Libro elt 110 1 2012

UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO

FACULTAD POLITECNICA

APUNTES DE LA MATERIA “ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA

BASICA – ELT110”

Por Ing. Juan Quispe Cruz

Santa Cruz Marzo de 2012

INDICE

O Repaso de Matemáticas

a) Ecuaciones de primer grado con una incógnita.

b) Sistemas de ecuaciones de primer grado con dos incógnitas.

c) Notación científica

I INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD

1.1 Historia 1.2 ¿Qué es la Electricidad? 1.3 Importancia de la Electricidad. 1.4 Como se produce la Electricidad

II Teoría del Átomo

1.- Introducción. 2- Representación 3.- Iones. 4.- Actividades propuestas y ejercicios.

III Materiales Conductores, Aisladores y semiconductores

1.- Materiales conductores, aislantes y semiconductores. 2- Conductores 3.- A veces los conductores no son cables. 4.- Aisladores 5.- Semiconductores 6.- Actividades propuestas y ejercicios.

IV Magnitudes eléctricas Corriente, Voltaje, Resistencia

1.- Corriente Eléctrica 2.- Voltaje 3.- Resistencia 4.- Ejercicios de aplicación

V Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico, Ley de Ohm.

1.- Circuito Eléctrico

2.- Diferentes tipos de elementos de control

3.- Elemento de Protección

4. Circuito Elemental

5- Ley de Ohm (Relación entre las magnitudes I,V,R)

5.- Circuitos básicos (serie, paralelo y mixto).

VI Potencia y energía eléctrica.

1.- Concepto de energía.

2.- Potencia eléctrica

3) Energía Eléctrica

4.- Cálculo de la potencia de cargas reactivas (inductivas)

5.- Múltiplos y submúltiplos de la potencia en watt

6.- Obtención de luz y calor. Otros Efectos. Receptores. Aplicaciones.

7.- Simbología normalizada

8.- Actividades propuestas y ejercicios.

VII Generadores

1.- Que son los Generadores

2.- Generadores de corriente continúa

3.- asociación de generadores.

VIII Electromagnetismo y medidas

1.- Introducción al electromagnetismo. 2.- Aplicaciones del electromagnetismo. 2.1- Electroimán. 2.2- Relé. 2.3- Alternador. 2.4- Dinamo y motor de corriente continua. 2.5- Transformador. 3.- Aparatos de medida. 3.1- Óhmetro, conexionado. 3.2- Voltímetro, conexionado. 3.3- Amperímetro, conexionado. 3.4- Polímetro, conexionado. 4.- Actividades.

IX APARATOS DE MEDIDA

1- Óhmetro, conexionado. 2- Voltímetro, conexionado. 3- Amperímetro, conexionado. 4- Polímetro, conexionado. 5.- Actividades.

X Electrónica Básica

1.- Introducción. 2.- La resistencia. 3.- El condensador. 4.- El diodo. 5.- La fuente de alimentación. 6.- El transistor. 7.- Montajes. 8.- Actividades.

XI Introducción a las instalaciones eléctricas domiciliarias

1.- La red Eléctrica de CRE. 2.- La Acometida a las Viviendas. 3.- El Medidor y su instalación. 4.- El Tablero de distribución. 5.- El circuito Eléctrico. 6.- El Punto de luz. 7.- El punto de T.C.. 8.- Ducha eléctrica Punto especial 9.- Herramientas utilizadas en instalaciones

BIBLIOGRAFIA

- Circuitos Eléctricos y circuitos básicos Brookes, Editorial Labor - Construyamos un motor de Gonzalo R. Editorial Labor - El libro de la electricidad de Chapman Editorial P.Plesa-S.M - 128 esquemas de electricidad de Ferrer P.E editorial Sintes - Electricidad y Magnetismo de Jennings T. Paginas Web:

http://www.tecno12-18.com/ http://www.3eequipos.com/

http://www.netcom.es/pepeweb/ http://www.portaleso.com/

U.A.G.R.M. – FACULTAD POLITECNICA Electricidad y Electrónica Básica – ELT-110

O Repaso de Matemáticas Tanto en electricidad como en electrónica necesitaremos el cálculo matemático para resolver los problemas que se planteen. Repasaremos dos apartados básicos: ecuaciones de primer grado sistemas de dos incógnitas) y números en notación científica. a) Ecuaciones de primer grado con una incógnita. Resolver la ecuación: 3 x−2=4

3 x=4+2 3 x=6 x=6/3=2

Resuelve: 3+x=4x−2 ; 5 x= 4 x−2 ; 10 v=33 v−46 b) Sistemas de ecuaciones de primer grado con dos incógnitas.

y+ 2x = 0 ; x+y = -1

Se resuelve fácilmente por cualquiera de los dos métodos siguientes: Por sustitución: • Se despeja una incógnita en una ecuación, por ejemplo la y en la primera: y = -2x • Se sustituye dicho valor en la segunda: x - 2x = -1 • Se resuelve esta ecuación: -x = -1 ; x = 1 • Con este valor se halla el de la otra incógnita (paso 1): y = -2 Por reducción: • Se consigue que en al sumar o restar ambas ecuaciones, miembro a miembro se elimine una incógnita. Para ello se simplifica todo lo posible y se multiplica, si es necesario alguna ecuación por algún número. En este caso se pueden restar directamente una ecuación de la otra y se elimina la y : 1ª - 2ª : x = 1 • Se resuelve la ecuación resultante. En este caso ya lo está ya que hemos obtenido directamente la solución para la x: x = 1 • Se sustituye esta solución en una de las dos ecuaciones y se resuelve hallando la otra incógnita. En este caso, sustituyendo x = 1 en cualquiera de las dos ecuaciones se obtiene fácilmente y = -2. Por igualación: • En ambas ecuaciones se despejan una de las incógnitas: y = -1-x ; y= -2x • Como y = y, entonces -1-x =-2x y se resuelve esta ecuación: -x=-1 luego x = 1. • y se halla el valor de y. y = -2x = -2 · 1 = -2. • Resuelve estos sistemas en el cuaderno • 3 v – 4 y = -8 ; 10 v + y = 45 • 6 f – 4 g = -6 ; 8 f – g = 5 • 44 = u + v ; 4 = u – v • 15 + 3 i = -v ; 2 v = i -1 • 16 i -2=0 ; i + v = 1 31


c) Notación científica

La notación científica (notación índice estándar) es un modo conciso de anotar números enteros mediante potencias de diez, esta notación es utilizada en números demasiado grandes o demasiado pequeños. Veamos algunos ejemplos:

101 = 10 10

6 = 1.000.000

• 102 = 100 10

9 = 1.000.000.000

• 103 = 1000 10

20 = 100.000.000.000.000.000.000

Adicionalmente, 10 elevado a una potencia entera negativa -n es igual a 1/10n o, equivalentemente 0, (n-1 ceros) 1:

10-1 = 1/10 = 0,1 10-3 = 1/1000 = 0,001 10-9 = 1/1.000.000.000 = 0,000000001

Por lo tanto un número como 156.234.000.000.000.000.000.000.000.000 puede ser escrito como 1,56234 × 1029, y un número pequeño como 0,0000000000234 puede ser escrito como 2,34 × 10-11.

Veamos ahora una tabla donde aparecen expuestos diferentes valores numéricos, sus equivalentes en notación científica y la representación numérica de cada uno:

Valor numérico Representación en Notación Científica

Representación numérica

Miltrillonésima 10-21 0,000000000000000000001

Trillonésima 10-18 0,000000000000000001

Milbillonésima 10-15 0,000000000000001

Billonésima 10-12 0,000000000001

Milmillonésima 10-9 0,000000001

Millonésima 10-6 0,000001

Milésima 10-3 0,001

Centésima 10-2 0,01

Décima 10-1 0,1

Uno 1 1

Diez 101 10

Cien 102 100

Mil 103 1 000

Millón 106 1 000 000

Mil millones 109 1 000 000 000

Billón * 1012 1 000 000 000 000

Mil billones 1015 1 000 000 000 000 000

Trillón 1018 1 000 000 000 000 000 000

Mil trillones 1021 1 000 000 000 000 000 000 000

* En Estados Unidos de Norteamérica 10 9 se denomina “billon”. Para el resto de los países de habla. hispana 10 9 equivale a “mil millones”, mientras que el billón se representa como 1012.


Igualmente, en los países de habla hispana 109 recibe también el nombre de “millardo” (palabra proveniente del francés “millard”), además de “mil millones”. Por tanto, lo que para los estadounidenses es “one billon dollars or euros“ (un billón de dólares o de euros), para los hispanohablantes sería “un millardo de dólares o de euros” o “mil millones de dólares o de euros”. Por otra parte, en español 104 (10 000), también se denomina “miríada”. Representación de números enteros y decimales en notación científica

Método para representar un número entero en notación científica

Cualquier número entero o decimal, independientemente de la cantidad de cifras que posea, se puede reducir empleando la notación científica. Veamos en la práctica algunos ejemplos:

a) 529 745 386

=

5,29 x 108 b) 450 4,5 x 102 c) 590 587 348 584 5,9 1011 d) 0,3483 3,5 x 10-1 e) 0,000987 9,87 x 10-4

Introducción de datos en la calculadora:

3 x 103 [3] [EXP] [3]

6,25 x 1018 [6] [.] [2] [5] [EXP] [1] [8]

1,6 x 10-19 [1] [.] [6] [EXP] [1] [9] [+/-]

Esta notación permite los mismos cálculos que la decimal.

Como se podrá observar en esta tabla, la notación científica se compone siempre de un solo número entero y el resto pueden ser o varios decimales, según la mayor o menor exactitud que requiera una representación numérica determinada. La cantidad de decimales se puede recortar a uno o dos números solamente por medio de la aproximación o redondeo de la cifra, pues el objetivo de emplear la notación científica es, precisamente, acortar las cifras largas, ya sean de números enteros o decimales.

Para convertir en notación científica el número 529 745 386 (“a” en la tabla anterior), será necesario contar de derecha a izquierda los espacios que existen entre el último número de la serie numérica a partir del “6” hasta llegar al primero (“5” en este caso). Después de contar veremos que hay ocho espacios, por lo que la notación científica de ese número entero la podemos escribir así: 5,29 x 108. (El superíndice 8 representa los espacios que hemos contado desde el “6” hasta el “5”).

Si queremos redondear esa cifra para que la notación sea aún más simplificada, podemos escribirla también como 5,3 x 108 . Igualmente se pueden representar más cifras decimales


empleando los propios números que forman el número entero como, por ejemplo, 5,2975 x 108.

Para convertir de nuevo la cifra representada en notación científica en el número entero que le dio origen, realizamos la operación inversa. Por ejemplo, si el número entero 529 745 386 se redondeó originalmente para que su representación decimal en notación científica fuera 5,3 x 108 y queremos restaurar ahora el número original, en este caso será necesario multiplicar 5,3 x 100 000 000 (los ocho ceros se corresponden con el superíndice 108 ). El resultado de la operación será 530 000 000 en lugar de 529 745 386, que como se podrá comprobar difiere algo del número entero original debido a la aproximación o redondeo que se realizó anteriormente.

Método para representar un número decimal o fraccionario en notación científica

El procedimiento para convertir un número decimal en otro número en notación científica es parecido al anterior. Tomemos por ejemplo el número 0,000987, correspondiente a la “e” en la tabla del ejemplo. Para realizar la conversión, sencillamente corremos la coma hacia la derecha los cuatro espacios que la separan del “9”, con lo que obtendremos el siguiente número decimal: 9,87 . Por tanto, la notación final quedará de la siguiente forma: 9,87 x 10-4 Si queremos acortar más la notación podemos redondear y escribirla también como 9,9 x 10-4 . En el caso de la conversión de decimales a notación científica, el superíndice del “10” llevará el signo “menos” para indicar que esta notación corresponde a un número fraccionario en lugar de uno entero.

Para convertir de nuevo la notación científica de este ejemplo en decimal, movemos la coma tantos lugares a la izquierda como número nos indique el superíndice negativo, agregando los correspondientes ceros para completar la cifra.

Operaciones: sumas y restas. Si los sumandos son del mismo orden de magnitud sumamos o restamos los números que preceden a las potencias de 10. Si los sumandos no son del mismo orden de magnitud se reducen al mayor de los órdenes, y se suman o se restan los números que preceden a las potencias de 10. Ejemplo: 5,2⋅1023 + 4,01x1021 = 5,2x1023 + 0,0401x1023 = 5,2401x1023 Operaciones: multiplicaciones y divisiones. Para multiplicar dos números en notación científica, se multiplican los números que preceden a las Potencias de 10 y también dichas potencias. Para dividir dos números en notación científica, se dividen los números que preceden a las potencias de 10 y también dichas potencias.

Ejemplo: 5,2x1023 · 4,01x1021 = (5,2x4,01)·1023·1021 = 20,852x1044 = 2,0852x1045 5,2x1023 / 4,01x1021 = (5,2/ 4,01)x1023 /1021 = 1,296758105x102 Hacer 10 ejercicios de sumas en el cuaderno.


I INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD 1.1 Historia

Unos seis siglos antes del advenimiento de Cristo vivía en Mileto, ciudad de Asia menor un hombre famoso llamado Tales. Además de comerciantes era matemático,

Astrónomo, estadista y filosofo. Parece que fue este hombre múltiple y curioso quien descubrió

que al frotar una barra de ámbar con un paño o un trozo de piel, la barra adquiría la notable propiedad de atraer pequeños objetos, muy livianos,

Como barbas de pluma o cabello. Así se inicio lo que llegaría a ser una de las ramas más

Complejas e importantes de la ciencia y las técnicas modernas. No pudo imaginar Tales de que este fenómeno tan sencillo, si bien tan curioso, se derivaría con el transcurrir de los siglos y con la labor de muchos hombres,

en la luz eléctrica, televisión, telecomunicaciones, etc.

La palabra electricidad deriva de la palabra griega elektrón, que quiere decir ámbar, sin embargo los griegos no la usaron pues fue Gilbert quien la introdujo. El mismo Gilbert fue el primero que estudio sistemáticamente los fenómenos eléctricos y entre otras cosas descubrió que no solo el ámbar se electrizaba, sino también muchos otros materiales, como el vidrio, el lacre, la resina y la madera. 1600 La Reina Elizabeth I ordena al físico real William Gilbert (1544-1603) estudiar los imanes para mejorar la exactitud de las brújulas usadas en la navegación, siendo este trabajo la base principal para la definición de los fundamentos de la Electrostática y Magnetismo. Gilbert fue el primero en aplicar el termino electricidad del griego “elektron “

ambar elektron electricidad

1672 El Físico alemán Otto Von Guericke (1602-1686) desarrollo la primera maquina electrostática para producir cargas eléctricas. 1733 El Francés Francois de Cisternay Du Fay (1698-1739) fue el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas, las cuales denomino electricidad vitria y resinosa. (Positiva y negativa). 1745 Se desarrolla lo que daría paso al Condensador Eléctrico, la botella de Leyden por E. G. Von Kleist (1700-1748) y Pieter Van Musschenbroeck (1692-1761) en la universidad de Leyden, con esta botella se almaceno electricidad estática. 1752 Benjamín Franklin (1706-1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos. Desarrollo la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia, y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. 1766 El Químico Joseph priestley (1733-1804) prueba la fuerza que se ejerce entre la carga eléctrica varia inversamente proporcional a la distancia que las separan. Demostró que la carga eléctrica se distribuye


uniformemente en la superficie de una esfera hueca y que en el interior de la misma, no hay un campo eléctrico, ni una fuerza eléctrica. Descubrió el oxigeno.

1776 Charles Agustín de Coulomb (1736-1806) invento la balanza de torsión con la cual, midió con exactitud, las fuerzas entre las cargas eléctricas y corroboro que dicha fuerza era proporcional al producto de las cargas individuales e inversamente proporcional al cuadrado de las distancia que las separa

1890 Alejandro Volta (1745-1827) construye la primera celda electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica. Su inspiración le vino del estudio realizado por el Física Italiano Luigi Galvini (1737-1798) sobre las corrientes nerviosas-eléctricas en las ancas de las ranas. Volta es la unidad de medida de potencial eléctrico (tensión). 1801-1815 Sir Humphry Davy (1778-1829) desarrolla la electroquímica, explorando el uso de la pila de Volta o batería y tratando de entender como esta funciona. En 1801 observo el arco eléctrico y al incandescencia de un conductor energizado con una batería. 1812 El matemático Francés Simeón-Denis Poisson (1781-1849) publico su trabajo mas importante relacionado con la aplicación de la electricidad y magnetismo, descubriendo las leyes de la electrostática. 1819 El científico Danés Hans Christian Oersted (1777-1851) descubre el electromagnetismo, cuando en un experimento para sus estudiantes, la aguja de la brújula colocada accidentalmente cerca de un cable energizado por una pila voltaica, se movió. Este descubrimiento fue crucial para la electricidad y el magnetismo. Oersted es la unidad de medida de la reluctancia magnética. 1820 Jean-Baptiste Biot (1774-1862) y Felix Savart (1791-1841) franceses, determinan la conocida ley de Biot-Savart mediante la cual, calculan la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una carga eléctrica y definen la intensidad del campo magnético producido por una corriente eléctrica es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. 1823 William Sturgeon (1753-1850) ingles, construye el primer electroimán.

d

q q q . q

d kF


1823 André-Marie Ampere (1775-1836) establece los principios de la electrodinámica, cuando llega a la conclusión de que la fuerza electromotriz es producto de dos defectos: la tensión eléctrica y la corriente eléctrica. Experimenta con conductores, determinando que estos se atraen si las corrientes fluyen en la misma dirección, y se repelan cuando fluyen en contra. Ampere es la unidad de medida de la corriente eléctrica.

1826 El Físico Alemán Georg Simón Ohm (1789-1854) fue quien formulo con exactitud la ley de las corrientes eléctricas, definiendo la relación exacta entre la tensión y la corriente. Desde entonces, esta ley se la conoce como la ley de Ohm. Ohm es la unidad de la medida de la resistencia eléctrica.

1828 El matemático Ingles George Green (1793-1841) publico el trabajo “An Essay on the Application of Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism” en el cual amplio el trabajo de Poisson obteniendo la solucion general para el calculo de potenciales. 1828 El americano Joseph Henry (1799-1878) perfecciono los electroimanes, observo que la polaridad cambiaba al cambiar la dirección de la corriente, y desarrollo el concepto de la inductancia propia. 1831 Michael Faraday (1791-1867) a los 14 años trabajaba como encuadernador, lo cual le permitió tener tiempo necesario para leer y desarrollar su interés por la Física y Quimica. A pesar de su baja preparación formal, dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce la electricidad a través del movimiento. Faradio es la unidad de medida de la capacitancia eléctrica. 1835 Samuel F.B.Morse (1791-1867), mientras regresaba de uno de sus viajes, concibe la idea de un simple circuito electromagnético para transmitir información. El telégrafo. 1840-42 James Prescott joule (1818-1889), Fisico Ingles quien descubrió la equivalencia entre trabajo mecánico y la caloría, y el Científico Alemán Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz (1821-1894), quien definió la primera ley de la termodinámica, demostrando que los circuitos eléctricos cumplían con la ley de la conservación de la energía y que la electricidad era una forma de energía. Adicionalmente, Joule invento la soldadura eléctrica de arco, y demostró que el calor generado por la corriente eléctrica era proporcional al cuadrado de la corriente. Joule es la unidad de medida de Energía. 1845 Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) Fisico Aleman, a los 21 años de edad, anuncio las leyes que permiten calcular las corrientes, y tensiones en redes eléctricas. Conocidas como las Leyes de Kirchhoff.


Estableció las técnicas para el análisis espectral, con la cual determino la composición del sol. 1847 William Staite (1809-1845) Ingles, recibió el crédito por el desarrollo de la lámpara de arco. Estas lámparas fueron comercialmente utilizadas apartir de 1876 con mejoras por parte de Paúl Jablochoff. 1854 El matemático Ingles William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907), con su trabajo sobre el análisis teórico sobre transmisión por cable, hizo posible el desarrollo del cable trasatlántico. En 1851 definió la segunda ley de la termodinámica. En 1858 invento el cable flexible. Kelvin es la unidad de medida de temperatura absoluta. 1859 El científico Alegan Julios Plucker (1801-1868) descubrió los rayos catódicos. 1868 El Científico Belga Zenobe-Theophile Gramme (1826-1901) construyo la primera maquina de corriente continua El Dinamo, punto de partida de la nueva industria eléctrica. En 1870 patento la teoría de la maquina magneto-eléctrica para producir corriente continua. 1870 James Clerk Maxwell (1831-1879), Matemático Ingles formulo las cuatro ecuaciones que sirven de fundamento de la teoría electromagnética. Dedujo que la luz es una onda electromagnética, y que la energía se transmite por ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz. Maxwell es la unidad del flujo magnético. 1876 Alexander Graham Bell (1847-1922) Escocés-Americano invento el teléfono. 1879 El Físico Ingles Joseph John Thomson (1856-1940) demostró que los rayos catódicos estaban constituidos de partículas atómicas de cargas negativas la cual el llamo “corpúsculos” y hoy en día los conocemos como electrones. 1881 Tomas Alva Edison (1847-1931) produce la primera Lámpara Incandescente con un filamento de algodón carbonizado. Este filamento permaneció encendido por 44 horas. En 1881 desarrollo el filamento de bambú con 1.7 lúmenes por vatio. En 1904 el filamento de tungsteno con una eficiencia de 7.9 lúmenes por vatio. En 1910 la lámpara de 100w con rendimiento de 10 lúmenes por vatio. Hoy en día, las lámparas incandescentes de filamentos de tungsteno de 100w tienen un rendimiento de 18 lúmenes por vatio. 1884 Heinrich Rudolf Hertz (1847-1894) demostró la validez de las ecuaciones de Maxwell. En 1888 recibió el reconocimiento por sus trabajos sobre las ondas electromagnéticas (propagación, polarizacion, y reflexión de las ondas). Con Hertz se abren las puertas al desarrollo de la radio.


Hertz es la unidad de medida de frecuencia. 1884 John Henry Poynting (1852-1914) Físico Ingles, alumno de Maxwell. Demostró que el flujo de energía podía calcularse mediante una ecuación que representaba la interrelación entre el campo eléctrico y magnético. 1888 Nikola Tesla (1857-1943) Serbio-Americano inventor e investigador quien desarrollo la teoría de campos rotantes, base de los generadores y motores polifásicos de corriente alterna. A Tesla se lo considera como padre del sistema eléctrico que hoy en día disponemos. Tesla es la unidad de medida de la densidad del flujo magnético.

- 1888 motor de inducción, mejora del dinamo, método para convertir y distribuir corrientes eléctricas.

- 1890 motor de corriente alterna. - 1892 sistema de transmisión de potencia. - 1894 generador eléctrico. - Mejoras en el transformador eléctrico.

1.2 ¿Qué es la Electricidad? Antiguamente » fluido que podía tener cargas + y -. Muchos físicos de la época trataban de explicar las atracciones y las repulsiones, Du Fay pensaba que habían dos clases de electricidad: una electricidad del vidrio, o vítrea y otra de la resina o resinosa.

Actualmente » forma de energía natural que puede ser producido artificialmente y que se caracteriza por su poder de transformación, ya que puede convertirse en luz, calor, sonido, etc. El conocimiento y uso de la electricidad, descubierta unos 500 años AC solo avanzo rápidamente apartir del 1800 por que Volta construyo la primera pila. Hasta entonces, los fenómenos eléctricos solo servían como pasatiempos, tanto que un autor anterior a Volta llego a escribir que “los fenómenos eléctricos si bien eran muy interesantes y novedosos, son absolutamente inútiles y nada puede esperarse de ellos..”

.La electricidad es un fenómeno que se manifiesta mediante dos fenómenos distintos, la carga eléctrica y la corriente eléctrica.


Otro Concepto La electricidad es la forma de energía más utilizada, debido a que puede transmitirse a gran distancia, se puede almacenar, y sobre todo, se puede transformar en otras energías y viceversa. Todo esto ha influido en la mejora de nuestra calidad de vida con avances tecnológicos como son: iluminación de viviendas, la TV., ordenadores, móviles, relojes, coches, industrias, y multitud de factores de nuestra vida que se pueden saber simplemente comparándolo con el modo de vida de hace 100 años. 1.3 Importancia de la Electricidad. La electricidad es una de las principales formas de energía usadas en el mundo actual. Es difícil imaginar un mundo sin electricidad. En cientos de maneras afecta y influye nuestra vida diaria. Vemos el uso de la electricidad directamente en nuestros hogares para iluminación, para el funcionamiento de los aparatos domésticos, el televisor, el receptor de radio, estufas, etc. Sin electricidad las personas tendrían que prescindir de aparatos eléctricos que ya llegaron a constituir parte integral del hogar. La electricidad se ha usado en la fabricación de la mayoría de las cosas que empleamos, ya sea directamente, como para operar las máquinas que fabricaron los productos que necesitamos. Sin la electricidad, la mayor parte de las cosas que usamos y de las que disfrutamos hoy en día no serían posibles. La electricidad es una de las energías principales usadas en el mundo actual, ha alcanzado notable importancia, siendo hoy una de las ciencias más complejas e imprescindibles para el desarrollo de la humanidad. 1.4 Como se produce la Electricidad

* ¿De dónde viene la electricidad? Enunciado: La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. (Einstein) La electricidad es una energía, y lo único que hacemos es transformar una energía mecánica (pedalear en una bici / caída de agua de unas cataratas) mediante un dispositivo (dinamo / turbina-generador) en energía eléctrica, o transformar energía química (compuestos químicos de una pila que reaccionan transfiriendo electrones de un polo a otro) a energía eléctrica. También hay otros sistemas de generación de energía eléctrica como son: energía solar mediante paneles fotovoltaicos, energía eólica mediante aerogeneradores, etc.


¿Qué es lo que se pretende al generar la electricidad?

Lo que se pretende es “expulsar” a los electrones de las órbitas que están alrededor del núcleo de un átomo. Para expulsar esos electrones se requiere cierta energía, y se pueden emplear 6 clases de energía:

a) Frotamiento: Electricidad obtenida frotando dos materiales.

b) Presión: Electricidad obtenida producida aplicando presión a un cristal (Ej.: cuarzo).

c) Calor: Electricidad producida por calentamiento en materiales.

d) Luz: Electricidad producida por la luz que incide en materiales fotosensibles.

e) Magnetismo: Electricidad producida por el movimiento de un imán y un conductor.

f) Química: Electricidad producida por reacción química de ciertos materiales.

En la práctica solamente se utilizan dos de ellas: la química (pila) y el magnetismo (alternador). Las otras formas de producir electricidad se utilizan pero en casos específicos.

* Métodos habituales de generar electricidad. A) Dinamo y alternador Hay tres métodos habituales para generar electricidad: B) Pilas y baterías C) Central eléctricas (turbina-generador) a) Dínamo (bicicleta) o alternador (automóvil) Estas máquinas están compuestas por una parte móvil que gira, llamada rotor y una fija o estática llamada estator. El rotor se compone de unas bobinas de hilo de cobre que giran con el eje. El estator es un imán o electroimán que está fijo y que rodea al rotor.

¿Qué es y cómo funciona una dinamo? Es un Generador eléctrico formado por una bobina de cable de cobre barnizado (¿porqué barnizado?) arrollada en un núcleo de hierro dulce ( no de acero) que gira dentro de un campo magnético producido por un imán situado alrededor de ella y que cuando gira transforma la energía cinética que recibe en energía eléctrica continua. Por ejemplo: un dinamo en las bicicletas y que cuando se pone en contacto con la rueda cuando se está moviendo y tiene energía cinética, ésta hace girar el eje en torno al cual está arrollado el bobinado de cobre formando un electroimán que gira dentro del campo magnético del imán de la dinamo, transformando así la energía cinética de la rueda de la bicicleta en la energía eléctrica necesaria para que las lámparas de vuestro "bólido" se enciendan.


¿Qué es un alternador?

Es un generador eléctrico parecido a la dinamo pero con mejores ventajas, debido a que es más robusta y duradera. Produce corriente eléctrica alterna al cambiar la polaridad cada media vuelta, por lo que hay que rectificarla para convertirla en CC, si se quiere emplear para ciertas aplicaciones que lo requieran. (Por ejemplo el alternador del coche aprovecha el movimiento rotatorio del motor para recargar la batería, pero tiene que rectificarla antes de que vaya a la batería, al ser ésta de CC). En las centrales hidroeléctricas se emplean también gigantescos alternadores que generan corriente alterna trifásica. b) Pilas o baterías

¿Cómo funcionan las pilas?

Una pila o batería es esencialmente una lata llena de productos químicos que producen electrones. Las reacciones químicas son capaces de producir electrones y este fenómeno es llamado reacción electroquímica, y la velocidad de la producción de electrones hecha por esta reacción controla cuántos electrones pueden pasar por los terminales (en las pilas) o bornes (en las baterías).

* Actividades prácticas: Química de pilas: ¿Cómo construir una pila en casa?)

Experiencia: para este experimento simple, puede tratar es utilizar un vaso de cristal, un ácido diluido, cables de cobre pelados y clavos de acero. Llene el vaso con jugo de limón o vinagre (diluya los ácidos con agua) y coloque un clavo y un pedazo de cable de cobre en el vaso de manera que no se toquen. Utiliza clavo galvanizado o de hierro. Entonces compruebe el voltaje y corriente conectando un polímetro a las 2 piezas de metal. Cambie el jugo de limón por agua salada, y utiliza diferentes clavos y metales para ver el efecto. Puedes encender levemente un diodo luminoso o un reloj de pulsera.

¿Qué es una batería?

Es un Generador eléctrico que funciona como la pila y que está formado por varias pilas unidas en serie, polo positivo con polo negativo, consiguiendo así un voltaje mayor en el circuito. ¿Alguna vez has mirado una batería de 9 voltios por dentro? Contiene 6 baterías muy pequeñas que producen 1.5 voltios en un montaje en serie.


Sabías que…, los fabricantes de aparatos eléctricos recomiendan para sus aparatos no mezclar las pilas nuevas con las viejas. ¿Por qué?, porque la corriente que nos daría sería la de la más gastada, pudiendo estropear algún componente, al no funcionar correctamente.

C) Centrales eléctricas, turbinas y generadores. La electricidad que consumimos, es transportada por una red de cables, que se produce básicamente al transformar la energía cinética en energía eléctrica. Para ello, utilizan turbinas y generadores. Las turbinas son enormes ruedas con alabes y engranajes que rotan sobre sí mismos una y otra vez, impulsados por una energía externa. Los generadores son aparatos que transforman la energía cinética -de movimiento- de una turbina, en energía eléctrica (parecido a un alternador muy grande). Existen dos tipos principales de centrales generadoras de electricidad: hidroeléctricas y termoeléctricas (térmicas a vapor, térmicas a gas y de ciclo combinado). - Centrales hidroeléctricas: utilizan la fuerza y velocidad del agua para hacer girar las turbinas. Las hay de dos tipos: de pasada (que aprovechan la energía cinética natural del agua de los ríos) y de embalse (el agua se acumula mediante presas, y luego se libera con mayor presión hacia la central eléctrica). Transformación energética: Energía potencial Energía cinética Energía eléctrica


- Centrales termoeléctricas: usan el calor para producir electricidad. Calientan una sustancia, que puede ser agua o gas, los cuales al calentarse salen a presión y mueven turbinas y entonces el movimiento se transforma. Como ya hemos visto, para alimentar una central termoeléctrica se pueden usar muchas fuentes energéticas: carbón, petróleo, gas natural, energía solar, geotérmica o nuclear, biomasa... Estas son las utilizadas principalmente: 1. Centrales térmicas a vapor. En este caso, se utiliza agua en un ciclo cerrado (siempre es la misma agua). El agua se calienta en grandes calderas, usando como combustible el carbón, gas, biomasa, etc. La turbina se mueve debido a la presión del vapor de agua, y su energía cinética es transformada en electricidad por un generador.

Transformación energética: Energía térmica Energía cinética Energía eléctrica


2. Centrales térmicas a gas. En vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles (gas, petróleo o diesel). El resultado de esta combustión es que gases a altas temperaturas movilizan a la turbina, y su energía cinética es transformada en electricidad. (Hay una en Huelva, y utiliza gas natural) 3. Centrales de ciclo combinado. Utilizan dos turbinas, una a gas y otra a vapor. El gas calentado moviliza a una turbina y luego calienta agua, la que se transforma en vapor y moviliza, a su vez, a una segunda turbina. Nota.- Hay muchos tipos de centrales eléctricas que no se han nombrado y que se emplean en la actualidad. Ej.:


- Central eólica con aerogeneradores (los alabes de los aerogeneradores actúan de turbina)

Transformación energética: Energía cinética Energía eléctrica

- Central solar con paneles solares y fotovoltaicos (los paneles solares sólo calientan agua u otro líquido, y los fotovoltaicos recogen la radiación del sol en forma de fotones creando una diferencia de potencial en placas de Silicio u otras, acumulando la electricidad generada en baterías.)


Transformación energética: Energía solar Energía térmica Energía cinética Energía eléctrica

- Central nuclear (que a partir de la fisión (“rotura”) de un átomo de isótopo de Uranio u otro, crea energía en forma de calor y “radiaciones”, que calientan agua hasta la evaporación para así mover los alabes de las turbinas y ese movimiento lo aprovecha el generador para generar la electricidad). - Otras: Mareomotriz, Biomasa, Geotérmica. Transformación energética: Energía nuclear Energía térmica Energía cinética Energía

eléctrica

Sabías que…, se está experimentando con un tipo de energía nuclear llamada fusión, que consiste en la unión de dos núcleos de átomos, en la cual se libera mucha, mucha, más energía que en la fisión. Pero hay un problema, y es que no hay un material que pueda retener esa energía, solo se ha podido retener con un estado de materia llamado plasma* conjuntamente con campos electromagnéticos. El día que se pueda utilizar esta energía nos bastará un poquito para que nos funcione el automovil durante siglos y siglos… ¡si nos dura el automovil!.


II Teoría del Átomo

ÍNDICE 1.- Introducción. 2- Representación 3.- Iones. 4.- Actividades propuestas y ejercicios.


II EL ATOMO

1.- Introducción

La materia está constituida por moléculas y éstas a su vez por átomos.

El átomo es la porción más pequeña de la materia.

El átomo, esta formado por un núcleo y una corteza (envoltura). En el núcleo se encuentran los protones y neutrones, mientras que en la corteza (envoltura) se encuentran los electrones, girando alrededor del núcleo en distintas órbitas.

El primero en utilizar este término fue Demócrito, porque creía que todos los elementos deberían estar formados por pequeñas partículas que fueran INDIVISIBLES. Átomo, en griego, significa INDIVISIBLE. Hoy en día sabemos que los átomos no son, como creía Demócrito, indivisibles.

En 1808, el químico inglés J. Dalton 1766-1844) formula su teoría atómica. En ella rompe con las tradicionales ideas y postula que la materia está formada por átomos. A partir de este momento comienza una etapa de la química y de la física llena de asombrosas evidencias experimentales sin fundamento teórico. El concepto de átomo como partícula indivisible se mantuvo con éxito durante casi un siglo. No obstante la electricidad y la electroquímica, en cuyo estudio ahondaron Ampere y Faraday sugerían una relación íntima entre la materia y las cargas eléctricas.

Los átomos están formados por partículas.

Estas partículas son las que muestra en la figura:


Electrón

Es una partícula elemental que se encuentra en la envoltura, con carga eléctrica negativa igual a 1,602 x 10-19 coulomb y masa igual a 9,1083 x 10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

Neutrón

Se encuentra en el núcleo, es una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente superior a la del protón, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

Protón

Se encuentra en el núcleo, s una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602 x 10-19 coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón. Se encuentra formando parte de los átomos de todos os elementos.

El protón mide 1/3 parte del diámetro del electrón pero es 1840 veces más pesado que el electrón.

2. Representación de la distribución de electrones en un átomo

En 1869 el químico ruso Dimitri Mendeleyev propuso por primera vez que los elementos químicos exhibían una “propiedad periódica”. Mendeleyev Había tratado de organizar los elementos químicos de acuerdo a su peso atómico, asumiendo que las propiedades de los elementos cambiarían gradualmente a medida que aumentaban su peso atómico.

La tabla moderna de los elementos se basa en las observaciones de Mendeleyev. Sin embargo en vez de estar organizada por el peso atómico, la tabla moderna esta organizada por el numero atómico (z). a medida que se va de izquierda a derecha en una hilera de la tabla periódica, las propiedades de los elementos cambian gradualmente. Al final de cada hilera ocurre un cambio drástico en las propiedades químicas y el próximo elemento de acuerdo al numero atómico es mas similar (químicamente hablando) al primer elemento de la hilera. De esta manera empieza una nueva hilera en la tabla.


El átomo de Cloro:

2-8-7

Quiere decir que en el primer nivel tiene 2 electrones y el segundo nivel tiene 8 electrones y el tercer nivel tiene 7 electrones. El primer nivel es el que se encuentra más cercano al núcleo.

El átomo de Sodio:

2-8-1

Quiere decir que en el primer nivel tiene 2 electrones, el segundo nivel tiene 8 electrones y el tercer nivel tiene 1 electrón

Nucleo

el núcleo ocupa una región del espacio 10.000 veces menor que todo el átomo, sin embargo casi toda la masa de un átomo esta concentrada en su núcleo.


3 . Iones

Los átomos no alterados son eléctricamente neutros; el número de electrones es el mismo que el de protones. Un átomo que tiene una carga eléctrica se llama ion. Puede haber obtenido esta carga por perder electrones en cuyo caso la carga es positiva o (cation) por capturar algunos electrones extra, haciendo la carga negativa (anion). El proceso de convertir un átomo en un ion se llama ionización de aquí el termino “energía de ionización”

Inicialmente, los átomos tienen carga eléctrica neutra, es decir Nº de protones = Nº de electrones

- Si a un átomo le quitamos un electrón obtendremos un catión o ION POSITIVO

- Si a un átomo le quitamos un protón obtendremos un anión ION NEGATIVO

Isótopos

Átomos de un mismo elemento con diferentes numero de neutrones en su núcleo atómico. Los isótopos tienen la misma propiedad química y el mismo número atómico pero diferente masa atómica.

Por ejemplo el isótopo mas común del hidrogeno no tiene ningún neutro; también hay un isótopo del hidrogeno llamado deuterio, con un neutro, y otro, tritio, con dos neutrones,

ATOMO

ELECTRICAMENTE

NEUTRO

U.A.G.R.M. – FACULTAD POLITECNICA Electricidad y Electrónica Básica – ELT‐110


ÍNDICE 1.- Conductores 2- Aisladores 3. Semiconductores 4.- Clasificación de los conductores3.-



1. Conductores

Se llaman así a los Materiales a través de los cuales la corriente fluye con relativa facilidad.

Cuando los átomos metálicos se unen entre si, los electrones de su última capa circulan por la estructura con gran libertad, y por ello se les conoce como conductores.

Red cristalina de un metal

Los mejores conductores de la corriente eléctrica son los metales, porque ceden más fácil que otros materiales los electrones que giran en la última órbita de sus átomos (la más alejada del núcleo). Sin embargo, no todos los metales son buenos conductores, pues existen otros que, por el contrario, ofrecen gran resistencia al paso de la corriente y por ello se emplean como resistencia eléctrica para producir calor. Un ejemplo de un metal que se comporta de esa forma es el alambre nicromo (NiCr).

Resistencia de alambre nicromo utilizada como. elemento calefactor en una secadora de pelo.

El más utilizado de todos los metales en cualquier tipo de circuito eléctrico es el cobre (Cu), por ser relativamente barato y buen conductor de la electricidad, al igual que el aluminio (Al). Sin embargo, los mejores metales conductores son La Plata (Ag) y el oro (Au), aunque ambos se utilizan muy limitadamente por su alto costo. El oro se emplea en forma de hilo muy fino para unir los contactos de los chips de circuitos


integrados y microprocesadores a los contactos que los unen con las patillas exteriores de esos elementos electrónicos, mientras que la plata se utiliza para revestir los contactos eléctricos de algunos tipos de relés diseñados para interrumpir el flujo de grandes cargas de corriente en amperios.

El aluminio, por su parte, se emplea para fabricar cables gruesos, sin forro. Este tipo de cable se coloca, generalmente, a la intemperie, colgado de grandes aislantes de porcelana situados en la parte más alta de las torres metálicas destinadas a la distribución de corriente eléctrica de alta tensión.

2. Aisladores

Se llaman Aisladores a los Materiales que no conducen electricidad.

Cuando un material no permite la circulación de los electrones entre sus átomos, se le conoce como aislante.

Los mejores aisladores eléctricos son. El aire seco, la Cerámica, vidrio, plástico, goma, papel seco, etc.


3. Semiconductores

Un semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio,

a) Para qué sirve

Los semiconductores sirven para construir una infinidad de dispositivos electrónicos, aprovechando propiedades que tienen como ser:

Diodos, transistores, etc

Diodo

Diferentes tipos de transistores

En el capítulo 10 Electrónica Básica de este texto se profundizará mas sobre este tema


4. Clasificación de Conductores

La familia de los conductores incluye todos aquellos elementos que permiten que circule la corriente eléctrica desde los generadores hacia los receptores y que vuelva de nuevo a los generadores. Los conductores más comunes son los cables. Están formados por uno o varios hilos de material conductor, normalmente cobre envuelto por una capa de plástico que lo aísla del exterior.

Los cable que solo tienen un hilo conductor se denominan cables unifilares. Los cables que tienen muchos hilos se denominan multifilares.

Los cables unifilares están formados por un único hilo de cobre (derecho). Los cables multifilares están compuestos de muchos hilos finos (izquierda)

a) Diferentes tipos de conductores

En estas fotografías puedes ver algunos de los muchos tipos de cables que existen. Una manera de clasificarlos es según el número de conductores que contienen. Si el cable tiene un solo conductor se denomina cable monopolar, si se tiene dos conductores asociados se denomina bipolar (como la foto A), tres conductores tripolar, cuatro conductores tetrapolar (foto B), si tiene muchos conductores se denomina multipolar. El cable C es un cable multipolar que cuenta con 25 conductores puestos en paralelo, se utiliza en ordenadores. El cable D es un cable multipolar utilizado en teléfono.


b) A veces los conductores no son cables. Dentro del ratón de la computadora que utilizamos para leer esta pagina, hay un circuito electrónico como el de la fotografía inferior. En la parte posterior tiene conductores que no son cables, sino pistas de cobre que conectan los componentes electrónicos entre si. Este sistema que permite automatizar la construcción de circuitos electrónicos, se denomina circuito impreso.

Los circuitos impresos permiten construir circuitos sin utilizar cables, en su lugar utilizan láminas de cobre en forma de pistas sobre una placa de plástico. Se usan en todos los aparatos electrónicos, como televisiones, videos, radios, etc.

C) Cuanta Corriente puede llevar un conductor La siguiente tabla indica la cantidad de corriente que puede llevar los diferentes conductores.



ÍNDICE 1.- Corriente Eléctrica 2.- Voltaje 3.- Resistencia 4.- Ley de Ohm



Existen 3 magnitudes eléctricas básicas:

Intensidad de corriente

Tensión o voltaje

Resistencia eléctrica

1. Intensidad de corriente eléctrica ( I )

Definición 1: Se define la corriente eléctrica como el paso ordenado de electrones a través de un conductor.

Corriente de electrones a través un conductor

La cantidad de carga que circula por un conductor en un segundo se denomina Intensidad de Corriente o Corriente eléctrica. Se representa por la letra I y su unidad es el Amperio (A).

Definición 2: Es el nº de electrones expresado en culombios que circula por un conductor en un segundo.

Ecuación de corriente

I = q /t

Donde: I : intensidad de corriente - Amperios (A) Q: carga que circula por un conductor - Coulomb (C) T: tiempo - segundos (s)

Entonces Las unidades serian:

Amperios = Culombios /segundo


El Amperio

Es la unidad con la cual se mide la corriente eléctrica o intensidad de corriente, su símbolo es [A]

Un amperio equivale a 6250 trillones (6.25x1018) de electrones juntos que pasan por un conductor en el tiempo de 1segundo.

El instrumento usado para medir intensidades es el AMPERÍMETRO

Submúltiplos:

El Kiloamperio ( 1 kA = 1000 A)

El miliamperio ( 1 mA = 10-3 A)

El microamperio ( 1μA = 10-6 A)

El nanoamperio (1nA = 10-9 A)

Velocidad de la corriente Eléctrica

La corriente eléctrica se mueve a la velocidad de la luz o sea a 300000 [km/s]

(*)La carga eléctrica (q) de un cuerpo expresa el exceso o defecto de electrones que hay en sus átomos. Su unidad es el Culombio (C). 1 Culombio equivale a 6,25 x1018 electrones.

2. Tensión o voltaje (V)

Para que los electrones realicen este movimiento ordenado debe existir una fuerza que los impulse, a esta fuerza se le llama Diferencia de Potencial o Fuerza Electromotriz (voltaje). Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor.

Unidad del Voltaje

Su unidad es el Voltio [V]

Fuerza electromotriz que impulsa la corriente de electrones a través un conductor

En la práctica se puede conseguir con una pila, con una batería o conectándolo a la red eléctrica.

Obtención de la Fuerza electromotriz de una pila


Otra definición del voltaje: Indica la diferencia de energía entre dos puntos de un circuito. La carga siempre circula desde los puntos de energía más alta hasta los puntos en los que es más baja. El voltaje es producido por el generador y se define como la energía que éste proporciona a cada unidad de carga que pone en movimiento. Se mide en voltios ( V ). El instrumento que me permite medir tensiones eléctricas es el VOLTÍMETRO.

No todos los cuerpos permiten que pasen los electrones con la misma facilidad.

3. Tipos de corriente y voltaje

3.1- Corriente continúa.

La corriente continua se puede obtener por medio de métodos químicos, como lo hacen las pilas y baterías, por métodos mecánicos como lo hace una dinamo, o por otros métodos, fotovoltaico, par térmico, etc.

Los electrones se mueven en un mismo sentido, del polo negativo al polo positivo que los atrae. La energía necesaria para que se muevan es generada por pilas y baterías (transformación de energía química en eléctrica) o por células fotovoltaicas (energía radiante -luz- en eléctrica). Los voltajes son pequeños: 1,5, 4,5, 9 V... Se utilizan en linternas, CD portátiles, móviles, circuitos electrónicos.

Corriente continua (c.c.)


Por tratarse de un valor de tensión que permanece constante en el tiempo, dificulta la interrupción de la misma cuando los valores son elevados, por lo que se utiliza en aparatos de muy baja tensión, hasta 24 Voltios.

Antiguamente también se utilizaba en motores de gran potencia en los que deseábamos controlar la su velocidad, pero hoy en día esto está casi en desuso.

El valor que caracteriza a la corriente continua es el voltaje (D.C.), que permanece invariante en el tiempo.

El aparato que convierte la corriente alterna en corriente continua se llama fuente de alimentación. Una de sus aplicaciones es cargar los teléfonos móviles.

Cargador de móviles

Ventajas de la corriente Continua Se utilizan en equipos eléctricos pequeños como relojes, calculadoras, teléfonos móviles, y no es necesario estar conectados mediante cables a una fuente de alimentación como la red de CRE 3.2- Corriente alterna.

La corriente alterna se puede obtener por métodos mecánicos como lo hace un alternador (transformación de energía mecánica en eléctrica), o por conversión de la corriente continua en alterna, el aparato que hace esto se llama inversor.

Los electrones cambian de sentido («alternan») una y otra vez.

Es la que más se emplea porque se obtienen voltajes mucho más altos y, por consiguiente, grandes cantidades de energía. Es la que usamos en casa para la iluminación, la televisión, la lavadora, etc.


Los valores que caracterizan a la corriente alterna son:

Voltaje de la red de CRE es de 230 y 220 V.

Frecuencia de la red de CRE es de 50 Hz.

Ventajas de la corriente Alterna Una ventaja de la corriente alterna es que se utiliza en aparatos eléctricos de gran potencia. Otras ventajas frente la corriente continua son: - Permite aumentar o disminuir el voltaje por medio de transformadores. - Se transporta a grandes distancias con poca pérdida de energía. - Es posible convertirla en corriente continua con facilidad.

- Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica.

- Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener que los de corriente continúa.

4.- La resistencia eléctrica (R)

Es la dificultad que opone un cuerpo al paso de los electrones. Su unidad es el Ohmio (), y depende del material del cuerpo, y de sus dimensiones.

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Los conductores se carecterizan por tener resistencia electrica baja

Los siguientes equipos se carecterizan por tener resistencia electrica elevada

Tabla de cálculo de área de conductores de diferentes formas

Por ejemplo: Una barra de cobre de 12 m de longitud y 20 mm2 de sección tiene una resistencia de

R ρLS

0,0172Ω²∙

1220 ²

0,01032Ω

Si la barra es de madera de 12 m de longitud y 20 mm2 de sección su resistencia será de

R ρLS

108 10 Ω²∙

1220 ²

648 Ω


V Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico, Ley de Ohm.

1.- Circuito Eléctrico

Se define circuito eléctrico como un conjunto de elementos conectados entre sí por medio de conductores y que permiten el paso de la corriente eléctrica. Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:

a) Generador: Son elementos capaces de generar energía eléctrica a partir de otras formas de energía (química, mecánica, solar, etc) : pilas, baterías, dinamos, alternadores, etc.

Es el encargado de crear la diferencia de potencial (voltaje) para que circulen los electrones (corriente).

b) Conductor: Su función es unir todos los elementos del circuito y permitir el paso de la corriente. Suelen ser de cobre.

c) Receptor: Es el encargado de transformar la corriente eléctrica en otro tipo de energía. (calorífica, luminosa, rotativa, sonora, etc). Ejemplos: lámparas, timbres, motores, resistencias, radiadores, etc.

d) Elemento de control: Se encarga de permitir o interrumpir el paso de la corriente en un circuito. Un interruptor es uno de ellos. Cuando interrumpimos el circuito los electrones que parten del polo negativo del generador no pueden circular hasta el polo positivo y por lo tanto no hay circulación de corriente.

La finalidad de los circuitos es hacer que la corriente eléctrica haga un trabajo útil como iluminar, mover un motor, hacer funcionar un aparato de radio, etc.

2.- Diferentes tipos de elementos de control

Interruptores: Abren o cierran un circuito de forma permanente.

Es un elemento de control de dos posiciones estables:


- Abierto, interrumpiendo el paso de la corriente eléctrica (de los electrones), y por tanto los receptores del circuito no funcionan.

Cerrado, permitiendo el paso de la corriente eléctrica, y por tanto los receptores conectados funcionan. La aplicación fundamental es para encender y apagar luces, un motor, o cualquier otro receptor, y también sirve como interruptor general para conectar y desconectar de una vez todos los elementos de un circuito.

Pulsadores: Abren o cierran un circuito mientras están presionados. Los hay normalmente abiertos y normalmente cerrados.

El pulsador es un elemento de control de dos posiciones, abierto y cerrado, pero tan solo una de ellas es estable, de tal forma que cambia de posición cuando pulsamos para accionarlo y lo mantenemos pulsado. Un caso típico para comprender su funcionamiento es el pulsador que acciona el timbre para llamar a las casas. Si la posición estable es abierto se denomina pulsador normalmente abierto (NA) y cuando lo accionamos se cierra. Si por el contrario la posición estable es cerrado se denomina pulsador normalmente cerrado (NC), y al accionarlo los abrimos. La aplicación fundamental es para accionar timbres, y para encender y apagar los motores.

Conmutadores: Permiten controlar dos o más circuitos desde un mismo punto. En las viviendas también se utilizan para encender una lámpara desde dos puntos diferentes (si quiero controlar la lámpara desde más de dos sitios necesito intercalar conmutadores de cruce entre dos conmutadores simples).

Es un caso particular de interruptor, es decir, un elemento de control de dos posiciones estables, pero con la particularidad de que por cada contacto de entrada (polo) tiene dos contactos de salida, uno de ellos NA y el otro NC. Anulando un contacto de salida podemos utilizarlo como un interruptor normal. La aplicación fundamental es para encender y apagar un punto de luz desde dos lugares distintos, y también para invertir el sentido de giro de un motor. Igual que sucedía con los interruptores y los pulsadores, en función del número de contactos, existen dos tipos de conmutador: unipolar y bipolar.

Interruptor pulsador NA Conmutador


3.- Elemento de Protección

Se trata de un elemento que se encargan de proteger el circuito eléctrico contra cortocircuitos y sobrecargas, por ejemplo un cortacircuito fusible se destruye cuando se produce un cortocircuito, otros ejemplos son los disyuntores termomagneticos y diferenciales.

Circuito básico con elemento de protección

4. Circuito Elemental

Este tipo de circuito no es útil, sino justo lo contrario, puede incluso causar una desgracia ya que las altas corrientes que circulan por el conductor pueden llegar a derretirlo y generar un fuego. A este circuito se le conoce como cortocircuito.

Cortocircuito, no deseable

Esquemas eléctricos

Para indicar cómo se tienen que conectar los elementos de un circuito eléctrico, se suele usar un esquema eléctrico. En este esquema cada elemento se representa con un símbolo.

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5.- Circuitos básicos (serie, paralelo y mixto).

a) Circuito Serie

Un circuito serie, es aquel que tiene conectados sus receptores uno a continuación del otro.

Por ejemplo, estas bombillas están conectadas en serie.

Circuito Serie

Propiedades de la conexión en serie. Supongamos 4 resistencias (R1,R2,R3, R4). Cada una de ellas consume una potencia (P1,P2, P3, P4), tiene una tensión (V1, V2 , V3 ,V4) y pasa por cada una intensidad I1, I2, I3 ,I4).

Las principales propiedades son: 1 Corriente que circula por cada resistencia La corriente que circula por cada resistencia es la misma

4321 IIIII

Donde:

V = Voltaje que sale de la fuente [V]

V1 = caída de voltaje en R1 [V]

V2 = caída de voltaje en R2 [ V]



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De la ley de Ohm podemos obtener la tensión en cada elemento:

V1 = R1 × I1 = 100Ω ×0,045A 4,5VV R2× I2 100Ω×0,045A 4,5V

Como comprobación tenemos que:

V= V1 + V2 = 4,5V + 4,5V = 9V

Como conclusión, se puede observar que al repartirse la tensión entre las bombillas esto se refleja con una disminución de la luminosidad de cada una de ellas.

Otra observación interesante de este circuito es que si se rompe una de las bombillas, se interrumpe el circuito y deja de lucir la otra bombilla.

b) Circuito paralelo

Un circuito paralelo, es aquel que tiene conectados los terminales de sus receptores unidos entre si., por ejemplo, estas bombillas están conectadas en paralelo.

Circuito Paralelo

Propiedades de la conexión en paralelo. Supongamos 4 resistencias (R1,R2,R3, R4). Cada una de ellas consume una potencia (P1,P2, P3, P4), tiene una tensión (V1, V2 , V3 ,V4) y pasa por cada una intensidad I1, I2, I3 ,I4).


Las principales propiedades son: 1 Corriente total y corriente que circula por cada resistencia La corriente total que sale de fuente es igual a la suma de las corrientes que circulan en cada resistencia.

4321 IIIIIT

2 Voltaje total EL voltaje total que genera la fuente de tensión es igual a la caídas de Voltaje en cada resistencia (a cada resistencia le llega el mismo voltaje)

4321 VVVVV

3 Corriente en cada Resistencia. La corriente en cada resistencia se calcula aplicando la ley de ohm a cada Resistencia.

1

11 R

VI

2

22 R

VI

3

33 R

VI

4 Circuito equivalente y resistencia equivalente Para efectos de cálculo el circuito de arriba se puede remplazar por otro circuito simple que solo tiene una sola Resistencia denominada Resistencia equivalente

Donde la resistencia equivalente es:

n

eq

RRRR

R1

......1111

321

Aplico ley de Ohm al circuito equivalente

EQUVRIV

Por ejemplo:

Se tiene un circuito donde la pila tiene una diferencia de potencial de 9 Voltios y la resistencia de las bombillas 1 y 2 es de 100 Ω. ¿Calcular todos los valores de este circuito?

Circuito

Equivalente


Solución:

La resistencia total será:

100Ω 100Ω100Ω 100Ω

50Ω

De la ley de Ohm podemos obtener la corriente total:

950Ω

0,18

La tensión que tiene cada bombilla es igual a la del generador:

V= V1 = V2 = 9V

De la ley de Ohm podemos obtener la corriente en cada elemento:

9100Ω

0,9

9100Ω

0,9

Como comprobación tenemos que:

IT = I1 + I2 = 0,09 A + 0,09 A = 0,18 A

Como conclusión, se puede observar que la tensión en las bombillas es la misma y esto se refleja con la misma luminosidad que si estuviesen solas cada una de ellas.

Otra observación interesante de este circuito es que aunque se rompa una de las bombillas, no afecta a la otra y sigue luciendo con normalidad.

Los elementos de nuestras viviendas están conectados en paralelo.


c) Circuito Mixto

Un circuito mixto, es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie. por ejemplo, las bombillas 2 y 3 están conectadas en paralelo y a la vez las dos en serie con la 1.

Este circuito aglutina las características de los dos circuitos, por lo que se tiene que resolver poco a poco por partes, en primer lugar se resuelven los elementos que están en paralelo, y luego los que están en serie.

Las bombillas 2 y 3 están en paralelo luego tendremos:

Las bombillas 2 y 3 se caracterizan por:

La resistencia total de las bombillas 2 y 3 será:

La corriente total que circula por las dos bombillas es: IP = I2 + I3

La diferencia de potencia en las dos bombillas será la misma. VP = V1 = V2

El nuevo circuito queda:

Circuito con resistencia equivalente del paralelo RP

U.A.G.R.M

La bom

El circu

La resis

La corri

La fuerz

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V1 + V2

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3100Ω

0,03

Como comprobación tenemos que: IP = I2 + I3 = 0,03 A + 0.03 A = 0,06 A

Este circuito tiene propiedades de los dos circuitos serie y paralelo.

6.- Simbología normalizada

A continuación pueden verse algunos de los símbolos normalizados utilizados en electricidad.

Símbolo Descripción

Corriente continua

Corriente alterna

Conductor

Fusible

Punto de unión

Terminal

Pila o acumulador, el

trazo largo indica el positivo

Resistencia

Interruptor normalmente abierto (NA).

Cualquiera de los dos símbolos es

válido

Conmutador

Símbolo Descripción

Conmutador con posicionamiento intermedio de corte

Pulsador normalmente cerrado

Pulsador normalmente abierto

Motor de corriente continua

Bobina de relé, símbolo general. Cualquiera de los dos símbolos es

válido.

Timbre, Zumbador

Lámpara, símbolo general

Veamos cual será el esquema normalizado de los circuitos anteriores.


Circuito en cortocircuito, generador y conductor.

Circuito en cortocircuito

Circuito básico, con generador, interruptor y receptor (una lámpara).

Circuito básico

Circuito básico con protección fusible, los elementos son generador,

fusible, interruptor y receptor (una lámpara).

Circuito básico con protección

Circuito serie con dos lámparas.

Circuito serie

Circuito paralelo con dos lámparas.

Circuito paralelo


Circuito mixto con tres lámparas.

Circuito mixto


VI Potencia y energía eléctrica. Qué es la potencia eléctrica

1.- Concepto de energía.

Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.

Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.

De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.

La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa con la letra “J”.

2.- Potencia eléctrica

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.

Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.

La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.

Matemáticamente La potencia eléctrica que puede desarrollar un receptor eléctrico se puede calcular con la fórmula:

Donde:

P es la potencia en vatios (W).

V es el voltaje (V).

I es la intensidad (A).

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3) Energía Eléctrica

Cuando tenemos el receptor conectado durante un tiempo lo que necesitamos conocer es la energía que consume. La fórmula que lo calcula es:

∙

Donde:

E es la energía en Julios (J) o (kwh).

P es la potencia en vatios (W). o (kW)

t es el tiempo en segundos (s). o (h)

En el caso de corriente alterna se tratara de valores eficaces. Por ejemplo:

Calcula la energía que se consume cuando tenemos encendida una bombilla de 100 vatios durante 10 horas.

Pasamos las horas a segundos:

1036001

36000

Luego la energía será:

E = P×t = 100W×36000 s = 3600000 J = 3,6 MJ

Como los julios son una unidad muy pequeña normalmente la energía se expresa en KW·h (kilo vatios hora) unidad que no pertenece al Sistema Internacional.

La energía expresada en KW·h del ejercicio anterior será:

E = P×t = 0,1 Kw 10h 1kWh

4.- Cálculo de la potencia de cargas reactivas (inductivas)

Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es necesario tener en cuenta también el valor del factor de potencia o coseno de “phi” (Cos ) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir, consumidores de energía eléctrica que para funcionar utilizan una o más bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los motores.


Las resistencias puras, como la de las bombillas de alumbrado incandescente y halógena, y los calentadores eléctricos que emplean resistencia de alambre nicromo (NiCr), tienen carga activa o resistiva y su factor de potencia es igual a “1”, que es el valor considerado ideal para un circuito eléctrico; por tanto ese valor no se toma en cuenta a la hora de calcular la potencia de consumo de esos dispositivos. Sin embargo, las cargas reactivas o inductivas, como la que poseen los motores eléctricos, tienen un factor de potencia menor que “1” (generalmente su valor varía entre 0,85 y 0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo del equipo en cuestión y de la red de suministro eléctrico varía cuando el factor se aleja mucho de la unidad, traduciéndose en un mayor gasto de energía y en un mayor desembolso económico.

No obstante, tanto las industrias que tiene muchos motores eléctricos de corriente alterna trabajando, así como las centrales eléctricas, tratan siempre que el valor del factor de potencia, llamado también coseno de “fi” (Cos ), se acerque lo más posible a la unidad en los equipos que consumen carga eléctrica reactiva.

Normalmente el valor correspondiente al factor de potencia viene señalado en una placa metálica junto con otras características del equipo. En los motores eléctricos esa placa se encuentra situada generalmente en uno de los costados, donde aparecen también otros datos de importancia, como el consumo eléctrico en watt (W), voltaje de trabajo en volt (V), frecuencia de la corriente en hertz (Hz), amperaje de trabajo en ampere (A), si es monofásico o trifásico y las revoluciones por minuto (rpm o min-1) que desarrolla.

La fórmula para hallar la potencia de los equipos que trabajan con corriente alterna monofásica, teniendo en cuenta su factor de potencia o Cos es la siguiente:

De donde: P .- Potencia en watt (W) V .- Voltaje o tensión aplicado en volt (V) I .- Valor de la corriente en ampere (A) Cos .- Coseno de "fi" (phi) o factor de potencia (menor que "1")

Si queremos conocer la potencia que desarrolla un motor eléctrico monofásico, cuyo consumo de corriente es de 10,4 ampere (A), posee un factor de potencia o Cos = 0,96 y está conectado a una red eléctrica de corriente alterna también monofásica, de 220 volt (V), sustituyendo estos valores en la fórmula anterior tendremos:

P = 220 × 10,4 × 0,96 = 2196,48 W


Como vemos, la potencia de ese motor eléctrico será de 2 196,48 watt. Si convertimos a continuación los watt obtenidos como resultado en kilowatt dividiendo esa cifra entre 1 000, tendremos: 2196,48 ÷ 1000 = 2,2 kW aproximadamente.

5.- Múltiplos y submúltiplos de la potencia en watt

Múltiplos 1 kilowatt (kW) = 103 W = 1 000 W 1 kilowatt-hora (kW-h) = 1 000 W × 3 600 segundos = 3 600 000 joule (J). 1 hora (h) =3600 s Submúltiplos 1 miliwatt (mW) = 10-3 W = 0,001 W 1 microwatt ( W) = 10-6 W = 0,000 001 W Caballo de fuerza (HP) o caballo de Vapor (C.V.) Los países anglosajones utilizan como unidad de medida de la potencia el caballo de vapor (C.V.) o Horse Power (H.P.) (caballo de fuerza). 1 H.P. (o C.V.) = 736 W = 0,736 kW 1 kW = 1 / 0,736 H.P. = 1,36 H.P.

6.- Potencia de Algunos Equipos


VII Generadores 1.- Que son los Generadores

Son elementos capaces de producir una corriente eléctrica y de mantener la tensión necesaria entre los extremos del conductor.

Dependiendo del tipo de corriente que producen distinguimos:

- Generadores de corriente continua (pilas y baterías) : Permiten obtener una corriente

eléctrica a partir de una reacción química.

- Generadores de corriente alterna (alternadores) : Permiten obtener energía eléctrica a

partir de otras formas de energía (hidráulica, solar, eólica, nuclear, maremotriz...)

2.- Generadores de corriente continúa

Están formados por dos elementos de distinto potencial eléctrico (electrodos) y por un electrolito (sustancia que mantiene la carga de los electrodos mediante una reacción química).

El electrodo de mayor potencial (mayor carga negativa) se denomina POLO NEGATIVO o CÁTODO y el de menor potencial se denomina POLO POSITIVO o ÁNODO.

PILAS

Son generadores de corriente continua no recargables. Distinguimos:

Pilas salinas: Deben su nombre a que el electrolito es una sal. Las pilas de zinccarbono son las más usadas. La carcasa de zinc no está blindada pudiendo llegar a agujerearse cuando se gastan pudiendo dañar los aparatos donde están instaladas.

Pilas de petaca: Están formadas por 3 pilas salinas de 1,5V y originan una diferencia de potencial de 4,5V.

Pilas alcalinas: El electrolito es una base o alcali. Se caracterizan por su larga duración y porque pueden almacenarse durante largos períodos de tiempo sin que se deterioren (están blindadas mediante una cápsula de acero evitando dañar los aparatos donde están instaladas).


Pilas botón: Son pilas de pequeño tamaño adecuadas para equipos de dimensiones reducidas (relojes de pulsera, audífonos, calculadoras extraplanas..). Las de mercurio son muy contaminantes.

La siguiente grafica muestra diferente tipo de pilas

La mayoría de las pilas están fabricadas con metales pesados (zinc, mercurio, magnesio) muy contaminantes, siendo las de mercurio las más contaminantes. Por esto nunca deben tirarse a la basura, sino que deben devolverse una vez gastadas a los establecimientos donde se compraron o depositarse en contenedores preparados para ello.

BATERÍAS

Son generadores de C.C. recargables. (Batería del coche, de un móvil, de una cámara de video..)

Batería de automóvil

Batera de teléfono móvil


Las baterías modernas utilizan una variedad de químicos para realizar sus reacciones. La química de las baterías comunes incluye:

Baterías de Cinc, también conocidas como baterías estándar de carbón. La química de cinc-carbón es utilizada en cualquier batería AA, o afín. Los electrodos son de cinc y carbón, con una unión ácida entre ellas como electrolito.

Baterías alcalinas. Los electrodos son de cinc y óxido de manganeso con un electrolito alcalino.

Batería de níquel-cadmio. Utiliza el hidróxido de níquel y electrodos de cadmio con hidróxido de potasio como electrolito. Es recargable.

Hidruro de níquel-metal. Recargable. Reemplazó rápido al níquel-cadmio porque no sufre de los problemas del efecto memoria que tiene la anterior. ¿Sabes qué es el efecto memoria?

Ion-litio. Recargable. Muy buen rendimiento, se utiliza en los últimos PC's portátiles y teléfonos móviles.

Plata-cinc. Utilizada en aplicaciones aeronáuticas porque el rendimiento es bueno.

3.- asociación de generadores.

a) Asociación de generadores en serie

Se dice que dos o mas generadores están en serie cuando están conectados uno detrás de otro. Pero cuidado ¡de cualquier manera, el borne positivo de un generador debe estar conectado al borne negativo del siguiente. Fijate en la ilustración de la derecha

Ejemplo de circuito con dos pilas en serie

A continuación puedes ver un ejemplo de circuito dos generadores, dos pilas cilíndricas, conectadas en serie.

En serie, se suma la atención de todos los generadores

Si conectamos varios generadores en serie, la tensión total del conjunto será la suma de las tensiones de cada generador. Es decir


Otro ejemplo

A mayor tensión mayor Potencia

AL aumentar la tensión que se aplica a un circuito se aumenta también la potencia que se puede proporcionar. Esto es de gran importancia para diseñar aparatos eléctricos portátiles: solo tenemos que poner mas pilas en serie para obtener un aparato mas potente. El dibujo puedes ver una linterna que tiene 3 pilas conectadas en serie. Esta linterna ilumina mas que una que solo tenga 2 pilas, ya que es mas potente. Otros ejemplos de aparatos portátiles con pilas en serie: aparatos de música, juguetes, calculadoras, etc.

Algunos generadores tienen trampa

Algunas pilas o baterías que parecen generadores individuales son, en realidad, un grupo de generadores más pequeños conectados en serie. Un ejemplo son las pilas de petaca, como la de la fotografía. En su interior encontramos 3 pilas cilíndricas conectadas en serie. Cada pila cilíndrica tiene tensión 1.5 V. por lo que la pila de petaca proporciona 4.5 V.

VT = V1+V2+V3 = 4,5 V


Células solares conectadas en serie

Además de pilas y baterías, otro ejemplo común de conexión en serie de generadores son los paneles solares. Una célula solar individual produce muy poca tensión, alrededor de 0.5 V por lo es necesario agruparlos en paneles. En un panel solar las células individuales se conectan en serie para obtener mayores tensiones.

b) Asociación de generadores en paralelo

Dos o mas generadores están conectados en paralelo cuando los bornes de la misma polaridad están entere si. Todos los bornes positivos están conectados a un cable de salida (normalmente de color rojo) y todos los bornes negativos están conectados a un cable de entrada (normalmente de color negro). Tal como se muestra en la siguiente imagen.

Ejemplo de circuito con dos pilas en paralelo

A continuación puedes ver un ejemplo de circuito que tiene dos generadores, dos pilas cilíndricas conectadas en paralelo.


Dos o más generadores en paralelo proporcionan la misma tensión que uno solo

Si conectamos varios generadores en paralelo, la tensión del conjunto será la misma que cada uno solo.

La conexión en paralelo de pilas y baterías aumenta la autonomía del circuito

Una gran ventaja de la conexión en paralelo de pilas y baterías es que permite aumentar la autonomía (el tiempo que puede funcionar) de los circuitos que alimentan. En la ilustración de debajo, el circuito del centro funciona el doble de tiempo que el circuito de la izquierda, y el circuito de la derecha el triple.


Las centrales eléctricas se conectan en paralelo entre si

Las centrales eléctricas se conectan en paralelo entre ellas para inyectar corriente a la red eléctrica. La conexión en paralelo permite que la corriente que proporciona cada central se sume a la que producen las demás. Cuando las corriente eléctrica, mas consumidores de electricidad podrán conectarse a la red

Resumiendo:

Cuando las baterías se agrupan en serie es para obtener altos voltajes o en paralelo para altas corrientes. El siguiente diagrama muestra esos arreglos:

* Actividad práctica: monta un circuito serie y otro paralelo, como se indica en la figura de arriba pero

solamente con dos pilas, y comprueba con el polímetro en los dos casos: el voltaje (se mide en paralelo = la

altura) y la intensidad (se mide en serie = la corriente).


VIII Electromagnetismo

ÍNDICE 1.- Introducción al electromagnetismo. 2.- Aplicaciones del electromagnetismo. 2.1- Electroimán. 2.2- Relé. 2.3- Alternador. 2.4- Dinamo y motor de corriente continua. 2.5- Transformador. 3.- Aparatos de medida. 3.1- Óhmetro, conexionado. 3.2- Voltímetro, conexionado. 3.3- Amperímetro, conexionado. 3.4- Polímetro, conexionado. 4.- Actividades.


VIII Electromagnetismo 1.- Introducción al electromagnetismo.

El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta de que en la naturaleza existen materiales que eran capaces de atraer al hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son:

1.- Atraen al hierro, y otros metales como cobalto, níquel y sus aleaciones.

Imanes unidos a un hierro

2.- Orientan sus moléculas en la misma dirección.

Moléculas orientadas

3.- Crean dos polos opuestos en sus extremos, y de ellos salen líneas de fuerza que van de uno al otro.

Polos y líneas de fuerza de un imán

4.- Cuando enfrentamos dos polos de distinto tipo se atraen.


5.- Cuando enfrentamos dos polos del mismo tipo se repelen.

Atracción y repulsión de imanes

6.- Los polos norte y sur no se pueden separar. Si se parte un trozo del material, cada trozo vuelve a ser un imán con polo norte y sur.

No existe un solo polo

7.- Sus propiedades atraviesan objetos como papel, madera, plásticos, etc.

8.- Si frotamos un objeto de acero con un imán, el objeto adquiere las propiedades magnéticas del imán y se comporta como tal.

De manera que es muy fácil transmitir el magnetismo a un destornillador, una aguja de coser y otros objetos.

Los imanes tienen un campo magnético que los rodea, es muy fácil observarlo si dejamos limaduras de hierro cerca del imán que se sitúan sobre las líneas de fuerza del mismo.

Líneas de fuerza de un imán con limaduras de hierro


Hace más de dos mil quinientos años, los chinos ya conocían estas propiedades y crearon la primera brújula al concebir la tierra como un enorme imán.

Con ella podían conocer la orientación del norte y del sur en cualquier lugar. El polo norte magnético corresponde con el sur geográfico, y el polo sur magnético corresponde con el polo norte geográfico.

Norte magnético y sur terrestre

También se observó que el paso de la corriente eléctrica por un conductor creaba un campo magnético alrededor del conductor siguiendo la regla de la mano derecha. A este campo magnético generado eléctricamente se le llama electromagnetismo.

Campo magnético generado por el paso de corriente

Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnéticos de todas las espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magnético mayor.

Campo magnético generado en una bobina


Este proceso es reversible, es decir, si en el interior de una bobina hacemos que varíe un campo magnético, conseguiremos que circule corriente por la bobina. El comportamiento de la bobina es como el de un imán eléctrico.

El campo magnético genera corriente alterna

2.- Aplicaciones del electromagnetismo.

El campo magnético creado con electricidad (electromagnetismo) tiene múltiples aplicaciones, puesto que aparece cuando hay corriente eléctrica y desaparece cuando cesa la corriente eléctrica.

Alguna de las aplicaciones del electromagnetismo son las siguientes:

2.1- Electroimán.

El electroimán consiste en una bobina en la que hemos introducido un núcleo de hierro dulce.

Cuando hacemos pasar corriente por la bobina, el hierro se comporta como un imán. Si deja de pasar la corriente el hierro pierde sus propiedades magnéticas.

Electroimán


Esquema y símbolo del electroimán

Algunas de las aplicaciones del electroimán son:

- Separar latas de hierro, clavos, etc. en los vertederos, y otro tipo de industrias.

- Manipulación de vehículos en desguaces.

- En los zumbadores y timbres.

- Manipulación de planchas metálicas en la industria.

2.2- Relé.

El relé es una combinación de un electroimán y un interruptor. Consta de dos circuitos el de mando y el de potencia.

En el circuito de potencia hay un interruptor, con sus contactos disponibles.

El circuito de mando es el electroimán que mediante un mecanismo cuando circula corriente por él, hace que se cierre el contacto del interruptor de potencia. Cuando deja de circular corriente por el electroimán el mecanismo hace que se abra el contacto de potencia.

Relé


Esquema y símbolo del relé

Existen varias posibilidades en el circuito de potencia, un interruptor, un conmutador, dos conmutadores, etc.

Símbolos del relé

2.3- Alternador.

Cuando movemos un conductor en el interior de un campo magnético, circula corriente a través de este conductor.


Generador lineal

La fórmula que relaciona a estas magnitudes es:

E= B* l *v

Donde:

E = fuerza electromotriz.

B= campo magnético.

v = velocidad con la que se desplaza el conductor.

l = longitud del conductor.

Si hacemos que circule corriente por un conductor sometido a un campo magnético, este se desplazará.

Motor lineal


La fórmula que relaciona a estas magnitudes es:

F= B*i*l

Donde:

F = fuerza con la que se desplaza el conductor.

B= campo magnético.

i = intensidad.

l = longitud del conductor.

Si en lugar de poner un conductor ponemos una bobina y la hacemos girar, la corriente que circula es mayor, y se verá modificada según el ángulo que forman el campo magnético y la bobina. Tomando valores positivos y negativos

Esta característica se aprovecha para construir una máquina que genere corriente, el Alternador.

Alternador

El sentido de la corriente viene expresado por la regla de la mano derecha, movimiento - campo - corriente (mo, ca, co).

Cuando hacemos girar las espiras la parte de arriba pasa abajo y la de abajo arriba, por lo que el sentido de la corriente sobre el receptor se invierte.

Además la corriente que se genera varia dependiendo de lo lejos que están los conductores de los polos. Cuando están más cerca mayor es la corriente y cuando están más lejos menor es la corriente.

El aspecto que tiene la corriente es este:


Corriente alterna

El símbolo es:

Símbolo del alternador monofásico

Este es el aspecto de un alternador experimental de laboratorio.

Alternador experimental


Los alternadores comerciales disponen de varias bobinas, con ellos se genera la mayor parte de la energía eléctrica que consumimos.

2.4- Dinamo y motor de corriente continua.

Tal como hemos visto el funcionamiento de un alternador, si practicamos unas pequeñas modificaciones en los colectores de la bobina, podemos hacer que cada vez que cambian de arriba abajo, y de abajo a arriba los conductores activos de la bobina, se invierte el sentido de la corriente. Haciendo que la corriente siempre llegue en la misma dirección al receptor.

Dinamo

En el generador experimental esto se consigue modificando la posición de las escobillas, haciendo que coincidan en la parte que se parte la delga en dos.

Dinamo experimental


Teniendo la corriente el siguiente aspecto:

Corriente pulsatoria

Si incrementamos el número de bobinas del generador se consigue que la corriente sea casi continua, el conexionado se realiza mediante delgas. A este generador se le conoce como dinamo.

Corriente continua

La dinamo es un máquina reversible de manera que si le aplicamos corriente continua en sus terminales se convierte en un motor.

Igualmente, si a un motor de corriente continua hacemos girar su eje se comporta como una dinamo y genera corriente continua.

Los símbolos son:

Símbolo de la dinamo y del motor de corriente continua

Las dinamos se utilizan para obtener corriente continua en vehículos autopropulsados (coches, motos, camiones, ...)


2.5- Transformador.

Un transformador es una máquina que aprovecha la característica que tiene la corriente eléctrica de crear campos electromagnéticos y que los campos electromagnéticos crean corriente eléctrica.

Consiste en dos bobinas unidas por un núcleo de hierro dulce, laminado, con pequeñas impurezas, para conseguir mejores características frente a la conducción del electromagnetismo.

Transformador

Cuando circula corriente por una de las bobinas esta se transforma en campo electromagnético se transmite por medio del hierro dulce y cuando llega hasta la otra bobina esta convierte en corriente eléctrica.

La utilidad del transformador es cambiar de valor la tensión y la corriente de una bobina a la otra.

Transformador experimental

El símbolo del transformador es:


Símbolo del transformador

Entre la primera bobina y la segunda se cumple que ambas transmiten la misma potencia.

P1 = P2

O lo que es lo mismo

V1 * I1 = V2 *I2

Otra forma de expresarlo es:

V1 / V2 = I2 / I1 = m (relación de transformación).

También se cumple que la relación entre el número de espiras de la primera bobina y la segunda es proporcional a la tensión que hay entre ellas. También se le conoce como relación de transformación.

N1 / N2 = V1 / V2 = m (relación de transformación).

Los transformadores se utilizan en el transporte de la energía eléctrica.

Cuando se genera, se eleva la tensión con ayuda de ellos, se transporta por las líneas, y se baja otra vez con transformadores hasta un valor con el que poder utilizarla, sin demasiados riesgos para las personas.


IX APARATOS DE MEDIDA

Para medir las magnitudes eléctricas, deben utilizarse los aparatos correspondientes, aunque en la actualidad se utiliza uno que los contiene a todos el polímetro.

10.1- Óhmetro, conexionado.

Para medir las resistencias debe utilizarse un Óhmetro, se conecta tocando los terminales de la resistencia separada del resto del circuito.

Su símbolo es:

Símbolo del Óhmetro

El conexionado para realizar la medición será:

Conexión del Óhmetro

10.2- Voltímetro, conexionado.

El voltímetro mide la tensión en voltios que tienen los elementos. Debemos elegir un voltímetro de corriente continua o alterna, dependiendo del tipo de tensión que queremos medir.

Su símbolo es:

Símbolo del Voltímetro

Para realizar la medición el circuito debe estar conectado a la corriente y el voltímetro se debe colocar en paralelo al elemento del que queremos conocer su tensión.



Conexión del voltímetro

El voltímetro de corriente continua tiene polaridad por lo que hay que tener especial cuidado a la hora de conectar sus terminales.

10.3- Amperímetro, conexionado.

El amperímetro mide la corriente en amperios que circula por una rama de un circuito. La corriente puede ser continua o alterna, según el tipo de corriente se debe elegir el tipo de amperímetro.

Su símbolo es:

Símbolo del Amperímetro

Para realizar la medición, el amperímetro debe conectarse en serie con la rama que queremos conocer su corriente. De manera que nos vemos obligados a abrir el circuito e intercalarlo.


Conexión del amperímetro


El amperímetro de corriente continua tiene polaridad por lo que hay que tener especial cuidado a la hora de conectar sus terminales.

Si se conecta en paralelo el amperímetro, se puede destruir el fusible interno y dejar de funcionar.

10.4- Polímetro, conexionado.

En la actualidad todos estos aparatos y otros más se encuentran en uno sólo conocido con el nombre de Polímetro. También se le conoce con el nombre de Tester o Multímetro.

Existen dos tipos de polímetros, los analógicos y los digitales. En los últimos años los digitales se han extendido mucho más llegando a ser casi los únicos que se utilizan hoy en día.

El aspecto de un polímetro digital es este:

Polímetro digital

Como puede observarse este polímetro consta de dos voltímetros, dos amperímetros, un óhmetro y un apartado para calcular la hfe de los transistores.

Las partes en las que está divido son:


Partes del polímetro digital

Para realizar una medida debemos seguir siempre los siguientes pasos:

1º.- Encender el polímetro.

2º.- Seleccionar la parte en la que queremos realizar la medición (Voltímetro, Amperímetro, Óhmetro).

3º.- Comprobar que las puntas están en los terminales correctos, en caso contrario colocarlas.

Es muy importante fijarse bien en el conexionado de las puntas, si se conectan unas puntas en un terminal equivocado se puede destruir el polímetro.

El terminal negro siempre se conecta en el común y el rojo es que se conecta en V/ O para resistencias y voltajes, o en 2A o 10A para intensidades que alcanzan como valor máximo 2 o 10 Amperios.

4º.- Seleccionar el valor más alto de la escala que queremos medir, con el selector.

5º.- Conectar las puntas en el lugar adecuado del circuito o resistencia.

6º.- Mover el selector bajando de escala hasta que la lectura sea posible en el display.


4.- Actividades.

1.- Completa el cuadro con los valores que faltan de las siguientes corrientes alternas.

V máximo V eficaz V instantáneo para 45º Periodo(T) Frecuencia(F)

410 V 40 ms

9 V 1000 Hz

18 V 12,728 V 2500 Hz

18V 1ms

315 V 50 KHz

2.- Calcula la resistencia de un conductor de cobre de 200 m de longitud, si su sección es de 1,5 mm2.

3.- Calcula la resistencia de un conductor de aluminio de 5500 m de longitud, si su sección es de 25 mm2.

4.- Calcula la corriente que circula en el circuito siguiente:

5.- ¿Cuál es la potencia que entrega la bombilla del ejercicio anterior?

6.- Disponemos de una bombilla con los siguientes valores nominales, 220 V / 100 W.

a.- Indica cuál es su resistencia nominal.

b.- Si la conectamos a 130 V, ¿cuál será la corriente que la atraviesa?

c.- En el supuesto anterior, ¿qué potencia entrega?

7.- Calcula la energía que consume un receptor de 736 W que está funcionando durante 8 horas. Expresa el resultado en Julio y en KWh.

8.- Calcula la energía que consume una estufa con los siguientes datos nominales. 1500 W, 230 W. Si la conectamos a 220 V durante 8 horas diarias durante 30 días.


Si el precio de un KWh es de 15 céntimos de euro, cuanto costará la energía consumida durante este periodo.

9.- Calcula la corriente que circula por la resistencia siguiente y la potencia que disipa.

10.- En el circuito serie, calcula:

a.- La resistencia equivalente.

b.- Corriente que pasa por cada resistencia.

c.- Caída de tensión en cada resistencia.

d.- Potencia en cada resistencia.

¿Qué ocurre si se desconecta una de las resistencias?

11.- En el circuito paralelo, calcula:






¿Qué ocurre si se desconecta una de las resistencias? ¿Qué quiere decir el símbolo del generador?

12.- En el circuito siguiente, calcula:





13.- Con ayuda de dos imanes, realiza las siguientes experiencias:

a.- Sitúa el imán bajo una cartulina y espolvorea limaduras de hierro sobre él, observa las líneas de fuerza que se dibujan.

b.- Sitúa un imán bajo una cartulina y sitúa sobre ella un pequeño objeto de hierro (clavo), observa como se desplaza con el imán.


c.- Toma dos imanes e intenta unirlos por los mismos polos. Y luego intenta unirlos por los polos opuestos.

14.- Diseña un esquema de cómo se puede montar un zumbador con ayuda de un electroimán.

15.- Diseña un circuito donde se conecte un relé cuando activamos un interruptor. La conexión del relé hace que se apague una luz verde y se encienda una roja. Cuando cambiamos el estado del interruptor cambiará el estado de las luces.

16.- observa las fotografías siguientes, ¿cuál corresponde al conexionado de una dinamo y cuál al de un alternador?.

a) b)

17.- Indica el lugar que debemos poner en el selector del polímetro para medir los siguientes valores y donde conectar los terminales.

Resistencia de 1200 ohmios.


Corriente continúa de 130 mA.

__________________________________________________________________________________

Tensión continúa de 12 V.


Corriente alterna de 1A.

__________________________________________________________________________________

Tensión alterna de 230V.


X Electrónica Básica ÍNDICE 1.- Introducción. 2.- La resistencia. 3.- El condensador. 4.- El diodo. 5.- La fuente de alimentación. 6.- El transistor. 7.- Montajes. 8.- Actividades. 1.- Introducción.

La electrónica se encarga de controlar la circulación de los electrones de forma minuciosa. Se encarga de que pasen en mayor o menor cantidad con dispositivos pasivos y activos.

Los dispositivos pasivos son: Resistencias, condensadores y bobinas.

Los dispositivos activos son diodos, transistores y circuitos integrados (semiconductores).

Las bobinas y los circuitos integrados no los estudiaremos en esta unidad.

2.- La resistencia.

Con el objeto de producir caídas de tensión en puntos determinados y limitar la corriente que pasa por diversos puntos se fabrican elementos resistivos de los que se conoce su valor Óhmico.

Estos elementos se conocen como resistencias.

Se caracterizan por su:

- Valor nominal: es el valor marcado sobre el cuerpo del resistor.

- Tolerancia: porcentaje en más o menos, sobre el valor nominal, que el fabricante respeta en todos los resistores fabricados.

- Coeficiente de temperatura: la resistencia varía con la temperatura. Esta variación se puede calcular en función del coeficiente de temperatura:

RT = R0 (1 +T)

- Potencia nominal: potencia que puede disipar el resistor en condiciones ambientales de 20 a 25ºC. Cuanto mayor es la potencia mayor será el tamaño del resistor.


- Tensión límite nominal: es la máxima tensión que puede soportar, en extremos, el resistor.

Existen tres tipos de resistencias, fijas, variables y dependientes.

a) Resistencias fijas

Se caracterizan por mantener un valor óhmico fijo, para potencias inferiores a 2 W suelen ser de carbón o de película metálica. Mientras que para potencias mayores se utilizan las bobinadas.

Resistencias fijas

Los valores de las mismas están normalizados en series y generalmente la forma de indicarlo sobre el cuerpo es mediante un código de colores, en las resistencias bobinadas se escribe el valor directamente.

La siguiente figura muestra el código de colores de las resistencias de tipo normal y las resistencias de precisión:


Código de colores

La interpretación del código de colores es:

1º- colocamos la resistencia de la forma adecuada, con la tolerancia en la parte derecha.

2º- sustituimos cada color por su valor.

1ª cifra = naranja = 3 2ª cifra = blanco = 9 Multiplicador = rojo = x100 Tolerancia = oro = ±5%

3º- El valor nominal será: Vn = 3900 ±5%

4º- Los valores mínimo y máximo serán:

- Valor mín. = valor nom. - valor nom * Tolerancia / 100 = 3900 - 3900 * 5 / 100 = 3705

- Valor máx. = valor nom, + valor nom, * Tolerancia / 100 = 3900 + 3900 * 5 / 100 = 4095


El valor real de la resistencia se encontrará entre 3705 y 4095 .

Ejemplo 1:

Indica el valor en código de colores de las siguientes resistencias:

Solución:

Valor 1ª cifra 2ª cifra Multiplicador Tolerancia

100 ±5% marrón negro marrón oro

220 ±10% rojo rojo marrón plata

4700 ±5% amarillo violeta rojo oro

68000 ±20% azul gris naranja sin color

Ejemplo 2:

Completa el valor de cada resistencia si conocemos los colores de que está compuesta.

Solución:

1ª cifra

2ª cifra

Multiplicador Tolerancia Valor V máx V min

marrón negro rojo oro 1000 ±5% 1050 950

gris rojo oro oro 8,2 ±5% 8,61 7,79

rojo violeta verde plata 2700000 ±10%

2970000 2430000

violeta verde negro oro 75 ±5% 78,75 71,25

b) Resistencias variables

La variación puede ser rotativa o lineal

Resistencias variables lineal y rotativa

Según la forma constructiva pueden ser bobinadas, para potencias grandes, o de pista de carbón.


Cuando se varían con ayuda de una herramienta se denominan ajustables, mientras que cuando disponen de un vástago para variarlas se denominan potenciómetros.

Y a la vez pueden ser, de conexión vertical y ajuste horizontal, o de conexión horizontal y ajuste vertical.

Conexión vertical y horizontal

En algunos casos se pone solidario con el eje de giro un interruptor (abajo a la derecha).

Resistencias variables (potenciómetros y ajustables)

Los símbolos son:

Símbolos de resistencias


c) Resistencias dependientes

Existen cuatro tipos de resistencias dependientes: NTC, PTC, LDR y VDR.

NTC: Resistencia de coeficiente negativo de temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la misma disminuye su valor óhmico. Si nos pasamos de la temperatura máxima o estamos por debajo de la mínima se comporta de forma inversa.

Se utiliza en aplicaciones relacionadas con la temperatura.

Resistencia NTC y gráfica

PTC: Resistencia de coeficiente positivo de temperatura. Cuando aumenta la temperatura de la misma aumenta su valor óhmico.

En realidad es una NTC que aprovechamos su característica inversa entre dos valores de temperatura conocidos, T1 y T2.

También se utiliza en aplicaciones relacionadas con la temperatura.

Resistencia PTC y gráfica

LDR: Resistencia dependiente de la luz. Cuando aumenta la intensidad luminosa sobre la misma disminuye su valor óhmico.

Se utiliza en aplicaciones relacionadas con la intensidad luminosa.


Resistencia LDR y gráfica

VDR: Resistencia dependiente de la tensión. Cuando aumenta la tensión en sus extremos disminuye su valor óhmico, y circula más corriente por sus extremos.

Se utiliza como protección para evitar subidas de tensión en los circuitos. Cuando se supera la tensión de la VDR la corriente se marcha por ella y protege al circuito.

Resistencia VDR y gráfica

Resistencias dependientes

Los símbolos de estas resistencias son:


Símbolos NTC, PTC, LDR y VDR

3.- El condensador.

Los condensadores están formados por dos armaduras conductoras, separadas por un material dieléctrico que da nombre al tipo de condensador.

Los hay de diversos tipos, cerámicos, de poliéster, electrolíticos, de papel, de mica, de tántalo, variables y ajustables.

Condensadores fijos

Los electrolíticos tienen polaridad y se debe respetar, en caso contrario el condensador puede explotar.

Por lo general se indica el valor de los mismos en la carcasa, si no se hace de forma directa se utiliza el código de colores empezando de arriba a bajo su lectura. Cada condensador dispone de una lectura distinta, se incluye como dato importante la tensión máxima de trabajo del mismo.


Condensadores

Los símbolos de los condensadores son:

Símbolos de condensadores

Para entender el funcionamiento de un condensador lo vamos a someter a la carga y descarga del mismo en serie con una resistencia.


Carga del condensador

Cuando cerramos el circuito de carga el condensador se carga hasta alcanzar casi la tensión de alimentación.

El tiempo de carga depende de la capacidad del condensador y del valor óhmico de la resistencia que está en serie con él R1, siguiendo la fórmula:

t1= 5*R1*C

Descarga del condensador


Cuando cerramos el circuito de descarga, es el condensador el que entrega la corriente a la resistencia hasta agotarse su carga.

El tiempo de descarga ahora depende de la capacidad y de la resistencia de descarga R2.

t2= 5*R2*C

Una de las aplicaciones más comunes para los condensadores son los temporizadores, esperar hasta que el condensador se cargue o descargue.

Ejemplo 1:

Calcula el tiempo que tardará en cargarse un condensador de 4700 F que está en serie con una resistencia de 1000 .

Solución:

Ejemplo 2:

¿Cuánto tiempo lucirá una bombilla que se conecta al condensador una vez cargado si la bombilla tiene 2000 de resistencia?

Solución:

4.- El diodo.

Un material semiconductor es aquel que tiene estructura cristalina, y en una buena disposición para dejar electrones libres.

Cada átomo tiene en su órbita externa 4 electrones, que comparte con los átomos adyacentes formando enlaces covalentes. De manera que cada átomo ve 8 electrones en su capa más externa, haciendo al material de baja conductividad.

El Silicio (Si) y el Germanio (Ge) cumplen estas características.


Material semiconductor neutro

El semiconductor puro no se utiliza, ya que resulta muy difícil conseguir liberar sus electrones. Aunque a temperatura ambiente siempre hay enlaces rotos que tienen a sus electrones libres.

Pero se pueden añadir impurezas a este material y cambia radicalmente su comportamiento.

Si en la estructura del semiconductor puro sustituimos algunos átomos de éste por otros que tengan 3 electrones en su última capa, por ejemplo el Indio (In), se obtiene una estructura donde aparecen huecos (h+), donde faltan electrones para que el comportamiento del material sea como el del neutro.

Por lo tanto este material se comporta como si estuviera cargado positivamente. Se denomina material semiconductor de tipo P.


Material semiconductor de tipo P

También podemos sustituir alguno de los átomos del material neutro, por átomos que tienen 5 electrones en su última capa, como los del Antimonio (Sb), se obtiene una estructura donde quedan electrones libres (e-) que no pertenecen a ningún enlace y de fácil movilidad.

Por lo tanto este material se comporta como si estuviera cargado negativamente. Se denomina material semiconductor de tipo N.

Material semiconductor de tipo N

Cuando unimos estos dos materiales (P-N) se produce una recombinación de electrones (e-) y huecos (h+) en la zona de unión apareciendo una zona desierta sin portadores de carga libres.

A esta unión (P-N) se le llama Diodo.


Unión P-N, símbolo del Diodo

Polarización de diodo.

Una característica esencial de la unión P-N es que permite el paso de corriente en un sentido y se opone en el sentido contrario.

Polarización Inversa.

Polarización inversa del diodo

La polarización de la batería obliga a los electrones (e-) de N y huecos (h+) de P a alejarse de la unión, aumentando el ancho de la zona desierta, e impidiendo la circulación de electrones.

El diodo se comporta como un interruptor abierto y la bombilla no lucirá. Toda la tensión cae en el diodo VR


Polarización directa.

Polarización directa del diodo

Al aplicar tensión directa, se reduce la barrera de potencial de la unión, debido a la polarización de la batería, que impulsa a los electrones (e-) de N y huecos (h+) de P. Por tanto, los electrones (e-) tienden a cruzar la unión de N a P y los huecos (h+) en sentido opuesto.

La zona desierta se reduce, y se establece una corriente en sentido directo ID.

El diodo se comporta como un interruptor cerrado y la bombilla lucirá. En el diodo cae una pequeña tensión VD y el resto sobre la bombilla en este caso.

Existen diferentes tipos de diodos, rectificadores, LED (Diodos Emisores de Luz), varicap, Zener, Fotodiodos, etc.

Diodos


Los símbolos son:

Símbolos de diodos

Cálculos:

Cuando se polariza en inversa el diodo debe soportar toda la tensión inversa VR a la que está sometido (Vcc), de otra manera se destruye.

Pero cuando se polariza en directa en sus extremos cae la tensión directa VD que es del orden de 0,6V y el resto cae en los elementos que se encuentran en serie con él. Al mismo tiempo debe ser capaz de soportar la corriente ID que circula por él.

La ecuación de cálculo es:

Vcc = Rs * ID + VD

Por ejemplo:

Calcula la resistencia de limitación que debemos poner para proteger el diodo LED que tiene los siguientes parámetros (VD = 1,8V, ID = 25 mA), cuando lo conectamos a 5 V.


Solución:

Otro ejemplo:

¿Cuál es la corriente que circulará por la bombilla si la resistencia de la misma es de 15, y la tensión de alimentación del circuito es de 6 V? .

Solución:

Como se trata de un diodo rectificador su tensión VD = 0,6V.

5.- La fuente de alimentación.

La mayor parte de los circuitos electrónicos requieren corriente continua para su funcionamiento. La fuente de alimentación convierte la corriente alterna en corriente continua.

El esquema de bloques de una fuente de alimentación es:


Bloques de una fuente de alimentación

El transformador, se encarga de cambiar los niveles de la tensión de entrada, de 230V hasta uno cercano al que deseamos obtener de corriente continua, para el caso de Bolivia.

Esquema equivalente de un transformador

Las ecuaciones de un transformador son:

P1 = P2 (potencia del devanado 1 = potencia del 2)

o lo que es lo mismo:

Ve · I1 = Vs · I2 Ve / Vs = I2 / I1

También se cumple:

N1 / N2 = Ve / Vs = m (relación de transformación)

Donde:

N1 = número de espiras del devanado 1 N2 = número de espiras del devanado 2

El transformador es reversible, por lo que se puede conectar la tensión mayor en cualquiera de los dos devanados y obtener la del otro.


Por ejemplo:

Deseamos transformar una tensión de 230 V en otra de 12 V. Si la carga debe consumir 100 mA .

1.- Calcular la potencia del transformador.

2.- Calcular N1, si N2 vale 100 espiras.

Solución:

1.- P1 = P2 = 12 V ·0,1 A = 1,2 W

2.- N1 = (Ve / Vs ) · N2 = (230 / 12) · 100 = 1917 espiras

se ajusta al entero siguiente.

El rectificador, se encarga de convertir la corriente alterna en corriente positiva nada más.

Existen dos modelos, el de media onda y el de onda completa.

El rectificador de media onda, elimina el semiciclo negativo de la red y con ello sólo habrá semiciclos positivos. Es un montaje poco eficiente puesto que la mitad de la tensión suministrada no se emplea.

Se implementa con un diodo que no permite pasar la corriente en los semiciclos negativos.

Rectificador de media onda

El rectificador de onda completa, rectifica el semiciclo negativo de tensión y lo convierte en positivo, para conseguirlo uno de los métodos es utilizar un puente de diodos. La eficiencia de éste montaje es muy alta por lo que es muy utilizado.


Se trata de un montaje con cuatro diodos, en el semiciclo positivo los diodos D1 y D3 permiten el paso de la corriente hasta la carga, con la polaridad indicada. En el semiciclo negativo son D2 y D4 los que permiten el paso de la corriente y la entregan a la carga con la misma polaridad que en el caso anterior.

Rectificador de onda completa

El filtro, se encarga de hacer que la corriente pulsatoria, se mantenga en un nivel de continua lo más alto posible.

Cuando el valor instantáneo de la tensión pulsatoria es superior a la que tiene el condensador, es esta, la que se entrega a la carga, mientras que cuando la tensión pulsatoria es inferior a la del condensador, es el condensador quien se la suministra a la carga manteniendo la tensión con niveles elevados de corriente continua.

Aun así existen unas pequeñas variaciones en la tensión que se obtiene llamadas tensión de rizado.

Filtro por condensador


El Estabilizador, se encarga de eliminar el rizado que todavía hay tras el filtro y de dejar la corriente totalmente continua y estable.

Suele utilizarse un circuito especializado (regulador de tensión) o un diodo zener que se encargan de esta función.

La unión de todos estos bloques configuran una fuente de alimentación. Aunque en ocasiones pueden no estar alguno de ellos, por ejemplo el transformador, o el estabilizador.

Estabilizado

El montaje completo se puede ver a continuación:

Fuente de alimentación


6.- El transistor.

Es un dispositivo semiconductor que consiste en dos uniones P-N yuxtapuestas, dando lugar a tres regiones P-N-P o N-P-N, que son los dos tipos de transistores bipolares existentes.

Transistores NPN y PNP

El transistor consta de tres terminales llamados: emisor (E), base (B) y colector (C). A la base le corresponde la región central, de espesor muy pequeño y escaso dopado.

Equivalente en diodos de los transistores NPN y PNP

El circuito de polarización de un transistor NPN puede verse a continuación:


Polarización de un transistor NPN

Sustituimos el transistor por su equivalente de diodos y luego por su configuración de material que nos ayudará a comprender su funcionamiento.

Polarización de un transistor NPN, equivalente de diodos

Polarización de un transistor NPN, equivalente de material


El funcionamiento es el siguiente:

1.- Si VBB es igual a 0 Voltios, el diodo superior entre colector-emisor está polarizado en inversa y no permiten el paso de corriente entre colector-emisor.

2.- Cuando aplicamos tensión sobre la base-emisor del transistor, circula la corriente IBE, haciendo que el diodo base-emisor, pase a comportarse como un circuito cerrado.

Corriente base-emisor

En ese momento la zona P-N, base-emisor, se comporta como si todo fuese del mismo material N, y por lo tanto entre colector-emisor sólo existiese material N de baja resistencia, permitiendo el paso de corriente entre colector-emisor ICE.

Corriente colector-emisor

La corriente de colector depende de la corriente de base, y de la construcción del transistor.


Las fórmulas de este circuito son:

IC = IB *

IE = IB + IC

VBB = RB * IB + VBE

VCC = RC * IC + VCE

Donde

IC = intensidad de colector. IB = intensidad de base. IE = intensidad de emisor. = parámetro del transistor (también llamado hfe) VBB = tensión de base. RB = resistencia limitadora de base. VBE = tensión base-emisor (VBE = 0,6V) la de un diodo. VCC = tensión de colector. RC = resistencia de colector. VCE = tensión colector-emisor.

Decimos que el transistor está en corte, cuando la corriente que circula por la base es 0, o la tensión VBE < 0,6V.

Transistor en corte

Decimos que el transistor está en la zona activa (trabaja como amplificador) cuando circula corriente por la base, la tensión VBE = 0,6V, y por lo tanto la corriente IC > 0 A cumpliéndose las ecuaciones anteriores, en especial IB = IC * .


En esta situación por el colector se amplifica la corriente que circula por la base beta veces.

Transistor en la zona activa

Decimos que el transistor está en saturación cuando la corriente que circula por el colector cumple, IC < IB * . La saturación se consigue si el valor de IC es menor al calculado en la zona activa.

Transistor en saturación

Cuando hacemos trabajar a un transistor en corte-saturación su comportamiento es como el de un interruptor electrónico.

1.- Si circula corriente por la base, también circulará por el colector.

1.- Si circula corriente por la base, también circulará por el colector.

2.- Si no circula corriente por la base no circulará por el colector.

Comportamiento de un transistor PNP es similar pero la polaridad de las fuentes es la contraria.


Por lo general se utiliza una sola fuente de alimentación, la tensión de base se puede obtener de otras maneras.

Dos posibles polarizaciones con una sola fuente

Un ejemplo de cálculo sería:

En el esquema de la figura, calcular el valor de la resistencia de base que debemos poner para que el relé se active si tenemos los siguientes datos:

Relé: Resistencia 75

Vcc = 9 V

Transistor: = 30, VBE = 0,6V y VCE = 0,2V

Solución:

La malla de colector será: VCC = RL * IC + VCE

Sustituimos los valores, 9V = 75 * IC+ 0,2V

Despejando, IC = 9V-0,2V / 75O = 0,117 A = 117 mA


la corriente de base será:

IB = IC / = 0,117A / 30 = 0,0039 A = 3,9 mA

Y la malla de base será:

VBB = RB * IB + VBE

Sustituimos los valores, 9V = RB * 3,9 mA + 0,6V

Despejando, RB = 9V-0,6V / 0,0039A = 2147

El valor de RB debe ser inferior al calculado, para que se cumpla la condición de saturación.

RB = 1800, valor normalizado inferior a 2147

7.- Montajes.

Las aplicaciones del transistor son muchas, algunas de ellas son las siguientes:

Amplificador de sonido, este montaje es sólo teórico, ya que para obtener buenos resultados debe insertarse condensadores de desacoplo, un adaptador de impedancias para el altavoz y varias etapas para conseguir una amplificación aceptable.

Amplificador de sonido

Cuando introducimos la voz por el micrófono, se producen variaciones de corriente en la base del transistor y estas variaciones se ven amplificadas en el colector y se reproducen por el altavoz.

Control de velocidad de un motor, con ayuda de un potenciómetro, variamos la velocidad de giro de un motor de corriente continua.


Control de velocidad de un motor

Cuando el valor de resistencia del potenciómetro es grande la corriente de base es pequeña y por lo tanto la corriente de colector que circula por el motor también es pequeña y girará despacio.

Cuando la resistencia del potenciómetro es pequeña la corriente de base es grande y también es grande la del colector y el motor girará más rápido.

Control de temperatura con NTC, cuando la temperatura supera un valor de consigna, indicado por la resistencia ajustable, hace que el transistor conduzca y que se encienda el diodo led. Cuando la temperatura baja se apaga el led.

Control de temperatura con NTC

En este montaje se aprovecha la característica de las NTC, cuando la temperatura aumenta, bajan su valor óhmico.

En ese instante la tensión en la resistencia ajustable es lo suficientemente grande como para hacer que el transistor pase a conducción y hacer que luzca el led.


Si baja de nuevo la temperatura la tensión en la base del transistor baja y deja de lucir el led.

En lugar de un diodo led, puede colocarse un motor con un ventilador o un relé que active un ventilador de 230 V, el circuito sirve como sistema automático que pone en marcha un ventilador cuando la temperatura supera un valor.

Control de temperatura con NTC, relé y motor de 230 V

Control de intensidad luminosa con LDR, cuando la intensidad luminosa ambiente disminuye por debajo del valor prefijado en P, se enciende la bombilla.

Control de intensidad luminosa con LDR

El montaje es similar al de la NTC pero ahora se aprovecha la característica de la LDR. Cuando la intensidad luminosa aumenta, su valor óhmico disminuye.

Luego cuando la intensidad es lo suficientemente baja, el valor óhmico de la LDR es lo bastante grande como para que el transistor pase a conducción y se encienda el led, o la bombilla a través de un relé.


8.- Actividades.

1.- Indica el valor en código de colores de las siguientes resistencias:

Valor 1ª cifra 2ª cifra Multiplicador Tolerancia

110 ±5%

330 ±10%

5600 ±5%

47000 ±20%

2.- Completa el valor de cada resistencia si conocemos los colores de que está compuesta.

1ª cifra 2ª cifra Multiplicador Tolerancia Valor V máx V min naranja naranja rojo sin color verde azul naranja oro gris rojo marrón plata

marrón rojo marrón oro

3.- Calcula el tiempo de carga y de descarga de un condensador de 22000 F unido a la carga con una resistencia de 56 y a la descarga con una resistencia de 180 .

4.- Indica que bombillas lucen y cuales no en los siguientes circuitos. Explica por qué lo hacen.

5.- Indica que bombillas lucen y cuales no en los siguientes circuitos. Explica por qué lo hacen.


6.- ¿Cuál es la corriente que circulará por la bombilla si la resistencia de la misma es de 180, y la tensión de alimentación del circuito es de 12 V?

7.- Calcula la resistencia de limitación que debemos poner para proteger el diodo LED que tiene los siguientes parámetros (VD = 1,5V, ID = 35 mA), cuando lo conectamos a 9 V.

8.- Un transformador que tiene las siguientes características (230V /12 V, 1W), se conecta en la parte del secundario a 24 V. Indicar:

a.- Tensión en el primario.

b.- Corriente en el primario.

9.- Explica el funcionamiento del circuito siguiente.


10.- Si en el circuito anterior tenemos un motor de 9V, 50 mA, la del transistor es de 50, la VBE = 0,6V, la VCE = 0,2V, Vcc= 9V. ¿Cuál debe ser la corriente de base para que el motor funcione con normalidad? ¿En qué valor de P1 se dará esta corriente?

11.- Explica el funcionamiento del circuito siguiente.


XI INTRODUCCION A LAS INSTALACIONES ELECTRICAS DOMICILIARIAS

ÍNDICE 1.- La red Eléctrica de CRE. 2.- La Acometida a las Viviendas. 3.- El Medidor y su instalación. 4.- El Tablero de distribución. 5.- El circuito Eléctrico. 6.- El Punto de luz. 7.- El punto de T.C.. 8.- DUcha eléctrica Punto especial 9.- Herramientas utilizadas en instalaciones


1.- Red Eléctrica de CRE


2.- La Acometida a la vivienda.

La acometida puede ser: Monofásica si: Potencia menos a 10 kw

monofásico esta compuesto por una fase y neutro y voltaje 220 V

Trifásica si: Potencia esta entre 10 kW – 50 kW

Sistema trifásico esta compuesto por 3 fases y 1 neutro voltaje 380 V


3.- El Medidor

Formas de instalar un medidor

-


4.- El tablero eléctrico Que viene a ser el tablero eléctrico de distribución? el tablero de distribución es el centro de distribución de toda la instalación eléctrica de una residencia En el se encuentran los dispositivos de protección. De el parten los circuitos que alimentan directamente los luminarias, tomas y aparatos eléctricos


El tablero de distribución por dentro.

_____________________________________ 5.- El circuito eléctrico Es el conjunto de equipamientos y conductores ligados a un mismo dispositivo de protección


Tipos de circuitos eléctricos. En una vivienda existen 3 tipos de circuitos básicos:

- Circuito de iluminación - Circuito de tomacorrientes de uso general. - Circuitos de tomacorrientes de uso especifico

a) Circuitos de iluminación

b) Circuitos de tomacorrientes de uso general


c) Circuitos de tomacorrientes de uso específico

6.- El punto de Luz a) Conexión de una lámpara comandada por un interruptor

Conectar siempre la fase al interruptor; el retorno al zoquete de la lámpara; el neutro directamente al contacto base del zoquete de la lámpara, y el conductor de aterramiento a la luminaria metálica.


b) Conexión de dos lámparas comandado por un interruptor simple

c) Conexión de una lámpara comandada por 2 conmutadores


d) Conexión de una lámpara comandada de 3 lugares


7.- El punto de Tomacorriente


8.- Herramientas Básicas.

Cualquier herramienta, por buena que sea, si no sabemos utilizarla correctamente no será eficaz y será mas probable que la acabemos estropeando.

En este capitulo veremos las herramientas básicas que necesita un electricista.

La siguiente figura muestra las herramientas básicas de un electricista.


El destornillador : el la siguiente figura se muestra dos tipos de destornilladores, y se dispondrán en diferentes medidas para atender a las distintas medidas y tamaños de tornillos con que nos encontremos en los aparatos eléctricos.

Alicates: pueden ser utilizados para realizar varias funciones que a continuación enumeramos:

1.- La propia de pela cables.

2.- Comprimir las aletas de accesorios que tengan que realizar un buen contacto con un hilo conductor

3.- Ayuda a insertar dos cables conductores para lograr asi un buen empalme.

4.- Corta puntas o tornillos de pequeño calibre.

Si empezamos a leer por la parte inferior de las platinas encontramos una serie de muescas que indican con un numero el calibre y que permiten seccionar el aislamiento sin cortar ninguno de los hilos conductores. Si nos centramos en la función mas habitual, pelar hilos, debemos coger el cable por la zona queramos pelar y lo colocaremos en la parte inferior de la pinza que corresponde al calibre del conductor.


Buscapolos. También llamado detector de tensión, de forma parecida a un destornillador, pero con una lámpara de neon en su interior. Aplicando un dedo sobre la parte superior del mango y la punta del destornillador sobre el conductor que se desea comprobar, si este tiene corriente se encenderá el neon.


En la manipulación de los distintos aparatos eléctricos debe utilizarse siempre herramientas adecuada, esto evitara accidentes personales y asegurara el buen funcionamiento y conservación de los aparatos.

Soldadura Blanda

Soldar significa unir de manera solidaria dos piezas metálicas fundiendo un material en el punto de unión. Podemos distinguir dos tipos de soldadura:

Soldadura Dura

Soldadura blanda

Soldadura dura:

- Eléctrica por arco - Eléctrica por puntos - Oxiacetilenica, etc.


Soldadura blanda son las que se funden a menos de 200 ºC.

La soldadura con estaño es la que se utiliza en aplicaciones eléctricas y electrónicas. El fin de la soldadura en electricidad y electrónica es de procurar una continuidad eléctrica entre los metales a unir.

La potencia del soldador a utilizar dependerá de la cantidad de calor que hay que aplicar, para realizar la soldadura y el tamaño de la superficie a soldar.

El estaño

El estaño puro funde a 232ºC y el plomo a 327ºC; sin embargo una aleación de estos dos metales (mezcla 60-40 ) funde a una temperatura de 190 ºC.

Para realizar una buena soldadura, los metales que se van a soldar deberán estar totalmente limpios de suciedad, grasas y óxidos. Para su limpieza existen diversos métodos, pero el mas limpio y cómodo es el de estaño con alma de resina.

El estaño con alma de resina consiste en un hilo, de estaño, suministrado en carretes, en cuyo interior lleva uno o varios hilos de resina, que será la encargada de limpiar de óxidos y suciedad las partes a soldad y de que se funda con el calor del soldador

El soldador.

Existe una gran variedad de soldadores, los mas habituales se conectan a la red de 220 V directamente y otras a través de un transformador a tensiones de 12 V, para ser utilizados incluso con baterías de coche.


Las características el soldador a utilizar dependerán de la soldadura que deseemos realizar. En electrónica el mas utilizado es el de tipo lápiz, la potencia de este soldador no será mayor de 40 W no menor de 20 W (con potencias mayores se podrían deteriora los componentes).

Para obtener una buena soldadura debemos comprobar que el soldador alcanza la temperatura adecuada, comprobando que el hilo de estaño se funda fácilmente.

Procedimiento de una buena soldadura

Preparar bien los elementos que se quieren soldar. Acercar la punta del soldador a la unión de la piezas con el fin de calentar las superficies a soldar. Una vez calientes acercar el hilo de estaño a la punta del soldador y a la zona a soldar dejando que se funda encima, separando entonces el soldador y el estaño. La soldadura se debe dejar enfriar lentamente y no forzar el enfriamiento.

PRACTICAS PARA EL TALLER ELECTRICO

1 INSTALACION DE UN PUNTO DE LUZ SIMPLE

MATERIAL:

-1 Regleta -1 Portafusible y fusible (pueden sustituirse por un automático - PIA). -1 Interruptor -1 Portalámparas -1 Bombilla de 40…60…100 W. -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor

ESQUEMA:

DESARROLLO:

Este esquema representa el circuito básico del encendido de una lámpara de 220V. (60W…100W). En el circuito se incorpora un fusible para proteger de posibles cortocircuitos. El interruptor es para dar paso a la corriente o para cerrarlo, al mismo tiempo la lámpara se enciende al ser atravesado el filamento por la corriente.

TRABAJO: EXPLICACIÓN:

- Presentación: - Desarrollo:

- Funcionamiento:

- Presentación:

2 INSTAPACION DE 2 LAMPARAS EN SERIE

MATERIAL: -1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Interruptor -2 Portalámparas -2 Bombillas -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito el encendido y apagado de dos lámparas en serie. El fusible protege a las lámparas de cualquier posible cortocircuito y el interruptor nos sirve para apagar o encender las lámparas desde cualquier distancia. Ten presente que al colocar dos lámparas en serie aumenta la resistencia de los filamentos por lo cual las lámparas lucirán menos. Cualquiera de ellas al quitarla apagará el circuito.


- Presentación: - Desarrollo:

- Funcionamiento:

- Presentación:

3 CONEXIÓN DE 2 LAMPARAS EN PARALELO

MATERIAL:

-1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Interruptor -2 Portalámparas -2 Bombillas -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor

ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito nos representa el encendido o apagado de dos lámparas en paralelo. El fusible protege de cualquier posible cortocircuito y el interruptor para encender o apagar las lámparas. Al estar las lámparas en paralelo lucirán al completo, según su potencia, porque la tensión aplicada a cada una de ellas es la total (220V), mientras que la intensidad se divide para las dos. Si se funde una, o desconectamos, la otra lucirá según su potencia.


- Presentación: - Desarrollo: - Funcionamiento: - Presentación:

4 INSTALACION DE UN PUNTO DE LUZ CONMUTADO

MATERIAL: -1 Regleta -1 Portafusible y fusible -2 Conmutadores -1 Portalámparas -1 Bombilla -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito nos representa una lámpara que se puede apagar o encender desde

dos sitios.

El fusible nos protege al circuito de cualquier cortocircuito.

Con el conmutador 1 y 2 podemos apagar o encender la lámpara desde dichos puntos , con

uno de ellos o con los dos.

La tensión aplicada al circuito es la tensión total 220v.

TRABAJO: EXPLICACIÓN: - Presentación: - Desarrollo: - Funcionamiento: - Presentación:

5 INSTALACION DE 2 LAMPARAS : SERIE PARALELO

MATERIAL: -1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Interruptor -3 Portalámparas -3 Bombillas -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor.

ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito nos muestra el funcionamiento de tres lámparas serie-paralelo. Una en serie con otras dos en paralelo.

El fusible nos protegerá el circuito de cualquier posible cortocircuito. El interruptor encenderá las tres lámparas las cuales lucirán, no olvides que las dos que están en paralelo lucirán menos porque a la vez están en serie con la primera. ¿Qué sucede si quitamos alguna de ellas?


6 INSTALACION DE UN TIMBRE CON PULSADOR

MATERIAL:

-1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Pulsador -1 Timbre-zumbador -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor. ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema nos representa el funcionamiento de un timbre accionado mediante un pulsador.

El fusible nos protege el circuito de cualquier posible cortocircuito. Al apretar el pulsador cerramos el circuito a través del zumbador, el cual acciona mediante el bobinado, una chapa-membrana produciendo el sonido o zumbido.


7 INSTALACION DE 2 TIMBRES EN PARALELO CON PULSADOR

MATERIAL: -1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Pulsador -2 Timbre-zumbador - Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor.

ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema nos representa el funcionamiento de dos timbres o zumbadores en paralelo con un pulsador.

El fusible nos protege el circuito de cualquier posible cortocircuito.

Al apretar el pulsador cierra el circuito a través de los zumbadores, haciendo que funcionen los dos. Al estar en paralelo aunque desconectemos uno, o se estropee, el otro seguirá funcionando. La tensión aplicada es la total 220V. y la intensidad del circuito se divide para los dos zumbadores.


8 INSTALACION DE 2 TIMBRES EN PARALELO PARA LLAMADA RESPUESTA

MATERIAL: -1 Regleta -1 Portafusible y fusible -2 Pulsadores -2 Timbre-zumbador - Cable rígido de 1,5 mm - Tornillos - Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito nos representa dos timbres-zumbadores en paralelo. El fusible protege al circuito de cualquier posible cortocircuito.

Al apretar el pulsador 1 funcionará el zumbador 1, no funcionando el zumbador 2 por estar su circuito abierto a través del pulsador 2. Al apretar el pulsador 2 sonará el zumbador 2.

Si se aprieta a la vez los pulsadores 1 y 2 sonarán los zumbadores 1 y 2.

No olvides que están en paralelo y aunque se estropee uno funcionará el otro, no cumpliendo lo de respuesta el otro.


9 INSTALACION DE 2 LAMPARAS EN PARALELO Y ENCHUFE CON RPOTECCION COMUN

MATERIAL: -1 Regleta

-1 Portafusible y fusible -2 Conmutadores -3 Portalámparas -3 Bombilla -1 Base enchufe -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito nos representa tres lámparas en paralelo con dos conmutadores y un enchufe.

El fusible nos protege al circuito de cualquier cortocircuito.

Las lámparas al estar en paralelo se les aplica a todas ellas la misma tensión 220v, y la intensidad total (It) se reparte por las tres bombillas. El enchufe siempre funcionará ya que los conmutadores no le afectan.


10 INSTALACION DE 1 LAMPARA, TIMBRE Y ENCHUFE CON PROTECCION COMUN

MATERIAL: -1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Interruptor -1 Portalámparas -1 Bombilla -1 Base enchufe -1 Pulsador -1 Timbre-zumbador -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema nos representa el funcionamiento de una lámpara, un timbre y un enchufe, todos con un fusible común por si en alguno de ellos se nos produce un cortocircuito.

Con el pulsador haremos que funcione el zumbador, ya que a través de él cerramos circuito. Con el interruptor cerrado damos la tensión a la lámpara, la cual está en paralelo con el zumbador. El enchufe funcionará siempre ya que está en paralelo con la lámpara y el zumbador.


11 INSTALACION DE 2 LAMPARAS EN PARALELO PARA ENCENDIDO DESDE 3 PUNTOS

MATERIAL: -1 Portafusible y fusible -2 Conmutadores -1 Conmutador en cruz -2 Portalámparas -2 Bombillas -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema nos representa el funcionamiento de dos lámparas en paralelo, conmutadas o encendidas desde tres puntos.

El fusible nos protege el circuito de cualquier posible cortocircuito.

Las lámparas al estar en paralelo, la tensión aplicada a cada una es la total, mientras que la intensidad se divide para las dos lámparas. Con cualquiera de los tres conmutadores podemos encender o apagar desde cualquiera de los tres puntos.


12 INSTALACION DE UN EQUIPO FLUORESCENTE

MATERIAL: -1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Interruptor -1 Reactancia -1 Tubo fluorescente -2 Portatubos -1 Portacebador -1 Cebador -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema nos representa el encendido-apagado de un tubo fluorescente. Dicho trabajo lleva un fusible para proteger el circuito. En el cebador hay un condensador, dos electrodos y gas neón. La reactancia (balastro) está formada por un arrollamiento o bobina sobre un núcleo de chapas. En la salida dispone de dos terminales.


13 AUTOMATICO DE ESCALERA PARA 3 PLANTAS

ATERIAL:

-1 Regleta -1 Portafusible y fusible -1 Conmutador -3 Pulsadores -3 Portalámparas -3 Bombillas -1 Automático de escalera modelo T11 230V - 16 A -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito nos representa un automático de escalera para tres plantas. El circuito va protegido por un fusible.

Dispone el circuito de tres lámparas en paralelo, aplicándole la tensión total a cada una de ellas. Al pretar cada uno de los pulsadores cerramos circuito a través del automático de escalera, manteniendo encendidas las lámparas durante un tiempo. El automático dispone de una ampolla de cristal con mercurio, el cual cierra circuito entre F y L.


14 PORTERO ELECTRICO PARA UNA VIVIENDA

COMPRENDE: LOS COMPONENTES DEL KIT REF. 8.325

.-Placa dos líneas.

.-Dos teléfonos.

.-Un alimentador con salida 12 V.

.-Una cerradura.

.-Un interfono

. INTERFONO: .-Transformador. .-Circuito rectificador. .-Interfonos. .-Teléfonos. ESQUEMA:

DESARROLLO:


15 EJERCICIO PRACTICO Lectura del enunciado: Instalación de dos timbres en paralelo con un pulsador. Instalación de dos tubos fluorescentes en paralelo e instalación de unas luces de emergencia, con la caja y contador , el I.C.P. y los elementos necesarios de protección como Pías. Con estos datos son suficientes para que el alumno haga su esquema de una manera general y pase a diseñarlo en borrador y a continuación pasar a montarlo sobre el tablero de la pared, simulando el montaje real . Una vez hecha la práctica y comprobado que todo funciona bien, pasará a realizar la hoja de coste real. ESQUEMA:

DESARROLLO:


16 EJERCICIO PRACTICO

LECTURA DEL ENUNCIADO:

Instalación de dos timbres en paralelo con un pulsador. Instalación de dos tubos fluorescentes en paralelo e instalación de unas luces de emergencia con la caja y contador, el I.P.C. y los elementos necesarios de protección como Pías.

ESQUEMA:

DESARROLLO:

TRABAJO: EXPLICACIÓN: - Presentación: - Desarrollo: - Funcionamiento: - Presentación: TOTAL:

17 EJERCICIO PRACTICO

LECTURA DEL ENUNCIADO:

Instalación de unas luces de emergencia. Instalación de dos tubos fluorescentes en paralelo. instalación de dos timbres (zumbadores) en paralelo con un pusador con la caja y contador, el I.P.C. y los elementos necesarios de protección como Pias.

ESQUEMA:

DESARROLLO:


18 ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR TRIFASICO

Material: -2 Regletas -3 Portafusibles y fusibles -1 llave de arranque. -1 motor trifásico -Conexión a 380 V. -Cable rígido de 1,5 mm -Tornillos -Tablero de contrachapado de 68 x 50 cm y 15 mm de grosor ESQUEMA:

DESARROLLO:

El esquema del circuito nos representa el arranque y funcionamiento de un motor a 380 V. El circuito al disponer de tres fases va protegida cada una de ellas con un fusible.

Al cerrar el circuito mediante la palanca de contacto, aplicamos al motor la tensión de 380V. De los seis terminales de las conexiones de las bobinas interiores, tres van unidos entre sí y los otros tres van a la red.


Libro elt 110 1 2012

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