Manual Eléctricidad Básica a Distancia

8/19/2019 Manual Eléctricidad Básica a Distancia

1/95

ELECTRICIDAD BÁSICA


2/95


3/95

IndiceOBJETIVO TERMINAL .................................................................... 1

INTRODUCCIÓN...........................................................................2

UNIDAD UNO. Antecedentes históricos y principios de la electricidad......3

Antecedentes históricos. ...................................................................... 3

Teoría del electrón ................................................................................ 6

or!as para o"tener la ener#ía el$ctrica. ........................................... %

&rincipales conceptos...........................................................................'

UNIDAD DOS. Fundamen!" de #a C!$$iene Di$eca.....................1%Ley de Co(lo!" ................................................................................. )*

Cond(ctores y aisladores. .................................................................. )3

l(+o de corriente...............................................................................),

(er-a electro!otri- E/0. ............................................................... )6

Resistencia el$ctrica .......................................................................... )1

Ley de oh! ........................................................................................ )'

Circ(itos en serie2 paralelo y serieparalelo.......................................*4

&otencia el$ctrica ............................................................................... 3*

UNIDAD TRES. Ma&nei"m! ' e#ec$!ma&nei"m!........................3(

I!anes. .............................................................................................. 3,

I!anes te!porales e i!anes per!anentes ....................................... 3,

Ca!pos !a#n$ticos. .......................................................................... 35

Electro!a#netis!o ............................................................................ 31

UNIDAD CUATRO. Ci$cui!" e#)c$ic!" de C!$$iene Di$eca ' C!$$ieneA#e$na.....................................................................................(%

Características de la corriente directa y de corriente alterna............,)

El #enerador ele!ental. ..................................................................... ,,

rec(encia .......................................................................................... ,%

alores !78i!os2 pico a pico2 !edio y e9ca- de (na onda senoidal . ,%

Ind(ctancia......................................................................................... 5*


4/95

Reactancia ind(cti:a. ......................................................................... 51

Relaciones de ;ase en circ(itos ind(cti:os de CA...............................5%

E;ecto de la di;erencia de ;ase en la onda de potencia de CA...........64

Capacitancia...................................................................................... 6)Reactancia capaciti:a ....................................................................... 63

Relaciones de ;ase en circ(itos capaciti:os. ..................................... 6,

I!pedancia. ...................................................................................... 61

UNIDAD CINCO. *!encia ' +ac!$ de ,!encia..............................-1

5.) &otencia y ;actor de potencia............................................................5)

Ane!"....................................................................................................... 15

Bi/#i!&$a+0a................................................................................................%*


5/951

OBJETIVO FINAL

Al término del curso, el participante conocerá los fundamentos de electricidad,

electromagnetismo y circuitos eléctricos de corriente directa y corriente alterna

para lograr un a mayor eficacia al desarrollar trabajos en la especialidad de

electricidad conforme a las necesidades de su centro de trabajo .


6/95

INTRO!""ION.

#oy en d$a se puede decir %ue no &ay lugar en donde e'ista la tecnolog$a y no tengamos

necesidad de utili(ar la energ$a eléctrica. )a electricidad la re%uerimos en casi cual%uier

acti*idad %ue reali(amos desde la iluminaci+n y entretenimiento de nuestros &ogares

&asta en la industria y en las tecnolog$as más a*an(adas.

sta necesidad de utili(ar la energ$a eléctrica nos obliga a tener conocimiento sobre ella,

especialmente en esta empresa en la %ue nos dedicamos a la generaci+n, transmisi+n y

distribuci+n de energ$a eléctrica y a-n más al personal técnico %ue constantementenecesitamos de dic&a energ$a para poder reali(ar nuestro trabajo, inclusi*e en *oltajes

mayores a los %ue tenemos en una instalaci+n doméstica.

l a*ance tecnol+gico del pa$s y espec$ficamente en "omisi+n ederal de lectricidad, *a

acorde con la demanda de energ$a eléctrica re%uerida. /or lo %ue una de las

preocupaciones primordiales de "..., es la de capacitar al personal %ue labora paraeste fin.

l contenido de dic&o material es una recopilaci+n y aportaci+n de e'periencias

ad%uiridas en dic&a área, a la *e( %ue se &a tenido el apoyo de libros técnicos e

instructi*os de "...

l material %ue se presenta sobre /rincipios 0ásicos de lectricidad te ayudará a

contar con las bases suficientes para tener un mejor desempeo de las acti*idades %ue

reali(as d$a a d$a en tu área de trabajo.


7/95

!NIA !NO.

ANT"NT2 #I2TORI"O2 3 /RIN"I/IO2 )A )"TRI"IA.

Antecedentes históricos.

)a palabra electricidad pro*iene del *ocablo griego electr+n ámbar. l ámbar es unaresina f+sil transparente de color amarillo, producido en tiempos muy remotos por árboles%ue actualmente son carb+n f+sil.

)os primeros fen+menos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de4ileto, %uien *i*i+ apro'imadamente en el ao 566 a.". l sealaba %ue al frotar el ámbar con una piel de gato pod$a atraer algunos cuerpos ligeros como pol*o, cabellos o paja.

l f$sico alemán Otto de 7ueric8e 9156:;15an 4ussc&enbroe8 915?:;1@51=descubri+ la condensaci+n eléctrica al utili(ar la llamada botella de )eyden la cual es uncondensador e'perimental constituido por una botella de *idrio %ue act-a como aislante odieléctrico. Tiene dos armaduras consistentes de un forro o re*estimiento metálico e'terior y un relleno de papel metálico interior prolongado eléctricamente &acia afuera a tra*és deuna *arilla metálica %ue atra*iesa un tap+n de corc&o. )a botella de )eyden se carga al

sujetar una de sus armaduras y aplicar la otra al conductor de una má%uina eléctrica. 2iuna de sus armaduras después se toca con un conductor, se produce una c&ispa %uedescargará parcialmente la botella.

l estadounidense 0enjam$n ran8lin 91@65;1@?6= obser*+ %ue cuando un conductor concarga negati*a terminaba en punta, los electrones se acumulan en esa regi+n y por repulsi+n abandonan dic&o e'tremo, fijándose sobre las moléculas de aire o sobre unconductor cercano con carga positi*a 9o carente de electrones=. e la misma manera, un

conductor cargado positi*amente atrae a los electrones por la punta. Arrancándolos de lasmoléculas de aire cercanas. stos fen+menos se producen debido al llamado poder depuntas.

0enjam$n ran8lin propuso aplicar las propiedades antes descritas en la protecci+n deedificios, mediante la construcci+n del pararrayos. !n pararrayos es una larga barrametálica terminada en punta %ue se coloca en la parte más alta de las construcciones y,por medio de un cable de cobre, se conecta a una planc&a metálica enterrada en el suelo

&-medo.


8/95

"&arles "oulomb, cient$fico francés 91@5;1olta 91@BC;1


9/95

"orrientes polifásicasD y el inglés Eosep& T&omson 91


10/95

Teoría del electrón.

)os antiguos griegos obser*aron %ue cuando el ámbar se frotaba con una tela, atra$a

peda(os ligeros de material, como peda(os de papel. )os cient$ficos demostraron

posteriormente %ue esta propiedad de atracci+n ocurr$a en otros materiales como el &ule y

el *idrio, pero no suced$a con el cobre y el &ierro. )os materiales %ue ten$an esta

propiedad de atracci+n al frotarse con la tela, se dec$a estaban cargados con una fuer(a

eléctricaD además se obser*+ %ue algunos de estos materiales cargados eran atra$dos por

una barrita de *idrio cargado y %ue otros eran rec&a(ados. )o %ue en realidad se

obser*aba era un e'ceso o deficiencia de electrones en los materiales, dando lugar a lo

%ue se llama cargas eléctricas positi*as y negati*as.

Todos los efectos de la electricidad se producen debido a la e'istencia de una diminuta

part$cula llamada electr+n, puesto %ue nadie &a *isto un electr+n, sino -nicamente sus

efectos %ue produce, se llama teor$a electr+nica a las leyes %ue gobiernan su

comportamiento.

n un átomo el n-mero total de electrones cargados negati*amente %ue giran alrededor

del n-cleo es igual al n-mero de protones cargados positi*amente contenidos en el

n-cleoD además de los protones, el n-cleo contiene también part$culas eléctricamente

neutras llamadas neutrones.


11/95

)a teor$a electr+nica no s+lo es la base para el diseo de todo el e%uipo eléctrico y

electr+nico, sino también e'plica la acci+n f$sico;%u$mica y ayuda a los cient$ficos a

sondear en la naturale(a $ntima del uni*erso y de la *ida misma.

Toda la materia está compuesta de átomos de distintos tamaos, grados de complejidad

estructural y pesos, pero todos ellos tienen la misma configuraci+n, es decir, un n-cleo

9protones y neutrones= y girando alrededor de éste los electrones, semejantes a un

sistema solar en miniatura. )os electrones y protones tienen una propiedad llamada carga

eléctrica.


12/95

Formas para obtener la energía elctrica.

)a energ$a eléctrica la obtenemos por medio de la transformaci+n de otros tipos de

energ$a y e'isten distintas formas para obtener la energ$a eléctrica. )as diferentes formas

conocidas para electri(ar a los cuerpos son las siguientesF

/or magnetismo 9generadores=

Acci+n %u$mica 9bater$as=.

)u( 9solar, fotoceldas=.

/resi+n

ricci+n.

"alor

)a más utili(ada en la industria de la generaci+n de energ$a eléctrica es por medio del

magnetismo, %ue es el principio del funcionamiento de los generadores eléctricos, los

cuales se encuentran en la mayor$a de las centrales generadoras, ya sean

termoeléctricas, &idroeléctricas, e+licas, etc. Aun%ue también empie(a a tomar fuer(a por

ser una energ$a no contaminante la energ$a solar, %ue se obtiene por medio de la lu( a

tra*és de e%uipos llamados fotoceldas.


13/95

!onceptos B"sicos de electricidad.

lectricidad. /ro*iene del griego ele8tron, %ue significa ámbar.

Intensidad eléctrica. 9"orriente= sta se presenta cuando e'iste flujo de electrones de

un átomo a otro. )a intensidad depende de la fuer(a 9*oltaje= %ue se apli%ue para

ocasionar este mo*imiento de electrones y de la facilidad de los materiales para ceder

estos electrones 9resistencia=.

>oltaje. 9También conocido como iferencia de /otencial=. s la fuer(a %ue es capa( de

producir un flujo eléctrico 9intensidad= al aplicarse a un circuito. 4edida en >olts.

Resistencia. s la oposici+n %ue presenta cual%uier material al paso de la corriente

eléctrica. 2e mide en O&ms.

/otencia. s la rapide( con %ue se reali(a un trabajo. 2e mide en Hatts o >olts; Amperes


14/95)

!NIA O2

!NA4NTO2 ".

Todos los átomos se encuentran unidos entre s$ por fuer(as poderosas de atracci+n entre

el n-cleo y sus electrones, sin embargo los electrones de las +rbitas e'teriores de un

átomo, son atra$dos &acia su n-cleo más débilmente %ue los electrones cuyas +rbitas

están más cerca del n-cleo.

)os electrones poseen una carga negati*a 9 ; = y los protones una carga positi*a 9=. !nátomo normal contiene el mismo n-mero de protones y de electrones, por lo %ue se

considera neutro. 2in embargo, un átomo puede ganar electrones y %uedar con una carga

negati*a y por el contrario, perder electrones y %uedar con una carga positi*a.

n algunos materiales, especialmente los metales, los electrones %ue giran en las +rbitas

e'teriores del átomo pueden ser despla(ados de sus +rbitas con relati*a facilidad y

reciben el nombre de electrones libres. "uando esto sucede, el átomo ad%uiere carga

positi*a puesto %ue &a perdido carga negati*a, dejando un estado de dese%uilibrio a fa*or

de las cargas positi*as 9protones=. As$ mismo la adici+n de un electr+n a un átomo en su

estado estable lo &ará %ue ad%uiera carga negati*a.

)os electrones %ue son e'pulsados fuera de sus +rbitas de alguna manera, producirán

escase( de electrones en el material %ue abandonan y un e'ceso de electrones en elmaterial %ue ocupanD al e'ceso de electrones se le llama carga negati*a y al déficit de

electrones se le llama carga positi*a. "uando estas cargas e'isten y están en reposo, se

tiene lo %ue se conoce como lectricidad stática.


15/9511

"uando dos materiales se frotan entre s$, algunas +rbitas electr+nicas de la superficie de

los materiales se entre cru(arán y un material puede ceder electrones al otro debido a

la fricci+n, si esto sucede, se generan cargas estáticas en los materiales, la carga podráser positi*a o negati*a dependiendo de cuál sea el material %ue cede electrones con

mayor facilidad.

"uando la *arilla es frotada con una piel o tela, ésta cede electrones a la *arilla, %uedando

ésta cargada negati*amente y la piel positi*amente, como se obser*a en el dibujo

siguienteF

"uando los materiales están cargados con electricidad estática, se comportan de una

manera distinta. Cargas con carga del mismo signo se repelen y cargas de signo contrario

se atraen.

2i se ponen en contacto dos materiales con cargas opuestas, el e'ceso de electrones de

la carga negati*a pasará al material con deficiencia de ellos. A este traslado de electrones

desde una carga negati*a a una positi*a se le llama descarga y representa un flujo de

corriente.


16/95


17/95

n resumen, la ley de coulomb enuncia lo siguienteF La fuerza eléctrica de atracción o

repulsión entre dos cargas puntuales, es directamente proporcional al producto de las

cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa .


18/95

Cond(ctoresAislantes.

!ond$ctores # aisladores.

n algunos casos los electrones de las +rbitas e'ternas %ue giran en torno al n-cleo con

más fáciles de despla(ar de sus +rbitas %ue en otros casos. sos átomos %ue fácilmente

desprenden un electr+n o permiten %ue un electr+n se una a ellos, constituyen los

materiales llamados conductoresD la mayor$a de los metales entran en esta categor$a.

ntre los conductores se cuentan la plata, cobre, &ierro, aluminio, lat+n, etc.

Algunos materiales tales como el &ule, *idrio, ba%uelita, etc., tienen una estructura

at+mica %ue impide grandemente el libre mo*imiento de los electrones de un átomo aotro, de a%u$ %ue reciban el nombre de aisladoresD estos materiales re%uieren de una gran

cantidad de energ$a para e'traer los electrones fuera de la +rbita del átomo.

)os aisladores son tan importantes como los conductores, por%ue sin ellos no es posible

mantener a los electrones fluyendo en las (onas en %ue deseamos y e*itarlos en donde

no se re%uieren.


19/95

Fl$&o de corriente. )a corriente eléctrica es el mo*imiento de las cargas negati*as a

tra*és de un conductor.

"uando se conecta un conductor entre las terminales de una pila, se producirá en seguida

una fuer(a sobre todos los electrones libres del alambre, e'pulsando a algunos fuera de la

terminal positi*a de la pilaD al mismo tiempo la terminal negati*a de pila empujará más

electrones libres &acia la otra terminal del alambre. e esta manera se producirá un

mo*imiento continuo de electrones de la terminal con carga negati*a a la terminal positi*a,

a este mo*imiento de electrones libres a tra*és de un conductor es lo %ue se llama flujo

de corriente.

2i pasa una carga neta %P por una secci+n trans*ersal cual%uiera del conductor en un

tiempo tP, la corriente %ue se supone constante seráF

2i la rapide( del flujo de carga no es constante al transcurrir el tiempo, la corriente *ariará

con el tiempo y estará dada por.


20/95

)a corriente iP es la misma para todas las secciones trans*ersales de un conductor, a-n

cuando el área de la secci+n trans*ersal pueda ser distinta en diferentes puntos.

A-n cuando en los metales los portadores de carga son los electrones, en los electrolitos

o en los conductores gaseosos los portadores de carga pueden ser también los iones

positi*os o negati*os o bien ambos.

2entido del flujo de corriente.;

2entido Real. e acuerdo con la teor$a electr+nica, el flujo de corriente *a siempre de la

carga negati*a 9;= &acia la carga positi*a 9=. e tal manera %ue si se conecta un

conductor entre las terminales de una pila, la corriente fluirá de la terminal 9;= &acia la

terminal 9=.

2entido con*encional. /ero antes de &aberse concebido la teor$a electr+nica ya se usaba

la electricidad y se pensaba %ue &ab$a un fluido eléctrico %ue se mo*$a de una carga 9=

&acia una carga 9;= dentro del conductorD a esta concepci+n del flujo de corriente se lellam+ flujo de corriente con*encional.


21/95

'$er(a electromotri( )FE*+.

)a diferencia de potencial o *oltaje es la fuer(a %ue obliga a los electrones a circular a

tra*és de un conductor en un circuito electrico, por consiguiente, el flujo de electrones

será mayor cuanto mayor sea el *oltaje y *ice*ersa. sto es cierto siempre y cuando el

conductor sea del mismo material, el mismo calibre, la misma longitud y a la misma

temperatura.

)a unidad para la diferencia de potencial o *oltaje es el >olt. !n *olt es la diferencia de

potencial necesaria para obtener un joule de trabajo cuando &ay un flujo de carga de un

"oulomb.


22/95

(n hecho


23/95

=

=

R Resistencia del conductor.

Resisti*idad del material.

)

A

)ongitud del material.

2ecci+n trans*ersal

)as substancias %ue tienen resisti*idades grandes son malos conductores o buenos

aisladores y las substancias con resisti*idad pe%uea son buenos conductores y malos

aisladores, no e'iste ning-n aislador perfecto 9 K=, ni tampoco un conductor perfecto

9 6=.

)a temperatura también afecta el *alor de la resistencia de un conductor, cuanto más

caliente esté mayor resistencia ofrecerá al paso de la corriente, cuanto más frio esté,

menor resistencia ofrecerá al paso de la corriente.


24/95

= olta+e.I = Corriente o intensidad el$ctrica. R= Resistencia.

Le# de ohm.

2e recordará %ue el flujo de corriente es producido por el *oltaje aplicado entre dos puntos

y está limitado por la resistencia entre esos mismos puntos.

2i el *oltaje %ue se aplica a una resistencia es mayor, entonces el flujo de corriente será

más grandeD similarmente si el *oltaje %ue se aplica es más bajo, entonces el flujo de

corriente será menor. 2i se aumenta la resistencia de la carga a la cual se le aplica un

*oltaje constante, el flujo de la corriente será menorD similarmente si se reduce la

resistencia, el flujo será mayor. )o anterior es *álido si la temperatura se mantieneconstante.

sta relaci+n entre el *oltaje 9 =, la corriente 9 I = y la resistencia 9 R =, fue estudiada por

el matemático alemán Eeorge 2imon O&m, estableciendo lo %ue se conoce como )ey de

O&m, esta ley establece %ue La corriente ( I ) que fluye en un circuito, es directamente

proporcional al voltae aplicado (! ) e inversamente proporciona l a la resistencia ( " )#.

sto %uiere decir lo siguienteF

)a intensidad de la corriente *aria en forma directamente proporcional a la

*ariaci+n del *oltaje.

)a intensidad de la corriente *aria en forma in*ersamente proporcional a la*ariaci+n de la resistencia.


25/95

>E?TE DE CD.>E?TE DE CA.

C@?D>CT@R.

RESISTE?CIA.

CA&[email protected]/&EDA?CIA.

B@BI?A.

*

!irc$itos en serie- circ$itos en paralelo # circ$itos serieparalelo.

) "IR"!ITO N 2RIF

Antes de empe(ar con el estudio de los circuitos eléctricos es con*eniente familiari(arnos

con la simbolog$a correspondiente. >e la siguiente imagen y trata de memori(ar los

principales s$mbolos utili(ados en los circuitos eléctricos.

n cual%uier circuito eléctrico está formado principalmente por tres elementos, una fuente

de *oltaje, un conductor y una carga o resistencia. /or lo tanto en un circuito eléctrico

e'isten los siguientes elementos fundamentalesF

>oltaje.

"orriente.

Resistencia.


26/95

CIRC>IT@ E? SERIE.

:1

!n circuito serie es cuando dos o más resistencias están conectadas e'tremo con

e'tremo 9uno a continuaci+n del otro= de tal manera %ue se tenga un solo camino para

%ue fluya la corriente.

"ual%uier n-mero de lámparas o resistencias se pueden usar para formar circuitos en

serie, siempre y cuando estén conectados e'tremos con e'tremos a tra*és de las

terminales de una fuente y %ue solo presenten una sola trayectoria al flujo de la

corrienteD las caracter$sticas de los circuitos serie son las siguientesF

l *alor total de la resistencia del circuito es igual a la suma de todos los elementos %ue lo

forman.

)a corriente es la misma a tra*és de todo el circuito, es decir a tra*és de cada uno de suscomponentes.

It I1 I: I In

l *oltaje total aplicado al circuito es igual a la suma de las ca$das de coltje a tra*és de

cada uno de sus elementos.

Rt R1R:R...Rn

>t >1 >: > S >n


27/95

/ara determinar el *oltaje presente en cada componente de un circuito, partiremos de

nuestro amigo O&m %ue en su ley nos dice %ue > I ' R.

Tomando como ejemplo un circuito con tres resistencias tendr$amos %ue el *oltaje total

del circuito es igual a la suma del *oltaje %ue se presenta en cada una de sus

resistencias, es decirF

>T

>1 >

: >

.

3 dado %ue estas resistencias se encuentran en serie, sabemos %ue la corriente %ue

circula por cada una de ellas es igual a la total, esto esF

IT I1 I: I

/or lo tantoF

>1IR1D >: IR:D > IR

3

>T IR1 IR: IR


28/95

) "IR"!ITO N /ARA))OF

"uando un cierto n-mero de resistencias se conectan de tal forma %ue &aya más de una

trayectoria para %ue fluya la corriente, se dice %ue la cone'i+n es en paralelo.

2i dos resistencias conectadas terminal a terminal por medio de un alambre se conectan a

una fuente de *oltaje, todo el conjunto forman un circuito en paralelo

Las caracter$sticas de los circuitos son las siguientes%

l *oltaje a tra*és de cada una de las resistencias es siempre el mismo y es igual al

*oltaje total aplicado.

l &ec&o de %ue los *oltajes aplicados a cada elemento del circuito en paralelo sean

siempre los mismos, tienen una consecuencia práctica importanteD es decir todos los

elementos %ue se &an de conectar en paralelo deben tener la misma especificaci+n de

*oltaje para %ue funcionen adecuadamente.

)a corriente %ue fluye a tra*és de un circuito en paralelo, se di*ide y fluye por cada una de

las trayectorias en paralelo.

t 1 : ... n

It I1 I: I S In


29/95

Nota. Obser*e en esta imagen como la corriente %ue sale de la pila se di*ide entre los dos

focos y como el *oltaje de las dos resistencias 9focos= es el mismo. )a suma de las dos

corrientes I1 I: es igual a la corriente total del circuito I t.

"uando se conectan resistencias de diferente *alor en paralelo, la oposici+n al flujo de

corriente no es la misma para cada rama del circuito, una resistencia de menor *alor

muestra menos oposici+n al flujo de la corriente, de modo %ue fluirá mayor corriente a

tra*és de la trayectoria de menor oposici+nD de a%u$ %ue por los resistores de menor *alor

de un circuito en paralelo siempre fluirá mayor corriente %ue por los resistores de mayor

*alor.


30/95

/ara poder encontrar el *alor de la resistencia total de un n-mero cuales %uiera de

resistores conectados en paraleloD nos au'iliaremos con la ley de O&m y con la primera

ley de Mirc&&off, as$ como de la figura siguienteF

&rimera ley de 'ircoff. La suma de todas las intensidades de corriente que llegan a un

nodo de un circuito es igual a la suma de todas las corrientes que salen de él.

e la primera ley de Mirc&&off, se sabe %ueF

9 1=

3 de la ley de o&m, se tiene %ueF


31/95

It

I1 I: I

SS. 9 : =

R R R R


32/95

2ustituyendo 9 : = en 9 1 =, se tieneF

SSSS..

R R R R

i*idiendo la ec. 9= entre P, tenemosF

1 N 1 I 1 I 1

R R R R

sta ecuaci+n se puede aplicar para un n-mero mayor de resistencias en paralelo, as$ se

tendráF

1 1 1 1 SSS. 1

R R R R R

jemplo, se tiene tres resistencias conectadas en paralelo con los *alores %ue se indican

en la figura, calcular el *alor de la resistencia efecti*a de la combinaci+n.


33/95

/rocedimientoF /rimero se consideran R1 y R: y se calculará el *alor de la resistencia

e%ui*alente de esta combinaci+n, a la %ue le llamaremos Re.

1 N 1 I 1

R R R

1 R: R1

Re R1 ' R:

Re

N R1 ' R:

R1 R:

2ustituyendo sus *alores, se tieneF

66 ' :66

66 :66

R 566 1:6

C6


34/95

A&ora se combina Re con R de la misma manera y el resultado será la resistencia total

del circuito completo.

Rt Ra ' R

Ra R

R N 1:6 ' 56

1:6 I 56


35/95

Rt @:66 B6Q

1


36/95


37/95

Ra = R3 R,

Ra = 6 , = )4

3

/rocedimientoF /rimero se dibuja el circuito con los resistores R y RB en serie

sumándose para formar una resistencia e%ui*alente Ra.

)uego se combina en paralelo Ra con R:, para obtener la resistencia e%ui*alente Rb.

Rb R ' R

Rb

R:

16

'

Ra

16

C

16

Rb 16

:6


38/95


39/95

/otencia elctrica.

2iempre %ue una fuer(a de cual%uier clase produce mo*imiento, se dice %ue se reali(a un

trabajo. !na fuer(a %ue se aplica sin causar mo*imiento, dic&a fuer(a no efect-a trabajo

alguno.

3a se sabe %ue la diferencia de potencial entre dos puntos cuales%uiera de un circuito

eléctrico, produce un mo*imiento de electrones y un flujo de corriente. ste es un caso

e*idente de una fuer(a %ue produce mo*imiento y por tanto, %ue &ace %ue se realice un

trabajo. A la rapide( con %ue se reali(a el trabajo para mo*er los electrones de un punto aotro se llama /otencia léctricaP, se le representa con la letra /P, y la unidad es Hatt

9H=. l Gatt, se puede definir en la práctica como la rapide( con %ue se efect-a trabajando

en un circuito en el %ue fluye una corriente de un Ampere cuando el *oltaje aplicado es de

un *olt.

/ara los circuitos de ".. la potencia se puede determinar por la relaci+n siguienteF


40/95


41/95

!NIA TR2

4A7NTI24O 3 )"TRO4A7NTI24O.

Imanes.

n la antigedad, los griegos descubrieron %ue cierta clase de /iedra %ue encontraron

cerca de la "iudad de 4agnesia 9Asia 4enor=, ten$a la propiedad de recoger limaduras o

tro(os de &ierro. sta piedra era en realidad un tipo de mineral de &ierro llamado

magnetita, cuyo poder de atracci+n se denomina magnetismo.

A los materiales %ue contienen mineral con esta propiedad de atracci+n se les llama

imanes naturales.

Al emplear imanes naturales, se descubri+ %ue un tro(o de &ierro ad%uir$a propiedades

magnéticas al &acer contacto con el imán natural, dando lugar a un imán artificial. )os

imanes artificiales también se pueden &acer mediante electricidad, y para los imanes más

potentes se pueden emplear otros metales aparte del &ierro. )os mejores imanes son los

%ue están &ec&os con aleaciones %ue contienen n$%uel y cobalto.

Imanes temporales e imanes permanentes.

l &ierro se imanta con mayor facilidad %ue otros materiales, pero también se desimanta

con facilidad, de manera %ue a los imanes de &ierro dulce se les conoce como imanes

temporales. )os imanes de aleaciones de acero conser*an su magnetismo por un lapso

mayor, a estos se les llama imanes permanentes.


42/95

)os efectos magnéticos de un imán están concentrados en dos puntos, generalmente en

los e'tremos del imán estos puntos se llaman polos del imán, siendo uno polo Norte y el

otro polo 2ur.


43/95

!ampos magnticos.

l campo magnético es el espacio donde se &acen sentir los efectos de un imán, y se

representa por l$neas de fuer(a in*isibles %ue salen del imán por un e'tremo y entran por

el otro. A estas l$neas in*isibles se les llama l$nea de fuer(a magnéticaD el n-mero de

l$neas de flujo por unidad de área se le llama densidad de flujoP, cuando la densidad de

flujo se mide en l$neas por cm :, se usa la unidad de densidad de flujo %ue es el gauss.

!na de las caracter$sticas de las l$neas de fuer(a magnética es %ue se rec&a(an entre s$ y

jamás se tocan ni se cru(an.

2i se acercan polos del mismo nombre de un imán, se rec&a(an, pero si se acercan polos

de diferente nombre se atraerán. )os polos magnéticos son muy parecidos a las cargas

estáticas en este aspecto. )as cargas o polos iguales se rec&a(an y cargas o polos

distintos se atraen.

)as l$neas de fuer(a magnética atra*iesan ciertos materiales con mayor facilidad %ue

otros, los materiales %ue no dejan pasar las l$neas de flujo con tanta facilidad o %ue

dificultan el paso de éstas, tienen una alta reluctancia. )os materiales %ue dejan pasar o

%ue no obstaculi(an el paso a las l$neas de flujo, se dicen %ue tienen una baja reluctancia.


44/95

)as l$neas de fuer(a magnética siguen el camino %ue presenta menor reluctancia, as$ se

tiene %ue *iajan con mayor facilidad a tra*és del &ierro %ue en el aire debido a %ue el aire

tiene una reluctancia mayor %ue el &ierro, la concentraci+n del campo magnético se &acemayor en el &ierro por%ue en éste la reluctancia es menor.

n un tro(o de material solo se pueden concentrar cierto n-mero de l$neas magnéticas,

esta concentraci+n *ar$a de acuerdo al tipo de material, pero una *e( logrado el má'imo,

se dice %ue el material está saturadoD este fen+meno se apro*ec&a en distintas pie(as de

e%uipo eléctrico, pero es un efecto muy poco deseado en la mayor parte de e%uipo

eléctrico ya %ue limita la fuer(a de un determinado imán &ec&o de un material en

particular. ntonces para el e%uipo %ue re%uiere de campos magnéticos muy potentes, se

necesitará un material de muy alta saturaci+n magnética o se re%uerirá incrementar la

cantidad de &ierro u otro material magnético.


45/95

.B lectromagnetismo.

"ual%uier conductor %ue transporta una corriente, produce un campo magnético en torno

al conductor y la direcci+n de este campo depende del sentido del flujo de corriente.

'iste una relaci+n bien definida entre el sentido del flujo de la corriente en un conductor y

el sentido del campo magnético %ue lo rodea, esta relaci+n se puede determinar aplicando

la regla de la mano i(%uierda.

n donde el dedo pulgar apunta &acia la direcci+n en %ue fluye la corriente en un

conductor recto, mientras %ue los demás dedos nos dicen en %ué direcci+n gira el campo

magnético en torno al conductor.


46/95

"ampos magnéticos en torno a una bobina.;

2i se dobla un tramo de alambre formado una espira, las l$neas de fuer(a %ue rodean al

conductor, saldrán todas ellas por un costado de la espira y entrarán por el otro, de

manera %ue la espira %ue conduce corriente se comporta como un imán débil con su polo

norte y su polo sur. 2i se desea aumentar la potencia del campo magnético de la espira,

se puede arrollar el alambre *arias *eces o sea aumentar el n-mero de espiras formando

una bobinaD los campos indi*iduales de cada espira entran en serie, formando un potente

campo magnético dentro y fuera de la bobina.

n la figura siguiente podremos obser*ar c+mo se determina la polaridad del campo

magnético %ue se genera al energi(ar una bobina. Obser*e bien la e'plicaci+n y consulte

nue*amente la regla de la mano i(%uierda si lo cree necesario para comprender estailustraci+n.


47/95

2eg-n el enrollamiento de una bobina

es como se determinan sus polos

norte y sur.

n este caso, obser*emos %ue la

corriente entra por el e'tremo i(%uierdo y

finali(a en el lado derec&o y %ue la

primera bobina empie(a para atrás y gira

&acia adelante, si lo pudiéramos colocar

nuestra mano i(%uierda y agarrar la

bobina con nuestro dedo pulgar en elsentido del giro de la bobina, estar$amos

indicando con nuestro dedo pulgar el

&acia el polo norte del campo magnético

%ue forma la bobina. n caso contrario, si la corriente entrara por el e'tremo

derec&o, el giro de la bobina ser$a en sentido contrario

por lo %ue al energi(ar la bobina tendr$amos al polo norte

por el e'tremo i(%uierdo.


48/95,

0NI1A1 !0AT,O.

"IR"!ITO2 )"TRI"O2 ".A. 3 "..

Antes de continuar con el siguiente tema es con*eniente reali(ar un repaso a lo antes

*isto y reali(ar *arios ejercicios &asta comprender la relaci+n entre los B parámetros

principales en los circuitos eléctricos. >oltaje, "orriente, Resistencia y /otencia.

l siguiente formulario será de gran apoyo, es con*eniente tenerlo a la mano al resol*er

los problemas o tareas %ue se te presenten.

VOLTAJE

CORRIE

NTE A AMPERS

RESISTE

NCIA

*OTENC

IA2WATTS

.& C

R0

&

6 D

R

& D

& D

I*

6* D

6

8 I

I*


49/95B1

!aracterísticas de la corriente directa # la corriente alterna.

'isten *arias ra(ones para preferir el uso de la corriente alterna 9"A= sobre la corriente

directa 9"=, entre ellas se puede mencionar %ueF la transmisi+n de energ$a eléctrica es

más sencilla y más econ+mica con ".A. %ue con "..D el *oltaje de ".A. se puede

incrementar o reducir en forma fácil y sin pérdida apreciable de energ$a con el uso de

transformadores.

)a ele*aci+n y reducci+n de *oltaje de ".. , es dif$cil y relati*amente ineficiente, as$ %ue

el uso de transmisi+n de energ$a de ".. es limitado.

"omo se sabe la potencia 9/= transmitida por una l$nea es el producto del *oltaje 9= en la

terminaci+n de la l$nea y la corriente 9I= en la l$nea. /ara transmisi+n de potencia má'ima,

el *oltaje y la corriente deben ser tan grandes como sea posibleD la corriente 9I= se limita

por el calibre del alambre usado para construir la l$nea de transmisi+nD el *oltaje 9 = se

limita por el aislamiento de la l$nea. s más fácil y más econ+mico construir una l$nea conmuy buen aislamiento permitiendo el uso de un *oltaje muy alto %ue el construir una l$nea

con alambre capa( de conducir corrientes muy grandes.

&érdidas de energ$a en un conductor . "uando fluye corriente por un alambre, e'iste una

pérdida %ue es proporcional al cuadrado de la corriente 9/ I :R=, todo el alambre tiene

resistenciaD cual%uier reducci+n en la cantidad de flujo de corriente re%uerida para la

transmisi+n de potencia resulta en una reducci+n en la cantidad de potencia perdida en un

conductor 9o cable, por ejemplo las l$neas de transmisi+n=. "on el uso de *oltaje alto, se

re%uiere menor flujo de corriente para transmitir una cantidad de potencia espec$fica.

ntonces la transmisión de potencia en forma eficiente, demanda el uso de *oltajes muy

altosD y a la salida de una central generadora, se tiene %ue ele*ar para transmisi+n y

reducirse después para su uso. sto se consigue lo más econ+mico posible si la corriente

suministrada es ".A.


50/95

"on el siguiente ejemplo, %uedará ilustrada la importancia del uso de alto *oltaje y baja

corriente en la transmisi+n de potenciaF

2i se tiene una fuente de 16 M> y fluyen 166 A por una l$nea de 16 Q, se tendrá una

potencia de 1 4HD también se puede obtener la misma potencia cuando el *oltaje se

incrementa a 166 M> y la corriente se reduce a 16 A.

)$nea de 16 M> )$nea de 166 M>

/ ' I / ' I

/ 16666 ' 166 / 166666 J 16

P = 1 Mw P = 1 MW

/URIA2.

/I:R

/I:R

/ 9166=: ' 16 / 916=: ' 16

P = 1 Watts. P = 1 Watts.

e donde se puede obser*ar %ue una l$nea de transmisi+n de 16 M> con una resistencia

de 16 Q, tiene 166 *eces más pérdidas %ue la misma l$nea cuando la tensi+n es de 166

M>.


51/95


52/95

El 2enerador Elemental.

!l generador eléctrico es la mquina encargada de transformar la energ$a mecnica en

energ$a eléctrica. stá constituido por un ind$ctor elaborado a base de electroimanes o

imanes permanentes %ue producen un campo magnético y por un inducido %ue consta de

un n-cleo magnético de &ierro al cual se le enrolla alambre conductor.

!n generador elemental consiste de una espira de alambre colocada de tal manera %ue

pueda girar dentro de un campo magnético estacionario para producir una corriente

inducida en la espira. )os contactos desli(antes sir*en para conectar la espira a uncircuito e'terno.

"omo los lados de la espira al girar dentro del campo magnético cortan las l$neas de

fuer(a magnética, se genera una fuer(a electromotri( 9fem= inducida %ue &ace %ue fluya

una corriente a tra*és de los anillos desli(antes, escobillas, ampérmetro y la carga 9 R =.

)a fem inducida %ue se genera en la espira y por consiguiente la corriente %ue fluye,depende de la posici+n instantánea de la espira en relaci+n al campo magnético.

2uponiendo %ue la espira gira en sentido de las manecillas del reloj y %ue su posici+n

inicial esta en el punto A 9OV=. n la posici+n AP, la espira es perpendicular al campo

magnético y los conductores blanco y negro de la espira están mo*iéndose paralelamente


53/95


54/95


55/95

"uando la espira gira de 1


56/95

Frec$encia.

"uando más rápido sea le mo*imiento de rotaci+n de la espira dentro del campo

magnético, con mayor frecuencia se in*ierte la corriente. n corriente alterna el n-mero

de ciclos por segundo se denomina recuenciaPD y se e'presa en #ert(.

y

1

)a frecuencia comercial usada en nuestro pa$s es de 56 #(D frecuencias menores de 56

#(D frecuencias menores de 56 #( causar$an un parpadeoP cuando se use para

alumbrado. )a ra(+n de esto es %ue cada *e( %ue la corriente cambia de direcci+n,

disminuye a cero y por consiguiente en forma momentánea apaga la lámpara, sin

embargo a 56 #(, la lámpara se enciende y se apaga cada medio cicloD el ojo &umano no

puede reaccionar lo suficientemente rápido para detectar esto y as$ recibe la impresi+n de

%ue la lámpara está encendida en forma permanente.

Valores m"3imos- pico a pico- medio # e'ica( de $na onda senoidal%

'isten dos *alores má'imos o pico por cada ciclo completo de ".A., uno para el medio

ciclo positi*o y el otro para el medio ciclo negati*oD la diferencia entre el *alor pico positi*o

y el *alor pico negati*o se le llama *alor pico a pico de una onda senoidal. ste *alor es el

doble del *alor pico de la onda y algunas *eces se usa para mediciones de *oltaje de

".A., aun%ue por lo general las corrientes y *oltajes de ".A. se e'presan en *alor efecti*o

o efica( en *e( de *alor pico a pico.


57/95

l *alor promedio 9medio= de un ciclo de la onda senoidal de ".A., es menor %ue el *alor

pico, por%ue todos los puntos sobre la forma de onda e'cepto uno son menores en *alor.

l *alor promedio para un medio ciclo de todas las ondas senoidales es 6.5@ + 5.@ W

del *alor má'imo. ste *alor se obtiene al promediar todos los *alores instantáneos de la

onda seno en un medio ciclo.


58/955

>alor efica( o efecti*o de una onda senoidal.

La tensión o la potencia e9ca-2 se no!"ran !(chas :eces por las letras R/S.

2e sabe %ue cuando cual%uier tipo de corriente ".. o ".A. fluye a tra*és de una

resistencia, la energ$a eléctrica se con*ierte en calorD sin embargo la rapide( a la %ue se

con*ierte la energ$a y se usa la potencia será menor en el caso de ".A., esta corriente

*ar$a en forma continua entre *alores má'imo y cero y es menor %ue la ".. estable con

un *alor igual al *alor má'imo de la ".A.

Relacionando la ".. y la ".A. para determinar su eficiencia relati*a en con*ersi+n de

energ$a, un modo con*eniente de efectuar esto es comprar el efecto de calentamiento en

una resistencia de cierto *alor cuando fluya ".. y ".A. de *alor má'imo igual al *alor de

la ".. durante el mismo per$odo. ntonces el aumento de temperatura producido por la

".A. en la resistencia se compara con el aumento en temperatura producido por la ".. y de

esta relaci+n se puede calcular el *alor efecti*o.


59/95C1

)os circuitos anteriores tienen una resistencia del mismo *alor. n el circuito de ".. una

corriente de 1 Amp. le*a la temperatura de la resistencia a C6V". n el circuito de ".A.

se tiene un *alor má'imo de corriente igual a 1 Amp.D la temperatura de la resistencia solose ele*a a :CV ". )a potencia usada para calentar una resistencia se calcula por / I:R.

/ara conocer la relaci+n %ue e'iste entre el *alor má'imo y el *alor efica( de una corriente

alterna tenemos la siguiente f+rmulaF

n donde.F

/or lo tantoF

y

)o mismo aplica para el *oltaje.

y

"uando se menciona una corriente o *oltaje alternos, siempre es el *alor efica( el %ue se

especifica, a menos %ue e'ista una aclaraci+n definida de lo contrario. Todos los

instrumentos de medici+n, a menos %ue se indi%ue lo contrario miden *alores eficaces

9rms= de la corriente y *oltaje.


60/95

Ind$ctancia ) L +.

Inductancia es la propiedad %ue tiene un circuito de generar una fem de autoinducci+n, la

cual se opone a las *ariaciones de la corrienteD esta fem de autoinducci+n de oposici+n se

llama también contra;electromotri( 9fcem=.

2e sabe %ue cuando fluye corriente por un circuito se forma campo magnético, este

campo es proporcional al flujo de la corriente. "uando la intensidad de la corriente

aumenta o disminuya, la fuer(a del campo magnético aumenta o disminuye en el mismo

sentido. A medida %ue la intensidad de campo aumenta, las l$neas de fuer(a aumentan enn-mero y se e'panden &acia afuera del "entro del "onductor, y cuando la intensidad de

campo decrece, las l$neas de fuer(a se contraen &acia el centro del conductor.

sta e'pansi+n y contracci+n del campo magnético a medida %ue la corriente *ar$a, causa

una fem de autoinducci+n la cual se opone a cual%uier cambio de corriente.


61/95

2iempre %ue circula una corriente por una bobina, induce un campo magnético %ue

atra*iesa o corta las espiras adyacentes de dic&a bobina. "uando la corriente cambia de

*alor, el campo inducido se modifica y el efecto de esta *ariaci+n de campo al atra*esar las espiras adyacentes de la bobina, se opone a la *ariaci+n de la corriente.


62/95

n un circuito inducti*o cuando se incrementa la corriente el circuito almacena energ$a en

el campo magnético y cuando decrece la corriente, el circuito cede la energ$a del campo

magnéticoD este fen+meno es lo %ue &ace %ue la inductancia se oponga a los cambios decorriente.

)a unidad de medida para la inductancia es el #enryP y se simboli(a con #P, usándose

los sub;m-ltiplos mili&enry y micro&enry para *alores inferiores del #enry.


63/95

!n circuito tiene una inductancia de 1 #enry cuando la fcem inducida en él es de 1 >olt y

cuando la corriente está cambiando con una rapide( de 1 AXseg.

l signo 9 ; = indica %ue la fcem está en direcci+n opuesta al *oltaje aplicado.

A"TOR2 L! A"TAN )A IN!"TAN"IAF

"ual%uier factor %ue afecte la intensidad de campo magnético también afecta la

inductancia del circuito. /or ejemplo un n-cleo de &ierro insertado en una bobina aumenta

la inductancia por%ue proporciona un mejor camino a las l$neas de fuer(a magnética %ueel aireD por consiguiente más l$neas de fuer(a magnética están presentes, las cuales se

pueden e'pandir o contraer cuando e'ista un cambio en la corriente.

)a inductancia puede medirse solo con instrumentos especiales de laboratorio y depende

completamente de la construcci+n f$sica del circuito. Algunos de los factores más

importantes al determinar la magnitud de la inductancia son los siguientesF

a) *+mero de vueltas de la oina.

) spaciamiento entre las *ueltas.

c) iámetro de la bobina.

d) "alibre del alambre.

e) orma de la bobina.

f) N-mero de capas de arrollamiento.


64/95

g) Tipo de arrollamiento

) 4aterial del n-cleo.


65/95

También la frecuencia afecta la inductancia, si la frecuencia es baja, la intensidad tendrá

tiempo para alcan(ar mayor *alor antes %ue se in*ierta el sentido, %ue si la frecuencia es

alta. /or lo tanto a mayor frecuencia menor intensidad &abrá en un circuito inducti*o.


66/95

,eactancia ind$cti4a.

/or lo general, todos los circuitos de corriente alterna constan de resistencia 9R=,

inductancia 9)= y capacitancia 9"=.

"uando los *alores de la inductancia y capacitancia son muy pe%ueos y se consideran

despreciables, puede aplicarse la ley de o&m para calcular la intensidad en cual%uier

parte de un circuito pero cuando ) y " son de un *alor considerable, éstos producen

diferencias de fase o retardos entre la corriente y el *oltaje.

RA"TAN"IA IN!"TI>A

)a reactancia inducti*a es la oposici+n al flujo de la corriente ofrecida por la

inductancia de un circuito. "omo se sabe la inductancia solo afecta el flujo de la corriente

mientras ésta esté cambiando por%ue el cambio de corriente genera una fem inducida.

/ara la ", el efecto de inductancia solo se presenta cuando la corriente se conecta o

desconectaD en cambio para la "A como se encuentra *ariando continuamente, se genera

una fem inducida constante.

)a reactancia inducti*a , %ueda determinada porF

ondeF

Reactancia inducti*a, e'presada en

f

)

recuencia, e'presada en #ert(.

Inductancia, e'presada en #enrys.


67/95

,elaciones de 'ase en circ$itos ind$cti4os de !orriente Alterna.

n un circuito de "A %ue contiene solamente resistencia pura, la corriente *ar$a

e'actamente al mismo tiempo como lo &ace el *oltaje y las dos ondas están en fase.

"on un circuito puramente inducti*o 9 sin resistencia = alimentando con "A, la corriente no

empe(ará a fluir en la misma direcci+n %ue el *oltaje &asta %ue alcance su *alor má'imo yluego la onda de corriente se ele*a mientras el *oltaje decrece. n el instante %ue el

*oltaje alcan(a el cero, la corriente es má'ima y empie(a a decrecer &acia ceroD sin

embargo es má'ima y empie(a a decrecer &acia ceroD sin embargo el campo

colapsándose retrasa la disminuci+n de corriente, &asta %ue el *oltaje alcan(a su *alor

má'imo un cuarto de ciclo antes %ue la onda de corriente en cada medio ciclo. n un

circuito puramente inducti*o, la onda de *oltaje adelanta a la corriente ?6V o la onda de

corriente *a atrás de la onda de *oltaje ?6V.

NotaF Obser*e como cuando el *oltaje se encuentra en cero, el *alor de la corriente está

en su *alor má'imo. "uando sucede esto se dice %ue el *oltaje esta adelantado a la

corriente.


68/95

/ara un circuito formado por reactancia inducti*a 9J)= y resistencia 9R=, la onda de

corriente de "A estará atrasada de la onda de *oltaje por una cantidad entre 6 y ?6V,

dependiendo de la relaci+n de la resistencia a la inductancia del circuito, entre mayor sea

el *alor de la resistencia comprada con la inductancia, más pr+'imas estarán las ondas a

la condici+n de fase, entre más baja sea la resistencia comparada con la inductancia

mayor será el desfasamiento entre las dos ondas.


69/956

E'ecto de la di'erencia de 'ase en la onda de potencia de corriente alterna.

"omo se sabe una inductancia utili(a energ$a para crear un campo magnético y éste

retorna la energ$a &acia la l$nea cuando se colapsa.

/ara determinar la onda de potencia en un circuito puramente inducti*o, todos los *alores

instantáneos de *oltaje y corriente se multiplican entre si para obtener los *alores

instantáneos de potencia, después estos *alores se grafican, al calcular *alores

instantáneos de potencia cuando el *oltaje y la corriente no están en fase, algunos de los

*alores son negati*os, si la diferencia de fase es ?6V como en el caso de un circuitopuramente inducti*o, la mitad de los *alores instantáneos de potencia son positi*os y la

mitad son negati*os.

)a porci+n de la onda de potencia la cual está sobre el eje de cero, se llama

potencia positi*a y a%uella %ue está abajo del eje se llama potencia negati*a. )a

potencia positi*a representa la potencia suministrada al circuito por la fuente,

mientras %ue la potencia negati*a representa la potencia %ue el circuito regresa a la

fuente de potencia.


70/9551

!apacitancia ) ! +.

"apacitorF !n capacitor, también llamado condensador eléctricoP, está formado por dos

superficies conductoras separadas por un material dieléctrico. O bien son dos

conductores separados por un aislamiento.

La capacitancia es la propiedad que un circuito tiene para almacenar carga eléctrica, la

cual se opone a las variaciones del voltae. )a capacitancia e'iste en un circuito por%ue

ciertas partes del mismo son capaces de almacenar cargas eléctricas.

/ara comprender como afecta la capacitancia al *oltaje de un circuito, sup+ngase un

circuito %ue contiene un capacitador de dos placasD suponiendo %ue las placas están

descargadas y el interruptor abierto, no &abrá paso de corriente y el *oltaje en las placas

será nulo.

Al cerrar el interruptor, la fuente suministrará electrones a la placa conectada a la terminal

negati*a de la fuente y retirará electrones de la placa conectada a terminal positi*a. l

*oltaje entre ambas placas se igualará al *oltaje de la fuente, sin embargo esto no sucede

instantáneamente por%ue para %ue el *oltaje de las placas se iguale con el de la fuente,

una de ellas debe tomar un e'ceso de electrones para ad%uirir carga negati*a, mientras

%ue la otra debe ceder electrones se dirigen a la placa conectada a la terminal negati*a de

la fuente, se *a formando en la placa una carga negati*a %ue se opone a la llegada de

nue*os electronesD del mismo modo a medida %ue los electrones son e'tra$dos de la

placa conectada a terminal positi*a, se *a formando una carga positi*a %ue se opone a la

e'tracci+n de más electrones de esa placa. sta acci+n en ambas placas se denomina

"apacitanciaP.


71/95


72/95

,eactancia capaciti4a .

)a reactancia capaciti*a .

s la propiedad de un capacitor para reducir la corriente en un circuito de corriente

alterna.

s la oposici+n %ue la capacitancia de un circuito ofrece al flujo de la corriente.

)a capacitancia solo afecta al flujo de la corriente mientras e'ista *ariaci+n del *oltaje ya

%ue esta &ace %ue se almacene carga eléctrica en el circuito.

ebido a %ue el *oltaje de ", suele *ariar solo cuando se abre o cierra el circuito, la

capacitancia solo afecta en esos momentosD en cambio en los circuitos de "A, el *oltaje

está *ariando constantemente, de modo %ue el efecto de la capacitancia es constante en

ellos.

"omo no e'iste el flujo continuo de corriente directa en un circuito capaciti*o, lareactancia capaciti*a se considera infinita para la ".

)a ".A. *ar$a continuamente en *alor y polaridad, por consiguiente el capacitor se está

cargando y descargando en forma continua, resultando un flujo continuo de corriente en el

circuito y por tanto la reactancia capaciti*a se considera finita.

"omo las corrientes para cargar y descargar son más altas al comien(o de la carga y

descarga de un capacitor, la corriente promedio será mayor a medida %ue la *elocidad de

carga y descarga se *uel*a más alta. e este &ec&o puede *erse %ue la magnitud del flujo

de corriente en un circuito de "A, depende de la frecuencia para un *alor espec$fico de

capacitancia.


73/95

ntre mayor sea la frecuencia, mayor es el flujo de corriente por%ue la corriente de carga

en cada direcci+n, se in*ertirá antes %ue tenga tiempo para disminuirD si el *oltaje de "A

de la fuente es de frecuencia baja, la corriente caerá en un *alor más bajo antes de %uese in*ierta la polaridad, resultando un flujo de corriente de *alor promedio más bajo.

)a reactancia capaciti*a %ueda determinada de la siguiente maneraF

onde,

Reactancia capaciti*a e'presada en o&ms.

recuencia en #ert(.

"apacitancia en farads.


74/95

,elaciones de 'ase en circ$itos capaciti4os.

n un circuito puramente capaciti*o 9 2in resistencia=, el *oltaje a tra*és del capacitor

e'iste -nicamente después de %ue fluye la corriente para cargar las placas. n el

momento %ue empie(a a cargarse el capacitor, el *oltaje a tra*és de sus placas es cero y

el flujo de corriente es má'imo. A medida %ue se carga el capacitor el flujo de corriente

disminuye &acia cero mientras %ue se ele*a el *oltaje a su *alor má'imo. "uando el

capacitor alcan(a su carga plena, la corriente es cero y el *oltaje es má'imo. urante la

descarga, la corriente empie(a en cero y se ele*a a un má'imo en la direcci+n opuesta,

mientras el *oltaje disminuye del má'imo a cero.

Al comparar las ondas de *oltaje y corriente, se puede obser*ar %ue la onda de corriente

adelanta a la onda de *oltaje en ?6V.


75/95

)a resistencia afecta a los circuitos capaciti*os de la misma manera como a los circuitos

inducti*os. /ara un circuito puramente capaciti*o la corriente adelanta el *oltaje en ?6V,

pero con resistencia y capacitancia en un circuito, la cantidad de adelanto decrecedependiendo de la relaci+n entre la reactancia capaciti*a 9Jc= y la resistencia 9 R =.


76/95

Impedancia.

#asta a%u$ se &a *isto como la resistencia 9R=, inductancia 9)= y capacitancia 9"= afectan

indi*idualmente al flujo de corriente, ángulo de fase y potencia en circuitos de "AD sin

embargo no se &a considerado los circuitos de "A con dos o más de estos elementosD

como se sabe cada circuito eléctrico contiene una cierta cantidad de R,) y ", por

consiguiente, los circuitos de "A pueden contener tres factores %ue se oponen al flujo de

corrienteF R, J) y Jc, estos factores pueden combinarse de maneras especiales para

determinar la oposici+n total al flujo de la corriente y se le llama ImpedanciaP y se

representa por (P.

a= Impedancia de circuitos R y ) en serie.;

)a impedancia de un circuito en serie formado solo por resistencia e inductancia se

determina con la suma *ectorial de la resistencia y la reactancia inducti*a.

2i se conocen los *alores de resistencia e inductancia, se puede determinar la

impedancia. /or ejemploF

2i R 1


77/95

.. . 5 :B Q

Y :B Q

l ángulo 9 Z = entre el *ector resistencia 9 R = e impedancia 9 Y = es el ángulo de fase del

circuito, éste es el ángulo entre la corriente y el *oltaje del circuito y representa un atraso

en la corriente dado %ue el circuito es inducti*o.

b= Impedancia de circuitos R y " en serie.;

2i un circuito de "A en serie consiste de resistencia y capacitancia, la oposici+n total al

flujo de corriente o sea la impedancia 9 ( = se debe a dos factoresF resistencia y reactancia

capaciti*a.

)a impedancia 9Y= de un circuito en serie formado por R y ", se obtienen de la misma

manera %ue la impedancia R y ) en serie, solo %ue el *ector de la reactancia capaciti*a se

tra(a &acia abajo dado %ue los efectos son e'actamente opuestos, es decir %ue en un

circuito capaciti*o, la corriente se adelanta al *oltaje.


78/95

= '4F

= '4F

Impedancia en circuitos ) y " en serie.;

n los circuitos de "A en serie constituidos solo por inductancia y capacitancia, la

oposici+n al flujo de corriente o sea la impedancia, se debe -nicamente a la reactancia

inducti*a y la reactancia capaciti*a. "omo ésta reactancias act-an en sentidos opuestos,

el efecto total de las dos es igual a la diferencia entre ellas . /ara estos circuitos se puede

obtener YP, sustrayendo el *alor más pe%ueo del mayor. ntonces el circuito actuará

como una reactancia inducti*a o capaciti*a dependiendo de cuál sea mayor.

J)

Y Jc ; J)

l ángulo de fase Z ?6V, la corriente Adelantada, el circuito act-a

como capaciti*o.

Jc

J) Y J) ; J"

l ángulo de fase Z ?6V, la corriente Atrasada, el circuito act-a como inducti*o.

Jc


79/95


80/95@1

!NIA "IN"O.

/OTN"IA 3 A"TOR /OTN"IA.

Retomando la definici+n, en donde encontramos %ue potencia es la rapide( con %ue se

reali(a un trabajo y recordando %ue la potencia es el producto del *oltaje por la corriente

*eremos %ue en un circuito de corriente alterna la potencia aparente se conforma de dos

componentes una %ue se grafica en el eje de las J correspondiente a la potencia real y la

otra %ue se encuentra sobre el eje de las 3 %ue corresponde a la potencia reacti*a. /ara

facilitar la comprensi+n de esta situaci+n *eremos el triangulo de la potencia.

n los circuitos eléctricos con "A, se tienen tres tipos de potenciasF

a= / /otencia Real 9H Gatts=

b= 2 /otencia Aparente 9>A *olts;amper =

c= /otencia Reacti*a 9>AR[s *olts;amper reacti*os=

n un circuito de "A, del tipo inducti*o se encuentra %ue la potencia medida por un

Gáttmetro es siempre menor %ue el producto de *olts por amperes 9como en "=. )a

potencia medida por el Gáttmetro recibe el nombre de potencia real 9/ R=, en tanto %ue el

producto de > ' I, es la potencia aparenteD la relaci+n entre la potencia real y la potencia

aparente recibe el nombre de factor de potencia y es igual al "os 6 . l / es un n-mero

%ue indica el grado de apro*ec&amiento de la potencia por la carga.


81/95

S

&

TRIANULO DE *OTENCIA&*G* 0

& = S cosG G = S sen

cos&

= ;.p. = S

el triángulo de potencia se puede *er %ueF

/otencia Real /otencia Aparente ' actor de /otencia.

S

n las redes eléctricas de "A, se distinguen dos tipos de cargasF cargas resisti*as y

cargas reacti*as. )as cargas resisti*as toman corrientes %ue se encuentran en fase con el

*oltaje aplicado, debido a esta circunstancia, la energ$a eléctrica %ue consumen se

transforma $ntegramente en trabajo mecánico, el calor o cual%uier otra forma de energ$aD

este tipo de corrientes se conoce como corrientes acti*as.

)as cargas reacti*as puras toman corrientes %ue se encuentran desfasadas ?6V con

respecto al *oltaje aplicado y por consiguiente, la energ$a eléctrica %ue llega a las mismas

no se consume en ellas sino %ue se almacena en forma de un campo eléctrico +

magnético durante un corto per$odo 9un cuarto de ciclo= y se de*uel*e a la red en un

tiempo idéntico al %ue tard+ en almacenarse, este proceso se repite peri+dicamente

siguiendo las oscilaciones del *oltaje aplicado. )as corrientes de este tipo se llaman

corrientes reacti*as.


82/95

I HA

!na carga real siempre puede considerarse como dispuesta en paralelo con otra parte

reacti*a ideal, en cargas formadas por lámparas incandescentes y aparatos de

calefacci+n, la parte de carga reacti*a se considera nula y son cargas eminentementeresisti*as y por consiguiente, las corrientes %ue toman son prácticamente corrientes

acti*as. 2in embargo en las cargas representadas por l$neas de transmisi+n,

transformadores, lámparas fluorescentes, motores eléctricos, etc., la parte reacti*a de la

carga suele ser de *alor comparable a la de la parte puramente resisti*a. n estos casos

además de la corriente acti*a necesaria para producir el trabajo, el calor, + la funci+n

deseada, la carga también toma una parte adicional de corriente reacti*a, comparable a la

magnitud de la corriente acti*a. sta corriente reacti*a es indispensable para energi(ar loscircuitos magnéticos de los circuitos mencionados, representa una carga adicional de

corriente para el cableado de las instalaciones eléctricas, transformadores de potencia,

l$neas de transmisi+n e incluso generadores.

> MH

MH

M>I A

I) M>AR M>A M>I

M>AR M>I)

n la figura anterior puede *erse claramente %ue cuando mayor sea la corriente reacti*a

I), mayor será el ángulo O y por consiguiente más bajo el factor de potencia, es decir,

%ue un bajo factor de potencia en una instalaci+n industrial, implica un consumo alto de

corrientes reacti*as y por lo tanto un riesgo de incurrir en pérdidas e'cesi*as y

sobrecargas en los e%uipos eléctricos y l$neas de transmisi+n y distribuci+n, esto puede

traducirse en la necesidad de cables de energ$a de mayor calibre y por consiguiente más

caros e incluso en la necesidad de in*ertir en nue*os e%uipos de generaci+n y

transformaci+n si la potencia demandada llega a sobrepasar la capacidad de los e%uipos


83/95

ya e'istentes. n los circuitos alimentados con "A, el *alor del factor de potencia depende

del tipo de carga del circuito.

"uando la carga es resisti*a el / 9 166 W =

"uando la carga es inducti*a el / 1.

"uando la carga es una combinaci+n de resistencia con inducti*a, el / 1.

)a mayor$a de los usuarios %ue consumimos energ$a eléctrica de un sistema eléctrico

representamos una combinaci+n de cargas resisti*as con inducti*as, por lo cual el /

será siempre menor a la unidad, lo %ue significa pérdidas para la empresa generadora

9"...=, ya %ue no toda la potencia aparente en*iada se mide y por lo mismo no toda se

cobra. )a 2ecretar$a de Industria y "omercio sabiendo esta situaci+n, &a fijado el *alor

m$nimo de / %ue es de


84/95


85/95

so"recar#a e8istente. En caso de


86/95

tensión y desp($s por el lado de "a+a tensión. Si el pro"le!a persistey :(el:e a caer la c(chilla si#ni9ca


87/95

Consecuencias de un corto circuito. Al tener (n alto a!pera+e2 sepresenta (n incre!ento de te!perat(ra en el cond(ctor y estenor!al!ente reperc(te de esta !anera

o DaOo en el ca"leado ca"le


88/95

o En #eneral2 (n corto circ(ito no aislado a tie!po p(edeocasionar (n daOo a c(al


89/95

Si la ;alla persiste y al resta"lecer ca!"io de ;(si"le oresta"leci!iento de al#Kn interr(ptor0 :(el:e a a"rirse el circ(ito y sedetectó (n a!pera+e por arri"a de lo ad!itido2 entonces ?@ QANG>E @LER A E?ERPIMAR QASTA E?C@?TRAR N


90/95

ELI/I?AR LA ALLA. A


91/95

A?E@ *

Co!o deter!inar el cali"re del ca"le a (tili-arJ

Los ca"les (tili-ados co!o cond(ctores tienen ciertas características2en ;(nción de s(s di;erentes tipos de (tili-ación. Las características de


92/95

La !anera !7s sencilla


93/95%

depende de la potencia


94/95


95/95

Manual Eléctricidad Básica a Distancia

Documents

Transcript of Manual Eléctricidad Básica a Distancia