía calórica). Este fenómeno se

conoce como efecto Joule.-

La energía eléctrica perdida en el conductor es:

E = P t = R I2 t

Donde:

E: Energía (J) P: Potencia (W) R: Resistencia (Ω) I: Intensidad (A)

T: Tiempo (s)


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El calor producido en el conductor es:

q(calorías) = 0.24 R I2 t

Donde 1 J = 0.24 calorías

DENSIDAD DE CORRIENTE ELECTRICA

Es la relación que existe entre la intensidad de corriente eléctrica que circula en un conductor y la

sección geométrica del mismo. Se representa mediante la letra δ (delta)

δ = I / s Donde:

δ : Densidad de Corriente Eléctrica (A/mm2)

I : Intensidad de Corriente Eléctrica (A)

S : Sección de l conductor (mm2)

La densidad de Corriente Eléctrica en los conductores se limita reglamentariamente para evitar el

excesivo calentamiento por efecto joule.

CORTOCIRCUITO

Se llama cortocircuito a la unión de dos puntos, entre los cuales existe una tensión eléctrica o

diferencia de potencial, por un conductor prácticamente sin resistencia, lo que origina, según la

ley de Ohm , una Intensidad de Corriente eléctrica muy elevada.-

FUSIBLE O CORTACIRCUITO

Es una porción de una línea eléctrica que se ha hecho de menor sección que el resto de la misma,

con el fin de que se funda por efecto Joule cuando la intensidad toma un valor muy elevado;

interrumpiendo así el paso de la corriente eléctrica.-

Como fusibles se utilizan hilos de Cu ó Pb.-

RESISTENCIA DE CONTACTO

Cuando se unen dos conductores para establecer un contacto eléctrico entre ellos, existe una

resistencia eléctrica en el punto de unión, que se llama RESISTENCIA DE CONTACTO. La

unión se calienta por efecto Joule cuando por ella circula una corriente.-

ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN SERIE

LA conexión en serie de dos o más resistencias

consiste en conectarlas una a continuación de la otra.

El acoplamiento tiene las siguientes características:

a) Todas las resistencias son recorridas por la

misma corriente

b) La tensión total en los extremos de

acoplamiento es igual a la suma de las


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tensiones en los extremos de cada resistencia.

c) La resistencia total del acoplamiento es igual a la suma de las resistencias conectadas.-

REÓSTATOS

Son resistencias variables utilizadas para regular la intensidad de corriente eléctrica que circula

por un aparato.-

Según la Ley de Ohm la intensidad disminuye el aumentar la resistencia intercalada en el reóstato.

Donde

I: Intensidad (A) V: Tensión eléctrica (V) R: Resistencia del aparato (Ω)

Rr: Resistencia del reóstato (Ω)

PRIMERA LEY DE KIRCHOFF

La suma de intensidades de Corriente que llegan a u8n punto de conexión de varios conductores

es igual a la suma de intensidades de corriente que se alejan de él.

I1+I2 = I3+I4+I5

ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN PARALELO

La conexión en paralelo de dos o más resistencias consiste en conectar los extremos de todas ellas

a dos puntos comunes.-

El acoplamiento tiene las siguientes características:

La tensión eléctrica entre los extremos de las resistencias es igual para todas ellas

La intensidad total del acoplamiento es igual a la suma de la intensidad de corriente que

circulan por cada resistencia.-

IT = I1+I2+I3

Según la Ley de Ohm

IT = V/RT ; I1 = V/R1 ; I2 = V/R2 ; I3 = V/R3

Entonces

V/RT =V/R1+V/R2 + V/R3

V/RT =V (1/R1+1/R2 + 1/R3)

1/RT =1/R1+1/R2 +1/R3


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La inversa de la resistencia total del acoplamiento es

Igual a la suma de las inversas de las resistencias conectadas

GENERADOR ELÉCTRICO

Es un aparato que transforma en energía eléctrica cualquier otra clase de energía.

GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA

Es un Generador que mantiene entre sus bornes una tensión de polaridad fija

1) Características de un Generador

a) Fuerza electromotriz: Es la causa que mantiene una tensión eléctrica en bornes del

Generador f.e.m Se representa mediante la letra E y se mide en Voltios.-

b) Intensidad Nominal: Es la máxima intensidad de corriente que puede circular por el

generador sin provocar efectos perjudiciales que pudieran deteriorarlo

c) Resistencia Interna: Es la resistencia de los conductores internos del Generador. Se

representa mediante la letra r.-

TENSIÓN EN BORNES DE UN GENERADOR

Cuando un Generador suministra una corriente eléctrica. El valor de la tensión en bornes es igual

al valor de la f.e.m. menos la caída de tensión interior.-

POTENCIA TOTAL PRODUCIDA POR EL GENERADOR

Es igual al producto de la f.e.m. del generador por la intensidad de corriente que suministra

P=E x I

POTENCIA ELÉCTRICA PERDIDA EN EL GENERADOR

Es la potencia perdida en la resistencia interna del generador, igual al producto de la resistencia

interna por el cuadrado de la corriente suministrada.-

Pp= rI2

POTENCIA UTIL DEL GENERADOR

Es el valor de potencia entregado al circuito exterior, igual al producto de la tensión en bornes por

la intensidad que suministra

Generador

Eléctrico

Energía

Mecánica

Energía

Eólica

Energía

Química

Energía

Eléctrica


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Trabajo Práctico Nro U1TP1:

1. Calcular la resistencia eléctrica de un conductor de cobre de 200 metros de largo, 4 mm de

diámetro y resistividad 0.018 Ω mm2/m.-

2. ¿Qué longitud de hilo de micróm es necesario utilizar si su diámetro es de 0.4 mm y su

resistividad es de 1.1 Ω mm2/m , para que su resistencia eléctrica sea de 100 Ω.-

3. ¿Qué valor tendrá la resistencia eléctrica de un conductor de cobre de 20 m de longitud, 2

mm2 de sección y 0.028 Ω mm

2/m de resistividad?


1. ¿Cuál será la resistencia de un conductor de aluminio de 1 Km de longitud, 3mm de diámetro

y 0.028 Ω mm2/m de resistividad?

2. Una pletina de aluminio de sección rectangular de 3 mm de base por 6 mm de altura tiene una

longitud de 20 m. Calcular su resistencia eléctrica sabiendo que la resistividad del aluminio es

de 0.028 Ω mm2/m de resistividad.-

3. Determinar la longitud de un conductor de cobre arrollado en una bobina si la resistencia

eléctrica del conductor es de 200 Ω , su diámetro es de 0.1 mm y su resistividad es de 0.018 Ω

mm2/m.-

4. Un conductor de aluminio de 0.028 Ω mm2/m de resistividad debe tener una longitud de 2 Km

y una resistencia eléctrica de 9.33 Ω . Calcular:

4.1. La sección del conductor

4.2. El diámetro del conductor.

Trabajo Práctic Nro U1TP3:

4. Para la fabricación de una resistencia de 100 Ω se ha utilizado un alambre de 120 m de

longitud y 0.5 mm2 de sección. ¿Cuál es la resistividad del conductor?

5. Una bobina está construida de alambre de cobre de 0.0175 Ω mm2/m de resistividad y

diámetro 1mm. La bobina es cilíndrica de diámetro interior d1 = 0.10m y de diámetro exterior

d2 = 0.15m. La resistencia del conductor es de 10 Ω. Calcular:

5.1. Longitud del alambre empleado

5.2. Número de espiras de la bobina. Se calcula en función de la longitud “l” del conductor y

del diámetro medio de la bobina de la forma siguiente:

l

d1 + d2

2π

´=n


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Trabajo Práctico Nro U1TP4

Fórmula

6. ¿Cuál será la resistencia a 70°C de un conductor de Cu, que a 20°C tiene una resistencia de

60Ω, sabiendo que el coeficiente de variación de resistencia con la temperatura para el Cu es

de 0.004 1/°C.

DATOS INCOGNITAS

T1= 20°C R1= 60Ω R2 = ?

T2= 70°C

α = 0.004 1/°C

FORMULA A APLICAR

R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 )) SOLUCIÓN

1° - Reemplazo los datos en la fórmula

R2 = 60Ω ( 1 + 0.004 1/°C ( 70°C – 20 °C ))

2° - Resuelvo por partes y simplifico el cálculo

R2 = 60Ω ( 1 + 0.004 1/°C ( 50°C ))

R2 = 60Ω ( 1 + 0.2 )

R2 = 60Ω ( 1.2 )

R2 = 72Ω

Problema resuelto

7. La resistencia de un devanado de Cu de un motor es de 0.05 Ω a la temperatura de 20°C.

Después de estar en marcha el motor , el devanado se calienta y su resistencia aumenta hasta

0.059 Ω. Sabiendo que el coeficiente de variación de resistencia con la temperatura para el Cu

es de 0.004 1/°C. Calcular:

7.1. En cuantos grados se eleva la temperatura del motor

7.2. La temperatura a la que está funcionando


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DATOS INCOGNITAS

T1= 20°C R1= 0.05Ω T2= ¿?

R2= 0.059Ω

α = 0.004 1/°C

FORMULA A APLICAR

R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 ))

SOLUCIÓN

1° - Despejo la incógnita T2

R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 ))

R2 = R1 + R1α(T2-T1)

R2-R1= R1α(T2-T1)

R2-R1 =

T2 - T1

R1α

R2-R1 +

T1 =

T2

R1α

2° - Reemplazo los valores en la fórmula

0,059Ω - 0,05Ω + 20°C = T2

0,05Ω 0,004 1/°C

Funciona a T2= 65° y la temperatura se incrementó en 40°C

Problema resuelto

8. Una línea bifilar de Al de 2 Km de longitud tiene a 20 °C una resistencia de 3 Ω. Calcular su

resistencia a 40 °C, sabiendo que el coeficiente de variación de la resistencia con la

temperatura para el Al es de 0.004 1/°C.

DATOS INCOGNITAS

T1 = 20°C R1= 3 Ω R2= ¿?

Aplico la propiedad

distributiva del

producto respecto de

la suma


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T2 = 40°C

α = 0.004 1/°C

FORMULA A APLICAR

R2 = R1 ( 1 + α ( T2 – T1 ))

R2 = 3Ω ( 1 + 0.004 1/°C ( 40° – 20° ))

Resuelvo con calculadora o por otro método

R2 = 3.24 Ω

Problema resuelto


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Trabajo Práctico Nro U1TP5 1. Una estufa eléctrica de resistencia 200 Ω se conecta a 220 V. ¿Qué intensidad de corriente

eléctrica circula por la estufa?

2. Al conectar un calentador eléctrico de agua a una tensión de 220 V, circula por él una

corriente eléctrica de intensidad 10A. ¿Cuál es la resistencia?

3. Un radiador eléctrico de calefacción, de resistencia 31.25 Ω, que consideramos constante,

funciona conectado a una tensión de 125 V. Calcular la intensidad en los casos siguientes:

3.1. Cuando se conecta a 12 V

3.2. Cuando la tensión aumenta a 150V

4. Se quiere fabricar un calefactor con alambre de manganina de 0.3 mm de diámetro y

resistividad 0.43 Ω mm2/m, de forma que conectado a 220 V consuma 4 A. Considerando que

la resistencia de la manganina no varía de forma apreciable con la temperatura, calcular:

4.1. Resistencia del calefactor

4.2. Longitud del alambre necesario.

5. La intensidad que circula por un aparato de resistencia 20 Ω es de 11 A. ¿Cuál es la tensión a

la que está conectado?

6. Por un conductor de Cu de 2mm de diámetro, 0.018 Ω mm2/m de resistividad y 300m de

longitud, circula una intensidad de 10ª. Calcular:

6.1. La resistencia del conductor

6.2. Caída de tensión en el conductor

7. Calcular la caída de tensión en un conductor de Al de 200m de longitud, 6mm2 de sección y

0.028 Ω mm2/m de resistividad, cuando la intensidad que circula por el conductor es de 12 A.-

8. Una línea eléctrica de 1 Km de longitud está formada por 2 conductores de Cu de 6mm2 de

sección y 0.018 Ω mm2/m de resistividad. Si la tensión entre los dos conductores al principio

de la línea es de 225V. Calcular:

8.1. Resistencia de la línea

8.2. La caída de tensión en la línea

9. Una Línea eléctrica de 500 m de longitud está formada por 2 conductores de Al de

resistividad 5.64 mm de diámetro y resistividad 0.028 Ω mm2/m. La tensión al principio de la

línea es de 135V y la corriente es de 15 A. Calcular la tensión al final de la línea.-

10. Una línea eléctrica de 400m de long. Está formada por 2 conductores de Al de 0.028 Ω

mm2/m de resistividad y 16 mm

2 . Si por la línea circula una I = 8A, calcular:

10.1. Resistencia de la línea

10.2. Tensión necesaria al principio de la línea para que al final sea de 220 V.-


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Trabajo Práctico Nro U1TP6

1. ¿Cuál es la fórmula que relaciona la resistencia de un conductor con su longitud y su

sección transversal?

2. ¿Cuál es la fórmula que relaciona entre sí a los parámetros y variables de un circuito

eléctrico?

3. ¿Cómo varía la resistencia de un conductor si varía su temperatura?

4. Resolver:

Dado los siguientes circuitos calcular los parámetros faltantes

4.1°)

I= 10A

V=500Ω

R= ?

4.2°)

I= 20A

V= ?

R= 50Ω

4.3°)

I= ?

V= 220V

R= 25Ω

5. Se quiere fabricar un calefactor con alambre de manganina de 3 mm2 de sección y

resistividad 0.43 Ω mm2/m, de forma que conectado a 380 V consuma 20 A.

Considerando que la resistencia de la manganina no varía de forma apreciable con la

temperatura, calcular: Resistencia del calefactory Longitud del alambre necesario.

6. Una línea eléctrica de 100m de long. Está formada por 2 conductores de Al de 0.028 Ω

mm2/m de resistividad y 6 mm

2 . Si por la línea circula una I = 10A, calcular:

7. Resistencia de la línea

8. Tensión necesaria al principio de la línea para que al final sea de 220 V.-


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1. Una línea eléctrica de 1 Km (1000 m) de longitud está formada por 2 conductores de Cu

de 1,5 mm2 de sección y 0.018 Ω mm

2/m de resistividad y tiene conectada al final una

lámpara incandescente de 100 Watts (cuando se le aplica una tensión de 220 V). Si la

tensión entre los dos conductores al principio de la línea es de 220V. Calcular:

a) Resistencia de la línea

b) La caída de tensión en la línea

c) La intensidad de Corriente que circula por el circuito

d) La tensión real aplicada sobre la lámpara de 100 Watts

e) La resistencia eléctrica de la lámpara

f) La energía consumida en la lámpara al cabo de una hora de funcionamiento y

su equivalente en calorías

g) La energía total consumida en el circuito en el mismo período de tiempo y su

equivalente en calorías

h) ¿Qué tensión debería aplicarse al principio de la línea para que sobre la

lámpara se verifiquen los 220 V?

DATOS:

L = 1000m x 2= 2000m

S = 1.5 mm2

ρ = 0.18 Ωmm2/m

P = 100 W

V1= 220 V


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SOLUCIÓN:

a) Cálculo de Resistencia de Línea

R = ρ L/S

RLínea= 0.18 Ωmm2/m x 2000m/ 1.5 mm

2

RLínea= 24 Ω

e) Cálculo de Resistencia de la lámpara

Como PLámpara = V2/Rlámpara

Rlámpara = V2 / PLámpara

Rlámpara = (220V)2 / 100W

Rlámpara = 484 Ω

Entonces RTotal = RLinea + RLámpara

RTotal = 24Ω + 484Ω = 508Ω

c) Cálculo de la Intensidad de Corriente en el Circuito

I = V1/ RTotal

I = 220V / 508Ω

I = 0.43A

b) Cálculo de la caída de tensión en la carga

VLínea = I x RLínea

VLínea = 0.43A x 24Ω

VLínea = 10.32V

d) Cálculo de la caída de Tensión en la Carga

VCarga = I x RCarga

VCarga = 0.43A x 508Ω


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VCarga = 208.12V

f) Cálculo de Energía consumida en la lámpara en una hora

E = P x t

P = VCarga x I

P = 208.12V x 0.43A

P = 89.49W

E = 89.49W x 36000s

E = 36089.49 Joules

Calorías = Joules x 0.24 Calorías/Joules

Calorías = 36089.49 Joules x 0.24 Cal/Joules

Calorías = 8661.48 Calorías

g) Cálculo de la Energía total consumida en el Circuito en una hora

Potencia del circuito = Potencia Total = PLínea + PCarga

PCircuito = PLínea + PCarga

PLínea = VLínea x I

PLínea = 10.32V x 0.43A = 4.43W

PCarga = VCarga x I

PCarga = 208.12V x 0.43A = 89.49W

PCircuito = 4.43W + 89.49W = 93.92W

E = 93.92W x 36000s

E = 338112 Joules

Calorías = 338112 Joules x 0.24 Cal/Joules = 81146.88 Cal


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h) Cálculo de V1 para VCarga = 220 V

VCarga = I x RCarga por lo tanto I = VCarga / RCarga

I = 220V / 484Ω = 0.45A

VLínea = I x RLínea

VLínea = 0.45A x 24Ω = 10.8 V

V1 = VCarga + VLínea = 220V + 10.8V = 221.8V


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1. Una línea eléctrica de 3 Km (3000 m) de longitud está formada por 2 conductores de Cu de

1,5 mm2 de sección y 0.018 Ω mm

2/m de resistividad y tiene conectada al final una lámpara

incandescente de 500 Watts (cuando se le aplica una tensión de 220 V). Si la tensión entre los

dos conductores al principio de la línea es de 220V. Calcular:

a) Resistencia de la línea

b) La caída de tensión en la línea

c) La intensidad de Corriente que circula por el circuito

d) La tensión real aplicada sobre la lámpara de 500 Watts

e) La resistencia eléctrica de la lámpara

f) La energía consumida en la lámpara al cabo de una hora de funcionamiento y su


g) La energía total consumida en el circuito en el mismo período de tiempo y su


h) ¿Qué tensión debería aplicarse al principio de la línea para que sobre la lámpara se

verifiquen los 220 V?

i) ¿De qué sección deberá ser el conductor de Cu para que sobre la lámpara rinda el

97%?


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Datos Cantidad Unidad

Longitud de la Línea 3000,00 m

Resistividad 0,018 Ω mm2/m

Sección del Conductor 1,50 mm2

Tensión aplicada 220,00 V

Potencia de la carga 500,00 W

Tiempo en segundos 3600,00 s

Incógnitas Cantidad Unidad

Resistencia de la línea 72,00 Ω

Resistencia de la carga 96,80 Ω

Resistencia total 168,80 Ω

Intensidad de Corriente 1,30 A

Caida de tensión en la línea 93,84 V

Tensión aplicada sobre la lámpara 126,16 V

Tensión lámpara en porcentaje del tot 57,35% V

Tensión en el Circ para Vcarga 220V 383,64 V

Energía total Julios 1032227,49 J

Energía total Calorías 247734,60 Cal

Energía sobre lámpara Julios 591940,88 J

Energía sobre lámpara Calorías 142065,81 Cal

97% de 220V 213,40 V

Resistencia de la línea 12,97 Ω

Sección del Conductor para 97% 4,16 mm2


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RESOLVER LOS SIGUIENTES CIRCUITOS CON RESISTENCIAS:

1 –

2 –

3 –

4 –

5 –

6 –

7 –


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1. A una tensión de 100V se produce un cortocircuito mediante un conductor de 0.01 Ω de

resistencia. ¿Cuál es la intensidad de Corriente de Cortocircuito?

2. Tres resistencias de 10, 20 y 70 Ω se conectan en serie a una tensión de 300V. Calcular:

2.1. Resistencia total

2.2. Intensidad que circula por las resistencias

2.3. Tensión a los extremos de cada resistencia

2.4. Potencia consumida por cada resistencia

2.5. Energía consumida por el acoplamiento de resistencias en 2 horas

3. Tres aparatos se conectan en serie. La resistencia de uno de ellos es de 450 Ω y la del otro es

de 500 Ω. Calcular la resistencia del tercer aparato si la resistencia total es de 1600 Ω.

4. Dos resistencias de 40 y 70 Ω se conectan en serie a una tensión de 220V. Calcular:



4.3. Tensión en extremos de cada resistencia




5.3. Potencia consumida en cada resistencia

5.4. Energía consumida por cada resistencia en 10 horas

6. Para fabricar dos resistencias de alambre de Constantán de 0.1mm de diámetro se han

utilizado 50m de alambre en cada una. Calcular la resistencia total cuando están conectadas en

serie, sabiendo que la resistividad del alambre es de 0.5 Ω mm2/m.

7. Calcular la intensidad que circula por un aparato de resistencia 10 Ω, conectado en serie con

un reóstato a una tensión de 220V, en los siguientes casos:

7.1. Cuando la resistencia intercalada en el reóstato es de 100 Ω

7.2. Cuando la resistencia intercalada en el reóstato es de 45 Ω

8. Por un aparato de 100 Ω de resistencia conectado en serie con un reóstato a una tensión de

127V, circula una intensidad de corriente de 1A. Calcular la resistencia intercalada en el

reóstato.




9.3. Tensión en extremos de cada resistencia

10. Tres aparatos se conectan en serie. La resistencia del primero de ellos es igual al doble de la

del segundo y la del tercer es el doble de la del primero. ¿Cuánto vale cada una de ellas si con

100V circula una corriente de 10A


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1 - RESOLVER Y COMPARAR RESULTADOS SI t2 = 65°C

SOLUCIÓN

DATOS INCÓGNITAS

R1= 125Ω a t1=25°C

αR1= 0,040 1/°C

R2= 100Ω a t125°C

αR2= 0,170 1/°C

I A 25C= ?

I A 65°C = ?

R1 A T2

R2 A T2

FÓRMULAS

CALCULOS

RTOTAL A 25°C = R1A 25°c + R2 A 25°C = 125Ω + 100Ω = 225,00 Ω

I A 25°C = V / RTOTAL A 25°C = 200V/225,00Ω = 0,889 Amperes

R1 A t2 = 125Ω * (1+0,040 1/°C (65°C -25°C)) = 325,00Ω

R2 A t2 = 100Ω * (1+0,170 1/°C (65°C -25°C)) = 780,00Ω

RTOTAL A 65°C = R1 A t2 + R2 A t2 = 1105,00 Ω

I A 65°C = V / RTOTAL A 65°C = 200V/1105,00Ω = 0,181 Amperes

R1= 125Ω a t1=25°C

αR1= 0,0401/°C

R2= 100Ω a t125°C

αR2= 0,1701/°C

V=200V

I=´?


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Utilización del Multímetro (Tester)

Multímetro Un multímetro, también denominado polímetro,[1]

tester o multitester, es un instrumento eléctrico portátil

para medir directamente magnitudes eléctricas activas

como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas

como resistencias, capacidades y otras. Las medidas

pueden realizarse para corriente continua o alterna y en

varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos

y posteriormente se han introducido los digitales cuya

función es la misma (con alguna variante añadida).

Historia

El multímetro tiene un antecedente bastante claro, denominado

AVO, que ayudo a elaborar los multímetros actuales tanto

digitales como analógicos. Su invención viene dada de la mano

de Donald Macadie, un ingeniero de la British Post Office, a

quien se le ocurrió la ingeniosa idea de unificar 3 aparatos en

uno, tales son el Amperímetro, Voltímetro y por último el

Óhmetro, de ahí viene su nombre Multímetro AVO. Esta

magnífica creación, facilito el trabajo a todas las personas que

estudiaban cualquier ámbito de la Electrónica.

Ahora bien, tras dicha creación únicamente quedaba vender el proyecto a una empresa, cuyo nombre era Automatic

Coil Winder and Electrical Equipment Company (ACWEECO, fue fundada probablemente en 1923), saliendo a la

venta el mismo año. Este multímetro se creó inicialmente para analizar circuitos en corriente continua y

posteriormente se introdujeron las medidas de corriente alterna. A

pesar de ello muchas de sus características se han visto inalteradas

hasta su último modelo, denominado Modelo 8 y presentado en 1951.

Los modelos M7 y M8 incluían además medidas de capacidad y

potencia. Dichos modelos se pueden apreciar en las dos imágenes

correspondientes. La empresa ACWEECO cambio su nombre por el

de AVO Limited que continuo fabricando instrumentos con la marca

registrada como AVO. La compañía paso por diferentes entidades y

actualmente se llama Megger Group Limited. El modelo original se

ha fabricado ininterrumpidamente desde 1923, pero el problema raíz

no se hallaba en su construcción sino en la necesidad de obtener

repuestos mecánicos, por lo que la compañía dejo de construir en

Octubre de 2008, con la dignidad de haber vendido un aparato

presente sin modificación alguna, durante 57 años en mercado.

Fundamento teórico Introducción

Es un aparato muy versátil, que se basa en la utilización de un instrumento de medida, un galvanómetro muy sensible

que se emplea para todas las determinaciones. Para poder medir cada una de las magnitudes eléctricas, el

galvanómetro se debe completar con un determinado circuito eléctrico que dependerá también de dos características

del galvanómetro: la resistencia interna (Ri) y la inversa de la sensibilidad. Esta última es la intensidad que, aplicada

directamente a los bornes del galvanómetro, hace que la aguja llegue al fondo de escala.


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Además del galvanómetro, el polímetro consta de los siguientes

elementos: La escala múltiple por la que se desplaza una sola aguja

permite leer los valores de las diferentes magnitudes en los distintos

márgenes de medida. Un conmutador permite cambiar la función

del polímetro para que actue como medidor en todas sus versiones

y márgenes de medida. La misión del conmutador es seleccionar en

cada caso el circuito interno que hay que asociar al instrumento de

medida para realizar cada medición. Dos o más bornes eléctricas

permiten conectar el polímetro a los circuitos o componentes

exteriores cuyos valores se pretenden medir. Las bornes de acceso

suelen tener colores para facilitar la corrección de las conexiones

exteriores. Cuando se mide en corriente continua, suele ser de color

rojo la de mayor potencial ( o potencial + ) y de color negro la de

menor potencial ( o potencial - ). La parte izquierda de la figura

(Esquema 1) es la utilizada para medir en continua y se puede

observar dicha polaridad. La parte derecha de la figura es la

utilizada para medir en corriente alterna cuya diferencia básica es

que contiene un puente de diodos para rectificar la corriente y

poder finalmente medir con el galvanómetro. El polímetro está dotado de una pila interna para poder medir las

magnitudes pasivas. También posee un ajuste de cero necesario para la medida de resistencias.

A continuación se describen los circuitos básicos de uso del polímetro donde la raya horizontal colocada sobre

algunas variables como resistencias o la intensidad de corriente, indica que se está usando la parte izquierda de la

figura (Esquema 1). Además, los razonamientos que se realizan sobre los circuitos eléctricos usados para que el

polímetro funcione como Amperímetro o Voltímetro sirven también, de forma general, para medir en corriente

alterna con la parte derecha de la figura (Esquema 1).

Amperímetro Para que el polímetro trabaje como amperímetro (Esquema 2) es preciso

conectar una resistencia Rs en paralelo con el instrumento de medida

(vinculo). El valor de Rs depende del valor en amperios que se quiera

alcanzar cuando la aguja alcance el fondo de escala. En el polímetro

aparecerán tantas resistencias Rs conmutables como valores diferentes de

fondos de escala se quieran tener. Por ejemplo, si se desean escalas de 10

miliamperios, 100 miliamperios y 1 amperio y de acuerdo con las

características internas el instrumento de medida (vinculo), aparecerán tres

resistencias Rs conmutables.

Si se desean medir corrientes elevadas con el polímetro como amperímetro,

se suelen incorporar unas bornes de acceso independientes. Los circuitos

internos estarán construidos con cable y componentes adecuados para

soportar la corriente correspondiente.

Voltímetro Para que el polímetro trabaje como voltímetro (Esquema 3) es preciso

conectar una resistencia en serie con el instrumento de medida. El valor de

depende del valor en voltios que se quiera alcanzar cuando la aguja alcance

el fondo de escala. En el polímetro aparecerán tantas resistencias

conmutables como valores diferentes de fondos de escala se quieran tener.

Por ejemplo, en el caso de requerir 10 voltios, 20 voltios, 50 voltios y 200

voltios, existirán cuatro resistencias diferentes .


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Óhmetro El óhmetro permite medir resistencias. Una pila interna hace

circular una corriente a través de la resistencia a medir, el

instrumento y una resistencia adicional de ajuste.

Cuando los terminales de medida se ponen en cortocircuito

circula la máxima corriente por el galvanómetro. Es el valor de

corriente que se asocia a R = 0. Con la resistencia de ajuste se

retoca esa corriente hasta que coincida con el fondo de escala y

en la división que indica la corriente máxima se pone el valor de

0 ohmios. Cuando en los terminales se conecta la resistencia que

se desea medir, se provoca una caída de tensión y la aguja se

desplaza hacia valores inferiores de corriente, esto es, hacia la

izquierda. La escala de resistencias crecerá, pues, de derecha a

izquierda.

Debido a la relación inversa entre resistencia y corriente

(R=V/I), la escala del óhmetro no es lineal, lo cual provocara

mayor error de medida conforme nos acerquemos a corrientes

pequeñas (grandes valores de la resistencia R a medir).

Funciones comúnes Multímetro o polímetro analógico

1. Las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente

continua (D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos

medir son:500μA, 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde

a A=0,000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a =0,001A).

2. Vemos 5 posiciones, para medir tensión en corriente continua (D.C.=

Direct Current), correspondientes a 2.5V, 10V, 50V, 250V y 500V, en donde

V=voltios.

3. Para medir resistencia (x10Ω y x1k Ω); Ω se lee ohmio. Esto no lo

usaremos apenas, pues observando detalladamente en la escala milimetrada

que está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), veras que no

es lineal, es decir, no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4 y

el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar de

empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual a significa que el

circuito está abierto). A veces usamos estas posiciones para ver si un cable

está roto y no conduce la corriente.

4. Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente alterna

(A.C.:=Alternating Current).

5. Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1.5V y 9V.

6. Escala para medir resistencia.

7. Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de

0 a 250.

Como medir con el multímetro digital Midiendo tensiones Para medir una tensión, colocaremos las bornes en las clavijas, y no tendremos más que colocar ambas puntas entre

los puntos de lectura que queramos medir. Si lo que queremos es medir voltaje absoluto, colocaremos la borne negra

en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y la otra borne en el punto a medir. Si lo que

queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos más que colocar una borne en cada lugar.

Midiendo resistencias El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. Basta con colocar la ruleta en

la posición de ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuantos

ohmios tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala más grande, e iremos reduciendo

la escala hasta que encontremos la que más precisión nos da sin salirnos de rango.


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Midiendo intensidades El proceso para medir intensidades es algo más complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en

serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir,

desconectar algún cable para intercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro del

tester. Precisamente por esto, hemos comentado antes que un tester con las bornas puestas para medir intensidades

tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir.

Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, y configuraremos el tester

adecuadamente (borna roja en clavija de amperios de más capacidad, 10A en el caso del tester del ejemplo, borne

negra en clavija común COM).

Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos a cerrar el circuito usando para ello

el tester, es decir, colocaremos cada borne del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que

tenemos. Con ello se cerrara el circuito y la intensidad circulara por el interior del multímetro para ser leída.

Desarrollo del Trabajo Práctico: 1. Tomar al menos 10 resistencias de valor conocido

a. Tomar el Multímetro y colocarlo en Ohm

b. Medir cada una de las resistencias

c. Confeccionar una tabla donde consten el valor declarado y el medido

d. Calcular el rango de variación

e. Sacar conclusiones

2. Colocar el Multímetro en modo Voltímetro CC

a. Tomar Varias pilas de diferentes tamaños y medir la tensión entre sus extremos

b. Apilar pilas y volver a medir

c. Elaborar una tabla con los resultados de las mediciones obtenidas

3. Colocar el Multímetro en modo Voltímetro CA

a. Alimentar un transformador de 220/110, y medir la tensión en primario y en secundario

b. Alimentar un transformador de 220/24, y medir la tensión en primario y en secundario

c. Alimentar un transformador de 220/12, y medir la tensión en primario y en secundario

d. Elaborar una tabla con los resultados de las mediciones obtenidos

4. Colocar el Multímetro en modo Amperímetro CA

a. Alimentar con un transformador de 220/110 el circuito propuesto, y medir la Intensidad de

Corriente en primario y en secundario

b. Alimentar con un transformador de 220/24 el circuito propuesto, y medir la Intensidad de Corriente

en primario y en secundario

c. Alimentar con un transformador de 220/12 el circuito propuesto, y medir la Intensidad de Corriente

en primario y en secundario

d. Elaborar una tabla con los resultados de las mediciones obtenidos

e. Comparar los resultados prácticos con los teóricos y extraer conclusiones

CIRCUITO PROPUESTO


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Utilización de la Pinza Amperométrica

Pinza amperométrica. La pinza amperométrica es un tipo especial de

amperímetro que permite obviar el inconveniente

de tener que abrir el circuito en el que se quiere

medir la corriente para colocar un amperímetro

clásico.[1]

El funcionamiento de la pinza se basa en la

medida indirecta de la corriente circulante por un

conductor a partir del campo magnético o de los

campos que dicha circulación de corriente que

genera. Recibe el nombre de pinza porque consta

de un sensor, en forma de pinza, que se abre y

abraza el cable cuya corriente queremos medir.

Este método evita abrir el circuito para efectuar la

medida, así como las caídas de tensión que podría

producir un instrumento clásico. Por otra parte, es sumamente seguro para el operario que realiza la medición, por

cuanto no es necesario un contacto eléctrico con el circuito bajo medida ya que, en el caso de cables aislados, ni

siquiera es necesario levantar el aislante.

Uso Un multímetro con la pinza incorporada Al

pulsar el botón grande de la parte inferior se abre

la mandíbula inferior de la pinza, lo que permite

poner la pinza alrededor de un conductor. Para

utilizar una pinza, hay que pasar un solo

conductor a través de la sonda, si se pasa más de

un conductor a través del bucle de medida, lo

que se obtendrá será la suma vectorial de las

corrientes que fluyen por los conductores y que

dependen de la relación de fase entre las

corrientes. Si la pinza se cierra alrededor de un

cable paralelo de dos conductores que alimenta

un equipo, en el que obviamente fluye la misma

corriente por ambos conductores (y de sentido o

fase contrarios), nos dará una lectura de "cero".

Por este motivo las pinzas se venden también

con un accesorio que se conecta entre la toma de corriente y el

dispositivo a probar. El accesorio es básicamente una extensión corta con los dos conductores separados, de modo

que la pinza se puede poner alrededor de un solo conductor.

La lectura producida por un conductor que transporta una corriente muy baja puede ser aumentada pasando el

conductor alrededor de la pinza varias veces (haciendo una bobina), la lectura la real será la mostrada por el

instrumento dividida por el número de vueltas, con alguna pérdida de precisión debido a los efectos inductivos.

Desarrollo del Trabajo Práctico:

1. Utilizando una Pinza Amperométrica medir la intensidad de corriente de al menos 10 artefactos eléctricos y

confeccionar una tabla con los resultados obtenidos


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Unidad Nro 2:

ELECTROMAGNETISMO

IMANES

Son cuerpos que poseen la propiedad de atraer el hierro

TIPOS DE IMANES

1. Imanes Naturales

2. Imanes Artificiales

2.1. Imanes Temporales

2.2. Imanes Permanentes

POLOS Y LINEA NEUTRA DE UN IMAN

La propiedad de atraer al hierro se da con mayor intensidad en los extremos del imán que se

llaman Polos y estos a su vez se llaman polo Norte (el que se orienta hacia el polo Norte

Geográfico) y polo Sur ( el que se orienta hacia el polo Sur Geográfico)

No se puede aislar un polo único.-

El centro de un imán se llama Zona o Línea Neutra y en ella no existen fenómenos magnéticos.-

ACCIÓN MUTUA ENTRE IMANES

Polos del mismo nombre se repelen y polos de diferente nombre se atraen

CAMPO MAGNÉTICO

Es la región del espacio donde se verifican fenómenos magnéticos

LÍNEAS DE FUERZA

El campo magnético se representa por líneas cerradas, llamadas líneas de fuerza a las que se les

da un sentido. Las líneas de fuerza salen del polo Norte y entran por el polo Sur.-

Los fenómenos magnéticos son más intensos donde las líneas están más juntas

CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA RECTILINEA

La corriente eléctrica al circular por un conductor rectilíneo, crea un campo magnético alrededor

del conductor, cuyas líneas de fuerza son circunferencias concéntricas en cada plano

perpendicular al conductor y su sentido se corresponde con un sacacorchos que avance en el

sentido de la corriente ó respetando la regla de la mano derecha.-


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CAMPO MAGNÉTICO EN UNA ESPIRA

Si se dobla un conductor rectilíneo en forma de una espira, al circular una corriente por él, el

campo magnético aumenta pues aumenta la densidad de líneas de fuerza.-

CAMPO MAGNÉTICO DE UNA BOBINA

Para reforzar el campo magnético generado por una espira, se apilan varias espiras firmando una

bobina lo que multiplica el campo magnético por el número de espiras apiladas

INDUCCIÓN MAGNÉTICA

La inducción magnética es el número de líneas de fuerza del campo magnético por unidad de

superficie perpendicular a dichas líneas.

La inducción magnética se representa mediante la letra B

UNIDAD DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA

En el S.I. (Sistema Internacional) la unidad de Inducción Magnética es el TESLA y se representa

por la letra T

En el C.G.S. la unidad de Inducción es el GAUSS y se representa con Gs

Se verifica que 1T=104 Gs

INDUCCIÓN MAGNÉTICA EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE

Una bobina cuya longitud es mayor que su radio se llama solenoide

La inducción en el interior de un solenoide responde a la siguiente fórmula:

B: Inducción (T)

N: Número de espiras

I: Intensidad en la bobina (A)

µ: Permeabilidad magnética del material del interior del solenoide.

En el vacío y en el aire µ0= 4 π 10-7

Tm/A


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FLUJO MAGNÉTICO

Es el número de líneas de fuerza que atraviesan una superficie.

Se representa por la letra griega Φ (fi mayúscula) y se mide en Weber Wb

Φ (flujo) = B (inducción) x S (superficie)

INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO

Es la relación entre la inducción magnética y la permeabilidad del medio material en que se

estableció el campo. Se representa con la letra H

H (intensidad de campo) = B (inducción) / µ (permeabilidad)

INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO EN EL INTERIOR DE UN SOLENOIDE

Son los Amperios vuelta por unidad de longitud

H=nI/l

H: Intensidad de campo magnético (A/m ó Av/m)

N: número de espiras o vueltas

I: Intensidad de corriente (A)

L: longitud del solenoide (m)

SUSTANCIAS FERROMAGNÉTICAS

Son sustancias que tienen permeabilidad mucho mayor que la del vacío y dependiente de la

inducción magnética (hierro, Cobalto, niquel y sus aleaciones con carbonos y otros metales) estas

sustancias son fuertemente atraídas por los imanes.-

La permeabilidad se esta sustancia se calcula multiplicando la permeabilidad del aire por un

coeficiente µr, dependiente de la inducción y del material, que se denomina permeabilidad

relativa.-

µ = µr µ0

TEORÍA MOLECULAR DE LOS IMANES

Se admite que las sustancias ferromagnéticas se encuentran

constituidas por moléculas magnéticas o imanes elementales.-

Estos imanes normalmente se encuentran desorientados pero cuando

se somete al material a la acción de un campo magnético los mismos

se orientan de acuerdo a la dirección del campo magnético exterior.-

Cuando la acción del campo magnético exterior cesa, las moléculas

pueden quedar orientadas o volver al caos.-


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HISTÉRESIS MAGNÉTICA

Es la propiedad que presentan las

sustancias ferromagneticas de conservar

parte del magnetismo cuando después de

imanadas, se anula el campo magnético

imanador.-

El valor de la inducción magnética que

conserva la sustancia se llama

Magnetismo Remanente.-

La intensidad de campo magnético

imanador, en sentido contrario al de la

primera imanación, ara la cual se anula el

magnetismo remanente, se llama

FUERZA COHERCITIVA.-

El conjunto de valores de inducción

magnética que adquiere un material

ferromagnético en función de la intensidad del campo imanador alterno se llama ciclo de

histéresis

PÉRDIDA POR HISTÉRESIS

El fenómeno de histéresis se considera debido al rozamiento de los imanes moleculares de la

sustancia que giran para orientarse. Este rozamiento origina una pérdida de potencia que se

manifiesta en forma de calor y se denomina pérdida por histéresis.-

Este tipo de pérdida se produce siempre que una sustancia ferromagnética sea sometida a la

acción de un campo magnético alternativo.-

La pérdida por histéresis es proporcional ál area del ciclo de histéresis y al volumen del material.

PANTALLAS MAGNÉTICAS

Si dentro de un campo magnético se introduce un

cilindro hueco de material ferromagnético, el

campo magnético en su interior será nulo; las

líneas de fuerza estarán en su totalidad en el

interior del material ferromagnético . El cilindro

hueco constituye una Pantalla Magnética.-

La concentración de líneas de fuerza dentro del

material ferromagnético se da pues su

permeabilidad magnética es mucho mayor que la

del aire.-


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ELECTROIMAN

Se llama electroimán a un imán creado por la corriente eléctrica. Consiste en una bobina, en cuyo

interior hay un núcleo de material ferromagnético con el fin de aumentar la inducción del campo

magnético.-

La fuerza de atracción que un electroimán ejerce sobre una pieza móvil de material

ferromagnético, llamada armadura, se calcula, si la acción es ejercida en el aire, por la expresión:

CIRCUITO MAGNÉTICO

Es la región del espacio ocupada por el flujo magnético representado por líneas de fuerza

cerradas.-

ACCIÓN DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE UNA CORRIENTE

Un conductor rectilíneo por el cual circula una corriente, si se encuentra situado dentro de un

campo magnético y perpendicular a las líneas de fuerza, se halla sometido a una fuerza cuya

dirección y sentido viene dada por la regla de la mano izquierda:

Colocando los dedos pulgar, índice y medio

perpendiculares entre sí (formando un triedro trirectángulo);

si el índice indica el sentido del campo magnético, el medio

el sentido de la corriente, el pulgar indicará el sentido y

dirección de la fuerza.-

El valor de la fuerza depende del valor de la

inducción del campo magnético, del valor de la intensidad de

corriente y de la longitud del conductor afectado por el

campo magnético

F= BIL Donde:

F: Fuerza (N)

B: Inducción (T)

I: Intensidad de corriente (A)

L: Longitud del conductor bajo influencia del campo magnético (m)


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ACCION DE UN CAMPO MAGNÉTICO SOBRE

UNA ESPIRA

Una espira recorrida por una corriente y situada en

un campo magnético tiende a orientarse de modo

que abarque el máximo de flujo

ACCIÓN ELECTRODINÁMICA ENTRE CORRIENTES PARALELAS

Dos conductores paralelos recorridos

por corrientes del mismo sentido se

atraen y si las corrientes son de

distinto sentido se repelen.-

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Cuando en un circuito eléctrico tiene lugar una variación de flujo magnético que lo atraviesa se

crea en él una fuerza electromotriz que se llama inducida y que dura mientras dure la variación

del flujo. Si el circuito es cerrado circulará una corriente por él que se llama intensidad inducida.-

LEY DE LENZ

El sentido de la corriente inducida es de tal forma que crea un campo magnético cuyo flujo se

opone a la variación del flujo inductor

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UN CIRCUITO

El valor de la Fuerza Electromotriz Inducida es directamente proporcional a la variación del flujo

que ha experimentado el circuito e inversamente proporcional al tiempo que ha durado dicha

variación.

CORRIENTES PARÁSITAS

Son corrientes generadas por inducción magnética en las partes metálicas de los aparatos

eléctricos sometidos a flujo variable. Se llaman también CORRIENTES DE FOUCAULT

PÉRDIDAS POR CORRIENTES PARÁSITAS

Las corrientes parásitas dan lugar a pérdidas de potencia por efecto Joule. Para limitarlas se

emplean en los circuitos magnéticos sometidos a flujo variable, chapas delgadas aisladas entre sí

que producen gran resistencia a a propagación de corriente.

AUTOINDUCCIÓN

Es la inducción electromagnética producida por una corriente de intensidad variable en su propio

circuito


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COHEFICIENTE DE AUTOINDUCCIÓN DE UN CIRCUITO

Es la relación entre el flujo magnético del circuito y la intensidad de corriente que lo ha producido

L (Coheficiente de autoinducción) = Φ (Flujo) / I (Intensidad)

Si el circuito es una bobina de n espiras, que abarca todas igual flujo, el coeficiente de

autoinducción de la bobina es

L (Coheficiente de autoinducción) = n Φ (Flujo) / I (Intensidad)

APERTURA Y CIERRE DE UN

CURCUITO

Cierre: Al cerrar el Circuito la corriente

crece desde intensidad cero 0 hasta

alcanzar su valor I como así también el

flujo creado pasa de cero a su valor Φ.

Durante ese tiempo se produce una f.e.m.

de autoinducción que según la ley de Lenz

se opone al establecimiento de la corriente.

Apertura: Si se abre rápidamente un

circuito, la corriente disminuye desde el

valor de intensidad I hasta cero e

igualmente el flujo cambia desde Φ hasta

cero.

Durante ese tiempo se produce una f.e.m. de autoinducción que según la Ley de Lenz se opone al

cese de la corriente y tiende a prolongarla lo cual normalmente provoca un arco entre los

contactos del interruptor. A esta corriente se la llama extracorriente o chispa de ruptura.-

TRANSFORMADOR

Pequeño transformador eléctrico

Tipo: Pasivo

Principio de funcionamiento:

Inducción electromagnética

Fecha de invención:

Zipernowsky, Bláthy y Deri (1884)

Primera producción En 1886


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Símbolo electrónico

Configuración:

Dos terminales para el bobinado primario y dos para el bobinado

secundario o tres si tiene tab central

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite

aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la

potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin

pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño

porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de

tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética.

Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y

por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única

conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y

están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado,

fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada

para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario

según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También

existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario",

de menor tensión que el secundario.

FUNCIONAMIENTO

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado

primario, circulará por éste una corriente alterna que creará a

su vez un campo magnético variable. Este campo magnético

variable originará, por inducción electromagnética, la

aparición de una fuerza electromotriz en

los extremos del devanado secundario.

RELACION DE TRANSFORMACION

La relación de transformación nos indica el aumento ó decremento que sufre el valor de la tensión

de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por cada volt de entrada cuántos

volts hay en la salida del transformador.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la

fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al

número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .


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La razón de la transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado

secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del

secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el

devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario ó corriente

de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario ó corriente de salida.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de

energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas

tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las

pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de

los conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es

100 veces mayor que el del primario, al aplicar una

tensión alterna de 230 voltios en el primario, se

obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación

100 veces superior, como lo es la relación de espiras).

A la relación entre el número de vueltas o espiras del

primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de

Transformación.

Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal,

debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la

intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad

circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una

centésima parte).

HISTORIA

Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de

la unidad.

Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción

El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del

transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que

cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente

inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo

magnético.

La primera "bobina de inducción" para ver el uso de ancho fueron inventadas por el Rev.

Nicholas Callan College de Maynooth, Irlanda en 1836, uno de los primeros investigadores en


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darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el

secundario, en relación con el bobinado primario, más

grande es el aumento de la FEM.

Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en

evolucionar las bobinas de inducción para obtener mayores

tensiones en las baterías. En lugar de corriente alterna

(CA), su acción se basó en un vibrante "do&break"

mecanismo que regularmente interrumpido el flujo de la

corriente directa (DC) de las pilas.

Entre la década de 1830 y la década de 1870, los esfuerzos

para construir mejores bobinas de inducción, en su

mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los

principios básicos de los transformadores.

Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de

1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un

papel decisivo en la “Guerra de Corrientes”, y en que los

sistemas de distribución de corriente alterna triunfo sobre

sus homólogos de corriente continua, una posición

dominante que mantienen desde entonces.

En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un

sistema de iluminación basado en un conjunto de bobinas

de inducción en el que el bobinado primario se conectaba a

una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podían conectarse a varias “velas

eléctricas” (lámparas de arco), de su propio diseño. Las bobinas utilizadas en el sistema se

comportaban como transformadores primitivos. La patente alegó que el sistema podría,

“proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminación con diferentes intensidades

luminosas

procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”.

En 1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de

ingeniería para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría.

En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecián un sistema que

constaba de dos lámparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios.

En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un

núcleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendió la idea de la compañía

Westinghouse de Estados Unidos.

También fue expuesto en Turín, Italia en 1884, donde fue adaptado para el sistema de alumbrado

eléctrico.

TIPOS DE TRANSFORMADORES

Según sus aplicaciones

Transformador elevador/reductor de tensión

Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de

transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la


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resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo

que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de

utilización.

Transformadores elevadores

Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con

respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos

transformadores es menor a uno.

Transformadores variables

También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión

de salida variable ajustable, dentro de dos valores.

Transformador de aislamiento

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una

alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente como

medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para

acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de

electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.

Transformador de alimentación

Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el

funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el

transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de

humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de

modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador trifásico

Tienen tres bobinados en su primario y tres en su

secundario.

Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o

no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas:

Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con

relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones

de fase varían.

Transformador de pulsos

Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a

funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión

220V.


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Transformador de línea o Flyback

Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los

televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la

corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser

pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras

tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer

una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores,

tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de

salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados

secundarios.

Transformador diferencial de variación lineal

El transformador diferencial de variación lineal (LVDT

según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador

eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El

transformador posee tres

bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un

tubo. La bobina central es el devanado primario y las

externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de

forma cilíndrica, sujeto

al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con

respecto al eje del tubo.

Los LVDT son usados para la realimentación de posición en

servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales

y científicos.

Transformador con diodo dividido

Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la

tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por

varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada

diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador

va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Estabilizador de tensión

Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario

excede su valor

nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor

de protección de

los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el

desarrollo de los


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reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia

energética.

Transformador híbrido o bobina híbrida

Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de

red, etc.

Balun

Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa.

La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.


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Dado el siguiente circuito eléctrico, calcular los parámetros faltantes y completar el cuadro:

Vin VcaR1 O

Vout Vca

Iin Aca Iout Aca

Caso Nro

Potencia

Primario

[Watts]

Potencia

Secundario

[Watts]

Vin

[Voltios]

Iin

[Amperes]

Vout

[Voltios]

Iout

[Amperes]

R1

[Ω]

1 220,00 1,00 24,00 100,00

2 220,00 2,00 30,00

3 0,50 48,00 2,00

4 500,00 220,00 110,00 4,55

5 800,00 380,00 2,11 110,00


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Dado el siguiente circuito eléctrico, calcular los parámetros faltantes y completar el cuadro:

Vin VcaR1 O

Vout Vca

Iin Aca Iout Aca

Caso Nro

Potencia

Primario

[Watts]

Potencia

Secundario

[Watts]

Vin

[Voltios]

Iin

[Amperes]

Vout

[Voltios]

Iout

[Amperes]

R1

[Ω]

Potencia

Real

[Watt]

1 100,00 220,00 0,03 24,00 100,00

2 200,00 220,00 0,29 2,67 9,00

3 300,00 220,00 0,004 12,00 150,00

4 500,00 380,00 0,13 220,00 0,22 1000,00

5 1,00 12,00 12,00 1,00

6 0,10 220,00 0,05 10,00 1,00

7 1000,00 380,00 6,37 110,00 5,00

8 2000,00 440,00 250,00 1000,00 0,11

9 3000,00 660,00 24,00 4,80 5,00

10 5000,00 0,01 380,00 0,38 1000,00


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Unidad Nro 3:

CONDENSADORES

CONDENSADOR:

Es un aparato constituido por dos conductores llamados

ARMADURAS, separados por un aislante y en influencia

eléctrica, que se cargan con igual cantidad de electricidad pero

con signo contrario

CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR

Es la medida de su aptitud para acumular cargas eléctricas.-

La capacidad de un condensador es la relación entre la carga

de una de cualquiera de sus armaduras y la tensión existente

entre ellas.-

La capacidad se representa con la letra “C”.-

C (capacidad) = Q (carga eléctrica de una armadura)

V (tensión entre las armaduras)

La capacidad de un condensador depende de la forma geométrica y del tipo de aislante que hay

entre las armaduras.-

UNIDAD DE CAPACIDAD

Es el FARADIO, que se representa con la letra “F”.-

Se utilizan los submúltiplos del Faradio: microfaradio, nanofaradio y picofaradio.-

1 µF = 10-6 F

1 nF = 10-9 F

1 pF = 10-12 F

CAPACIDAD DE UN CONDENSADOR DE ARMADURAS PARALELAS

La capacidad de un condensador de armaduras planas, iguales y paralelas es directamente

proporcional a la superficie de cada armadura, inversamente a la distancia entre ellas y depende

del tipo de aislante que tiene entre las armaduras.-

C = ɛ S

d

C: Capacidad en Faradios

S: Superficie de una Armadura en m2

D: Distancia entre las Armaduras en m


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ɛ (eplsilon): Constante dieléctrica del aislante o permitividad

En el vacío o en el aire la constante dieléctrica ɛ0 = 8.85 10-12

F/m

La constante dieléctrica de un aislante distinto del aire se calcula multiplicando la constante

dieléctrica del vacío por un coeficiente ɛr , que se denomina constante dieléctrica relativa.

ɛ = ɛr x ɛ0

RIGIDEZ DIELÉCTRICA DE UN AISLANTE

Es la mínima tensión a la que un aislante se perfora, por unidad de longitud. Suele medirse en

KV/cm.-

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

CARGA: Al aplicar una tensión a las armaduras de un condensador,

una de ellas se hace positiva y la otra negativa, estableciéndose una

corriente de muy corta duración, hasta que la tensión entre las

armaduras sea igual a la tensión aplicada

DESCARGA: Al unir las armaduras del condensador por medio de un

conductor, se equilibran las cargas de las dos armaduras, tanto más

rápidamente cuanto menor sea la resistencia del conductor de unión,

estableciéndose una corriente eléctrica entre las dos armaduras.


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ACOPLAMIENTO DE CONDENSADORES EN SERIE

Tiene las siguientes características

1. Todos los condensadores adquieren igual carga

2. La tensión total del acoplamiento es igual a la suma de

las tensiones en extremo de cada condensador

3. La capacidad total del acoplamiento es la inversa de la

suma de las inversas de la capacidad de cada

condensador

C = 1

1 +

1 +

1

c1 c2 c3

ACOPLAMIENTO DE CONDENSADORES EN PARALELO

Tiene las siguientes características

1. La tensión en extremos del acoplamiento es igual a la tensión

aplicada a cada condensador

2. Cada condensador adquiere una carga según su capacidad,

siendo la carga total del acoplamiento la suma de las cargas

de cada condensador

3. La capacidad total del acoplamiento es igual a la suma de las

capacidades de cada condensador conectado

C = c1 + c2 + c3


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Trabajo Práctico Nro U3TP1: 1 - Calcular la capacidad equivalente de los siguientes circuitos :

Para

C1= 100µFaradios; C2= 200µFaradios; C3= 300µFaradios y C4= 400µFaradios

1

2

3

4

5 6

7

8


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2 – Construir capacitores de las capacidades detalladas en la tabla utilizando la menor

cantidad de capacitores. Las capacidades disponibles son 5µF; 10µF y 50µF.-

Grupo Nro 1 2 3 4 5

Ejer

cicio

Nro

1 11 12 13 14 16

2 22 23 24 26 27

3 33 34 35 36 38

4 44 46 47 48 49

5 56 57 58 59 61

6 67 68 69 71 72

7 78 79 81 82 83

8 89 91 92 93 96

9 91 92 93 94 99

10 102 103 104 106 107

Ejer

cicio

Nro


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Unidad Nro 4:

Corriente alterna

Se denomina corriente alterna

(abreviada CA en español y AC en

inglés, de Alternating Current) a la

corriente eléctrica en la que la

magnitud y dirección varían

cíclicamente. La forma de onda de

la corriente alterna más

comúnmente utilizada es la de una

onda senoidal (figura 1), puesto que

se consigue una transmisión más

eficiente de la energía. Sin embargo,

en ciertas aplicaciones se utilizan

otras formas de onda periódicas,

tales como la triangular

o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y

a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos,

son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la

transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.

Historia

En el año 1882 el físico, matemático, inventor e ingeniero Nikola Tesla, diseñó y construyó el

primer motor de inducción de CA. Posteriormente el físico William Stanley, reutilizó, en 1885, el

principio de inducción para transferir la CA entre dos circuitos eléctricamente aislados. La idea

central fue la de enrollar un par de bobinas en una base de hierro común, denominada bobina de

inducción. De este modo se obtuvo lo que sería el precursor del actual transformador. El sistema

usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla; la distribución de la corriente

alterna fue comercializada por George Westinghouse. Otros que contribuyeron en el desarrollo y

mejora de este sistema fueron Lucien Gaulard, John Gibbs y Oliver Shallenger entre los años

1881 y 1889. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente

continua (CC), el cual es un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala

debido a problemas en la transmisión de potencia, comercializado en su día con gran agresividad

por Thomas Edison.

La primera transmisión interurbana de la corriente alterna ocurrió en 1891, cerca de Telluride,

Colorado, a la que siguió algunos meses más tarde otra en Alemania. A pesar de las notorias

ventajas de la CA frente a la CC, Thomas Edison siguió abogando fuertemente por el uso de la

corriente continua, de la que poseía numerosas patentes (véase la guerra de las corrientes). De

hecho, atacó duramente a Nikola Tesla y a George Westinghouse, promotores de la corriente

alterna, a pesar de lo cual ésta se acabó por imponer. Así, utilizando corriente alterna, Charles

Proteus Steinmetz, de General Electric, pudo solucionar muchos de los problemas asociados a la

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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Corriente_peri%C3%B3dica

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producción y transmisión eléctrica, lo cual provocó al fin la derrota de Edison en la batalla de las

corrientes, siendo su vencedor George Westinghouse, y en menor medida, Nikola Tesla.

Corriente alterna frente a continua La razón del amplio uso de la corriente alterna viene

determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua.

En el caso de la corriente continua la elevación de la tensión se logra conectando dínamos en

serie, lo cual no es muy práctico, al contrario en corriente alterna se cuenta con un dispositivo: el

transformador, que permite elevar la tensión de una forma eficiente.

La energía eléctrica viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que

la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la

intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta altos valores (alta

tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente.

Con esto la misma energía puede ser distribuida a largas distancias con

bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas por

causa del efecto Joule y otros efectos asociados al paso de corriente tales como la histéresis o las

corrientes de Foucault. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de

nuevo reducido para su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.

Las matemáticas y la CA senoidal

Algunos tipos de ondas periódicas tienen el inconveniente de no tener definida su expresión

matemática, por lo que no se puede operar analíticamente con ellas. Por el contrario, la onda

senoidal no tiene esta indeterminación matemática y presenta las siguientes ventajas:

La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica. Mediante

la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de alterna.

Las ondas periódicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas

senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armónicos. Esto es una aplicación

directa de las series de Fourier.

Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte

de la energía eléctrica.

Su transformación en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la

utilización de transformadores.

Onda sinusoidal

donde

es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de pico),

• la pulsación en radianes/segundo,

• el tiempo en segundos, y

• el ángulo de fase inicial en radianes.

Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros, la

fórmula anterior se suele expresar como:

donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del período

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la distribución son 50 Hz y 60 Hz.

Valores significativos

A continuación se indican otros valores significativos de una señal sinusoidal:

• Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado.

• Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.

Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1, una señal sinusoidal

que oscila entre +Ay -A. El valor de pico

• Valor medio (A): Valor del área que forma con el eje de abcisas partido por su período. El

valor medio se puede interpretar como la componente de continua de la onda sinusoidal.

El área se considera positiva si está por encima del eje de abcisas y negativa si está por

debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su

valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un

semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la

siguiente;

• Pico o cresta: Valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal del

espectro. Electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o

disminuye a medida que. la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente

por encima del valor "0".

• Valor eficaz (A): su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo

efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor

eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la

media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período:

En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean square, valor cuadrático

medio), y de hecho en matemáticas a veces es llamado valor cuadrático medio de una función. En

el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con

magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez y claridad se represente

con la letra mayúscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemáticamente se demuestra

que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:

Para ilustrar prácticamente los conceptos anteriores se considera, por ejemplo, la corriente alterna

en la red eléctrica doméstica en Europa: cuando se dice que su valor es de 230 V CA, se está

diciendo que su valor eficaz (al menos nominalmente) es de 230 V, lo que significa que tiene los

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mismos efectos caloríficos que una tensión de 230 V de

CC. Su tensión de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuación antes reseñada:

Así, para la red de 230 V CA, la tensión de pico es de aproximadamente 325 V y de 650 V (el

doble) la tensión de pico a pico. Su frecuencia es de 50 Hz, lo que equivale a decir que cada ciclo

de la onda sinusoidal tarda 20 ms en repetirse. La tensión de pico positivo se alcanza a los 5 ms de

pasar la onda por cero (0 V) en su incremento, y 10 ms después se alcanza la tensión de pico

negativo. Si se desea conocer, por ejemplo, el valor a los 3 ms de pasar por cero en su incremento,

se empleará la función sinsoidal:

Representación Fasorial

Una función senoidal puede ser representada por un vector giratorio (figura 3), al que se

denomina fasor o vector de Fresnel, que tendrá las siguientes características:

• Girará con una velocidad angular ω.

• Su módulo será el valor máximo o el eficaz, según convenga.

La razón de utilizar la representación fasorial está en la simplificación que ello supone.

Matemáticamente, un fasor puede ser definido fácilmente por un

número complejo, por lo que puede emplearse la teoría de cálculo de

estos números para el análisis de sistemas de corriente alterna.

Consideremos, a modo de ejemplo, una tensión de CA cuyo valor

instantáneo sea el siguiente: V = 2 x (2)1/2

Tomando como módulo del fasor su valor eficaz, la representación

gráfica de la anterior

tensión será la que se

puede observar en la

figura 4, y se anotará:

denominadas formas polares, o bien denominada

forma binómica.

2+2j

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Corriente trifásica

La generación trifásica de energía eléctrica es la forma más común y la que provee un uso más

eficiente de los conductores. La utilización de electricidad en forma trifásica es común

mayoritariamente para uso en industrias donde muchas de las máquinas funcionan con motores

para esta tensión.

La corriente trifásica está formada por un conjunto de tres formas de onda, desfasadas una

respecto a la otra 120 grados, según el diagrama que se muestra en la figura 5.

Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas o grupos de

bobinas, arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares equidistantes entre sí. El retorno de cada

uno de éstos circuitos o fases se acopla en un punto, denominado neutro, donde la suma de las tres

corrientes, si el sistema está equilibrado, es cero, con lo cual el transporte puede ser efectuado

usando solamente tres cables

Esta disposición sería la denominada conexión en estrella, existiendo también la conexión en

triángulo o delta en las que las bobinas se acoplan según esta figura geométrica y los hilos de

línea parten de los vértices.

Existen por tanto cuatro posibles interconexiones entre generador y carga:

1. Estrella - Estrella

2. Estrella - Delta

3. Delta - Estrella

4. Delta - Delta

El sistema trifásico es un tipo particular dentro de los sistemas polifásicos de generación eléctrica,

aunque con mucho el más utilizado.

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1. De un triángulo rectángulo ABC, se conocen a = 5 m y B = 41.7°. Resolver el

triángulo

2. De un triángulo rectángulo ABC, se conocen b = 3 m y B = 54.6°. Resolver el

triángulo.

3. De un triángulo rectángulo ABC, se conocen a = 6 m y b = 4 m. Resolver el triángulo.

4. De un triángulo rectángulo ABC, se conocen b = 3 m y c = 5 m. Resolver el triángulo.

5. Un árbol de 50 m de alto proyecta una sombra de 60 m de larga. Encontrar el ángulo

de elevación del sol en ese momento.

6. Un dirigible que está volando a 800 m de altura, distingue un pueblo con un ángulo de

depresión de 12°. ¿A qué distancia del pueblo se halla?

7. Hallar el radio de una circunferencia sabiendo que una cuerda de 24.6 m tiene como

arco correspondiente uno de 70°

8. Calcular el área de una parcela triangular, sabiendo que dos de sus lados miden 80 m y

130 m, y forman entre ellos un ángulo de 70°.

9. Calcula la altura de un árbol, sabiendo que desde un punto del terreno se observa su

copa bajo un ángulo de 30° y si nos acercamos 10 m, bajo un ángulo de 60°.

10. La longitud del lado de un octógono regular es 12 m. Hallar los radios de la

circunferencia inscrita y circunscrita.


1. Efectuar un gráfico de una señal sinusoidal de 50 hertz y 50 Volts de amplitud máxima

2. Dibujar un gráfico de una señal de 25 hertz y 50 Volts de aplitud máxima

3. Efectuar un gráfico superponiendo las dos señales graficadas en los puntos 1 y 2

anteriores


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Unidad Nro 5:

Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica es la relación de transferencia de energía por unidad de tiempo; es

decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La

unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Vatio, o que es lo mismo, Watt. Cuando una

corriente eléctrica fluye en un circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o

termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como

calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos

químicos. La electricidad se puede producir mecánicamente o químicamente por la generación de

energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por

último, se puede almacenar químicamente en baterías.

Potencia en corriente continua: Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante

por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos

terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia

es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es,

Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se

expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios). Igual definición se

aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P.

Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente

del dispositivo, la potencia también puede calcularse como

Potencia en corriente alterna

Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica

desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores

cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de

corriente que pasa a través del dispositivo.

En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una tensión

sinusoidal con velocidad angular y valor de pico resulta:

Esto provocará una corriente retrasada un ángulo respecto de la tensión aplicada:

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:



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Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces:

Se obtiene así para la potencia un valor constante, y otro variable con el tiempo.

Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.

Potencia Fluctuante Al ser la potencia fluctuante de forma senoidal, su valor medio será cero. Para entender mejor qué

es la potencia fluctuante, imaginemos un circuito que sólo tuviera una potencia de este tipo. Ello

sólo es posible si caso que corresponde a un circuito inductivo puro o capacitivo puro. Por lo

tanto la potencia fluctuante es debida a un solenoide o a un condensador. Tales elementos no

consumen energía sino que la almacenan en forma de campo magnético y campo eléctrico.

Componentes de la intensidad

Figura 1.- Componentes activa y reactiva

de la intensidad; supuestos inductivo,

izquierda y capacitivo, derecha.

Consideremos un circuito de C. A. En el

que la corriente y la tensión tienen un

desfase φ. Se define componente activa

de la intensidad, Ia, a la componente de

ésta que está en fase con la tensión, y

componente reactiva, Ir, a la que está en

cuadratura con ella (véase Figura 1). Sus

valores son:

El producto de la intensidad, I, y las de sus componentes activa, Ia, y reactiva, Ir, por la tensión,

V, da como resultado las potencias aparente (S), activa (P) y reactiva (Q), respectivamente:

Potencia Compleja

Figura 2.- Relación entre potencia activa,

aparente y reactiva. La potencia compleja

(cuya magnitud se conoce como potencia

aparente) de un circuito eléctrico de corriente

alterna, es la suma (vectorial) de la potencia


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que disipa dicho circuito y se transforma en calor o trabajo (conocida como potencia promedio,

activa o real) y la potencia utilizada para la formación de los campos eléctrico y magnético de sus

componentes que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energía (conocida como

potencia reactiva).

Esta potencia no es la realmente "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos φ=1),

y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida

por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" las

bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en voltiamperios (VA) (la

potencia activa se mide en vatios (W), y la reactiva se mide en voltiamperios reactivos (VAR)

La fórmula de la potencia aparente es:

Potencia Activa

Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de

transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes

convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica,

térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos.

Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha

demanda.

Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y

el triángulo de impedancias:

Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos.

Potencia Reactiva

Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerá cuando

existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo,

por lo que no produce trabajo necesario. Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no

produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.

A partir de su expresión, Lo que reafirma en que esta potencia es debida únicamente a los

elementos reactivos.

Potencia Trifásica La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico equilibrado está dada

por la ecuación:


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Trabajo Práctico Nro U5TP1: 1. Un motor trifásico de 1500 rpm, 380 Vca/50 hz de 3KVA tiene un cosφ de 0.8.

Calcular los valores correspondientes de Potencia Activa y Reactiva y efectuar un

gráfico del triángulo de potencias a escala.-

2. Un galpón se encuentra iluminado por 18 lámparas mezcladoras de 500Watts cada

una, dispuestas de a 6 lámparas por fase. Si las lámparas tienen un cosφ de 0.7.

Calcular la potencia total instalada y efectuar un gráfico del triángulo de potencias a

escala.-

3. Una instalación eléctrica industrial, tiene 1200 KVAR capacitivos, 1500KVAR

inductivos y 2100KW de potencia activa. Efectuar un gráfico del triángulo de

potencias a escala y detallar el valor de Potencia Aparente y el cosφ.-

Trabajo Práctico Nro U5TP2: Resolver los siguientes problemas:

4. Calcular los valores de Potencia Activa y Potencia Reactiva de un sistema eléctrico

cuya Potencia Aparente es de 100 KVA y su coseno de ϕ es de 0.5. Efectuar un gráfico

5. Calcular los valores de Potencia Activa y Potencia Reactiva de un sistema eléctrico

cuya Potencia Aparente es de 170 KVA y su coseno de ϕ es de 0.35. Efectuar un

gráfico

6. Calcule de cuanto es el ángulo de desfasaje entre tensión y corriente de un sistema

cuyo coseno de ϕ es de 0.97. Efectuar un gráfico

7. Si la potencia Activa de un sistema eléctrico es de 250KW y la Potencia reactiva es de

125KVAR. ¿Cuánto vale su potencia aparente? . Efectuar un gráfico

8. Calcule de cuanto es el ángulo de desfasaje entre tensión y corriente de un sistema

cuyo coseno de ϕ es de 0.7. Efectuar un gráfico

9. Si un sistema eléctrico consume 750KVAR y 250KW, ¿de cuánto es su potencia

aparente y su coseno de ϕ ?. Efectuar un gráfico

10. Si un sistema eléctrico tiene una potencia activa de 1000KW y su potencia reactiva

inductiva pura es de 100KVAR. ¿Cuántos KVAR capacitivos deberá agregar al

sistema para que su coseno de ϕ sea de 0.97?. Efectuar un gráfico

11. Si un sistema eléctrico tiene una potencia activa de 1800KW y su potencia reactiva

capacitiva pura es de 200KVAR. ¿Cuántos KVAR inductivos deberá agregar al

sistema para que su coseno de ϕ sea de 0.97?. Efectuar un gráfico

12. Calcular la potencia aparente de un sistema cuya potencia activa es de 200KW y su

potencia reactiva es de 200KVAR? Calcular además su coseno de ϕ.-

13. Si la potencia de un sistema responde a la fórmula expresada a continuación. Efectuar

un gráfico donde se representen 2 ciclos completos.-

14. P(t) = V . I cos (ϕ) – V.I cos(2ωt- ϕ)

Donde :

V = 220Vac; I = 5 A; Φ = 10°; ω = 50 ciclos/segundo


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Unidad Nro 6:

FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA

Componentes Electrónicos Pasivos: Son las resistencias, bobinas y condensadores utilizados en los circuitos eléctricos

Tipos de Resistencias:

1. Según su construcción las resistencias más utilizadas son:

1.1. Resistencias Bobinadas: Están formadas por un hilo o una cinta metálica de gran

resistencia bobinada sobre un tubo de material cerámico. El conjunto se recubre con una

capa de esmalte vítreo o cemento resistente a altas temperaturas. También se fabrican

resistencias bobinadas recubiertas con cápsula cerámica.-

1.2. Resistencias Aglomeradas: Están formadas por u aglomerado de carbón y resina,

moldeado en forma de cilindro y mezclado en proporciones variables para conseguir los

distintos valores de resistencia.-

1.3. Resistencias de Depósito: Están formadas por una capa muy delgada de carbón o metálica

depositada sobre un cilindro de material cerámico.-

2. Según su funcionamiento las resistencias pueden ser:

2.1. Fijas: Tienen dos terminales y un valor óhmico determinado fijo

2.2. Variables: Son los potenciómetros o reóstatos, de variada forma u construcción

3. Dependientes:

3.1. Dependientes de la Temperatura o Termistores

3.2. Dependientes de la iluminación o Fotorresistores

3.3. Dependientes de la tensión o Varistores

3.4. Dependientes del Campo Magnético o Placas de Campo

Termistores:

Son resistencias cuyo valor depende de la temperatura

1. Resistencias PTC (coeficiente positivo de temperatura). Su

resistencia dentro de un intervalo determinado de

temperaturas, aumenta con el aumento de la temperatura.-

2. Resistencias NTC (coeficiente negativo de temperatura). Su

resistencia dentro de un intervalo determinado de

temperaturas, Disminuye con el aumento de la

temperatura.-

Símbolo NTC Símbolo PTC

Se fabrican con óxidos metálicos semiconductores y se presentan en forma de resistencia

cilíndrica, de disco o con envoltura metálica.-

Sus características principales son :

1. Resistencia Nominal: Resistencia a la temperatura de 25°C sin disipación apreciable de

potencia


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2. Temperatura máxima de funcionamiento: Máxima temperatura a la que conserva la

estabilidad de sus características de funcionamiento continuo.-

3. Potencia Máxima: Potencia que disipa cuando la temperatura del termistor a 25°C hasta la

temperatura máxima de funcionamiento

Fotorresistencias:

Son resistencias (LDR) cuyo valor varía según la iluminación que reciben. La

resistencia disminuye de valor cuando la iluminación aumenta.-

Se fabrican con sulfuro de cadmio y se presentan en forma de cápsula

transparente.-

Sus características principales son:

1. Resistencia en la oscuridad: Valor de resistencia sin recibir iluminación.-

2. Intensidad máxima admisible: Máxima intensidad de corriente que puede

circular por ella sin deteriorar sus propiedades

3. Potencia máxima admisible: Máxima potencia que puede disipar sin

deteriorarse

Varistores:

Son resistencias (VDR) cuyo valor depende de la tensión aplicada.

La resistencia del varistor disminuye su valor cuando la tensión

aumenta.-

Se fabrican con carburo de silicio y se suelen presentar en forma

de disco.-

Sus características principales son:

1. Característica Tensión – Intensidad: Curva que relaciona la

tensión aplicada al varistor y la intensidad de corriente que

pasa por él

2. Potencia Nominal: Máxima potencia de disipación en

funcionamiento continuo

Placas de Campo:

Son resistencias (RDM) cuyo valor depende del campo magnético. El valor de la resistencia

aumenta cuando está dentro de un campo magnético.-

Se fabrican de ANTIMONIURO DE NIQUEL, que es un material semiconductor (Ver Efecto

Hall)

Valores característicos de los CONDENSADORES:

1. Valor Nominal: Capacidad medida en submúltiplos del Faradio, que se indica en cifras en el

cuerpo del condensador o por colores según el código.-

2. Tolerancia: Máxima diferencia entre el valor nominal y el teórico de capacidad, expresada en

tanto por ciento del valor nominal.-

3. Tensión de trabajo: Máxima tensión que puede aplicarse al condensador en funcionamiento

sin riesgo de deterioro.-

4. Resistencia de Aislamiento: Valor de la resistencia que presenta entre sus bornes a la

circulación de corriente continua. Este valor es muy elevado y se mide en MΩ.-


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Constante de Tiempo:

El tiempo de cargo y/o descarga de un condensador en un circuito será tanto más largo cuando

mayores sean las resistencias del circuito y la capacidad.

Se llama constante de tiempo del circuito τ (Tau),

medida en segundos, al producto de la resistencia en

serie del circuito por la capacidad del condensador

τ= RC En una constante de tiempo el condensador alcanza la

carga al 63% de la tensión final y en la descarga el 37%

de la tensión inicial. Puede considerarse el condensador

totalmente cargado o descargado, al cabo de 5 constantes

de tiempo, 5 τ.-

Tipos de Condensadores

1. Según el tipo de dieléctrico utilizado se los puede clasificar en:

1.1. Condensadores de papel: Formadas por dos láminas de aluminio arrolladas y separadas

por un papel parafinado

1.2. Condensadores de aire: Formadas por dos láminas metálicas planas separadas por aire.

Suelen ser variables o ajustables

1.3. Condensadores de mica: Formadas por dos láminas metálicas

separadas por mica

1.4. Condensadores Cerámicos: Formadas por una pieza cerámica con

dos caras metalizadas

1.5. Condensadores de plástico: Normalmente se usa el poliéster y

estirofléx

1.6. Condensadores electrolíticos: Sestan formados por armaduras de

aluminio o tantalio que tienen un dieléctrico en capa de óxido de

muy poco espesor, con lo que se consiguen capacidades elevadas.

Sus armaduras tienen una polaridad definida por lo que no se

pueden conmutar

1.7. Condensadores de vidrio: Se los utiliza en aplicaciones que requieren estabilidad


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2. Según la constancia de su capacidad

2.1. Condensadores fijos: Tienen capacidad constante

2.2. Condensadores variables: Con capacidad variable, que se

consigue variando la posición de las armaduras mediante

un sistema mecánico.-

2.3. Condensadores ajustables: Tienen capacidad variable,

pero el sistema mecánico utilizado no está diseñado para

variar continuamente su capacidad.-

Valores característicos de las Bobinas

1. Según la constitución de su circuito

magnético:

1.1. Bobinas sin núcleo: El circuito

magnético es de aire. Se las suele

bobinar en tubos de plástico

1.2. Con núcleo ferromagnético: El

núcleo suele ser de chapas

magnéticas y se las utiliza para

aplicaciones de baja frecuencia

1.3. Con núcleo de Ferrita: Con núcleo de Ferrita (

mezcla de óxido de hierro con otros óxidos

metálicos). Tienen una elevada permeabilidad

magnética. Se los utiliza en alta y media

frecuencia

2. Según la constante de autoinducción:

2.1. Fijas: Coheficiente de autoinducción fijo

2.2. Variables: Coheficiente de autoinducción Variable

SEMICONDUCTOR

Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante

dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos

semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla adjunta.

Elemento Grupo Electrones en la Última Capa

Al, Ga, B,

In III A 3 e-

Si, C, Ge IV A 4 e-

P, As, Sb V A 5 e-

Se, Te, (S) VI A 6 e-

El elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las

combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente

(AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). Posteriormente se ha comenzado a emplear también el

azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una

configuración electrónica s²p².


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Semiconductores intrínsecos

Es un cristal de silicio que forma una estructura tetraédrica similar

a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en

la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el

cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones

pueden, absorbiendo la energía necesaria, saltar a la banda de

conducción, dejando el correspondiente hueco en la banda de

valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente son

de 1,12 y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.

Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que

los electrones pueden caer desde el estado energético

correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda

de valencia liberando energía. A este fenómeno, se le denomina

recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares

e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos

permanece invariable. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la

concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que:

ni = n = p

Semiconductores extrínsecos

Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de

impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina

extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la

estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio.

Semiconductor tipo N

Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto

tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en

este caso negativas o electrones).

Cuando el material dopante es añadido, éste aporta sus electrones más débilmente vinculados a

los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material

donante ya que da algunos de sus electrones.

El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el

material. Para ayudar a entender cómo se produce el dopaje tipo n considérese el caso del silicio

(Si). Los átomos del silicio tienen una valencia atómica de cuatro, por lo que se forma un enlace

covalente con cada uno de los átomos de silicio adyacentes. Si un átomo con cinco electrones de

valencia, tales como los del grupo VA de la tabla periódica (ej. fósforo (P), arsénico (As) o

antimonio (Sb)), se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese

átomo tendrá cuatro enlaces covalentes y un electrón no enlazado. Este electrón extra da como

resultado la formación de "electrones libres", el número de electrones en el material supera

ampliamente el número de huecos, en ese caso los electrones son los portadores mayoritarios y

los huecos son los portadores minoritarios. A causa de que los átomos con cinco electrones de

valencia tienen un electrón extra que "dar", son llamados átomos donadores. Nótese que cada

electrón libre en el semiconductor nunca está lejos de un ion dopante positivo inmóvil, y el

material dopado tipo N generalmente tiene una carga eléctrica neta final de cero....


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Semiconductor tipo P

Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto

tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en

este caso positivos o huecos).

Cuando el material dopante es añadido, éste libera los electrones más débilmente vinculados de

los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y

los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos.

El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un

átomo tetravalente (típicamente del grupo IV A de la tabla periódica) se le une un átomo con tres

electrones de valencia, tales como los del grupo IIIA de la tabla periódica (ej. Al, Ga, B, In), y se

incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá tres

enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrara en condición de aceptar un electrón

libre.

Así los dopantes crean los "huecos". No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red,

un protón del átomo situado en la posición del hueco se ve "expuesto" y en breve se ve

equilibrado por un electrón. Por esta razón un hueco se comporta como una cierta carga positiva.

Cuando un número suficiente de aceptores son añadidos, los huecos superan ampliamente la

excitación térmica de los electrones. Así, los huecos son los portadores mayoritarios, mientras que

los electrones son los portadores minoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo

IIb), que contienen impurezas de boro (B), son un ejemplo de un semiconductor tipo P que se

produce de manera natural.

DIODOS

Un diodo (del griego: dos caminos) es un dispositivo

semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una

única dirección con características similares a un interruptor. De

forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V)

consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de

potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y

por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia

eléctrica muy pequeña.

Debido a este comportamiento, se les suele denominar

rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la

parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para

convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio

de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De

Forest.

Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también

llamados válvulas termoiónicas constituídos por dos electrodos

rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al

de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en

1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa

Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas

Alva Edison.

Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío

tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la

corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado


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con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son

conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada

positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se

calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío

requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se

quemaban con mucha facilidad.

Diodo pn o Unión pn Los diodos pn, son uniones de dos materiales

semiconductores extrínsecos tipos p y n, por lo que

también reciben la denominación de unión pn. Hay que

destacar que ninguno de los dos cristales por separado

tiene carga eléctrica, ya que en cada cristal, el número

de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decir que los dos cristales, tanto el p

como el n, son neutros. (Su carga neta es 0).

Formación de la zona de carga espacial. Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de

electrones del cristal n al p (Je).

Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona

que recibe diferentes denominaciones como zona de carga espacial, de agotamiento, de deplexión,

de vaciado, etc.

A medida que progresa el proceso de difusión, la zona de carga espacial va incrementando su

anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación de

iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que

actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento,

que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos.

Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas

p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V si los cristales

son de germanio.

La anchura de la zona de carga espacial una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5

micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga

espacial es mucho mayor.

Al dispositivo así obtenido se le denomina diodo, que en un caso como el descrito, tal que no se

encuentra sometido a una diferencia de potencial externa, se dice que no está polarizado. Dado

que los electrones fluyen desde la zona n hacia la zona p, al extremo p se le denomina ánodo

(representándose por la letra A) mientras que al extremo n se le denomina cátodo (se representa

por la letra C o K).

Existen también diodos de protección térmica los cuales son capaces de proteger cables.

Polarización directa de un diodo

En este caso, la batería disminuye la barrera de

potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el

paso de la corriente de electrones a través de la unión;

es decir, el diodo polarizado directamente conduce la

electricidad.

Para que un diodo esté polarizado directamente, se

debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo

del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas

condiciones podemos observar que:

El polo positivo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones


Villa del Totoral

Página 81

se dirigen hacia la unión p-n.

El polo negativo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a

decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.

Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de

potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía

suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la

unión p-n.

Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial,

cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez

ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en

átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y no llega

hasta la batería.

Polarización inversa de un diodo En este caso, el polo negativo de la batería

se conecta a la zona p y el polo positivo a la

zona n, lo que hace aumentar la zona de

carga espacial, y la tensión en dicha zona

hasta que se alcanza el valor de la tensión de

la batería, tal y como se explica a

continuación:

El polo positivo de la batería atrae a los

electrones libres de la zona n, los cuales

salen del cristal n y se introducen en el

conductor dentro del cual se desplazan hasta

llegar a la batería. A medida que los

electrones libres abandonan la zona n, los

átomos pentavalentes que antes eran neutros,

al verse desprendidos de su electrón en el

orbital de conducción, adquieren estabilidad

(8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1,

con lo que se convierten en iones positivos.

El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p.

Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han

formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de

valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones

libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los

átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga

eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.

En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la

temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la unión

produciendo una pequeña corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de

saturación. Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual, como

su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en la

superficie, los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro

enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. No obstante, al igual que la corriente

inversa de saturación, la corriente superficial de fuga no es despreciable.


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Curva característica del diodo

1. Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ ):La

tensión umbral (también llamada barrera de

potencial) de polarización directa coincide en

valor con la tensión de la zona de carga espacial

del diodo no polarizado. Al polarizar directamente

el diodo, la barrera de potencial inicial se va

reduciendo, incrementando la corriente

ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin

embargo, cuando la tensión externa supera la

tensión umbral, la barrera de potencial desaparece,

de forma que para pequeños incrementos de

tensión se producen grandes variaciones de la

intensidad de corriente.

2. Corriente máxima (Imax ): Es la intensidad de

corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es

función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del

mismo.

3. Corriente inversa de saturación (Is ): Es la pequeña corriente que se establece al polarizar

inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura,

admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.

4. Corriente superficial de fugas: Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo

(ver polarización inversa), esta corriente es función de la tensión aplicada al diodo, con lo que

al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.

5. Tensión de ruptura (Vr ): Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de

darse el efecto avalancha.

Teóricamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducirá la corriente inversa de

saturación; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensión, en el diodo normal o de

unión abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como

los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos:

Efecto avalancha (diodos poco dopados): En polarización inversa se generan pares electrón-

hueco que provocan la corriente inversa de saturación; si la tensión inversa es elevada los

electrones se aceleran incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de

valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos electrones liberados, a su vez,

se aceleran por efecto de la tensión, chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su

vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenómeno

se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.

Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material, menor es la anchura de

la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E puede expresarse como cociente de la tensión V

entre la distancia d; cuando el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo

eléctrico será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser

capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose la corriente. Este efecto se produce para

tensiones de 4 V o menores.

Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se

puede producir por ambos efectos.


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FOTODIODO

Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN,

sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Para que su

funcionamiento sea correcto se polariza inversamente, con lo que se

producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la

luz. Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células

fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luz exterior generan una tensión

muy pequeña con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Esta

corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.

DIODO LED

Un led o diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor

(diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se

polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él

una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de

electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor

empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el

ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos

emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el

nombre de led UV (ultraviolet light: „luz ultravioleta‟) y los que

emiten luz infrarroja se llaman IRED (InfraRed Emitting Diode).

El nombre español proviene del acrónimo inglés LED (Light-Emitting Diode: „diodo emisor de

luz‟).

DIODO VARICAP

El diodo de capacidad variable o Varactor (Varicap)

es un tipo de diodo que basa su funcionamiento en el

fenómeno que hace que la anchura de la barrera de

potencial en una unión PN varíe en función de la

tensión inversa aplicada entre sus extremos. Al

aumentar dicha tensión, aumenta la anchura de esa

barrera, disminuyendo así la capacidad del diodo. De

este modo se obtiene un condensador variable

controlado por tensión. Los valores de capacidad obtenidos van desde 1 a 500 pF. La tensión

inversa mínima tiene que ser de 1 V.

La aplicación de estos diodos se encuentra, sobre todo, en la sintonía de TV, modulación de

frecuencia en transmisiones de FM y radio y en los osciladores controlados por voltaje (oscilador

controlado por tensión).

En tecnología de microondas se pueden utilizar como limitadores: al aumentar la tensión en el

diodo, su capacidad varía, modificando la impedancia que presenta y desadaptando el circuito, de

modo que refleja la potencia incidente.


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DIODO TUNEL

El Diodo túnel es un diodo semiconductor que tiene una unión pn, en la

cual se produce el efecto túnel que da origen a una conductancia

diferencial negativa en un cierto intervalo de la característica corriente-

tensión.

La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilización

como componente activo (amplificador/oscilador).

También se conocen como diodos Esaki, en honor del hombre que

descubrió que una fuerte contaminación con impurezas podía causar un

efecto de tunelización de los portadores de

carga a lo largo de la zona de agotamiento en

la unión. Una característica importante del

diodo túnel es su resistencia negativa en un

determinado intervalo de voltajes de

polarización directa. Cuando la resistencia es

negativa, la corriente disminuye al aumentar el

voltaje. En consecuencia, el diodo túnel puede

funcionar como amplificador, como oscilador

o como biestable. Esencialmente, este diodo es

un dispositivo de baja potencia para

aplicaciones que involucran microondas y que

están relativamente libres de los efectos de la

radiación.

DIODO ORGANICO DE EMISIÓN DE LUZ

Un diodo orgánico de emisión de luz, también

conocido como OLED (acrónimo del nglés:

Organic Light-Emitting Diode), es un diodo que

se basa en una capa electroluminiscente formada

por una película de componentes orgánicos que

reaccionan, a una determinada estimulación

eléctrica, generando y emitiendo luz por sí

mismos.

Existen muchas tecnologías OLED diferentes,

tantas como la gran diversidad de estructuras (y

materiales) que se han podido idear (e

implementar) para contener y mantener la capa

electroluminiscente, así como según el tipo de componentes orgánicos utilizados.

Las principales ventajas de las pantallas OLED son: más delgados y flexibles, más contrastes y

brillos, mayor ángulo de visión, menor consumo y, en algunas tecnologías, flexibilidad. Pero la

degradación de los materiales OLED han limitado su uso por el momento. Actualmente se está

investigando para dar solución a los problemas derivados de esta degradación, hecho que hará de

los OLED una tecnología que puede reemplazar la actual hegemonía de las pantallas LCD (TFT)

y de la pantalla de plasma.

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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz



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Por todo ello, OLED puede y podrá ser

usado en todo tipo de aplicaciones:

pantallas de televisión, pantalla de

ordenador, pantallas de dispositivos

portátiles (teléfonos móviles, PDA,

reproductores MP3...), indicadores de

información o de aviso, etc., con formatos

que bajo cualquier diseño irán desde unas

dimensiones pequeñas (2") hasta enormes

tamaños (equivalentes a los que se están

consiguiendo con LCD). Mediante los

OLED también se pueden crear grandes o

pequeños carteles de publicidad, así como fuentes de luz para iluminar espacios generales.[1]

Además, algunas tecnologías OLED tienen la capacidad de tener una estructura flexible, lo que ya

ha dado lugar a desarrollar pantallas plegables o enrollables, y en el futuro quizá pantallas sobre

ropa y tejidos, etc.

Historia

La electroluminiscencia en materiales orgánicos fue producida en los años 50 por Bernanose y sus

colaboradores.[2]

En un artículo de 1977, del Journal of the Chemical

Society, Shirakawa et al. comunicaron el

descubrimiento de una alta conductividad en

poliacetileno dopado con yodo.[3] Heeger,

MacDiarmid & Shirakawa recibieron el premio Nobel

de química de 2000 por el "descubrimiento y

desarrollo de conductividad en polímeros

orgánicos".[4]

En un artículo de 1990, de la revista Nature, Burroughs

et al. comunicaron el desarrollo de un polímero de

emisión de luz verde con una alta eficiencia.[5]

Recientemente, en 2008, ha aparecido en castellano un trabajo de revisión y puesta al día sobre la

tecnología OLED.[6]

Estructura básica

Un OLED está compuesto

por dos finas capas

orgánicas: capa de emisión

y capa de conducción, que

a la vez están

comprendidas entre una

fina película que hace de

terminal ánodo y otra igual

que hace de cátodo. En

general estas capas están

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hechas de moléculas o polímeros que conducen la electricidad. Sus niveles de conductividad

eléctrica van desde los niveles aisladores hasta los conductores, y por ello se llaman

semiconductores orgánicos (ver polímero semiconductor).

La elección de los materiales orgánicos y la estructura de las capas determinan las características

de funcionamiento del dispositivo: color emitido, tiempo de vida y eficiencia energética.

Principio de funcionamiento

Se aplica voltaje a través del OLED de manera que el ánodo sea positivo respecto del cátodo. Esto

causa una corriente de electrones que fluye en este sentido. Así, el cátodo da electrones a la capa

de emisión y el ánodo los sustrae de la capa de conducción.

Seguidamente, la capa de emisión comienza a cargarse negativamente (por exceso de electrones),

mientras que la capa de conducción se carga con huecos (por carencia de electrones). Las fuerzas

electrostáticas atraen a los electrones y a los huecos, los unos con los otros, y se recombinan (en

el sentido inverso de la carga no habría recombinación y el dispositivo no funcionaría). Esto

sucede más cerca de la capa de emisión, porque en los semiconductores orgánicos los huecos se

mueven más que los electrones (no ocurre así en los semiconductores inorgánicos).

La recombinación es el fenómeno en el que un átomo atrapa un electrón. Dicho electrón pasa de

una capa energética mayor a otra menor, liberándose una energía igual a la diferencia entre

energías inicial y final, en forma de fotón. La recombinación causa una emisión de radiación a

una frecuencia que está en la región visible, y se observa un punto de luz de un color

determinado. La suma de muchas de estas recombinaciones, que ocurren de forma simultánea, es

lo que llamaríamos imagen.

Tecnologías relacionadas

SM-OLED (Small-molecule OLED)

Los SM-OLED se basan en una tecnología desarrollada por la compañía Eastman Kodak. La

producción de pantallas con pequeñas moléculas requiere una deposición en el vacío de las

moléculas que se consigue con un proceso de producción mucho más caro que con otras técnicas

(como las siguientes). Típicamente se utilizan sustratos de vidrio para hacer el vacío, pero esto

quita la flexibilidad a las pantallas aunque las moléculas sí lo sean.

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PLED (PolymerLight-EmittingDiodes)

Los PLED o LEP (Light-Emitting Polymers) han sido desarrollados por la Cambridge Display

Technology. Se basan en un polímero conductivo electroluminiscente que emite luz cuando le

recorre una corriente eléctrica. Se utiliza una película de sustrato muy delgada y se obtiene una

pantalla de gran intensidad de color que requiere relativamente muy poca energía en comparación

con la luz emitida. El vacío, a diferencia de los SM-OLED, no es necesario y los polímeros

pueden aplicarse sobre el sustrato mediante una técnica derivada de la impresión de chorro de

tinta comercial (llamada inkjet en inglés). El sustrato usado puede ser flexible, como un plástico

PET. Con todo ello, los PLED pueden ser producidos de manera económica.

TOLED (Transparent OLED)

Los TOLED usan un terminal transparente para crear pantallas que pueden emitir en su cara de

delante, en la de atrás, o en ambas consiguiendo ser transparentes. Los TOLED pueden mejorar

enormemente el contraste con el entorno, haciendo mucho más fácil el poder ver las pantallas con

la luz del sol.

SOLED (Stacked OLED)

Los SOLED utilizan una arquitectura de píxel novedosa que se basa en almacenar subpíxeles

rojos, verdes y azules, unos encima de otros en vez de disponerlos a los lados como sucede de

manera normal en los TRC y LCD. Las mejoras en la resolución de las pantallas se triplican y se

realza por completo la calidad del color.

Implementación en matrices

Aparte de las tecnologías anteriores, las pantallas OLED pueden ser activadas a través de un

método de conducción de la corriente por matriz que puede tener dos esquemas diferentes y da

lugar a las tecnologías PMOLED y AMOLED.

Principales ventajas

Los OLED ofrecen muchas ventajas en comparación con los LCD, LED y pantallas de plasma.

Más delgados y flexibles. Por una parte, las capas orgánicas de polímeros o moléculas de los

OLED son más delgadas, luminosas y mucho más flexibles que las capas cristalinas de un LED o

LCD. Por otra parte, en algunas tecnologías el sustrato de impresión de los OLED puede ser el

plástico, que ofrece flexibilidad frente a la rigidez del cristal que da soporte a los LCDs o

pantallas de plasma. Más económicos. En general, los elementos orgánicos y los sustratos de

plástico serán mucho más económicos.

También, los procesos de fabricación de OLED pueden utilizar conocidas tecnologías de

impresión de tinta (en inglés, conocida como inkjet), hecho que disminuirá los costes de

producción. Brillo y Contraste. Los píxeles de OLED emiten luz directamente. Por eso, respecto a

los LCDs posibilitan un rango más grande de colores y contraste.

Menos consumo . Los OLED no necesitan la tecnología backlight, es decir, un elemento OLED

apagado realmente no produce luz y no consume energía, a diferencia de los LCD que no pueden

mostrar un verdadero “negro” y lo componen con luz consumiendo energía continuamente. Así,

los OLED muestran imágenes con menos potencia de luz, y cuando son alimentados desde una

batería pueden operar largamente con la misma carga.

Más escalabilidad y nuevas aplicaciones. La capacidad futura de poder escalar las pantallas a

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Inkjet

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grandes dimensiones hasta ahora ya conseguidas por los LCD y, sobre todo, poder enrollar y

doblar las pantallas en algunas de las tecnologías OLED que lo permiten, abre las puertas a todo

un mundo de nuevas aplicaciones que están por llegar.

Mejor visión bajo ambientes iluminados. Al emitir su propia luz, una pantalla OLED, puede ser

mucho mas visible bajo la luz del sol, que una LCD.

Desventajas y problemas actuales

Tiempos de vida cortos. Las capas OLED verdes y rojas tienen largos tiempos de vida, sin

embargo la capa azul no es tan duradera, actualmente tienen una duración cercana a las 14.000

horas (8 horas diarias durante 5 años), este periodo de funcionamiento es mucho menor que el

promedio de los LCD que dependiendo del modelo y del fabricante pueden llegar a las 60.000

horas. Toshiba y Panasonic han encontrado una manera de resolver este problema con una nueva

tecnología que puede duplicar la vida útil de la capa responsable del color azul, colocando

la vida útil por encima de la promedio de la de las pantallas LCD. Una membrana metálica ayuda

a la luz a pasar desde los polímeros del sustrato a través de la superficie del vidrio más

eficientemente que en los OLED actuales. El resultado es la misma calidad de imagen con la

mitad del brillo y el doble de la vida útil esperada.

En el 2007, PLED experimentales pudieron sostener 400 cd/m² en brillo por más de 198.000

horas para OLED verdes y 62.000 para los azules. Proceso de fabricación caro. Actualmente la

mayoría de tecnologías OLED están en proceso de investigación, y los procesos de fabricación

(sobre todo inicialmente) son económicamente elevados, a no ser que se apueste por un

diseño que se utilice en economías de escala.

Agua. El agua puede fácilmente estropear en forma permanente los OLED, ya que el material es

orgánico, su exposición al agua, tiende a acelerar el proceso de biodegradación, es por esto que el

material orgánico de una OLED, suele venir protegido, y aislado del ambiente, por lo que la

pantalla es totalmente resistente a ambientes húmedos..

Impacto medioambiental. Los componentes orgánicos (moléculas y polímeros) se ha visto que

son difíciles de reciclar (alto coste, complejas técnicas). Ello puede causar un impacto al medio

ambiente muy negativo en el futuro.

Más allá

En la actualidad existen investigaciones[cita requerida ] para desarrollar una nueva versión del

LED orgánico que no sólo emita luz, sino que también recoja la energía solar para producir

electricidad. De momento no hay ninguna fecha para su comercialización, pero ya se está

hablando de cómo hacerlo para su fabricación masiva.[cita requerida ] Con esta tecnología se

podrían construir todo tipo de pequeños aparatos eléctricos que se podrían autoabastecer de

energía.

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Agua

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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Medio_ambiente

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Resolver los siguientes problemas:

1. Dado el siguiente circuito, resolverlo y efectuar un gráfico Tensión, Corriente que

describa el funcionamiento del circuito – Ver hoja de datos del diodo


describa el funcionamiento del circuito – Ver hoja de datos del diodo

Vcc [Volt] I [Amperes]

-3

-2

-1

0

0,1

0,4

0,7

1

1,2

2

10

20

Vcc [Volt] I [Amperes]

-3

-2

-1

0

0,1

0,4

0,7

1

1,2

2

10

20


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describa el funcionamiento del circuito en dos ciclos de tensión teniendo en cuenta que

esta es de 12 Vca 50 Hertz – Ver hoja de datos del diodo

HOJA DE DATOS

Parámetro Valor

I(max) 1 Amper

Vd 0,7 Volts

Vdmáx 1 Volt

Vr -8 Voltios


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Resolver los siguientes Circuitos:

1 -

2 -


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Resolver los siguientes Circuitos:

1 -

2 -


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Página 93

Unidad Nro 7:

FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

TIRISTOR

El tiristor (gr.: puerta) es un componente electrónico constituido por

elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para

producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de

tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se

encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son

dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en

una única dirección. Se emplea generalmente para el control de potencia

eléctrica.

El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo,

donde las uniones son de tipo PNPN entre los

mismos. Por tanto se puede modelar como 2

transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice

también que el tiristor funciona con tensión

realimentada. Se crean así 3 uniones

(denominadas J1, J2, J3 respectivamente), el

terminal de puerta está conectado a la unión J2

(unión NP).

Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio

(SCR);[1] otras definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y

TRIAC.

Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. Aunque un

origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley

(premio Nobel de física en 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios

Bell en 1956. Gordon Hall lideró el desarrollo en Morgan Stanley para su posterior

comercialización por G.E.'s Frank W. "Bill" Gutzwiller.

Funcionamiento básico

El tiristor es un conmutador

biestable, es decir, es el equivalente

electrónico de los interruptor/es

mecánicos; por tanto, es capaz de

dejar pasar plenamente o bloquear

por completo el paso de la corriente

sin tener nivel intermedio alguno,

aunque no son capaces de soportar

grandes sobrecargas de corriente.

Este principio básico puede

observarse también en el diodo

Shockley.

El diseño del tiristor permite que

éste pase rápidamente a encendido al


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recibir un pulso momentáneo de corriente en su terminal de control, denominada puerta (o en

inglés, gate) cuando hay una tensión positiva entre ánodo y cátodo, es decir la tensión en el ánodo

es mayor que en el cátodo. Solo puede ser apagado con la interrupción de la fuente de voltaje,

abriendo el circuito, o bien, haciendo pasar una corriente en sentido inverso por el dispositivo. Si

se polariza inversamente en el tiristor existirá una débil corriente inversa de fugas hasta que se

alcance el punto de tensión inversa máxima, provocándose la destrucción del elemento (por

avalancha en la unión).

Para que el dispositivo pase del estado de bloqueo al estado activo, debe generarse una corriente

de enganche positiva en el ánodo, y además debe haber una pequeña corriente en la compuerta

capaz de provocar una ruptura por avalancha en la unión J2 para hacer que el dispositivo

conduzca. Para que el dispositivo siga en el estado activo se debe inducir desde el ánodo una

corriente de sostenimiento, mucho menor que la de enganche, sin la cual el dispositivo dejaría de

conducir.

A medida que aumenta la corriente de puerta se desplaza el punto de disparo. Se puede controlar

así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF -> ON, usando la corriente de

puerta adecuada (la tensión entre ánodo y cátodo dependen directamente de la tensión de puerta

pero solamente para OFF -> ON). Cuanto mayor sea la corriente suministrada al circuito de

puerta IG (intensidad de puerta), tanto menor será la tensión ánodo-cátodo necesaria para que el

tiristor conduzca.

También se puede hacer que el tiristor empiece a conducir si no existe intensidad de puerta y la

tensión ánodo-cátodo es mayor que la tensión de bloqueo.

Formas de activar un tiristor Luz: Si un haz de luz incide en

las uniones de un tiristor, hasta

llegar al mismo silicio, el número

de pares electrón-hueco

aumentará pudiéndose activar el

tiristor.

Corriente de Compuerta: Para un

tiristor polarizado en directa, la

inyección de una corriente de

compuerta al aplicar un voltaje positivo entre compuerta y cátodo lo activará. Si aumenta esta

corriente de compuerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo, revirtiendo en la activación del

dispositivo.

Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares

electrón-hueco, por lo que aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia

entre ánodo y cátodo, y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el

tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una fuga térmica, normalmente

cuando en un diseño se establece este método como método de activación, esta fuga tiende a

evitarse.

Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de

ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente grande para que se inicie la

activación con retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo,

hasta el punto de la destrucción del mismo.

dv/dt: Si la velocidad en la elevación del voltaje ánodo-cátodo es lo suficientemente alta, entonces

la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este método también puede

dañar el dispositivo.


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Aplicaciones

Normalmente son usados en diseños donde hay corrientes o voltajes muy grandes, también son

comúnmente usados para controlar corriente alterna donde el cambio de polaridad de la corriente

revierte en la conexión o desconexión del dispositivo. Se puede decir que el dispositivo opera de

forma síncrona cuando, una vez que el dispositivo está abierto, comienza a conducir corriente en

fase con el voltaje aplicado sobre la unión cátodo-ánodo sin la necesidad de replicación de la

modulación de la puerta. En este momento el dispositivo tiende de forma completa al estado de

encendido. No se debe confundir con la operación simétrica, ya que la salida es unidireccional y

va solamente del cátodo al ánodo, por tanto en sí misma es asimétrica.

Los tiristores pueden ser usados también como elementos de control en controladores accionados

por ángulos de fase, esto es una modulación por ancho de pulsos para limitar el voltaje en

corriente alterna.

En circuitos digitales también se pueden encontrar tiristores como fuente de energía o potencial,

de forma que pueden ser usados como interruptores automáticos magneto-térmicos, es decir,

pueden interrumpir un circuito eléctrico, abriéndolo, cuando la intensidad que circula por él se

excede de un determinado valor. De esta forma se interrumpe la corriente de entrada para evitar

que los componentes en la dirección del flujo de corriente queden dañados. El tiristor también se

puede usar en conjunto con un diodo zener enganchado a su puerta, de forma que cuando el

voltaje de energía de la fuente supera el voltaje zener, el tiristor conduce, acortando el voltaje de

entrada proveniente de la fuente a tierra, fundiendo un fusible.

La primera aplicación a gran escala de los tiristores fue para controlar la tensión de entrada

proveniente de una fuente de tensión, como un enchufe, por ejemplo. A comienzo de los ‟70 se

usaron los tiristores para estabilizar el flujo de tensión de entrada de los receptores de televisión

en color.

Se suelen usar para controlar la rectificación en corriente alterna, es decir, para transformar esta

corriente alterna en corriente continua (siendo en este punto los tiristores onduladores o

inversores), para la realización de conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos.

Otras aplicaciones comerciales son en electrodomésticos (iluminación, calentadores, control de

temperatura, activación de alarmas, velocidad de ventiladores), herramientas eléctricas (para

acciones controladas tales como velocidad de motores, cargadores de baterías), equipos para

exteriores (aspersores de agua, encendido de motores de gas, pantallas electrónicas...)

TRANSISTOR

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor

que cumple funciones de amplificador, oscilador,

conmutador o rectificador. El término "transistor" es la

contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de

transferencia"). Actualmente se los encuentra

prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso

diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de

audio y video, hornos de microondas, lavadoras,

automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras,

impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores

mp3, teléfonos móviles, etc.

Historia

El transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en diciembre de 1947 por

John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes fueron

galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de

tres electrodos, o triodo.


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El transistor de efecto de campo fue descubierto antes que el transistor (1930), pero no se

encontró una aplicación útil ni se disponía de la tecnología necesaria para fabricarlos

masivamente.

Es por ello que al principio se usaron transistores bipolares y luego los denominados transistores

de efecto de campo (FET). En los últimos, la corriente entre el surtidor o fuente (source) y el

drenaje (drain) se controla mediante el campo eléctrico establecido en el canal. Por último,

apareció el MOSFET (transistor FET de tipo Metal-Óxido-Semiconductor). Los MOSFET

permitieron un diseño extremadamente compacto, necesario para los circuitos altamente

integrados (CI).

Hoy la mayoría de los circuitos se construyen con tecnología CMOS. La tecnología CMOS

(Complementary MOS ó MOS Complementario) es un diseño con dos diferentes MOSFET

(MOSFET de canal n y p), que se complementan mutuamente y consumen muy poca corriente en

un funcionamiento sin carga.

El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente

(contaminadas con materiales específicos en cantidades específicas) que forman dos uniones

bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta y la tercera, que

está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia

de las válvulas, el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene

corriente amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento

activo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos. Su

funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.

De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de la que

se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a través de sí

mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para que circule la carga

por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de amplificación o ganancia

logrado entre corriente de colector y corriente de base, se denomina Beta del transistor. Otros

parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de transistor son: Tensiones de

ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector Base, Potencia Máxima, disipación de

calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde se grafican los distintos parámetros tales como

corriente de base, tensión Colector Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los

tres tipos de esquemas(configuraciones) básicos para utilización analógica de los transistores son

emisor común, colector común y base común.

Modelos posteriores al transistor descrito, el transistor bipolar (transistores FET, MOSFET, JFET,

CMOS, VMOS, etc.) no utilizan la corriente que se inyecta en el terminal de "base" para modular

la corriente de emisor o colector, sino la tensión presente en el terminal de puerta o reja de control

(graduador) y gradúa la conductancia del canal entre los terminales de Fuente y Drenaje. Cuando

la conductancia es nula y el canal se encuentra estrangulado, por efecto de la tensión aplicada

entre Compuerta y Fuente, es el campo eléctrico presente en el canal el responsable de impulsar

los electrones desde la fuente al drenaje. De este modo, la corriente de salida en la carga

conectada al Drenaje (D) será función amplificada de la Tensión presente entre la Compuerta

(Gate) y Fuente (Source). Su funcionamiento es análogo al del triodo, con la salvedad que en el

triodo los equivalentes a Compuerta, Drenador y Fuente son Reja (o Grilla Control), Placa y

Cátodo.

Los transistores de efecto de campo, son los que han permitido la integración a gran escala

disponible hoy en día, para tener una idea aproximada pueden fabricarse varios cientos de miles

de transistores interconectados, por centímetro cuadrado y en varias capas superpuestas.


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Transistor de unión bipolar

El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica

básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de

galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio

entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante.

Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres

zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando

formadas dos uniones NP.

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o

"huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In),

Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra

intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al

colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente

contaminación entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que el colector).

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas

contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión

gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor,

separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un

metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.

Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.

Colector, de extensión mucho mayor.

Tipos de Transistor de Unión Bipolar

NPN

Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales

las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga

mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La

mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son

NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la

movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo

mayores corrientes y velocidades de operación.

Los transistores NPN consisten en una capa de material

semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material

dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en

configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector.

La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección

en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.


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PNP

El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las

letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro

de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores

usados hoy en día son PNP, debido a que el NPN brinda

mucho mejor desempeño en la mayoría de las circunstancias.

El símbolo de un transistor PNP. Los transistores PNP

consisten en una capa de material semiconductor dopado N

entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP

son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor

conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a

través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente

circulando desde la base permite que una corriente mucho

mayor circule desde el emisor hacia el colector.

La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la

corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo

Fototransistor

Los fototransistores son sensibles a la radiación

electromagnética en frecuencias cercanas a la de la luz

visible; debido a esto su flujo de corriente puede ser regulado

por medio de la luz incidente. Un fototransistor es, en

esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que puede

trabajar de 2 maneras diferentes:

- Como un transistor normal con la corriente de base (IB)

(modo común)

- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente

de base. (IP) (modo de iluminación).


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Unidad Nro 8:

MAQUINAS ELECTRICAS

Motor de Corriente Continua

El motor de corriente continua es una máquina que

convierte la energía eléctrica continua en mecánica,

provocando un movimiento rotatorio. En la actualidad

existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que

no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas

modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos

motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente continua es una de las más

versátiles en la industria. Su fácil control de posición,

paro y velocidad la han convertido en una de las mejores

opciones en aplicaciones de

control y automatización de procesos. Pero con la llegada

de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida,

pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono,

pueden ser controlados de igual forma a precios más

accesibles para el consumidor medio de la industria. A

pesar de esto los motores de corriente continua se siguen

utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y

tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad

desde vacío a plena carga.

Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes,

un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de

forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes

permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro.

El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la

corriente mediante dos escobillas.

También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones

especiales.

Principio de funcionamiento Ver http://www.walter-fendt.de/ph14s/electricmotor_s.htm

Según la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge

en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el

campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano izquierda, con módulo

F=BIL

• F: Fuerza en newtons

• I: Intensidad que recorre el conductor en amperios

• l: Longitud del conductor en metros

• B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas

http://www.walter-fendt.de/ph14s/electricmotor_s.htm


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El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el

conductor apropiado.

Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario

en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza

neta y aumentar el momento.

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor Es la tensión que se crea en los conductores de un motor

como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el

efecto generador de pines.

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a

la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque

son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza

contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una

resistencia pura del circuito.

Número de escobillas

Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las

bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene

dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En

consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual

al número de polos de la máquina.

En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas

neutras de los polos.

Sentido de giro

El sentido de giro de un motor de corriente continua

depende del sentido relativo de las corrientes circulantes

por los devanados inductor e inducido.

La inversión del sentido de giro del motor de corriente

continua se consigue invirtiendo el sentido del campo

magnético o de la corriente del inducido.

Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del

motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán

en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la

fmm (fuerza magnetomotriz).

El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a

mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar

nos muestra hacia donde va la corriente, el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige

el flujo del campo magnético, y el dedo medio hacia donde va dirigida la fuerza resultante y por

lo tanto el sentido de giro.

Reversibilidad

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los

mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.

Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se

produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el


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circuito de carga.

En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del

colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la

fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.

En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

Motor Universal

El motor monofásico universal es un tipo de motor eléctrico que puede funcionar tanto con

corriente continua como con corriente alterna.

Su constitución

Es similar a la de un motor serie de corriente continua, aunque con muchas y variadas

modificaciones:

-Los núcleos polares, y todo el circuito magnético, están construidos con chapas de hierro al

silicio aisladas y apiladas para reducir la pérdidas de energía por corrientes parásitas que se

producen a causa de las variaciones del flujo magnético cuando se conecta a una red de corriente

alterna.

-Menor número de espiras en el inductor con el fin de no saturar magnéticamente su núcleo y

disminuir así las pérdidas por corrientes de Foucault y por histéresis, aumentar la intensidad de

corriente y, por lo tanto, el par motor y mejorar el factor de potencia.

-Mayor número de espiras en el inducido para compensar la disminución del flujo debido al

menor número de espiras del inductor.

Usos

El uso de estos motores en corriente alterna está muy extendido por el mayor par de arranque

respecto al de los motores de inducción y por su elevada velocidad de rotación, lo que permite

reducir su tamaño y su precio. Así, se emplea en máquinas herramientas portátiles de todo tipo,

electrodomésticos pequeños, etc.

Características de funcionamiento:

-En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características.

-En corriente alterna se comporta de manera semejante a un motor serie de corriente continua.

Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente, lo hace tanto en el inductor como en el

inducido, con lo que el par motor conserva su sentido.

-Menor potencia en corriente alterna que en continua, debido a que en alterna el par es pulsatorio.

Además la corriente está limitada por la impedancia, formada por el inductor y la resistencia del

bobinado. Por lo tanto habrá una caída de tensión debido a a reactancia cuando funcione con

corriente alterna, lo que se traducirá en una disminución del par.

-Mayor chispeo en las escobillas cuando funciona en corriente alterna, debido a que las bobinas

del inducido están atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las

escobillas, lo que obliga a poner un devanado compensador en los motores medianos para

contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por ese motivo.

Principio de Funcionamiento en corriente continua

Al invertir la corriente continua del motor en serie, el sentido de rotación permanece constante. Si

se aplica corriente alterna a un motor en serie, el flujo de corriente en la armadura y en el campo

se invierte simultáneamente, el motor seguirá girando en el mismo sentido.


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Principio de Funcionamiento en Corriente Alterna

Cuando el motor universal es conectado en ca, su

flujo varia cada medio ciclo.

En la primera mitad de la onda de corriente alterna

es denominada positiva, aquí la corriente en los

devanados de la armadura tienen la dirección igual

a las manecillas del reloj, es decir de izquierda a

derecha, mientras que el flujo producto del

devanado del campo tiene un sentido de derecha a

izquierda, así que el par desarrollado por el motor

es contrario al de las manecillas del reloj.

En la segunda mitad de la onda de corriente

alterna, denominada negativa, el voltaje aplicado

invierte su polaridad, así mismo la corriente cambia su dirección y ahora está de derecha a

izquierda, también el flujo producto de los polos está dirigido ahora de izquierda a derecha, el par

de arranque no cambia su dirección, puesto que en la mitad negativa se invierten tanto la

dirección de la corriente, como la del flujo.

Comparación entre las características del bobinado del estator o campo en Corriente

Alterna c.a. y Corriente Continua c. c.

La cantidad de espiras de campo es menor en el motor en serie de c. a. que en el motor en serie de

c. c. para disminuir la reactancia del campo y hacer que circule la cantidad de corriente suficiente.

Al disminuir la magnitud del campo se reduce el par motor por lo tanto los motores de c. a. en

serie se fabrican para potencias menores de un caballo de potencia en frecuencia de 60 ciclos por

segundo. Las características del motor en serie de c. a. no son similares a las del mismo tipo para

c. c. .Es una máquina de velocidad variable, de baja velocidad para cargas grandes y de gran

velocidad para cargas livianas. El par de arranque también es muy grande. Los motores en serie

de fracciones de caballo se emplean para propulsar ventiladores, perforadoras eléctricas y otros

aparatos pequeños.

El motor de c.a. en serie tiene las mismas características generales que el de c. c. en serie, se ha

fabricado un motor en serie para ambas corrientes que se le llama "motor universal" y tiene gran

aplicación en aparatos eléctricos pequeños. Los motores universales funcionan con menor

rendimiento que los motores en serie de c. a. o c. c. puros y solo se hacen en tamaños chicos. Para

invertir el giro de este motor se deben invertir las conexiones en la armadura.

Bobinado de Compensación

Los motores universales son motores en serie de potencia fraccional, de c. a., diseñados

especialmente para usarse en potencial ya sea de c. c. o de c. a.. Estos motores tienen la misma

característica de velocidad y par cuando funcionan en c. a. o en c. c. En general, los motores

universales pequeños no requieren devanados compensadores debido a que el número de espiras

de su armadura es reducido y por lo tanto, también lo será su reactancia de armadura. Como

resultado, los motores inferiores al 50% de caballo generalmente se construyen sin compensación.

El costo de los motores universales no compensados es relativamente bajo por lo que su

aplicación es muy común en aparatos domésticos ligeros, por ejemplo aspiradoras, taladros de

mano, licuadoras, etc.

Los motores universales grandes tienen algún tipo de compensación. Normalmente se trata del

devanado compensador del motor de serie o un devanado de campo distribuido especialmente


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para contrarrestar los problemas de la reacción de armadura.

Una característica importante de los motores serie de c-a es el uso de motores compensadores

para reducir la reacción de armadura. El medio más común para esta compensación implica

incrustar devanados compensadores distribuidos en los polos del motor. Si el motor de serie de c.

a. tendrá aplicaciones tanto con c. a. como con c. c., el devanado compensador se conecta siempre

en serie con la armadura y se dice que el motor está compensado conductivamente. Si el devanado

compensador está conectado en corto circuito sobre sí mismo, se dice que el motor está

compensado inductivamente.

Motor asíncrono

Los motores asíncronos o de inducción son un

tipo de motor de corriente alterna. El primer

prototipo de motor eléctrico capaz de

funcionar con corriente alterna fue

desarrollado y construido por el ingeniero

Nikola Tesla y presentado en el American

Institute of Electrical Engineers (en español,

Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos,

actualmente IEEE) en 1888.

El motor asíncrono trifásico está formado por

un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de

jaula de ardilla; b) bobinado, y un estátor, en el

que se encuentran las bobinas inductoras.

Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas

entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema

de Ferraris, cuando por estas bobinas circula

un sistema de corrientes trifásicas equilibradas,

cuyo desfase en el tiempo es también de 120º,

se induce un campo magnético giratorio que

envuelve al rotor. Este campo magnético

variable va a inducir una tensión en el rotor

según la Ley de inducción de Faraday: La

diferencia entre el motor a inducción y el

motor universal es que en el motor a inducción

el rotor no es un imán permanente sino que es

un electroimán. Tiene barras de conducción en

todo su largo, incrustadas en ranuras a

distancias uniformes alrededor de la perifería.

Las barras están conectadas con anillos(en

cortocircuito como dicen los electricistas) a

cada extremidad del rotor. Estan soldadas a las

extremidades de las barras. Este ensamblado

se parece a las pequeñas jaulas rotativas para

ejercer a mascotas como hamsters y por eso a

veces se llama "jaula de ardillas", y los

motores de inducción se llaman motores de

jaula de ardilla.


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Entonces se da el efecto Laplace (ó efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente

eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en

movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor

que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión.

El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator,

corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción.

La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor,

originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el

rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina

deslizamiento.

Constitución del motor asíncrono

Circuito magnético

La parte fija del circuito magnético (estátor) es un anillo

cilíndrico de chapa magnética ajustado a la carcasa que lo

envuelve. La carcasa tiene una función puramente

protectora. En la parte interior del estátor van dispuestos

unas ranuras donde se coloca el bobinado

correspondiente.

En el interior del estátor va colocado el rotor, que es un

cilindro de chapa magnética fijado al eje. En su periferia

van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el

bobinado correspondiente.

El entrehierro de estos motores es constante en toda su

circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible

Circuitos eléctricos

Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estátor (primario) y otro en las del

rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por

bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante reóstatos; o

bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser

cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este

conjunto de barras y anillos forma el motor jaula de

ardilla.

También existen motores asíncronos monofásicos, en

los cuales el estátor tiene un devanado monofásico y el

rotor es de jaula de ardilla. Son motores de pequeña

potencia y en ellos, en virtud del Teorema de Leblanc,

el campo magnético es igual a la suma de dos campos

giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos.

Estos motores monofásicos no arrancan por si solos,

por lo cual se debe disponer algún medio auxiliar para

el arranque (fase partida :resistencia o condensador,

polo blindado).


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Conceptos básicos de los motores de inducción

La velocidad de rotación del campo magnético o velocidad de sincronismo está dada por:

Donde es la frecuencia del sistema, en Hz, y P es el número de pares de polos en la máquina.

Estando así la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm).

El voltaje induca ruu

donde

: velocidad de la barra en relación con el campo magnético

: vector de densidad de flujo magnético

: longitud del conductor en el campo magnético

: representa la operación "producto vectorial"

Lo que produce el voltaje inducido en la barra del rotor es el movimiento relativo del rotor en

comparación con el campo magnético del estátor.

Tipos Constructivos

El motor de jaula de ardilla

consta de un rotor constituido

por una serie de conductores

metálicos (normalmente de

aluminio) dispuestos

paralelamente unos a otros, y

cortocircuitados en sus extremos

por unos anillos metálicos, esto

es lo que forma la llamada jaula

de ardilla por su similitud gráfica

con una jaula de ardilla. Esta

'jaula' se rellena de material,

normalmente chapa apilada. De

esta manera, se consigue un

sistema n-fásico de conductores

(siendo n el número de conductores) situado en el interior del campo magnético giratorio creado

por el estátor, con lo cual se tiene un sistema físico muy eficaz, simple, y muy robusto

(básicamente, no requiere mantenimiento).

El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de

conductores bobinados sobre él en una serie de ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma

se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estátor, del mismo número de polos

(ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es mucho más complicado

de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior

a través de unos anillos que son los que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la

posibilidad de utilizar un reostato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de

arranque, así como el reducir la corriente de arranque.

En cualquiera de los dos casos, el campo magnético giratorio producido por las bobinas

inductoras del estátor genera unas corrientes inducidas en el rotor, que son las que producen el

movimiento. por un rotor de suspendo atómico


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Cómo funciona

Dando inducción a cables que se encuentran alrededor de un armazón fijo llamado estátor, al

circular corriente por las bobinas se induce un campo magnético que envuelve al motor, la

corriente alterna de las bobinas hacen que los polos del campo magnético cambien entre positivo

y negativo, la atracción y repulsión que se produce entre las bobinas y en el alternador hace que

gire el rotor.

ESTATOR ROTOR

ARRANQUE DE MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS INTRODUCCIÓN

Para una mejor comprensión del problema que se plantea, partamos en primer lugar del circuito

equivalente por fase del motor asíncrono trifásico.

En el momento del arranque se cumple que

ω= 0 ⇒ s= 1 ⇒ m2·Rr·[(1 - s)/s]= 0

con lo que la intensidad del rotor (Ir/m) sólo está limitada por Rr y no por [Rr·+ Rr·[(1 - s)/s]].

Por otra parte, consideremos los valores de (Ir/m) en el arranque y en régimen "normal" de

funcionamiento (se entiende que se trata de funcionamiento a plena carga)


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• A plena carga el deslizamiento típico está entre el 3 y el 8%, con lo que

s= 0.03 ⇒ (1-s)/s = 32.2

.

.

.

s= 0.08 ⇒ (1-s)/s = 11.5

Con lo que m2·Rr·[(1 - s)/s] para sPLENA CARGA >>> m2·Rr·[(1 - s)/s] para sARRANQUE =1,

Como a plena carga se cumple que:

(Ir/m)2 = (Ve)2 / [(Re + m2·Rr + m2·Rr ·[(1-sPLENA CARGA )/sPLENA CARGA ] ]2 + (Xe +

m2·Xr)2]

Y en el arranque se cumple que:

(Ir/m)2 = (Ve)2 / [(Re + m2·Rr ]2 + (Xe + m2·Xr)2]

Se comprueba como la intensidad en el arranque es mucho mayor que la intensidad a plena carga.

Los valores típicos, indican que la corriente de arranque es entre 3 y 8 veces mayor que la

corriente nominal.

Nótese además que como IV <<< (Ir/m), en el arranque podemos suponer que

Ie = Ie ARRANQUE ≈(Ir/m)ARRANQUE

Del razonamiento anterior se desprende que es necesario limitar la corriente de arranque de los

motores asíncronos trifásicos, ya que éstos están conectados a la red de distribución de energía

eléctrica en paralelo con otros abonados, que podrían sufrir bajadas momentáneas de tensión de

suministro durante el arranque de los mencionados motores debido a la caída de tensión

provocada por la impedancia de las líneas de transporte. Para regular estos fenómenos, existen

una serie de normas que imponen limitaciones en cuanto a corrientes máximas admisibles que se

resumen en la siguiente tabla:


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MÉTODOS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS

1. MÉTODO DIRECTO

Se aplica a aquellos motores de una potencia nominal menor de 5KW (6.8 C.V.), aunque en la

práctica sólo se aplica para motores de potencia nominal menor de 5C.V.

A continuación se adjuntan las curvas de intensidad/velocidad y de par/velocidad del motor con

este tipo de arranque.


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Seguidamente se adjuntan una serie de tablas de utilidad, tomadas del libro sobre máquinas

eléctricas de Roldán (Editorial Paraninfo)


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MÉTODO DE ARRANQUE POR AUTOTRANSFORMADOR

Se aplica a motores cuya potencia nominal es mayor que 5KW.

La corriente de arranque depende de la tensión de alimentación del motor. Si disminuimos la

tensión de alimentación en el momento del arranque, reduciremos la corriente de arranque. Una

vez que el motor alcance una determinada velocidad, con s<1, procederemos a restablecer la

tensión nominal de alimentación.

PROCEDIMIENTO: se conecta un autotransformador trifásico alimentando al motor con una Ve

(tensión de estator) menor de Ve N de tal forma que la intensidad de arranque sea la deseada.

Cuando el motor alcanza las condiciones de funcionamiento se desconecta el autotransformador y

se alimenta al motor a su Ve N.

Este proceso suele hacerse en dos o tres pasos con tensiones no inferiores al 40-60 y 75% de la

tensión nominal de alimentación del motor.

En la tabla adjunta se muestran los diferentes valores de la tensión del primer punto, así como la

corriente absorbida y el par generado por el motor en el primer punto de arranque con

autotransformador para los casos de 2 y de 3 ptos de arranque.


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Este método de arranque presenta los siguientes inconvenientes:

• Disminuye el par de arranque al disminuir la tensión de alimentación en un factor de x2,

siendo x el factor de reducción de la tensión de alimentación

• El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensión a otra.

• Aumenta el tiempo de arranque.

En las figuras que se adjuntan a continuación puede analizarse este método de arranque de los

motores asíncronos trifásicos. Las diferentes implementaciones que se proponen están realizadas

con automatismos eléctricos (relés, pulsadores, temporizadores, contactores y sus contactos

auxiliares)


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ARRANQUE POR CAMBIO DE LA CONEXIÓN DE LOS DEVANADOS INDUCTORES

EN EL MOMENTO DEL ARRANQUE. ARRANQUE ESTRELLA-TRIÁNGULO.

Este método de arranque se puede aplicar tanto a motores de rotor devanado como a motores de

rotor en jaula de ardilla, la única condición que debe de cumplir el motor para que pueda

aplicársele este método de arranque es que tenga acceso completo a los devanados del estator (6

bornes de conexión).

PROCEDIMIENTO: consiste en aplicar en el arranque la tensión nominal del motor en la

conexión de triángulo cuando éste está conectado en estrella, con lo que la tensión de

alimentación se reduce en √3 y el par de arranque en 1/3. Una vez que el motor ha empezado a

girar (se aconseja no pasar de la conexión estrella a la conexión triángulo hasta que el motor no

haya adquirido, al menos, una velocidad del 80% de la nominal), se conmuta la conexión de los

devanados a triángulo, con lo que se le está aplicando la tensión nominal de alimentación.

La corriente de arranque se reduce en 1/√3= 0.6 en relación con la corriente de arranque directo.

Este método presenta los siguientes inconvenientes:

• Disminuye el par de arranque al disminuir la tensión de alimentación en un factor de

1/3.

• El motor se deja de alimentar durante el cambio de la conexión de estrella a triángulo

en los devanados del estator.

• Aumenta el tiempo de arranque.




auxiliares).


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ARRANQUE POR VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR

Este método de arranque sólo se puede aplicar a motores de rotor devanado.

Como se comprueba fácilmente, al introducir una resistencia adicional en el devanado del rotor,

se disminuye la corriente de arranque con relación a la corriente absorbida por el método de

arranque directo.

PROCEDIMIENTO: inicialmente introducir una resistencia adicional que haga que el par de

arranque sea el máximo. Posteriormente, ir reduciendo la resistencia adicional hasta cero. Este

método presenta los siguientes inconvenientes:

• El motor se deja de alimentar durante el cambio de una tensión a otra.

• Aumenta el tiempo de arranque

• Es un método caro puesto que los motores de rotor devanado son más caros que los de

jaula de ardilla.

• Aumentan las pérdidas debido a la potencia disipada en la resistencia adicional


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auxiliares).


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Unidad Nro 9:

MEDICIONES

9. Importancia de la medición como base de todo sistema de control en las operaciones industriales.

9.1. Medición de temperatura

9.1.1. el "par bimetálico" o termocupla

9.1.2. rango de temperaturas que mide aplicaciones en los procesos industriales.

9.2. Medición por variación de la resistencia, aplicaciones.

9.3. Medición por espectro de emisión (radiación infrarroja).

9.4. Medición de velocidad

9.4.1. mediante la generación de pulsos eléctricos

9.4.2. midiendo la tensión generada.

9.5. Medición de presión, mediante cristal piezoeléctrico.

9.6. Medición de nivel

9.6.1. por variación de un efecto capacitivo

9.6.2. aplicando ultrasonido.

9.7. Medición de caudal

9.7.1. mediante una turbina instalada en un conducto que gira a velocidad proporcional al caudal

y genera un pulso eléctrico en cada revolución.

9.8. Concepto de la no linealidad de las indicaciones, que limita los rangos de aplicación.

9.9. Descripción de los sistemas de transmisión de la información mediante cable coaxil o fibra óptica,

para evitar interferencias

9.9.1. aplicación de amplificadores de señal

9.9.1.1. para transmitirla a distancia

9.9.1.2. para accionar algún automatismo

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