Circuitos electricos

Se denomina circuito eléctrico a una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrónicos semiconductores, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas. En la figura podemos ver un circuito eléctrico, sencillo perocompleto, al tener las partes fundamentales:

1. Una fuente de energía eléctrica, en este caso la pila o batería.2. Una aplicación, en este caso una lámpara incandescente.3. Unos elementos de control o de maniobra, el interruptor.4. Un instrumento de medida, el Amperímetro, que mide la intensidad de corriente.5. El cableado y conexiones que completan el circuito.

Un circuito eléctrico tiene que tener estas partes, o ser parte de ellas.

Por el tipo de señal:

De corriente continua De corriente alterna Mixtos

Por el tipo de régimen:

Periódico Transitorio Permanente

Por el tipo de componentes:

Eléctricos: Resistivos, inductivos, capacitivos y mixtos Electrónicos: digitales, analógicos y mixtos

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Circuito abierto.

Circuito cerrado.

Partes de un circuito

Para analizar un circuito deben de conocerse los nombres de los elementos que lo forman. A continuación se indican los nombres más comunes, tomando como ejemplo el circuito mostrado en la figura 1.

Conductor: hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más elementos.

Generador o fuente: elemento que produce electricidad. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes, una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2.

Nodo: punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos. En la figura 1 se pueden ver cuatro nodos: A, B, D y E. Obsérvese que C no se ha tenido en cuenta ya que es el mismo nodo A al no existir entre ellos diferencia de potencial (VA - VC = 0).

Rama: conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, AB por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.

COMPONENTES FUNDAMENTALES DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO

Para decir que existe un circuito eléctrico cualquiera, es necesario disponer siempre de tres componentes o elementos fundamentales:

1. Una fuente (E) de fuerza electromotriz (FEM), que suministre la energía eléctrica necesaria en volt.

2. El flujo de una intensidad (I) de corriente de electrones en ampere.

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3. Existencia de una resistencia o carga (R) en ohm, conectada al circuito, que consuma la energía que proporciona la fuente de fuerza electromotriz y la transforme en energía útil, como puede ser, encender una lámpara, proporcionar frío o calor, poner en movimiento un motor, amplificar sonidos por un altavoz, reproducir imágenes en una pantalla, etc.

Izquierda: circuito eléctrico compuesto por una fuente de fuerza< electromotriz (FEM), representada por una pila; un flujo de corriente< (I) y una resistencia o carga eléctrica (R). Derecha: el mismo circuito eléctrico representado de forma esquemática.

Si no se cuentan con esos tres componentes, no se puede decir que exista un circuito eléctrico.

Los circuitos pueden ser simples, como el de una bombilla de alumbrado o complejo como los que emplean los dispositivos electrónicos.

 

Izquierda: circuito eléctrico simple compuesto por una bombilla incandescente conectada a una fuente de FEM doméstica.Derecha: circuito eléctrico complejo integrado por componentes electrónicos.

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Unidades de medida de los componentes que afectan al circuito eléctrico

La tensión que la fuente de energía eléctrica proporciona al circuito, se mide en volt y se representa con la letra (V). La intensidad del flujo de la corriente (I), se mide en ampere y se representa con la letra (A). La resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al propio circuito, se mide en ohm y se representa con la letra griega omega ( ). Estos tres componentes están muy íntimamente relacionados entre sí y los valores de sus parámetros varían proporcionalmente de acuerdo con la Ley de Ohm. El cambio del parámetro de uno de ellos, implica el cambio inmediato de parámetro de los demás.

Las unidades de medidas del circuito eléctrico tienen también múltiplos y submúltiplos como, por ejemplo, el kilovolt (kV), milivolt (mV), miliampere (mA), kilohm (k ) y megohm (M

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO ELÉCTRICO

El funcionamiento de un circuito eléctrico es siempre el mismo ya sea éste simple o complejo. El voltaje, tensión o diferencia de potencial (V) que suministra la fuente de fuerza electromotriz (FEM) a un circuito se caracteriza por tener normalmente un valor fijo. En dependencia de la mayor o menor resistencia en ohm ( ) que encuentre el flujo de corriente de electrones al recorrer el circuito, así será su intensidad en ampere (A). 

Una vez que la corriente de electrones logra vencer la resistencia (R) que ofrece a su paso el consumidor o carga conectada al circuito, retorna a la fuente de fuerza electromotriz por su polo positivo. El flujo de corriente eléctrica o de electrones se mantendrá circulando por el circuito hasta tanto no se accione el interruptor que permite detenerlo.

Tensión de trabajo de un dispositivo o equipo

La tensión o voltaje de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), depende de las características que tenga cada una de ellas en particular. Existen equipos o dispositivos cuyos circuitos se diseñan para trabajar con voltajes muy bajos, como los que emplean baterías, mientras otros se diseñan para que funcionen conectados en un enchufe de la red eléctrica industrial o doméstica. 

Por tanto, podemos encontrar equipos o dispositivos electrodomésticos y herramientas de mano, que funcionan con baterías de 1,5; 3, 6, 9, 12, 18, 24 volt, etc. Un ejemplo lo tenemos en el taladro de la foto derecha que funciona con corriente eléctrica directa suministrada por batería, sin que tenga que estar conectado a una red de corriente eléctrica externa. Existen también otros dispositivos y equipos para vehículos automotores, que funcionan con baterías de 12 ó 24 volt.

En la industria se utilizan otros equipos y dispositivos, cuyos circuitos eléctricos funcionan con 220, 380 ó 440 volt de corriente alterna (según el país de que se trate). En los hogares empleamos aparatos electrodomésticos que funcionan con 110-120 ó 220 volt de corriente alterna (también en dependencia del país de que se trate).

Taladro  eléctrico  de< mano, que funciona con< batería.

Carga o consumidor de energía eléctrica

Cualquier circuito de alumbrado, motor, equipo electrodoméstico, aparato electrónico, etc., ofrece

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siempre una mayor o menor resistencia al paso de la corriente, por lo que al conectarse a una fuente de fuerza electromotriz se considera como una carga o consumidor de energía eléctrica. 

La resistencia que ofrece un consumidor al flujo de la corriente de electrones se puede comparar con lo que ocurre cuando los tubos de una instalación hidráulica sufren la reducción de su diámetro interior debido a la acumulación de sedimentos. Al quedar reducido su diámetro, el fluido hidráulico encuentra más resistencia para pasar, disminuyendo el caudal que fluye por su interior. 

De la misma forma, mientras más alto sea el valor en ohm de una resistencia o carga conectada en el circuito eléctrico, la circulación de electrones o amperaje de la corriente eléctrica disminuye, siempre y cuando la tensión o voltaje aplicado se mantenga constante.

 

Sentido de la circulación de la corriente de electrones en el circuito eléctrico

En un circuito eléctrico de corriente directa o continua, como el que proporciona una pila, batería, dinamo, generador, etc., el flujo de corriente de electrones circulará siempre del polo negativo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) al polo positivo de la propia fuente. 

En los circuitos de corriente alterna que proporcionan los generadores de las centrales eléctricas, por ejemplo, la polaridad y el flujo de la corriente cambia constantemente de sentido tantas veces en un segundo como frecuencia posea. 

En América la frecuencia de la corriente alterna es de 60 ciclos o hertz (Hz)  por segundo, mientras que en Europa es de 50 Hz. No obstante, tanto para la corriente directa como para la alterna, el sentido del flujo de la corriente de electrones será siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de FEM.

 

Componentes adicionales de un circuito Para que un circuito eléctrico se considere completo, además de incluir la imprescindible tensión o voltaje que proporciona la fuente de FEM y tener conectada una carga o resistencia, generalmente se le incorpora también otros elementos adicionales como, por ejemplo, un interruptor que permita que al cerrarlo circule la corriente o al abrirlo deje de circular, así como un fusible que lo proteja de cortocircuitos.

1. Fuente de fuerza electromotriz (batería). 2. Carga o resistencia ( lámpara). 3. Flujo de la corriente< eléctrica. 4. Interruptor. 5. Fusible.

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EL CORTOCIRCUITOSi por casualidad en un circuito eléctrico unimos o se unen accidentalmente los extremos o cualquier parte metálica de dos conductores de diferente polaridad que hayan perdido su recubrimiento aislante, la resistencia en el circuito se anula y el equilibrio que proporciona la Ley de Ohm se pierde.

El resultado se traduce en una elevación brusca de la intensidad de la corriente, un incremento violentamente excesivo de calor en el cable y la producción de lo que se denomina “cortocircuito”.

La temperatura que produce el incremento de la intensidad de corriente en ampere cuando ocurre un cortocircuito es tan grande que puede llegar a derretir el forro aislante de los cables o conductores, quemar el dispositivo o equipo de que se trate si éste se produce en su interior, o llegar, incluso, a producir un incendio.

Cortocircuito producido por la unión accidental de dos< cables o conductores de polaridades diferentes.

Dispositivos de protección contra los cortocircuitos

Para proteger los circuitos eléctricos de los “cortocircuitos” existen diferentes dispositivos de protección. El más común es el fusible. Este dispositivo normalmente posee en su interior una lámina metálica o un hilo de metal fusible como, por ejemplo, plomo. 

Cuando el fusible tiene que soportar la elevación brusca de una corriente en ampere, superior a la que puede resistir en condiciones normales de trabajo, el hilo o la lámina se funde y el circuito se abre inmediatamente, protegiéndolo de que surjan males mayores. El resultado de esa acción es similar a la función que realiza un interruptor, que cuando lo accionamos deja de fluir de inmediato la corriente.

Diferentes tipos de fusibles comparados su tamaño con una moneda de un euro. De izquierda a derecha, fusible de cristal con un fino alambre en su interior que se funde cuando ocurre un cortocircuito. A continuación un fusible de cerámica. A su lado se puede observar la lámina fusible que contiene en su interior. Le sigue un fusible de cerámica tipo tapón con rosca y lámina de plomo en su interior. Finalmente un cartucho de cerámica empleado para soportar corrientes más altas que los anteriores.

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Los fusibles se utilizan, principalmente, para proteger circuitos de equipos electrónicos y en las redes eléctricas de las industrias. Para proteger la línea de corriente eléctrica que llega hasta nuestras casas, en muchos lugares estos sencillos dispositivos se han sustituido por interruptores diferenciales e interruptores automáticos, que realizan la misma función que el fusible, pero que no hay que sustituirlos por otro nuevo cuando ocurre un cortocircuito. En la foto de la derecha se puede ver un interruptor automático de protección contra cortocircuitos.

Cuando los circuitos están protegidos por un diferencial y por interruptores automáticos, una vez que queda resuelta la avería que ocasionó que se abriera el circuito, solamente será necesario accionar su palanquita, tal como se hace con cualquier interruptor común, y se restablecerá de nuevo el suministro de corriente.

Tanto los fusibles como los dispositivos automáticos se ajustan de fábrica para trabajar a una tensión o voltaje y a una carga en ampere determinada, para lo cual incorporan un dispositivo térmico que abre el mecanismo de conexión al circuito cuando la intensidad de la corriente sobrepasa los límites previamente establecidos.

PRECAUCIONES AL TRABAJAR EN CIRCUITOS CON CORRIENTE

Se debe aclarar que las tensiones o voltajes que suministran los equipos o dispositivos que trabajan con< baterías no representan ningún riesgo para la vida humana; sin embargo cuando se realizan trabajos en< una red eléctrica industrial o doméstica, la cosa cambia, pues un “shock” eléctrico que se reciba por< descuido, más conocido como "calambrazo" o "corrientazo", puede llegar a electrocutar a una persona y< costarle la vida,  incluso  tratándose  de  voltajes  bajos  como  110  volt. Por  esa  razón  nunca  serán< excesivas todas las precauciones que se tomen cuando asumamos la tarea de realizar una reparación< en el circuito eléctrico de la casa.

La primera regla que nunca se debe violar antes de acometer un trabajo de electricidad es cortar el suministro eléctrico accionando manualmente el dispositivo principal de entrada de la corriente a la casa, sea éste un diferencial, un interruptor automático, un interruptor de cuchillas con fusibles o cualquier otro mediante el cual se pueda interrumpir el paso de la corriente eléctrica hacia el resto de la casa. No obstante, siempre se debe verificar con una lámpara neón si realmente no llega ya corriente al lugar donde vamos a trabajar, porque en ocasiones hay líneas eléctricas divididas por secciones, por lo que al desconectar una el resto queda todavía con corriente.

Cuando trabajamos con corriente eléctrica nunca está de más tomar el máximo de precauciones.<

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Siempre<es recomendable comprobar después que hayamos desconectado la línea de suministro< eléctrico, que no llega ya la corriente al lugar donde vamos a trabajar utilizando para ello una lámpara< neón, como se puede apreciar en la foto. En este ejemplo la lámpara neón se encuentra incorporada< dentro del cabo plástico de un destornillador. Si al tocar cualquier punto de conexión o extremo de un< cable desnudo con la punta del destornillador se enciende la lámpara, será una señal de que ahí hay< corriente eléctrica todavía. Para que la lámpara se encienda cuando hay corriente, debemos tocar< también con el dedo índice el extremo metálico del mango del destornillador.

Cuando se trata de reparar un equipo eléctrico o un electrodoméstico cualquiera, igualmente la primera precaución que será necesario tomar es desconectarlo de su enchufe a la corriente eléctrica antes de proceder a abrirlo. Pero si, además, se trata de un equipo electrónico, sobre todo un televisor, habrá que esperar varios minutos antes de abrir la caja, porque en esos equipos existen determinados puntos o conexiones en los circuitos correspondientes al tubo de rayos catódicos (pantalla), que conservan una carga de tensión o voltaje muy alto, pudiendo electrocutar a una persona si se tocan accidentalmente antes de que los filtros electrolíticos se autodescarguen por completo

HERRAMIENTAS PARA ELECTRICIDAD

ALICATES

Herramienta de mano formada principalmente por dos partes, una por donde se gobierna y sujeta con la mano llamada mango, y otro la útil o parte por donde se efectúan los distintos trabajos.Los alicates se emplean para retener cables y moderarlos, sostener o alcanzar tuercas o arandelas pequeñas. Los hay de varios tipos:Alicates universales: se componen de tres partes diferenciadas. Una pinza robusta para trabajar sobre conductores gruesos; unas mandíbulas estriadas y una sección cortantes.Es muy utilizada en todos aquellos trabajos en los que haya que efectuar considerables esfuerzos mecánicos, tales como:Cortado de conductores de gran sección.Sujeción de conductores eléctricos.Tensado de conductores.Doblado de materiales conductores

DESTORNILLADORES  O  ATORNILLADORES

Existen muchos tipos de destornilladores; en principio, los más utilizados son los destornilladores de punta plana y los de estrella o Philips.

Atornillador de punta plana: su uso está indicado en introducir y apretar o extraer y aflojar todo tipo de tornillos con ranura en la cabeza apropiada. Como existe mucha diferencia en cuanto a dimensiones y grosor de los tornillos en el mercado, habrá muchos tipos de destornilladores dependiendo de sus dimensiones.Para evitar electrocuciones, algunos destornilladores empleados en trabajos de naturaleza eléctrica van recubiertos de una capa de material plástico aislante no sólo en el mango, sino también en la mayor parte del cuello de metal.

Atornillador de estrella o Philips: este otro tipo de destornilladores es muy empleado

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actualmente. La forma de la punta es en cruz. La forma de utilización es la misma que la del atornillador de punta plana o clásica.

DETECTOR DE TENSIÓNConocido popularmente como buscapolos, es una herramienta de gran utilidad. Se trata de una especie de destornillador, pero además tiene una utilización muy definida. Esta utilización es la de comprobador de tensión en los enchufes como aparatos eléctricos.Está compuesto de un mango de plástico transparente, en cuyo interior se encuentra alojada una lámpara de neón que se enciende cuando la punta entra en contacto con la fase del enchufe y cuando uno de los dedos de la mano hace contacto con la chapa metálica  de la parte más posterior del destornillador-buscapolos.

CUCHILLO DE ELECTRICISTANavaja o cuchilla de forma recta con filo a todo lo largo de la hoja de acero. Está provisto de un mango de madera que va unido a la hoja de acero por medio de remaches. Se emplea para pelar cables e hilos, y también para raspar el esmalte de los conductores para poder después emparmarlos o soldarlos.

PELACABLES Y REMACHADORES.Son herramientas con utilidad de pelar cables y remachar terminales especiales para su posterior unión eléctrica. Hay pelacables de diferentes tipos, de los cuales mostramos tres:

Cortacables-pelacables-remachador: Instrumento muy común que tiene la posibilidad de pelar y cortar hilos y cables, y además también tiene la posibilidad de remachar terminales.Cortacables-pelacables: Instrumento de morfología totalmente diferente al anterior pero prácticamente con las mismas características, salvo la de remachar.Cortacables-pelacables: Instrumento básico de corte y pelado de hilos y cables.

TIJERA ELECTRICISTAHerramienta manual utilizada por los electricistas para los trabajos de cortado de cables finos y pelado de conductores. Está compuesta por dos piezas, cada una de las cuales tiene una zona cortante y otra de manipulación. Estas dos piezas van unidas gracias a un tornillo o remache.

PINZASInstrumento de diversas formas cuyos extremos posteriores se aproximan para sujetar alguna cosa.Pinzas universales: estas pinzas al presionar ambos brazos, se aproximarán los extremos.Pinzas en ocho: al presionar ambos brazos, se separan los extremos.Hay también pinzas diferentes en cuanto a tamaño y en la forma de sus  extremos: planas, curvas, dentadas, lisas, etc.

REGLARegla métrica graduada en centímetros y en pulgadas.

METROInstrumento de medida que se utiliza para medir la distancia entre dos puntos.

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ESCUADRA GRADUADA CON TACON

Esta herramienta va a ser muy utilizada  en varios trabajos de taller, ya que con ella podemos realizar medidas, marcas, comprobar planicies y poner caras a escuadra.Esta escuadra está formada por dos lados de 90º, unos de los Cuales está graduado, haciendo así las funciones de una regla graduada; al otro lado se le conoce como tacón de la escuadra, llamándole tacón a inglete porque tiene una sección a 45º en la junta de los dos lados.

NIVELAparato utilizado para verificar la correcta posición de los elementos eléctricos. Se compone de un soporte metálico o Plástico y una ampolla de vidrio marcada, y llena de líquido, con una burbuja de aire que a su vez marcará el nivel.

GRANETEHerramienta manual fabricada con un acero de aleación especial de gran resistencia ya que se utiliza para realizar hendiduras sobre materiales que pueden tener una dureza considerable.

PUNTA TRAZADORAherramienta empleada para trazar o marcar líneas de referencia. Está compuesta de una varilla acodada, cuyos extremos terminan en una punta muy aguda.

MARTILLO DE ELETRICISTAHerramienta manual utilizada para golpear, compuesta de una maza-martillo y un mango de madera por donde se gobierna.

SOLDADOR ELÉCTRICOHerramienta de electricista empleada para soldar, ayudándose del estaño, todo tipo de empalmes, conexiones, etc.Existen varios tipos de soldadores: pueden ser de calentamiento por inducción, por resistencia, etc.El más empleado es el de calentamiento por medio de resistencia, funcionando de la siguiente forma: se conecta el soldador a la red generadora de tensión propia de la resistencia de calentamiento; esta resistencia está enrollada sobre un material aislante y se encuentra dentro de la varilla de cobre que se calienta. Para soldar se pone la varilla de cobre en contacto con los elementos o partes metálicas que se desean soldar y con el estaño, de tal forma que el estaño se derretirá y se propagará entre las dos partes previamente calentadas. Después se aparta el soldador y, gracias a la disminución de la temperatura, el estaño volverá a solidificar, aunque ahora formará parte de un contacto eléctrico.

CINTA AISLANTECinta adhesiva que se utiliza para aislar conexiones y empalmes. Se envuelve con cinta aislante de PVC toda la zona de empalme, rebasándola inclusive por ambos extremos, de forma que se cubra también parte del propio aislamiento del conductor. Puede ser de material plástico, polivinilo, etc. Es flexible y tiene una cierta resistencia mecánica.

LLAVE FIJAEs un utensilio que se utiliza en la electricidad para aflojar y apretar tuercas.

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MEDIDAS DE SEGURIDAD EN LA CASA

Para conectar , enchufar, mover, etc, cualquier aparato eléctrico asegúrese de tener las MANOS SECAS  y   NO estar DESCALZO.

NUNCA TOCAR APARATOS que puedan estar conectados a la red estando EN EL BAÑO O DUCHA.

Cuando vaya a desenchufar algo no tire del cable sino de la clavija.

No tienda cables debajo de las alfombras.

Antes de manipular algo de la instalación eléctrica desconecte el interruptor  automático  existente en el cuadro eléctrico.

Si tiene necesidad de hacer algún taladro cercano a algún  interruptor , base    de enchufe o caja de empalme asegúrese de haber desconectado la corriente previamente.

En la cocina asegúrese de usar los electrodomésticos  lejos del fregadero o    cualquier zona húmeda.

Identifique la zona o rejilla de ventilación de los videos ,televisores, equipos de música, etc. y no coloque nada sobre ellos. Evitará que se averíen y puedan originar  un incendio.

Mantenga retirado el frigorífico de la pared. Evite que el cable de la clavija entre en contacto con la rejilla que disipa el calor y se queme.

Si en alguna ocasión recibe una descarga al tocar la lavadora, el frigorífico, el horno,  etc.  llame al servicio técnico para que lo revise. Asegúrese de que el interruptor diferencial funciona correctamente

MEDIDAS DE SEGURIDAD EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS: 

Al realizar una instalación eléctrica deben tenerse en cuenta los dos peligros principales enunciados: descarga eléctrica e incendio o explosión.

Los equipos e instalaciones eléctricas deben construirse e instalarse evitando los contactos con fuentes de tensión y previendo la producción de incendio. Al seleccionar los materiales que se emplearán hay que tener en cuenta las tensiones a que estarán sometidos. 

Al instalar los equipos eléctricos debe dejarse lugar suficiente alrededor de los mismos como para permitir no sólo el trabajo adecuado sino también el acceso a todas las partes del equipo para su reparación, regulación o limpieza. 

Los lugares donde existan equipos de alta tensión no deben usarse como pasaje habitual del personal.

Los conductores se señalarán adecuadamente, de manera que sea fácil seguir su recorrido. Deben fijarse a las paredes firmemente y cuando vayan dentro de canales, caños, etc., tendrán, a intervalos regulares, lugares de acceso a los mismos. 

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Es preferible que los conductores se ubique dentro de canales, caños, etc. para impedir su deterioro. 

Es necesario que los fusibles estén también resguardados. Esto puede hacerse de varias formas, por ejemplo: encerrándolos o permitiendo el acceso a las cajas sólo al personal autorizado. 

Cuando los fusiles funcionen con alto voltaje es conveniente que estén colocados dentro de un receptáculo o sobre un tablero de distribución y sean desconectables mediante un conmutador. Estos conmutadores podrán accionarse desde un lugar seguro, teniendo un letrero que indique claramente cuando de conectan o desconectan los fusiles. 

Los circuitos de cada uno de los elementos del tablero deben ser fácilmente individualizables y de fácil acceso. Es conveniente poner a tierra las manivelas. 

Para realizar reparaciones debe cortarse el pasaje de electricidad. 

Si bien es preferible no utilizar lámparas eléctricas portátiles, cuando no sea posible reemplazarlas por sistemas eléctricos fijos se las proveerá de portalámparas aislados con cables y enchufes en perfectas condiciones y los mismos deberán ser revisados periódicamente. 

Los aparatos para soldadura y corte mediante arco eléctrico deben aislarse adecuadamente, colocando los armazones de los mismos conectados a tierra. Las ranuras para ventilación no deben dejar un espacio tal que permita la introducción de objetos que puedan hacer contacto con los elementos a tensión

Sistemas Hidráulicos

La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma

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La automatización en los mecanismos de manufactura, aparece de la relación entre las fuerzas económicas y las innovaciones técnicas como la transferencia de energía, la mecanización de las fábricas, y el desarrollo de las máquinas de transferencia. La mecanización de los procesos fue el primer paso para evolucionar posteriormente hacia la automatización, lo que traería consigo, el incremento de los niveles de producción (productividad) en las fábricas. Este deseo de aumentar las producciones, incentivó el diseño y construcción de máquinas que emulaban los movimientos y tareas del trabajador, de esta forma entonces, la Revolución Industrial hace surgir la automatización en las grandes industrias textiles.Conforme avanzaba la tecnología y los métodos de transferencia de energía, las máquinas especializadas se motorizaron, lo que acarreó consigo un notable aumento en la eficiencia de éstas.La automatización actual, cuenta con dispositivos especializados, conocidos como máquinas de transferencia, que permiten tomar las piezas que se están trabajando y moverlas hacia otra etapa del proceso, colocándolas de manera adecuada. Existen por otro lado los robots industriales, que son poseedores de una habilidad extremadamente fina, utilizándose para trasladar, manipular y situar piezas ligeras y pesadas con gran precisión.La hidráulica y la neumática son parte de la Mecánica de Fluidos, que se encargan del diseño y manutención de los sistemas hidráulicos y/o neumáticos empleados por la industria en general, con el fin de automatizar los procesos productivos, crear nuevos elementos o mejorar los ya existentes. La hidráulica y la neumática son sistemas de transmisión de energía a través de un fluido (aceite, oleo hidráulica y aire, neumática).La palabra “Hidráulica” proviene del griego “hydor” que significa “agua”. Hoy el término hidráulica se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía, en la mayoría de los casos se trata de aceites minerales pero también pueden emplearse otros fluidos, como líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua – aceite. La palabra “neumática” proviene del griego” pneuma” que significa aliento o soplo. Aunque el término debe aplicarse en general al estudio del comportamiento de Los gases, este término se ha adecuado para comprender casi exclusivamente los fenómenos de aire comprimido o sobre presión (presión por encima de una atmósfera) para producir un trabajo.Existen variados sistemas de transmisión de energía para generar y controlar un movimiento, entre otros se encuentran los sistemas mecánico, que emplean elementos tales como engranajes, palancas, transmisiones por correas, cadenas, etc. Sistemas eléctricos que utilizan motores, alternadores, transformadores, conmutadores, etc., oleo hidráulicos donde se usan bombas, motores, cilindros, válvulas, etc., y neumáticos compresores, actuadores lineales y rotativos, válvulas, etc.Los sistemas de transmisión de energía oleo hidráulicos y neumáticos proporcionan la energía necesaria para controlar una amplia gama de maquinaria y equipamiento industrial. Los sistemas oleo hidráulicos funcionan con aceite a presión y los sistemas neumáticos lo hacen con aire comprimido. Campos de aplicación de la neumática y la hidráulica.En la actualidad las aplicaciones de la oleo hidráulica y neumática son muy variadas, estaamplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios mas acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica y neumática. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisión y con mayores niveles de energía, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general. Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, móviles e industriales:Aplicaciones MóvilesEl empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse paratransportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsarvehículos móviles tales como:

Tractores Grúas Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehículos para la construcción y manutención de carreteras Etc.

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Aplicaciones IndustrialesEn la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros: Maquinaria para la industria plástica Máquinas herramientas Maquinaria para la elaboración de alimentos Equipamiento para robótica y manipulación automatizada Equipo para montaje industrial Maquinaria para la minería Maquinaria para la industria siderúrgica Etc.

Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehículos automotores, como automóviles, aplicaciones aeroespaciales y aplicaciones navales, por otro lado se puedentener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas áreas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene:Aplicación Aeronáutica: Timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores,equipos de mantenimiento aeronáutico, etc.Aplicación Naval: Timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos, sistemasespecializados de embarcaciones o buques militaresMedicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas einstrumental odontológico, etc.

La hidráulica y neumática tienen aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadasincluso en controles escénicos (teatro), cinematografía, parques de entretenciones,represas, puentes levadizos, plataformas de perforación submarina, ascensores, mesasde levante de automóviles, etc.

Ventajas y desventajas de la hidráulica y neumáticaLos sistemas de transmisión de energía oleo hidráulicos y neumáticos son una garantíade seguridad, calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos.La Seguridad es de vital importancia en la navegación aérea y espacial, en la produccióny funcionamiento de vehículos, en la minería y en la fabricación de productos frágiles. Porejemplo, los sistemas oleo hidráulicos y neumáticos se utilizan para asistir la dirección y elfrenado de coches, camiones y autobuses. Los sistemas de control oleo hidráulico y el tren de aterrizaje son los responsables de la seguridad en el despegue, aterrizaje y vuelo de aviones y naves espaciales. Los rápidos avances realizados por la minería y construcción de túneles son el resultado de la aplicación de modernos sistemas oleo hidráulicos y neumáticos.La Fiabilidad y la Precisión son necesarias en una amplia gama de aplicaciones industriales en las que los usuarios exigen cada vez más una mayor calidad. Los sistemas oleo hidráulicos y neumáticos utilizados en la manipulación, sistemas de fijación y robots de soldadura aseguran un rendimiento y una productividad elevados, por ejemplo, en la fabricación de automóviles.En relación con la industria del plástico, la combinación de la oleo hidráulica, la neumáticay la electrónica hacen posible que la producción esté completamente automatizada, ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisión.Los sistemas neumáticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene y la precisión son de suma importancia, como es el caso de las instalaciones de la industria farmacéutica y alimenticia, entre otras. La Reducción en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un país industrial.La tecnología moderna debe ser rentable y la respuesta se encuentra en los sistemas oleo hidráulicos y neumáticos. Entre otros ejemplos, cabe citar el uso generalizado de estos sistemas en la industria de carretillas elevadoras controladas hidráulicamente, las máquinas herramientas de alta tecnología, así como los equipos de fabricación para procesos de producción automatizada, las modernas excavadoras, las máquinas de construcción y obras públicas y la maquinaria agrícola.Con respecto a la manipulación de materiales y para citar unos ejemplos, los sistemas oleo hidráulicos permiten que una sola persona pueda trasladar, fácil y rápidamente, grandes cantidades de arena o de carbón.

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Ventajas de la Oleo hidráulica Permite trabajar con elevados niveles de fuerza o mementos de giro El aceite empleado en el sistema es fácilmente recuperable Velocidad de actuación fácilmente controlable Instalaciones compactas Protección simple contra sobrecargas Cambios rápidos de sentido

Desventajas de la Oleo hidráulica El fluido es más caro. Perdidas de carga. Personal especializado para la manutención. Fluido muy sensible a la contaminación

Conceptos basicos

FLUIDOS: A los líquidos y a los gases se los denomina fluidos, los fluidos se caracterizan por:

Adoptar la forma del recipiente que los contiene. Porque debido a la acción de pequeñas fuerzas , se observan pequeñas

deformaciones.

La diferencia fundamental entre los líquidos y los gases es la compresibilidad, los líquidos son muy poco compresibles y los gases son muy compresibles.

PRESION: Muchas veces se observan los siguientes fenómenos:

Que en un terreno con barro se hunden menos los tacos de los zapatos de un hombre que los de una mujer.

En la arena se hunde muy fácil un dedo pero la palma de la mano cuesta mas. Si una persona se para sobre la cama produce mas hundimiento que si esta acostada.

De esto se deduce que al aplicar la misma fuerza se tiene distinto efecto según la superficie con la cual se aplique, así surge la definición de presión: La presión es el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie sobre la cual se aplica P = F / S A mayor superficie menor presión.Las unidades de presión pueden ser

PRESION HIDROSTATICA: Se llama presión hidrostática a la presión que ejerce un liquido en un punto de su interior, esta presión de pende de la profundidad o sea a mayor profundidad mayor presión, la presión que se ejerce en un punto del interior del recipiente es la misma en las paredes del mismo y en el objeto que se encuentra en el recipiente. La presión hidrostática depende del peso que ejerce el liquido sobre el objeto por eso depende del peso especifico del liquido, se calcula haciendo:

TEOREMA FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA: La diferencia de presión entre dos puntos ubicados a distintas profundidades de un liquido depende solo de la diferencia de profundidad.

PRINCIPIO DE PASCAL: Si se hace la experiencia de pinchar un globo con un alfiler en distintos puntos de su superficie y luego inflarlo con agua de la canilla, se vera que el agua sale por todos los orificios con cierta velocidad. Si se aumenta la presión en alguna zona del globo ( por ejemplo apretándolo en una mano), se provoca un aumento en la presión del agua en

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cada orificio. Cada variación de la presión producida en alguna zona de un liquido provoca una variación igual de la presión en cada punto del resto del liquido, ya que este transmite los cambios de presión que se ejercen sobre el a todas las regiones que ocupa. De acuerdo con esto se puede enunciar el principio de pascal que establece que los cambios de presión ejercidos en un liquido se transmiten a todos los puntos de el con la misma intensidad.

Prensa hidráulica: Es una aplicación del principio de Pascal, consta de dos vasos de distinto diámetro unidos por un tubo n , en los cuales se han colocado sendos pistones o émbolos, el vaso de menor diámetro comunica con un deposito que contiene un liquido cualquiera y que llena además los dos vasos. Entre el vaso y el recipiente hay una válvula. El embolo E1 se acciona mediante una palanca AO. Al bajar el embolo E1 hace subir al E2, de este modo cualquier objeto colocado sobre el pistón E2 se comprime contra el soporte. Una canilla permite salir el liquido y baja el embolo E2.

PRESION ATMOSFERICA: La atmósfera, capa gaseosa que rodea la tierra , ejerce presión sobre cualquier superficie que este “ sumergida en ella”. El valor promedio de la presión atmosférica a nivel del mar es de 101.300 Pa. Este valor es de 1 atmósfera y es la unidad utilizada 1 atm = 101.324Pa , otra unidad son los mm de mercurio y la equivalencia es 1 atm = 760 mmhg

Ejercicios: 1) cual es la presión que ejerce cada rueda de un auto sobre el asfalto, si el peso del auto es de 1 ton, su ancho es de 20 cm y el apoyo sobre el piso e3s de 30 cm

2) Cual es la presión total que soporta un buzo al bajar a 4 metros de profundidad, el peso especifico del agua salada es de 10045 N/ m3 ( recordar que a la presión del agua se le debe sumar la presión atmosférica

EMPUJE: La fuerza de interaccion entre el agua y el cuerpo que se encuientra sumergido se llama empuje, asi por ejemplo si se sostiene un dinamómetro en el aire este marca una fuerza y si ese mi9smo dinamómetro se lo sumerge en agua indica otra medicion, esto se debe al empuje que ejerce el agua sobre el cuerpo sumergido.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: Sobre todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un liquido se ejerce un empuje cuyo valor es igual al peso del volumen del liquido desalojado, afirma que cuanto mayor sea el volumen del liquido desalojado por un objeto sumergido en el liquido mayor es el empuje.Si se sumerge el mismo objeto en dos liquidos diferentes recibira mayor empuje cuanto mayor sea el peso especifico del liquido .

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FLOTACIÓN EN FLUIDOS: Que un objeto se hunda o flote depende de la relación entre su peso y el empuje que recibe al sumergirse completamente. Las posibilidades que se pueden presentar son las siguientes:

1) Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje entonces se sumerge P>E

2) Si el peso del cuerpo es menor que el empuje entonces se sumerge P<E

3) Si el peso y el empuje son iguales entonces flota P = E

Esto mismo ocurre en los gases, se cumplen las mismas condiciones de empuje y flotación

Propiedades de los fluidos:

Viscosidad: La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicacionesEn los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.

Tensión superficial: En física se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Hydrometra stagnorum) , desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad, por ejemplo.A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan. Otro ejemplo es una aguja en agua

Capilaridad: La capilaridad es la cualidad que posee una sustancia para absorber un líquido. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido. Esto causa que el menisco tenga una forma curva cuando el líquido está en contacto con una superficie vertical. En el caso del tubo delgado, éste succiona un líquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Este es el mismo efecto que causa que los materiales porosos absorban líquidos

Flujo y caudal:_ caudal es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por una área dada en la unidad de tiempo.

Sistemas HidráulicosLos fluidos, ya sean líquidos o gases son importantes medios para transmitir señales y/o

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potencias, y tienen un amplio campo de aplicación en las estructuras productivas. Los sistemas en el que el fluido puesto en juego es un líquido se llaman sistemas hidráulicos. El líquido puede ser, agua, aceites, o substancias no oxidantes y lubricantes, para evitar problemas de oxidación y facilitar el desplazamiento de las piezas en movimiento. Los sistemas hidráulicos tienen un amplio campo de aplicación, podemos mencionar, además de la prensa hidráulica, el sistema hidráulico de accionamiento de los frenos, elevadores hidráulicos, el gato hidráulico, los comandos de máquinas herramientas o de los sistemas mecánicos de los aviones, etc., en estos casos el líquido es aceite. Estos mecanismos constan de una bomba con pistón de diámetro relativamente pequeño, que al trabajar genera una presión en el líquido, la que al actuar sobre un pistón de diámetro mucho mayor produce una fuerza mayor que la aplicada al pistón chico, y que es la fuerza utilizable.Los circuitos hidráulicos básicos están formados por cuatro componentes: un depósito para guardar el fluido hidráulico, una bomba para forzar el fluido a través del circuito, válvulas para controlar la presión del fluido y su flujo, y uno o más actuadores que convierten la energía hidráulica en mecánica. Los actuadores realizan la función opuesta a la de las bombas. El depósito, la bomba, las válvulas de control y los actuado-res son dispositivos mecánicos.En los circuitos hidráulicos el fluido es un líquido, que es capaz de transmitir presión a lo largo de un circuito cerrado (En los circuitos hidráulicos el liquido retorna al depósito después de realizar un trabajo).

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Este es un ejemplo de elevador hidráulico

Ventajas y desventajas de los sistemas hidráulicosAlgunas ventajas:• El fluido hidráulico actúa como lubricante y además puede transportar el calor generadohacia un intercambiador.• Los actuadores, aun pequeños, pueden desarrollar grandes fuerzas o pares.; operar enforma continua sin dañarse; etc.Algunas desventajas:• La potencia hidráulica no es tan fácilmente disponible, en comparación con l potenciaeléctrica.El costo de un sistema hidráulico en general es mayor que el de un sistema eléctricosemejante que cumpla la misma función; etc

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