curso_electricidad_unidad1

8/9/2019 curso_electricidad_unidad1

1/29

DG-TAM Oil Work & Service

Autor:

Ing. Martin Torres Fortelli

http://torreselectronico.com

http://www.yoreparo.comhttp://www.canalplc.com

http://automatismosmdq.com

http://www.clubdediagramas.com

http://www.ucontrol.com

UNIDAD 1(Electricidad)

Curso de Introduccin bsica ala electricidad


2/29


3/29


4/29

Curso de introduccin a la Electricidad Modulo Mantenimiento Industrial Autor: Ing. Martin A. Torres

4

Corriente continua (c.c.)

Corriente alterna (c.a.)

La tensin elctrica es la diferencia de potencial elctrico provocado por laacumulacin de cargas en un punto o en un material. Si un material se le quitan

electrones, su carga elctrica total ser positiva (recordar que se le est quitando a un

tomo neutro (no tiene carga) electrones de carga negativa. Esto causa que el mo ya

no sea neutro sino que tenga carga positiva).Ver que en este caso hay un el tomo que supuestamente en su ncleo tiene 6 protones

(carga positiva) y 8 electrones (carga negativa) en su estado originario. Como se

aprecia en la imagen, al perder dos electrones, este tomo quedara en conclusin con

una carga total que es positiva.

Al material se le quitan electrones y su carga total ser positiva

Si ahora al material se aumentan electrones (tiene ahora mas de los que tiene cuando el

tomo es neutro), su carga total ser negativa

Ver que en este caso hay en el tomo 6 protones (carga positiva) y 8 electrones (carga

negativa). En conclusin la carga total es negativa

Al material se le agregan electrones y su carga total ser negativa

La Tensin Elctrica


5/29


6/29


7/29


8/29


9/29


10/29


10

Un caso interesante es aquel en que la fuente puede entregar mucho voltaje y mucha

corriente, caso en que habra una cada de agua muy alta y un caudal muy grande. Este

caso en especial nos indicara que tenemos una fuente de tensin con gran capacidad de

entrega de potencia

Magnitudes

Repasando algunos conceptos, como se recordar, la materia est constituida por

molculas, que a su vez estn constituidas por tomos. El tomo, lo forman un ncleo

que contiene protones y neutrones, y alrededor de dicho ncleo giran los electrones.

Cuando el nmero de protones y de electrones coincide en un tomo, se dice que es

neutro. Cuando el nmero de electrones es menor que el de protones, se dice que el

tomo est cargado positivamente.

Y cuando el nmero de electrones es mayor que el de protones, se dice que est

cargado negativamente.

La carga elctrica (q) de un cuerpo expresa el exceso o defecto de electrones que hayen sus tomos. Su unidad es el Culombio (C). 1 Culombio equivale a 6,25 x10

18

electrones.

La intensidad (I), es la cantidad de carga elctrica que circula por un conductor en unaunidad de tiempo.

I = q /t

Las unidades son:

Amperios = Culombios /segundo

Para que los electrones se desplacen por un conductor es necesaria una diferencia depotencial o fuerza electromotriz (V) entre sus extremos. Su unidad es el Voltio. Estose consigue conectando cargas de distinto signo en sus extremos.

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


11/29


11

Leyes y Teoremas fundamentales

La Ley de Ohm

La Ley de Ohm, postulada por el fsico y matemtico alemn Georg Simon Ohm.

Es una de las leyes fundamentales de la electrodinmica, estrechamente vinculada a los

valores de las unidades bsicas presentes en cualquier circuito elctrico como son:

1-Tensin o voltaje (E), en volt (V).2-Intensidadde la corriente (I), en ampere (A) o sus submltipos.3-Resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al circuito en ohm (), o susmltiplos.

Circuito elctrico compuesto por una pila de 1,5 volt,

una resistencia o carga elctrica y el flujo de una intensidad de corriente.

Tensin o voltaje (E-V) = Intensidadde la corriente (I) -multiplicada por-Resistencia(R)/osea V=IxRIntensidadde la corriente (I) = Tensin o voltaje (E), en volt(V) dividido por-Resistencia (R)/osea I=V/RResistencia (R) = Tensin o voltaje (E), en volt(V) dividido por-Intensidadde lacorriente (I)/osea R=V/I

Debido a la existencia de materiales que dificultan ms el paso de la corriente elctrica

que otros, cuando el valor de la resistencia vara, el valor de la intensidad de corriente

en ampere tambin vara de forma inversamente proporcional. Es decir, si la resistencia

aumenta, la corriente disminuye y, viceversa, si la resistencia disminuye la corriente

aumenta, siempre y cuando, en ambos casos, el valor de la tensin o voltaje se

mantenga constante.Por otro lado, de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensin es directamente

proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o

disminuye el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentar o

disminuir en la misma proporcin, siempre y cuando el valor de la resistencia

conectada al circuito se mantenga constante.

Ahora veamos un sencillo caso prctico de como hallar los

valores de Resistencia, Intensidad y Voltaje mediante la ley deOHM.

HALLAR EL VALOR EN OHM DE UNA RESISTENCIA

Por ejemplo, si queremos calcular la resistencia R en ohm de una carga conectada a

un circuito que tiene aplicada una tensin o voltaje V de 1,5 volt y por el cual circula


12/29


13/29


14/29


15/29


16/29


17/29


17

La parte fundamental de este dispositivo consiste en una varilla liviana de material

aislante, suspendida de una fibra aisladora que lleva en un extremo una esfera A de

material liviano recubierta de grafito. Una segunda esfera B , idntica a la anterior, se

coloca en posicin fija, prxima a la esfera A . Si ambas esferas se cargan con

electricidades del mismo signo, se repelen, dando origen a una rotacin de la varilla y,por consiguiente, a una torsin de la fibra de suspensin en un ngulo q. Coulomb tena

conocimiento de que el ngulo de torsin q de la fibra es directamente proporcional a la

fuerza que produce dicha torsin, por lo que utiliz dicho ngulo como una medida

indirecta de la fuerza de repulsin entre las esferas.

Despus de realizar numerosas mediciones haciendo variar las cargas de las esferas y la

separacin entre ellas, Coulomb lleg a las siguientes conclusiones:

Si se mantiene constante la separacin entre las cargas, la fuerza de atraccin o de

repulsin es, en valor absoluto, proporcional al producto de los valores absolutos de

las cargas. Es decir, si la fuerza de atraccin o de repulsin es F, y los valoresabsolutos de las cargas q1 y q2 se tiene que:

Si las cargas elctricas se mantienen constantes, la fuerza de atraccin o de repulsin

entre ellas es, en valor absoluto, inversamente proporcional al cuadrado de la

distancia que las separa. Es decir, si la separacin entre las cargas es r, se tiene que:

Todo lo anterior se puede expresar matemticamente en la forma siguiente:

Para expresar este resultado en forma de igualdad, el segundo miembro viene

multiplicado por una constanteK:


18/29


19/29


19

r es la distancia de separacin desde el centro de una carga al centro dela otra.

Unidades de Carga ElctricaCoulomb (C).Es la unidad de carga elctrica en el sistema MKS y se define como lacarga elctrica capaz de atraer o repeler a otra igual situada en el vaco y a la distancia

de un metro y con la fuerza de 9109 Newtons.Statcoulomb.Es la unidad de carga del sistema C.G.S y se define como la cargaelctrica capaz de atraer o repeler a otra igual en el vaco y a la distancia de un

centmetro con la fuerza de una DINA.

1 coulomb = 3109 statcoulomb

1 coulomb = 6X1018 electronesSubmltiplos:

milicoulomb mC = 10-3 C

nanocoulomb nC = 10-9 C

picocoulomb pC = 10-12 C

microcoulomb mC = 10-6 C

Ley de Joule

Efectos calorficos de la corriente elctricaEl calentamiento de los conductores por el paso de la corriente elctrica fue uno de los

primeros efectos observados por los cientficos estudiosos de los fenmenos elctricos,

sin embargo, habra de pasar algn tiempo antes de que se conociera la magnitud de tal

efecto calorfico y los factores de los que depende.

James Prescott Joule (1818-1889) se interes desde joven en la medida de

temperaturas de motores elctricos,lo que le permiti hacia 1840 encontrar la ley querige la produccin de calor por el paso de una corriente elctrica a travs de un

conductor. La ley de Joule establece que la cantidad de calor producida es directamente

proporcional a la resistencia R del conductor, al cuadrado de la intensidad de corriente

I que lo atraviesa y al tiempo t. Es decir:

Q = I .R.t

El efecto calorfico, tambin llamado efecto Joule, puede ser explicado a partir delmecanismo de conduccin de los electrones en un metal. La energa disipada en los

choques internos aumenta la agitacin trmica del material, lo que da lugar a un

aumento de la temperatura y a la consiguiente produccin de calor. La ley de Joule, por

su parte, puede ser enfocada como una consecuencia de la interpretacin energtica de

la ley de Ohm. Si I.R representa la energa disipada por cada unidad de carga, la

energa total que se disipa en el conductor en forma de calor, cuando haya sido

atravesado por una carga q, ser:

Q = q.I.R

Pero dado que q = I.t, se tiene finalmente:

Q = I .R.t


20/29


21/29


21

Zes la valencia.

MagnetismoSe entiende por magnetismo la propiedad que poseen determinados materiales de atraer

a otros materiales, tales como el hierro, el nquel y el cobalto, aunque este ltimo la

tiene en menor proporcin; En la siguiente seccin de nuestro curso, veremos un breve

paso por los fundamentos del magnetismo, para luego poder comprender con mayor

precisin, temas tales como los inductores y el trabajo y empleo que les damos a estas

propiedades de algunos elementos.

Introduccin 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, nquel y sus aleaciones.

Imanes unidos a un hierro

2.- Orientan sus molculas en la misma direccin

Molculas orientadas

3.- Crean dos polos opuestos en sus extremos, y de ellos salen lneas de fuerza que van

de uno al otro

Polos y lneas de fuerza de un imn

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

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

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


22/29


22

Atraccin y repulsin de imanes

No existe un solo polo

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

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

De manera que es muy fcil transmitir el magnetismo a un destornillador, una aguja de

coser y otros objetos.

Los imanes tienen un campo magntico que los rodea, es muy fcil observarlo si

dejamos limaduras de hierro cerca del imn que se sitan sobre las lneas de fuerza del

mismo.

Lneas de fuerza de un imn con limaduras de hierro

Hace ms de dos mil quinientos aos, los chinos ya conocan estas propiedades y

crearon la primera brjula al concebir la tierra como un enorme imn.

Con ella podan conocer la orientacin del norte y del sur en cualquier lugar. El polo

norte magntico corresponde con el sur geogrfico, y el polo sur magntico

corresponde con el polo norte geogrfico.

Norte magntico y sur terrestre

Tambin se observ que el paso de la corriente elctrica por un conductor creaba un

campo magntico alrededor del conductor siguiendo la regla de la mano derecha. A

este campo magntico generado elctricamente se le llama electromagnetismo.

Campo magntico generado por el paso de corriente


23/29


23

Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnticos de todas las

espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magntico mayor.

Campo magntico generado en una bobina

Este proceso es reversible, es decir, si en el interior de una bobina hacemos que vare

un campo magntico, conseguiremos que circule corriente por la bobina. El

comportamiento de la bobina es como el de un imn elctrico.

El campo magntico genera corriente alterna

Sinteticemos y vemoslo de otra manera mas clara

Campo Elctrico Campo MagnticoSi tenemos una carga elctrica, alrededor de esta carga existe un campo elctrico cuyaslneas de fuerza se orientan como se muestra en la siguiente figura.

Una carga elctrica en reposo (detenida) posee slo campo elctrico. Sin embargo, si se

pone en movimiento una carga elctrica, lo que tendremos ser una manifestacin de

fuerzas de naturaleza diferente: tendremos la aparicin de un campo magntico.

Este campo tendr lneas de fuerza que envuelven la trayectoria de la carga, como se

las puede notar en las siguientes figuras.


24/29


24

El campo elctrico puede actuar sobre cualquier tipo de objeto, provocar atraccin o

repulsin segn su naturaleza.

El campo magntico slo acta atrayendo o repeliendo, sobre materiales de

determinada naturaleza de forma ms eminente.

Campo magntico alrededor de un conductor

Teniendo en cuenta el origen del campo magntico podemos explicar y o comprender

fcilmente por qu ciertos cuerpos son imanes y por qu una corriente puede actuar

sobre una aguja magnetizada.

En un cuerpo comn los electrones que se mueven alrededor de los tomos lo hacen de

manera desordenada, de modo que el campo producido no aparece.

Sin embargo, podemos orientar estos movimientos de modo de concentrar el efecto de

una manera determinada; Obteniendo as, "imanes elementales", cuyos efectos

sumados dotan al material de propiedades magnticas. Tenemos as, cuerpos

denominados imanes permanentes.

Un imn permanente tiene dos polos, denominados NORTE (N) y SUR (S), cuyas

propiedades son semejantes a las de las cargas elctricas.

Podemos decir que polos de nombres diferentes se atraen (Norte atrae a Sur yviceversa).

Polos del mismo nombre se repelen (Norte repele a Norte y Sur repele a Sur).

Los imanes permanentes pueden ser naturales o artificiales.

Aplicaciones del electromagnetismo.

El campo magntico creado con electricidad (electromagnetismo) tiene mltiplesaplicaciones, puesto que aparece cuando hay corriente elctrica y desaparece cuando

cesa la corriente elctrica.

Alguna de las aplicaciones del electromagnetismo son las siguientes:

- Electroimn: El electroimn consiste en una bobina en la que hemosintroducido un ncleo de hierro dulce. Cuando hacemos pasar corriente por la

bobina, el hierro se comporta como un imn. Si deja de pasar la corriente el

hierro pierde sus propiedades magnticas.

Electroimn


25/29


25

Esquema y smbolo del electroimn

Algunas de las aplicaciones del electroimn son:

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

- Manipulacin de vehculos en desguaces.- En los zumbadores y timbres.

- Manipulacin de planchas metlicas en la industria.

- Rel: El rel es una combinacin de un electroimn y un interruptor. Constade 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

electroimn que mediante un mecanismo cuando circula corriente por l, hace

que se cierre el contacto del interruptor de potencia. Cuando deja de circularcorriente por el electroimn el mecanismo hace que se abra el contacto de

potencia.

Rel

Esquema y smbolo del rel

Existen varias posibilidades en el circuito de potencia, un interruptor, un conmutador,

dos conmutadores, etc.

Smbolos del rel

- Alternador: Cuando movemos un conductor en el interior de un campomagntico, circula corriente a travs de este conductor


26/29


26

Generador lineal

Lafrmula que relaciona a estas magnitudes es:

E= B* l *vDonde:

E = fuerza electromotriz.B= campo magntico.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 magntico,este se desplazar.

Motor lineal

La frmula que relaciona a estas magnitudes es:

F= B*i*lDonde:

F = fuerza con la que se desplaza el conductor.B= campo magntico.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 ver modificada segn el ngulo que forman el campo

magntico y la bobina. Tomando valores positivos y negativos

Esta caracterstica se aprovecha para construir una mquina 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, porlo que el sentido de la corriente sobre el receptor se invierte.

Adems la corriente que se genera varia dependiendo de lo lejos que estn los

conductores de los polos. Cuando estn ms cerca mayor es la corriente y cuando estn

ms lejos menor es la corriente.

El aspecto que tiene la corriente es este:


27/29


27

Corriente alterna

El smbolo es:

Smbolo del alternador monofsico

- Dinamo y motor de corriente continua: Tal como hemos visto elfuncionamiento de un alternador, si practicamos unas pequeas 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 direccin al receptor.

Dinamo

Teniendo la corriente el siguiente aspecto:

Corriente pulsatoria

Si incrementamos el nmero de bobinas del generador se consigue que la corriente seacasi continua, el conexionado se realiza mediante delgas. A este generador se le conoce

como dinamo

Corriente continua

La dinamo es un mquina 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 smbolos son:

Smbolo de la dinamo y del motor de corriente continua


28/29


28

Los dinamos se utilizan para obtener corriente continua en vehculos autopropulsados

(coches, motos, camiones,...), aunque ya, hoy por hoy, estn siendo totalmente

reemplazados por los alternadores dada su eficiencia

- Transformador: Un transformador es una mquina que aprovecha lacaracterstica que tiene la corriente elctrica de crear campos

electromagnticos y que los campos electromagnticos crean corriente

elctrica. Consiste en dos bobinas unidas por un ncleo de hierro dulce,

laminado, con pequeas impurezas, para conseguir mejores caractersticas

frente a la conduccin del electromagnetismo.

Transformador

Cuando circula corriente por una de las bobinas esta se transforma en campo

electromagntico se transmite por medio del hierro dulce y cuando llega hasta la otra

bobina esta convierte en corriente elctrica.

La utilidad del transformador es cambiar de valor la tensin y la corriente de una

bobina a la otra.

Transformador experimental

El smbolo del transformador es:

Smbolo del transformador

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

potencia.

P1 = P2O lo que es lo mismo

V1 * I1 = V2 *I2Otra forma de expresarlo es:

V1 / V2 = I2 / I1 = m (relacin de transformacin).Tambin se cumple que la relacin entre el nmero de espiras de la primera bobina y la

segunda es proporcional a la tensin que hay entre ellas. Tambin se le conoce como

relacin de transformacin.

N1 / N2 = V1 / V2 = m (relacin de transformacin).Los transformadores se utilizan en el transporte de la energa elctrica.

Cuando se genera, se eleva la tensin con ayuda de ellos, se transporta por las lneas, yse baja otra vez con transformadores hasta un valor con el que poder utilizarla, sin

demasiados riesgos para las personas.


29/29


29

Referencias - Bibliografa

Internet:http://es.wikipedia.org

Libros Apuntes de materia:- El manual del Electrotcnico (Ing. Martin Torres)

- Curso Aprendiendo Diseo electrnico con laboratorios virtuales (Por Ing. Martin Torres)

- Curso de Electrnica YoReparo (Por Ing. A Picerno)

- Introduccin a la Electrotecnia (Pascual)

Agradecimientos

Seor J.L. Villanueva M.

Palazzesi Ariel

Treser Lucas M.

Lenin J. VsquezIng. Dupl Hctor A.

El profe corriente continua (Inda)

Victor (Vicross)Jorge (Pato)

Pinki y Cerebro (Silvio y Pablito)

David (Pata)Pablo (Noxa)

Luis Bonilla

Ing. Molto Roberto (Schneider Electric)

Ing. James Johnson (Siemens Aut.)

Ing. Antonio Creus

Ing. A. PicernoSeores directivos del Consejo de Educacin Tcnica Prov. Chubut WebMaster, Moderadores

y staff en gral de YoReparo.com / WebMaster y staff en gral. infoPLC.com a las paginas

amigas CanalPlc.com / Carcasweb.com / AutomatismosMDQ.com / DTFM.com /

Ucontrol.com / ElectronicaUnicrom.com / ComunidadElectronicos.com y a mi familia por el

esfuerzo y comprensin que me brindan ante mis proyectos y trabajos.

curso_electricidad_unidad1

Documents

Transcript of curso_electricidad_unidad1