Fundamentos de electricidad y electronica parte 1

Fundamentos de electricidad y electrónica-Ing. Rafael Arrué

1

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA 1. LA ENERGIA ELECTRICA CONCEPTOS BASICOS, GENERALIDADES IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD La electricidad es una de las principales formas de energía usadas en el mundo. Sin ella no existiría iluminación adecuada, comunicaciones como radio, televisión, telefonía, Internet ni aparatos eléctricos que constituyen parte integral de los hogares, tales como: lavadoras, secadoras, licuadoras, equipos de aire acondicionado y otros.

RESEÑA HISTORICA Se considera que fueron los Griegos los que la descubrieron hace mas de 2000 años, entre Ellos, Tales de Mileto 641 AC. Ellos observaron que una material de nombre ámbar se cargaba de una forma misteriosa después de ser frotado. Este material atraía cuerpos livianos como hojas secas y viruta de madera. Los griegos a este material lo llamaron ELEKTRON de donde se ha derivado el nombre de Electricidad. En el año 1600 William Gilbert clasificó los materiales en eléctricos y no eléctricos según se comportaban como ámbar o no. En 1733 el Francés Charles Dufay observó que un trozo de vidrio atraía algunos objetos cargados pero repelía a otros, concluyó que había dos tipos de electricidad. Benjamín Franklin, Estadounidense, a mitad del siglo XVIII, mediante una cometa, observó mientras llovía que los rayos hacían descargas eléctricas a través de la cuerda. Concluyó que la electricidad existía en el aire, también la clasificó en positiva y negativa. Así sucesivamente Galvini, luego Alejandro Volta, fueron descubriendo cosas relacionadas con este fenómeno.


2

¿QUE ES LA ELECTRICIDAD? Hasta la fecha no se sabe exactamente que es este fenómeno, se sabe lo que hace, solo se puede decir que es una forma de energía. Los hombres de ciencia como Benjamín Franklin consideraban que era un fluido que podría tener cargas positivas y negativas. Actualmente la ciencia considera que la electricidad se produce por partículas muy pequeñas llamadas protones y electrones. Estas partículas existen en todos los materiales. Para comprender este fenómeno, debe entenderse como está constituida la materia. ESTRUCTURA DE LA MATERIA La materia es todo lo que existe en el universo y que se puede ver, sentir o usar, es cualquier cosa que ocupe un espacio y que tenga peso. En nuestro medio, la materia puede encontrarse en tres estados: Sólido, líquido y gaseoso, como el caso del agua:

MOLECULAS Y ELEMENTOS Al dividir un trozo de materia en partículas cada vez más pequeñas, se llega a un punto donde no se puede dividir más, si se quiere que siga siendo la misma sustancia, estas partículas que aún mantienen las características de la sustancia original, reciben el nombre de MOLECULAS. Al dividir o descomponer las moléculas, se encuentra que están formadas por una combinación de ELEMENTOS. Los elementos son sustancias pequeñas que se encuentran en forma natural en el universo, como por ejemplo: Hidrógeno, Oxígeno, Plata, Cobre, Oro, Hierro, etc.


3

DIVISION DE LA MATERIA

La combinación de elementos produce toda clase de sustancias, como el agua (Oxígeno + Hidrógeno), la sal (Cloro + Sodio), Bronce (cobre + estaño) y otros mas. ATOMOS Los elementos están formados por átomos, los átomos están formados por tres tipos de partículas subatómicas: NEUTRONES, PROTONES Y ELECTRONES. En el estudio de la electricidad nos interesan principalmente los electrones y los protones.

Los electrones poseen carga negativa y están alojados en orbitas alrededor del núcleo. Los protones poseen carga positiva y junto a los neutrones, que no poseen carga, están alojados en el núcleo del átomo. Los electrones son las partículas que participan activamente en el flujo de energía eléctrica.


4

La diferencia entre los átomos de cada elemento está entre el número de protones y electrones que poseen y la distribución de electrones en las diferentes órbitas que poseen alrededor del núcleo CARGAS ELECTRICAS La carga de un electrón (-) es igual pero opuesta a la de un protón (+). Las cargas de un electrón y un protón se llaman CARGAS ELECTROSTATICAS. La ley de Coulomb, conocida como LEY DE LAS CARGAS ELECTRICAS dice: “partículas con cargas del mismo tipo se repelen y las que tienen cargas diferentes se atraen”

Básicamente los materiales se pueden cargar por: a) Contacto: conocido también por fricción o frotamiento. b) Inducción: Al acercar un material cargado a otro que tiene carga neutra.

2. CONDUCTORES ELECTRICOS Los materiales considerados conductores eléctricos, son aquellos cuyos átomos en su última órbita poseen menos de 4 electrones, estos electrones se conocen como electrones libres. Los electrones ubicados en la última orbita de cualquier átomo se conocen como electrones de valencia. Los materiales cuyos átomos poseen menos de 4 electrones en su última órbita también se conocen como METALES. Los principales materiales conductores son: La plata, El cobre, El oro, El aluminio, El latón, El hierro, es decir todos los metales.


5

PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES Los buenos conductores de electricidad, manejan en la última órbita de sus átomos un solo electrón y tiene facilidad para poder liberarlo hacia un átomo vecino, así por ejemplo el cobre tiene 29 electrones en total y en su última órbita posee un solo electrón.

El Oro (Au) y la Plata (Ag) también tienen un solo electrón en su última órbita, entre estos tres, la plata es mejor.

El empleo de conductores y su aislamiento, está regulado por el NEC (Código eléctrico nacional) CLASIFICACION DE LOS CONDUCTORES Los conductores por su forma real interna se dividen en dos tipos principales: a) TIPO ALAMBRE O SÓLIDO b) TIPO CABLE


6

TIPO ALAMBRE: Están constituidos por un solo hilo metálico de sección circular, pueden estar desnudos o revestidos con una cubierta aislante. El objetivo de la cubierta es proteger de la humedad, calor, corrosión y la más importante evitar que haga contacto eléctrico con otros conductores.

ESTRUCTURA BASICA DEL ALAMBRE

TIPO CABLE: Está constituido por un conjunto de alambres no aislados enrollados entre si. Puede estar protegido por una o varias capas de aislante.

ESTRUCTURA BASICA DE UN CABLE

Existen otros tipos de conductores entre ellos los conductores sin aislamiento, los cuales se utilizan comúnmente en las líneas de transmisión de alto voltaje, instalados al aire libre, también se pueden mencionar los multiconductores, cables coaxiales, cables ribbon o tipo cinta, cordones de alimentación o duplex y otros.

MULTICONDUCTOR

CABLE COAXIAL O BLINDADO RIBBON O TIPO CINTA


7

TAMAÑO DE LOS CONDUCTORES

Las unidades empleadas para medir los espesores de los conductores son los mils o los circularmils. 1 mil = 0.001 pulgada, un circularmil es el área de un círculo de 1 mil de diámetro.

En nuestro medio es utilizado para calibrar conductores el calibrador Americano AWG (American wire gauge) se utilizan calibres desde el 36 hasta el 0, el número mayor es de

sección mas pequeña, mientras que el número menor representa una sección mayor.

CALIBRADOR AWG CALIBRE DE ALGUNOS CONDUCTORES

La ampacidad en un conductor, representa la cantidad máxima de corriente que puede transportar un conductor de forma segura, sin sobrecalentarse ni causar una excesiva caída de voltaje. La ampacidad se mide en amperios y depende del diámetro del material conductor y de su aislamiento. En la siguiente tabla se muestran ampacidades de algunos conductores de cobre.


8

Se puede apreciar que un calibre # 14 tiene una capacidad o ampacidad de conducir 15 amperios, o un calibre # 18 solo permite 3.2 amperios. EMPALMES DE CONDUCTORES Es la unión de dos o más conductores por medio de un amarre especial, cuidando que exista continuidad eléctrica entre ellos. Al realizar empalmes de conductores, debe asegurarse que el circuito está desconectado de la energía eléctrica. TIPOS DE EMPALMES EMPALME COLA DE RATA Este tipo de empalme se utiliza con mucha frecuencia en las instalaciones eléctricas, comúnmente para prolongar un conductor o simplemente para hacer derivaciones.


9

PASO 1: Después de estirar el conductor, retire el material aislante con la navaja para electricista, aproximadamente de 5 a 6 cm., tomando en cuenta que la navaja se utilizará como si estuviera sacando punta a un lápiz. PASO 2: Utilizando la tenaza para electricista, sujete los conductores como se muestra en la figura, luego manualmente arrolle los conductores uno sobre el otro al mismo tiempo. PASO 3: Sin soltar la tenaza de sujeción, con una pinza punta plana u otra tenaza similar a la primera, continúe el giro hasta que la unión quede bien apretada. PASO 4: Una vez asegurada la unión, para mayor seguridad, se puede estañar y luego colocar cinta aislante cubriendo cada vuelta a la mitad de la anterior. ELABORACION DE ARGOLLAS Esta operación tiene por objeto preparar los conductores para fijarlos a receptores por medio de tornillos. PASO 1: retire el aislante del extremo del conductor aproximadamente 5 veces el diámetro del tornillo que lo fijará.


10

PASO 2: Coloque el extremo del conductor sin aislante entre las mordazas de la pinza punta redonda en el lugar en que estas tengan el diámetro del tornillo a utilizar.

PASO 3: Inicie el doblado, dando un giro a la pinza hasta que la punta haga tope con el conductor.

PASO 4: Con la parte mas delgada de la pinza dar un giro contrario al que se utilizó para elaborar la argolla hasta que esta quede centrada con el conductor.

La argolla debe ubicarse en el tornillo de la forma como se muestra en la figura:


11

SOLDADURA CON ESTAÑO PARA CIRCUITOS ELECTRONICOS

Se conoce también como soldadura blanda, se realiza con una fuente de calor llamado cautín tipo lápiz y un material de aporte conocido como estaño en hilo. El cautín recomendado no debe ser mayor de 25 watts, el hilo de estaño puede ser de 1 mm. Es muy importante aprender a soldar bien, cuando se realizan soldaduras se debe tener en cuenta un principio fundamental: “La función del cautín es calentar primero la unión de los componentes que se van a soldar, luego el calor de la conexión debe fundir el material de aporte sobre ella”. Para realizar una buena soldadura se requieren las siguientes condiciones: El cautín debe estar libre de corrosión y su punta bien estañada, que la base del cobre de la placa y los terminales de los componentes estén muy limpios, libres de óxido. Los pasos básicos para soldar correctamente son:

1. Aplique el calor del cautín tocando con la punta la unión de la placa de cobre y el Terminal del componente, no lo mueva, de 4 a 5segundos.

2. Aplique el estaño por el lado contrario al cautín, 3 segundos aproximadamente.

3. Una vez que el estaño se funda, retírelo del circuito 4. Por último retire el cautín.

Los sobrantes de los terminales se cortan al final con un alicate pequeño.

Aspecto de una mala o buena soldadura


12

3. AISLADORES Son aquellos que no dejan que los electrones de sus átomos se liberen fácilmente, sus átomos tienen más de cuatro electrones en su última órbita, el núcleo de sus átomos ejerce una fuerza de equilibrio sobre los electrones, por lo que resulta difícil su desprendimiento. Entre estos elementos se pueden mencionar: El fósforo (5 electrones en su última órbita), el azufre (6 electrones en su última órbita) y el cloro con 7 electrones en su última órbita.

Elementos aislantes

COMPUESTOS AISLANTES Son compuestos aislantes: el vidrio, plástico, madera, caucho y otros. Estos materiales son muy buenos aislantes, sin embargo no existe un aislante perfecto, simplemente es muy difícil que se liberen los electrones de sus átomos. PROPIEDADES DE AISLAMIENTO Las dos propiedades fundamentales de los materiales aislantes son:

a) Resistencia de aislamiento b) Vigor dieléctrico

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO: Es la oposición al escape de corriente por y sobre la superficie del material. El instrumento que se utiliza para medir la resistencia de aislamiento se llama: MEGOHMETRO o MEGGER. VIGOR DIELÉCTRICO: Es la capacidad que tienen los materiales aislantes para resistir una diferencia de potencial o voltaje. Usualmente se presenta como el voltaje al cual puede fallar el aislamiento. CINTAS AISLADORAS En los conductores se utilizan para reponer aislamientos dañados o para aislar empalmes de los mismos. La cinta mas utilizada es la de material plástico, pero existen muchas variedades y su uso depende de cada aplicación exigida. Para empalmes sometidos a menos de 600 voltios, se suele utilizar la cinta 1700 de 3M y la super33 para aislamientos primarios en empalmes sometidos arriba de 600 voltios.


13

4. CORRIENTE ELECTRICA

Para que la energía eléctrica sea útil es necesario que haya electrones en movimiento, es decir que no sean solo cargas estáticas. La corriente eléctrica se produce cuando en un conductor hay muchos electrones libres que se mueven en una sola dirección. Cuanto mayor sea el número de electrones que se mueven en una misma dirección, mayor será el flujo de corriente. Los electrones libres en los átomos de los materiales conductores se pueden mover de un átomo a otro, esto se puede lograr aplicando cargas eléctricas en cada extremo del alambre conductor, una carga positiva en un extremo y una carga negativa en el otro. El electrón libre es repelido por la carga negativa y atraído por la carga positiva, de esta manera los electrones se desplazan hacia la carga positiva produciéndose una corriente eléctrica. La velocidad con que se mueven los electrones es igual a la velocidad de la luz 300,000 km/seg

EMOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CONDUCTOR

EL IMPULSO DE CORRIENTE Para que un electrón se mueva de un átomo a otro, se necesita darle un impulso, una aplicación de energía. Al salir un electrón de su órbita y entrar en otra, repele un electrón y lo expulsa de ésta, repitiéndose el proceso de átomo a átomo a lo largo del conductor. La aplicación de energía puede darse con una fuente externa como una pila o una batería. EL CIRCUITO CERRADO Y CIRCUITO ABIERTO Cuando conectamos el extremo de un conductor al Terminal negativo de una pila y el otro al Terminal positivo, los electrones del conductor son repelidos por el Terminal negativo y atraídos por el Terminal positivo de la pila. Por cada electrón que entra a la fuente por el terminal positivo, otro saldrá por el terminal negativo; el proceso continuar mientras se sigan aplicando cargas eléctricas en la fuente de energía. A este proceso se le llama CIRCUITO CERRADO. Su esquema se muestra en la siguiente figura.


14

ESQUEMA DE UN CIRCUITO CERRADO

Si el conductor se rompe en cualquier punto, los electrones se acumularán en el extremo del conductor conectado al terminal negativo, interrumpiéndose el paso de la corriente, a esto se le conoce como CIRCUITO ABIERTO. En un circuito abierto no hay flujo de corriente.

ESQUEMA DE UN CIRCUITO ABIERTO

EL CIRCUITO ELECTRICO BASICO El circuito básico lo componen: una pila, un interruptor, un bombillo o lámpara y los conductores eléctricos para interconectar los dispositivos.

CIRCUITO ELECTRICO BASICO

La pila es la fuente de energía o voltaje que suministra la fuerza necesaria para impulsar una corriente de electrones a través del circuito.


15

SIMBOLO DE UNA PILA O BATERIA

El interruptor es un dispositivo de maniobra que sirve para abrir o cerrar el circuito, existen de varios tipos, su aplicación depende de la clase de maniobra que se quiere realizar.

INTERRUPTORES Y SUS SIMBOLOS

La lámpara o bombillo en el circuito es el receptor de energía, es decir la carga del circuito, esta aprovecha el paso de la corriente eléctrica para cumplir un determinado trabajo, convirtiendo la energía eléctrica en otra forma de energía, en este caso en energía luminosa y calorífica.

LAMPARAS Y SUS SIMBOLOS

Fundamentos de electricidad y electronica parte 1

Documents

Transcript of Fundamentos de electricidad y electronica parte 1