Reforma Curricular del Bachillerato Tecnológico Guía del

Reforma Curricular del Bachillerato Tecnológico
Guía del Alumno de la
Carrera de Técnico en Electrónica
Profesores que elaboraron la guía didáctica del módulo profesional de la
carrera de técnico en: Electrónica
NOMBRE
ESTADO
Alberto Caro Espino
Baja California
Edgar Arturo García Portillo
Morelos
Francisco Antonio García Ledezma
Nuevo León
Raul Enrique Lopez Diaz
Sonora
Coordinadores de Diseño:
NOMBRE
ESTADO
Coordinador del Componente de Formación Profesional:
NOMBRE
Directorio
Lic. Josefina Vázquez Mota
Secretaria de Educación Pública
Dr. Miguel Szèkely Pardo
Subsecretaria de Educación Media Superior
Luis F. Mejía Piña
Director General de Educación Tecnológica Industrial
Antrop. Ana Belinda Ames Russek
Coordinadora Nacional de Organismos Descentralizados
Estatales de CECyTEs
Lic. Elena Karakowsky Kleyman
Responsable de Desarrollo Académico de los
CECyTEs
Objetivo General
Al terminar el submódulo serás capaz de operar
instrumentos de medición, considerando las normas de
seguridad y de instalaciones eléctricas vigentes,
midiendo parámetros eléctricos en circuitos de corriente
alterna y directa, además de elaborar diagramas
eléctricos, y dar mantenimiento a las instalaciones
eléctricas. Estas actividades son variadas y rutinarias,
por lo que esta competencia esta considerada en el nivel 2
Índice
I.
Simbología Empleada
II.
Mapa de contenidos
III.
Introducción al submódulo
IV.
Desarrollo de contenidos.
•
Contenido 1:
Medir las variables eléctricas en un circuito eléctrico de CA y
CD
•
Contenido 2:
Determinar el valor ohmico de las resistencias
•
Contenido3:
Armar un circuito eléctrico
•
Contenido 4:
Comprobar las características de un circuito eléctrico divisor
de voltaje y de corriente
V.
Conclusiones de la guía de aprendizaje
VI.
Fuentes de información
VII.
Glosario
VIII.
Anexos
Simbología
PRÁCTICA
EJEMPLO
ERRORES TÍPICOS
EJERCICIO
CONCLUSIONES
INTRODUCCION
CONTINGENCIA
OBJETIVO
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Mapa de Contenidos o Competencias
TECNICO EN ELECTRONICA
Modulo I: Diagnostico de fallas a los
sistemas básicos de electricidad y
electrónica
Submódulo II: Interpretación de parámetros de electricidad básica
Contenido 1
Medir las variables
eléctricas en un circuito
eléctrico de C.A y C.D
Temas y Sub temas:
1.1 Comportamiento
físico, tipos y
características de
la corriente alterna
y directa
1.2 Variables
1.2.1 Periodo
1.2.2 Frecuencia
1.2.3 Longitud de onda
1.2.4 Valor instantáneo
1.2.5 Valor máximo
1.2.6 Valor eficaz
1.2.7 Valor promedio
1.3 Reporte de
mediciones
Contenido 2:
Determinar el valor
ohmico de las
resistencias.
Temas y Sub temas:
2.1 Orden de trabajo
2.2 Código de colores
2.3 Tabla de valores de
resistencia
2.4 Valores comerciales
de resistencias
Contenido 3:
Armar un circuito
eléctrico
Temas y Sub temas:
3.1 Conceptos,
características y
fundamentos del
circuito electrónico
3.2 Ley de ohm
3.3 Parámetros
eléctricos
3.4 Reporte
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Contenido 4:
Comprobar las
características de un
circuito eléctrico divisor
de voltaje y corriente
Temas y Sub temas:
4.1 Comprobar las
características de un
circuito resistivo
eléctrico en serie
4.2 Comprobar las
características de un
circuito resistivo
eléctrico en paralelo
4.3 Comprobar la
característica de un
circuito resistivo mixto
serie-paralelo.
Estructura del Contenido o Competencia
Módulo I
Diagnóstico de fallas a los sistemas básicos de
electricidad y electrónica
Submódulo II
Interpretación de parámetros de electricidad básica
Unidades o
Competencias
a desarrollar
RESULTADO
DE
1. Medir las variables eléctricas en un circuito eléctrico
de C.A y C.D
2. Determinar el valor óhmico de las resistencias
3. Armar un circuito eléctrico
4. Comprobar las características de un circuito eléctrico
divisor de voltaje y corriente
5. Comprobar el funcionamiento de circuitos eléctricos
Interpretar información para operar equipos de medición de
acuerdo a las especificaciones del fabricante y los
lineamientos de seguridad establecidos
APRENDIZAJE
HABILIDAD
Operar instrumentos de medición electrónicos.
Manejar herramientas para electrónica
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Introducción al contenido o competencia
Hoy comenzamos nuestra aventura por el mágico mundo de
la electricidad, en donde juntos aprenderemos, como se
genera la corriente eléctrica, como utilizarla para nuestro
uso y mas aún como medirla. Si, entendiste bien, como
medir ese flujo de electrones que pasan a través de un
conductor, pareciera complicado pero es mas sencillo de lo
que crees.
La medición es una herramienta que se aplica en todos los
aspectos, puedes medir tu estatura, tu peso, incluso la
fuerza o cualquier parámetro o actividad física, así también
puedes medir la corriente eléctrica, y esto es muy importante porque de esta
manera sabrás que equipo eléctrico podrás conectar y cual no, además de ser
capaz de reparar los equipos electrónicos.
Pero ojo, la corriente eléctrica es muy peligrosa, por
lo que juntos tu y yo de la mano, daremos nuestros
primeros pasos para trabajar con la electricidad,
aprendiendo las normas de seguridad vigentes para
el uso de la corriente eléctrica, y de esta manera
empezar a crecer y aprender cada vez mas en
nuestra nueva aventura, y así, obtener los siguientes
beneficios:
•
•
•
•
Acreditar el submódulo de la carrera de técnico en electrónica.
Trabajar en la industria.
Trabajar por tu propia cuenta.
Obtener ganancias económicas.
Por tal motivo este submódulo lo hemos titulado:
Operación de Instrumentos de Medición
Lo cual significa que podrás utilizar diferentes
instrumentos para medir la corriente directa que
genera una pila como la que tú utilizas en tus
aparatos electrónicos. Así mismo también sabrás
utilizar equipos de medición para medir la
corriente alterna que se utiliza en tu casa. Todo
esto requiere de tu esfuerzo y responsabilidad por
lo cual te invito a que le eches muchas ganas y
aprendas divirtiéndote con nosotros, no dejes
pasar esta gran oportunidad, anímate, ven y
quédate con nosotros!!!
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Desarrollo del Contenido o Competencia
1. Medir las variables eléctricas en un circuito eléctrico de C.A
y C.D
Existen básicamente dos tipos de fuentes de voltaje: las
fuentes CD o de corriente directa y las fuentes CA o de
corriente alterna. La corriente directa es proporcionada por
pilas o baterías y, en algunos casos, por generadores
electromecánicos. La corriente directa también se puede
obtener a partir de una corriente alterna mediante un proceso
llamado rectificación. Aunque las primeras redes de
distribución de energía eléctrica fueron de corriente directa,
este sistema prácticamente no se utiliza en la actualidad por razones económicas,
técnicas y de seguridad.
Figura. Forma de onda de una corriente directa
La corriente alterna es proporcionada por generadores electromecánicos llamados
alternadores. Al igual que la corriente directa la corriente alterna se puede obtener
a partir de corriente directa mediante un proceso llamado inversión. La corriente
alterna es el tipo de electricidad que entrega la compañía de luz para uso
domestico, comercial e industrial.
En un circuito alimentado por corriente directa, la
corriente siempre circula en una misma dirección,
mientras que su magnitud puede ser constante o
variar con el tiempo. En los circuitos alimentados
por corriente alterna, la corriente circula
alternadamente en una dirección y luego en la
opuesta. Además de cambiar de dirección, la CA
también cambia de valor a cada instante,
siguiendo un patrón como el se muestra en la figura.
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La figura anterior, se denomina forma de onda, el eje horizontal representa el
tiempo y el eje vertical la magnitud y polaridad del voltaje o la corriente. Los puntos
donde la forma de onda corta el eje del tiempo, la corriente vale cero (0), mientras
que en los puntos intermedios adopta diferentes valores, positivos o negativos.
Los puntos donde la forma de onda alcanza
su valor máximo, positivo o negativo, se les
llama picos o crestas. La distancia que la
forma de onda alcanza entre dos puntos de
cruce por cero consecutivos se le conoce
como semiciclo. Durante los semiciclos
positivos (+), la corriente circula en una
dirección y durante los negativos (-) lo hace
en la dirección opuesta. Dos semiciclos
consecutivos forman un ciclo completo de
corriente alterna.
Los ciclos de una forma de onda de CA se
repiten con una determinada periodicidad
llamada frecuencia. La unidad de medida de la
frecuencia es el hertz o hertzio (Hz), llamado así
en honor al físico alemán Heirich Hertz (18571894). La corriente eléctrica suministrada por la
comisión federal de electricidad tiene una
frecuencia de 60 Hz.
Una frecuencia como la anterior, significa que cada ciclo de la
forma de onda se repite exactamente 60 veces en un segundo. El
tiempo que dura una corriente para completar un ciclo se le llama
período (T) y es numéricamente igual a 1/f, siendo f la frecuencia en
Hz. El período de una corriente de 60 Hz, por ejemplo, es 1/60 =
0.016 segundos.
Circuitos de C.A y C.D
Dependiendo del tipo de fuente de voltaje utilizada, los circuitos pueden
clasificarse en:
•
•
Circuitos de corriente directa
Circuitos de corriente alterna
Una pila o una batería, por ejemplo, causa que los electrones
se muevan siempre en una misma dirección, del polo
negativo al polo positivo. Este tipo de corriente se denomina
corriente directa o CD.
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El voltaje de un alternador por su parte, al
aplicarse a un circuito eléctrico, causa que los
electrones se muevan periódicamente en una
dirección y luego en la dirección opuesta. Este
tipo de corriente se denomina alterna o CA y
es la que proporciona cualquier tomacorriente
domestico. La cantidad de veces que se
invierte el sentido de circulación de la
corriente en un segundo define la frecuencia
de esa corriente.
En general, la finalidad de un circuito es hacer uso
de la energía de los electrones en movimiento para
medirla o convertirla en otras formas de energía
(luz, calor, movimiento, etc.). Por lo tanto, para que
un artefacto eléctrico funcione, debe estar
incorporado necesariamente a un circuito eléctrico.
Incluso, dentro de cada electrodoméstico, existen
circuitos especializados que cumplen funciones
muy determinadas, por ejemplo proporcionar diversos niveles de luz o calor.
La aparentemente compleja jungla de cables y alambres
que corren a través de las paredes y techos de su casa o
dentro de los aparatos eléctricos y electrónicos, es en
realidad un sistema bien organizado de circuitos, cada
uno con una función muy específica. Cada uno de estos
circuitos forma un camino cerrado para la circulación de la
corriente que comienza en el panel o tablero de entrada
del servicio eléctrico (caja de fusibles), atraviesa las
cargas conectadas a los distintos tomacorrientes y retorna
al panel de entrada.
Medir las variables eléctricas en un circuito
Recuerda que las corrientes eléctricas grandes pueden ser
tan peligrosas como las corrientes oceánicas impulsadas por
los huracanes. Y sin embargo, las corrientes pequeñas
pueden ser insuficientes para encender siquiera una
pequeña lámpara. Estas propiedades de fuerza y debilidad
de la electricidad indican que debemos aprender algo más
sobre las propiedades eléctricas y como se miden. Además
de tener mucho cuidado al momento de medirlas, esto no es
cosa de niños, debes tener cuidado.
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Tensión o voltaje
Para tener corriente en la lámpara del ejemplo (Figura), en el circuito debe haber
una fuerza electromotriz (fem). La tensión de la batería se mide en voltios, y por lo
general se denomina fuente de tensión.
Conductores
Flujo de
corriente
Batería
Otras fuentes de tensión son fuentes de alimentación y generadores electrónicos,
los cuales también son representados por el símbolo de la batería en el diagrama
esquemático de la (figura). La lámpara también es representada por un símbolo.
Lámpara
V1 5,0
Figura. Diagrama esquemático
Corriente
Los electrones se desplazan en un circuito como el mostrado en la figura (a), este
movimiento es denominado flujo de electrones.
Los primeros científicos sostenían que la corriente circulaba en la
dirección opuesta, como se muestra en la Figura (b); esto se
denomina corriente convencional. El Terminal positivo fue
denominado Terminal de alta tensión (o de alto potencial). La
corriente convencional fluye desde el Terminal de alta tensión (+)
hasta el Terminal de baja tensión (-).
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Resistencia
Cualquier dispositivo, tal como la lámpara de la figura siguiente (a), se opone al
flujo de corriente, y posee un valor de resistencia que se mide en ohmios. La letra
R representa la resistencia y la letra griega omega (Ω) representa la unidad del
ohmio. Los resistores, tales como el mostrado en el circuito de la Figura (b) son
fabricados en una amplia gama de valores, desde menos de un ohmio hasta
muchos millones de ohmios. En la Figura (c) se muestra el símbolo del resistor
MEDICION DE LA RESISTENCIA
La Resistencia se mide en ohms, y el aparato usado para medir la resistencia se
llama óhmetro.
Para medir la resistencia que existe entre dos puntos, el ohmetro se
conecta en paralelo con los dos puntos en que se quiere realizar la
medición. El ohmetro tiene escalas de medición y cuándo deseamos
medir una resistencia desconocida, debemos colocar el mayor rango posible.
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Por lo general las resistencias tiene valores muy grandes en ohms, por lo cual se
emplean ciertas abreviaciones como lo son:
Kilo ohms, que significa miles de ohms ( K )
Mega ohms , que significa millones de ohms. ( M )
Medición de la tensión
Para medir la tensión debe seguir el manual de instrucciones de su
instrumento medidor. Los siguientes son pasos generales que se
aplican a casi todos los multímetros.
1. Gire la perilla a CA o CD
2. Gire el conmutador de función y escala, a
la escala de tensión más alta. Usted
puede elegir una escala menor si conoce
el valor aproximado de la tensión
DMM1
VAΩ
A
+
V/Ω
-
3. Conecte la punta de prueba común al
Terminal negativo (-) de la fuente, como
se muestra en la Figura .
4. Conecte la otra punta de prueba al
Terminal positivo de la fuente, como se
muestra en la misma figura
5. Lea el valor de la escala del voltímetro analógico o de la pantalla si es
digital
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Medición de la corriente
El multímetro contiene un amperímetro que puede utilizarse para
medir la corriente. El amperímetro es un poco más difícil de usar,
porque el circuito debe estar abierto, como se muestra en la Figura
15 (a). El amperímetro es entonces insertado en el circuito, como se
muestra en la Figura 15 (b).
Para medir la corriente, realice los pasos siguientes:
1. Gire el selector de función y escala a la escala de corriente más alta.
2. Abra el circuito como se muestra en la Figura (a)
3. Inserte el amperímetro en la parte abierta del circuito, como se muestra en
la Figura (b). la Figura (c) muestra como el multímetro está conectado en
el circuito como un amperímetro.
4. lea el valor medido en la escala si el multímetro es analógico o en la
pantalla si es digital.
A
R1 1,0k
R1 1,0k
25,0
25,0
Figura (b) Insertando el amperímetro
Figura (a) Circuito abierto
DMM1
VAΩ
A
+
V/Ω
-
1,0k
5,0
Figura (c) El multímetro usado como amperímetro
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Ejercicio 1: Cuestionario
1. ¿Cómo se define la Resistencia?
R.-
.
2. ¿Con que letra se representa la Resistencia?
R.-
.
3. ¿En que unidades se mide la Resistencia?
R.-
.
4. ¿Cómo se llama el aparato usado para medir Resistencia?
R.-_______________________________________________________.
5. ¿Cómo se conecta el aparato usado para medir Resistencia?
R.
.
6. ¿Cómo se define la corriente?
R.-
.
7. ¿Con que letra se representa la corriente?
R.-
.
8. ¿En que unidades se mide la corriente?
R.-
.
9. ¿Cómo se llama el aparato usado para medir corriente?
R.-_______________________________________________________.
10. ¿Cómo se conecta el aparato usado para medir corriente?
R.
.
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11. ¿Cómo se define el voltaje?
R.-
.
12. ¿Con que letra se representa el voltaje?
R.-
.
13. ¿En que unidades se mide el voltaje?
R.-
.
14. ¿Cómo se llama el aparato usado para medir el voltaje?
R.-_______________________________________________________.
15. ¿Cómo se conecta el aparato usado para medir el voltaje?
R.
.
PRACTICA 1:
Medir los parámetros eléctricos
Instrucciones para el alumno:
1. Prepara tu lugar de trabajo.
2. Selecciona la herramienta y equipo de medición para esta actividad.
3. Selecciona y nombra cada uno de los componentes que se te indiquen, así
como sus características
4. Procede a medir los parámetros eléctricos que se te indiquen
El maestro te proporcionará el material para el ejercicio mediante el cual se
evaluará tú desempeño, limpieza y orden de ejecución, utilizando una guía de
observación.
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Guía de observación
Indicaciones: En el presente formato se presentan dos columnas, en la
izquierda están escritos los criterios de desempeño y en la derecha el resultado.
Nombre del alumno(a):
Carrera: Técnico en Electrónica
Modulo I: Diagnóstico de fallas a los sistemas básicos de electricidad y
electrónica
Submódulo II: Interpretación de parámetros de electricidad básica
Fecha de la Observación:
Criterios de desempeño
1.- Mantuvo limpia su área de trabajo
2.- Mantuvo condiciones seguras en su área de trabajo
3.- Portó su equipo de seguridad personal
4.- Solicitó la herramienta necesaria
5.- Solicitó el material necesario
6.- Ordenó su material y herramienta
8.- Mostró y nombro cada herramienta
9.- Mostró y nombro cada componente eléctrico
10. Midió los parámetros eléctricos indicados
11.- Entregó su material y herramienta
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Resultado
Si
No
2. Determinar el valor ohmico de las resistencias
Los
circuitos
electrónicos
necesitan
incorporar
resistencias. Es por esto que se fabrican este tipo de
componentes cuyo único objeto es proporcionar en un
pequeño
tamaño
una
determinada
resistencia,
especificada por el fabricante.
El símbolo de una resistencia es:
ó
Hay resistencias de varios tipos. Los tipos más usuales son:
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Resistencias variables
Hay veces en que
interesa disponer de una
resistencia cuyo valor
pueda
variarse
a
voluntad.
Son
los
llamados reóstatos o
potenciómetros.
Se
fabrican bobinados o de
grafito, deslizantes o
giratorios. Se suelen
llamar potenciómetros cuando poseen un eje practicable, y resistencias ajustables
cuando para vararlas se precisa la ayuda de una herramienta, porque una vez
ajustados no se van a volver a retocar más.
Los potenciómetros se representan en los circuitos por:
Código de colores
Los valores óhmicos de las resistencias se
suelen representar por medio de unas
bandas de color pintadas en el cuerpo de
las mismas resistencias. Suelen ser en
número de cuatro, y su significado es el
siguiente:
1er. banda : 1ª cifra
2º. banda : 2ª cifra
3er. banda : Número de
ceros que siguen
a los
anteriores.
4º. banda : Tolerancia
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Veamos el valor de este resistor;
La primer banda es el primer dígito y es café=1, la segunda es el segundo dígito
negra=0 y la tercera es la cantidad de ceros roja=dos ceros.
Entonces su valor será: 1000 ohm o sea 1 kilo o 1k, si tendría 1000000, seria 1
Mega o 1M. ¿Fácil no...?.
Es decir que para una resistencia de 70 ohm sus colores deberían ser violeta,
negro y negro.
Los resistores del 1 % llevan cinco bandas de color: Cuatro para el valor y una
para la tolerancia.
Los resistores de valor inferior a 1ohm llevan la tercera banda de color oro, que
representa la coma. Por ejemplo, una resistencia de colores amarillo, violeta,
oro,oro tiene un valor de 4,7 ohms y una tolerancia del 5 %.
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Tablas de valores de Resistencias
•
Resistencias de películas de carbón
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Página 24 de 64
•
Resistencias de película metálica
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Estos son algunos valores comerciales de los cuales tu puedes encontrar en el
mercado, si tienes dudas pregúntale a tu profe para que junto con tigo aprendas
mas de este tipo de resistencias, todo esto esta en los manuales hechos por los
fabricantes que venden resistencias.
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•
Resistencias de alambre
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•
Resistencias valor cero/puentes
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•
Arreglos resistivos
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Valores comerciales
No se fabrican resistores de todos los valores posibles por razones obvias de
economía. Además sería absurdo, ya que, por ejemplo, en un resistor de 100
ohms y 10 % de tolerancia, el fabricante nos garantiza que su valor está
comprendido entre 90 y 100 ohms, por lo tanto no tiene objeto alguno fabricar
resistores de valores comprendidos entre estos dos últimos.
Hay tolerancias del 1 por mil, del 1 %, 5 %, 10 % y 20 %.
Para la serie de resistores que se fabrican con una tolerancia del 10 % que es la
más utilizada, los valores comerciales son: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56,
68, y 82 y los mismos seguidos de ceros.
Resistores de valores muy pequeños no son comunes, por la dificultad que
entraña ajustar su valor. Resistores de valores muy grandes son difíciles de
conseguir, porque en ellos comienza a tener importancia fenómenos como la
resistencia superficial, condiciones ambientales, étc. y tampoco es normal su
uso.
Por ejemplo:
En la serie de resistores con tolerancia del 10 % el valor más pequeño es de
4,7 ohms y el mayor de 22 Mohms . En la serie del 5 % los valores extremos
son 0,33 ohm a 10 Mohms .
Ejercicio 2: Cuestionario
1. ¿Para que se emplea el código de colores en las resistencias?
R.-
.
2. ¿Cuantas bandas de color tienen las resistencias?
R.-
.
3. ¿Qué significa la primera banda de la resistencia?
R.-
.
4. ¿Qué significa la segunda banda de la resistencia?
R.-
.
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5. ¿Qué significa la tercera banda de la resistencia?
R.-
.
6. ¿Qué significa la cuarta banda de la resistencia?
R.-
.
PRACTICA 2 Determinar el valor ohmico de las resistencia
Instrucciones para el alumno:
5. Prepara tu lugar de trabajo.
6. Selecciona el material para esta actividad.
7. Selecciona y nombra cada uno de los componentes que se te indiquen, así
como sus características
8. Procede a determinar los parámetros eléctricos que se te indiquen
El maestro te proporcionará el material para el ejercicio mediante el cual se
evaluará tú desempeño, limpieza y orden de ejecución, utilizando una guía de
observación.
Guía de observación
Indicaciones: En el presente formato se presentan dos columnas, en la
izquierda están escritos los criterios de desempeño y en la derecha el resultado.
Nombre del alumno(a):
Carrera: Técnico en Electrónica
Modulo I: Diagnóstico de fallas a los sistemas básicos de electricidad y
electrónica
Submódulo II: Interpretación de parámetros de electricidad básica
Fecha de la Observación:
Criterios de desempeño
1.- Mantuvo limpia su área de trabajo
2.- Mantuvo condiciones seguras en su área de trabajo
3.- Portó su equipo de seguridad personal
4.- Solicitó la herramienta necesaria
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Resultado
Si
No
5.- Solicitó el material necesario
6.- Ordenó su material y herramienta
8.- Mostró y nombro cada herramienta
9.- Mostró y nombro cada componente eléctrico
10. Determinó los parámetros eléctricos indicados
11.- Entregó su material y herramienta
3. Armar un circuito eléctrico
Podemos definir a la corriente eléctrica como el flujo de
electrones a través de un material conductor, sin embargo, si
queremos que una corriente eléctrica pueda realizar un trabajo
útil, por ejemplo encender una lámpara o accionar un motor,
necesita tener un camino cerrado para una circulación
permanente. A esta trayectoria continua la llamaremos circuito
eléctrico (Figura). El estudio de los circuitos es clave para
comprender como funcionan las instalaciones, los aparatos y
demás sistemas eléctricos
Figura. Un circuito es una trayectoria que permite la circulación de corriente
Un circuito eléctrico básico se compone de una fuente de voltaje, unos
conductores y una carga. La fuente produce la fuerza necesaria para impulsar una
corriente eléctrica a través del circuito, los conductores proporcionan un camino
fácil para la circulación de los electrones y la carga convierte la energía de estos
últimos en luz, calor, movimiento, etc. Además de estos elementos, los circuitos
prácticos requieren también otros elementos como interruptores, fusibles,
medidores, etc.
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(a)
(b)
Figura. Ejemplo de un circuito eléctrico básico. En (a), el interruptor
cierra el circuito, permitiendo la circulación de corriente por la
lámpara y en (b) lo abre, impidiendo la circulación
Fuentes de voltaje
La fuente de voltaje produce la fuerza electromotriz o fem (voltaje)
necesaria para impulsar los electrones a través de un
circuito, de manera análoga como una bomba hidráulica
impulsa el agua a través de una tubería. Sin un voltaje
aplicado, la corriente no puede fluir a través de una carga ni realizar un
trabajo útil.
Conductores
Los conductores (figura) proporcionan un
camino de baja resistencia para la libre
circulación de los electrones a través de un
circuito eléctrico, de manera semejante a
como las tuberías conducen el agua a través
de un circuito hidráulico.
Los conductores utilizados en instalaciones eléctricas son generalmente alambres
de cobre o de aluminio, desnudos o recubiertos con algún tipo de material aislante.
Este último mantiene cautivos los electrones,
actuando como una pared de protección e
impidiendo que puedan moverse fuera de los
alambres al ser contactados por objetos
conductores externos.
Cargas
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La carga de un circuito (Figura) convierte la energía de los electrones en
movimiento en otras formas útiles de energía. La carga puede estar representada
por una amplia variedad de dispositivos tales como lámparas, motores, lavadoras,
licuadoras, planchas, parrillas eléctricas, etc. En una lámpara, por ejemplo, la
energía de los electrones en movimiento se convierte en luz (energía lumínica) y
calor (energía térmica), mientras que en un motor se convierte en movimiento
(energía mecánica), magnetismo (energía magnética) y calor
Figura. Lámpara electrónica utilizada como carga en instalaciones eléctricas
Dispositivos de control
Un dispositivo de control (Figura) regula el paso de la corriente a través de un
circuito, de manera semejante a como una llave controla la cantidad de agua que
fluye a través de una tubería.
Figura. Los interruptores son los dispositivos de control más comunes
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Dispositivos de protección
El dispositivo de protección (Figura) interrumpe el paso de la corriente a través de
un circuito en caso de sobrecarga o cortocircuito, actuando como un interruptor
automático. Los dos tipos de dispositivos de protección más comunes son los
fusibles y los disyuntores o breakers. También existen dispositivos llamados
interruptores diferenciales o GFCIs que detectan corrientes de fuga a tierra y
protegen a las personas del riesgo de un chock eléctrico.
Figura. Breaker programable utilizado como dispositivo de protección en
instalaciones eléctricas industriales
Ley de ohm
George Ohm fue el primero en estudiar cuantitativamente los
efectos de la resistencia al limitar el flujo de carga eléctrica.
Descubrió que, para un resistor dado,
la corriente es
directamente proporcional al voltaje aplicado. Ésta íntima
relación entre voltaje, corriente y resistencia está definida por la
ley de Ohm que dice: la corriente es directamente proporcional
al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. Ésta
afirmación la podemos expresar matemáticamente así:
En donde:
•
•
•
I
V
R
es la corriente en Amperes.
es el voltaje dado en Volts
es el valor de la resistencia en Ohms.
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Es más fácil recordar la ley de Ohm si la representamos en forma de gráfica, y al
mismo tiempo podemos obtener más fácilmente las otras dos magnitudes:
Como pudimos observar la ley de Ohm nos permite calcular
los valores de Resistencia, Corriente o Voltaje una vez que
conocemos las otras dos magnitudes y esa es su real
importancia. Por lo tanto responde el siguiente cuestionario:
Ejercicio 3: Cuestionario
1. Físico alemán que descubrió la relación existente entre la corriente y la
tensión de un conductor.
R.
.
2. Para qué nos sirve la ley de ohm
R.
.
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3. Resuelve los siguientes problemas utilizando para ello la ley de ohm.
•
La diferencia de potencial de un calentador eléctrico es de 80 Volts cuando
la corriente eléctrica es de 6 Amperes ; calcular :
a) La resistencia al paso de la corriente
b) La corriente eléctrica si el voltaje aumenta a 120 V
•
En un circuito circula una corriente de 4 Amperes, y dicho circuito tiene una
resistencia de 8 Volts. Calcular ¿Cuál es el valor del voltaje que se aplica?
•
Se tiene un foco conectado a una batería, determine el valor de la
corriente que circula por este foco si la batería es de 12 volts.
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4. Comprobar las características de un circuito eléctrico
divisor de voltaje y de corriente
Además de la clasificación de los circuitos de acuerdo a su
fuente de alimentación, podemos clasificar a los circuitos
eléctricos, de acuerdo a la manera en que se encuentran
conectados sus elementos, de esta manera, una
clasificación básica de los circuitos eléctricos puede ser
conectados en serie, paralelo o mixto.
Circuito Serie
En un circuito serie (Figura), los elementos de carga del mismo están conectados
entre sí en orden sucesivo, cada uno unido con un extremo unido al extremo del
siguiente. Por tanto, existe un solo camino para la circulación de la corriente. En
otras palabras, todas las cargas comparten la misma corriente. Si hay una
interrupción en cualquier parte del circuito, el flujo de corriente se suspende y el
circuito no funciona.
Figura. Ejemplo de un circuito serie
La magnitud que es igual en cualquier elemento de un circuito serie es la
corriente.
Resistencias en Serie
En un circuito en serie las resistencias se colocan una seguida de la otra de tal
forma que la corriente deberá fluir primero por una de ellas para llegar a la
siguiente, esto implica que el valor de la resistencia total del circuito sea la suma
de todas ellas.
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PRACTICA 3 Comprobar las características de un circuito resistivo serie
Instrucciones para el alumno:
1. Prepara tu lugar de trabajo.
2. Selecciona el material para esta actividad.
3. Selecciona y nombra cada uno de los componentes que se te indiquen, así
como sus características
4. Procede a comprobar experimentalmente las siguientes características de
un circuito resistivo serie:
•
El voltaje total de la fuente en un circuito serie es igual a la suma de todas
las tensiones parciales
•
La corriente en un circuito serie es igual en cualquier elemento
•
La resistencia total de un circuito serie es igual a la suma de todas las
resistencias
•
La potencia total disipada en un circuito serie es igual a la suma de las
potencias disipadas en cada resistencia
•
En un circuito serie, si una resistencia se quema, el circuito deja de
funcionar.
•
En un circuito serie, la resistencia total será el doble con dos resistencias
iguales, el triple contres resistencias iguales, cuádruple con cuatro
resistencias iguales, etcétera.
•
En un circuito serie, si se retira una resistencia del circuito, el circuito deja
de funcionar.
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El maestro te proporcionará el material para el ejercicio mediante el cual se
evaluará tú desempeño, limpieza y orden de ejecución, utilizando una guía de
observación.
Guía de observación
Indicaciones: En el presente formato se presentan dos columnas, en la
izquierda están escritos los criterios de desempeño y en la derecha el resultado.
Nombre del alumno(a):
Carrera: Técnico en Electrónica
Modulo I: Diagnóstico de fallas a los sistemas básicos de electricidad y
electrónica
Submódulo II: Interpretación de parámetros de electricidad básica
Fecha de la Observación:
Criterios de desempeño
1.- Mantuvo limpia su área de trabajo
2.- Mantuvo condiciones seguras en su área de trabajo
3.- Portó su equipo de seguridad personal
4.- Solicitó la herramienta necesaria
5.- Solicitó el material necesario
6.- Ordenó su material y herramienta
8.- Mostró y nombro cada herramienta
9.- Mostró y nombro cada componente eléctrico
10. Comprobó las características eléctricas indicadas
11.- Entregó su material y herramienta
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Resultado
Si
No
Circuito Paralelo
En un circuito paralelo (Figura), las cargas están distribuidas en ramales o
bifurcaciones, cada uno de ellos alimentado por la misma fuente de voltaje. Por
tanto, existe más de una trayectoria para la circulación de la corriente. Si hay una
ruptura en cualquiera de los ramales, solamente se suspende el flujo de corriente
a través de la carga conectada al mismo.
Figura. Ejemplo de un circuito paralelo
La magnitud que es igual en cualquier elemento de un circuito paralelo es el
voltaje.
Resistencias en Paralelo
En un circuito en paralelo las resistencias se colocan según se indica en el
siguiente grafico, de esta manera la corriente eléctrica llega a todas las
resistencias a la vez, aunque la intensidad de la corriente es mayor por el resistor
de menor valor. En este caso la resistencia total del circuito la puedes obtener
utilizando la ecuación que se muestra en el grafico...
Los circuitos paralelos se caracterizan por tener diferentes corrientes a través de
sus resistencias.
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Las fórmulas para encontrar la resistencia equivalente en un circuito paralelo son:
PRACTICA 4 Comprobar las características de un circuito resistivo paralelo
Instrucciones para el alumno:
1. Prepara tu lugar de trabajo.
2. Selecciona el material para esta actividad.
3. Selecciona y nombra cada uno de los componentes que se te indiquen, así
como sus características
4. Procede a comprobar experimentalmente las siguientes características de
un circuito resistivo paralelo:
•
El voltaje total de la fuente en un circuito paralelo es igual en cualquier
rama
•
La corriente total en un circuito paralelo es igual a la suma de todas las
corrientes parciales
•
La resistencia total de un circuito paralelo está determinada por las
siguientes fórmulas:
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•
La potencia total disipada en un circuito paralelo es igual a la suma de
las potencias disipadas en cada rama
•
En un circuito paralelo, si se quema una resistencia del circuito, las
corrientes se reparten y el circuito sigue trabajando.
•
En un circuito paralelo, si se retira una resistencia del circuito, el circuito
sigue trabajando.
El maestro te proporcionará el material para el ejercicio mediante el cual se
evaluará tú desempeño, limpieza y orden de ejecución, utilizando una guía de
observación.
Guía de observación
Indicaciones: En el presente formato se presentan dos columnas, en la
izquierda están escritos los criterios de desempeño y en la derecha el resultado.
Nombre del alumno(a):
Carrera: Técnico en Electrónica
Modulo I: Diagnóstico de fallas a los sistemas básicos de electricidad y
electrónica
Submódulo II: Interpretación de parámetros de electricidad básica
Fecha de la Observación:
Criterios de desempeño
1.- Mantuvo limpia su área de trabajo
2.- Mantuvo condiciones seguras en su área de trabajo
3.- Portó su equipo de seguridad personal
4.- Solicitó la herramienta necesaria
5.- Solicitó el material necesario
6.- Ordenó su material y herramienta
8.- Mostró y nombro cada herramienta
9.- Mostró y nombro cada componente eléctrico
10. Comprobó las características eléctricas indicadas
11.- Entregó su material y herramienta
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Resultado
Si
No
Circuito Mixto
En un circuito serie-paralelo o mixto (Figura), algunas de las cargas del mismo
están conectadas en serie, compartiendo la misma corriente, mientras que otras lo
están en paralelo, compartiendo el mismo voltaje. Este tipo de circuito se usa
cuando es necesario proporcionar diferentes cantidades de corriente y voltaje a
varias cargas alimentadas desde la fuente principal.
Figura. Ejemplo de un
circuito mixto
Resistencias combinadas
Hay casos en que se combinan resistencias en serie y en paralelo a la vez, estos
son llamados circuitos combinados, y para obtener el valor total de la resistencia
se resuelve separándolos en mallas. Observa el siguiente circuito...
Podemos comenzar por los circuitos mas sencillos como resolver R 1-2, que
representa la resistencia total entre R1 y R2, como están en paralelo...
1/R 1-2 = 1/R1 + 1/R2
En estos momentos tenemos resueltos R1 y R2 y el circuito nos queda como se ve
a continuación...
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Combinando el resultado anterior con R3 y teniendo en cuenta que se trata de un
circuito en serie...
R 1-2-3 = R 1-2 + R3
y el circuito nos va quedando mas pequeño, algo así...
Nuevamente tenemos un circuito en serie entre R4 y R5, entonces...
R 4-5 = R4 + R5
De tal modo que la suprimimos y la reemplazamos por R 4-5.
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Te habrás dado cuenta que cada vez la malla de nuestro circuito se va
reduciendo, sucede que es una forma sencilla resolverlo por pasos, con la practica
no necesitaras hacerlo ya que puedes resolverlo mentalmente.
Pero continuemos..., Ahora resolvemos el circuito en paralelo para obtener
R 1...5
1/R 1...5 = 1/R 1-2-3 + 1/R 4-5
Finalmente obtuvimos el circuito más sencillo de todos y es un circuito en serie el
cual nos da la resistencia total...
y el cálculo final seria como sigue...
Rt = R
1...5
+ R6
5. Comprobar el funcionamiento de circuitos eléctricos
En la práctica, los circuitos eléctricos, incorporan otros elementos además de las
resistencias, toca el turno al estudio de estos elementos, llamados capacitores e
inductancias.
Efecto de la corriente alterna sobre elementos RLC.
Recordemos que la corriente alterna es la que cambia de dirección cada cierto
tiempo. La forma de onda senoidal es la mas común y básica, y se repite en
intervalos de tiempo fijo.
El tiempo para la repetición es el período y las veces que ocurre esta repetición es
la frecuencia.
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Figura. Ejemplo de una onda de corriente alterna
Recuerda:
•
El periodo se mide en segundos.
•
La frecuencia se mide en hertz (ciclos / segundos)
•
La relación entre la frecuencia y el periodo se da por las fórmulas:
Comportamiento de la corriente alterna en un Circuito R (resistivo)
Cuando se aplica un voltaje de corriente alterna a un circuito resistivo, la ley de
Ohm V=IR, se aplica igual que en los circuitos de corriente directa.
En un circuito resistivo (R) la corriente con respecto al voltaje de CA aplicado está
en fase.
La corriente i estará en fase con la tensión v:
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En corriente alterna aparecen dos nuevos conceptos relacionados con la oposición
al paso de la corriente eléctrica. Se trata de la reactancia y la impedancia. Un
circuito presentará reactancia si incluye condensadores y/o bobinas. La naturaleza
de la reactancia es diferente a la de la resistencia eléctrica. En cuanto a la
impedancia decir que es un concepto totalizador de los de resistencia y reactancia,
ya que es la suma de ambos. Es por tanto un concepto más general que la simple
resistencia o reactancia.
Condensador o Capacitor.
En condensador es un dispositivo formado por dos placas metálicas
separadas por un aislante llamado dieléctrico. (Dieléctrico o aislante es un
material que evita el paso de la corriente).
Símbolo condensador
El capacitor es un dispositivo que almacena energía en la forma de un campo
eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se
llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz
de almacenar.
Curva de carga y
descarga de un
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capacitor
La capacidad depende de las características físicas de condensador:
•
•
•
•
Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad
aumenta
Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad
El tipo de material dieléctrico que se aplica entre las placas también afecta
la capacidad
Si se aumenta la tensión aplicada, se aumenta la carga almacenada
El capacitor es un elemento que reacciona contra los cambios en el voltaje
en sus bornes, generando una corriente que se es proporcional al cambio
del voltaje
Dieléctrico o aislante
La función del dieléctrico es aumentar la capacidad del condensador.
Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tienen diferentes
grados de permitividad (diferente capacidad para el establecimiento de un
campo
eléctrico.
Material
Vacío
Aire
Polietileno
Porcelana
Mica
Pentóxido Tántalio
Cerámica
Permitividad relativa (Er)
1
1,0059
2,5
5...6
7
26
10 a 50000
Mientras mayor sea la permitividad, mayor es la capacidad del condensador
La capacitancia de un condensador está dada por la fórmula: C = Er x A / d
Donde:
- C = capacidad
- Er = permitividad
- A = área entre placas
- d = separación entre las placas
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Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad o
capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es capaz de
aguantar sin dañarse).
Nunca conectar un capacitor a un voltaje superior
al que puede aguantar pues puede explotar
Si llamamos Q a la cantidad de carga almacenada por el condensador, C a la
capacidad del condensador y V a la tensión entre las placas, resulta que
Q =CxV
Donde: Q = Coulombs, C = Faradios, V = Volts
La unidad de capacidad es el Faradio (F). Se puede decir que un condensador
posee la capacidad de un Faradio cuando almacena una carga de un Coulomb al
aplicarse una tensión de un Volt entre sus placas.
El Faradio es una unidad muy grande, por lo que se utilizan submúltiplos:
microfaradio, nanofaradio y picofaradio.
Tipos de condensadores:
Electrolíticos
Cerámicos
Plásticos: poliéster
Capacitor de cerámica
Estos son componentes que pueden almacenar pequeñas cargas eléctricas, su
valor se expresa en picofaradios o nanofaradios, según un código establecido,
no distingue sus terminales por lo que no interesa de qué lado se conectan.
Página 50 de 64
Condensador ó Capacitor electrolítico
Estos almacenan más energía que los anteriores, eso sí, se debe respetar la
polaridad de sus terminales. El más corto es el negativo. o bien, podrás
identificarlo por el signo en el cuerpo de componente.
Condensadores en serie
La tensión aplicada al conjunto se reparte entre las terminales de cada uno de los
condensadores, de tal forma que se cumple la relación V = V1+ V2 + V3 + …..
La capacidad total o equivalente es:
Condensadores en paralelo
La tensión al la que quedan sometidos todos los condensadores es la misma y
coincide con la aplicada al conjunto
La capacidad aumenta cuando se les conecta en paralelo de la siguiente forma:
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Múltiplos y submúltiplos de dimensiones eléctricas
En la siguiente tabla se muestran algunas unidades de medición comúnmente
usadas en electricidad y electrónica así como de los múltiplos y submúltiplos que
se aplican.
Múltiplos
Kilo (K)
Mega (M)
Giga (G)
Tera (T)
Valor
1,000
1,000,000
1 x 109
1 x 1012
Submúltiplos
mili (m)
micro (u)
nano (n)
pico (p)
Valor
0.001
0.000001
1 x 10-9
1 x 10-12
Comportamiento de la corriente alterna en un Circuito C (Capacitivo)
En este circuito el condensador presentará una oposición al paso de la corriente
alterna. Dicha oposición se llama reactancia capacitiva. ¿Cuál es la naturaleza de
la reactancia capacitiva? Este tipo de oposición al paso de la corriente eléctrica es
de carácter reactivo, entendiendo tal cosa como una "reacción" que introduce el
condensador cuando la tensión que se le aplica tiende a variar lentamente o nada.
Cuando el condensador está totalmente descargado se comporta como un
cortocircuito. Cuando está totalmente cargado como una resistencia de valor
infinito. Para valores intermedios de carga se comportará como una resistencia de
valor intermedio, limitando la corriente a un determinado valor.
Como en corriente alterna el condensador está
descargándose, mientras más lentamente varíe la
tiempo estará el condensador en estado de casi
descarga, con lo que presentará de media una
corriente.
continuamente cargándose y
tensión (frecuencia baja) más
carga que en estado de casi
oposición alta al paso de la
Para variaciones rápidas de la tensión (frecuencias altas) el efecto será el
contrario y por tanto presentará una oposición baja al paso de la corriente.
Podemos decir, por tanto, que la naturaleza de este tipo de oposición es de
carácter electrostático: la carga almacenada en el condensador se opone a que
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éste siga cargándose y esta oposición será mayor cuanto más carga acumule el
condensador.
Ocurre entonces un desfase de 90º en adelanto de la corriente que circula por el
circuito respecto de la tensión en extremos del condensador. Esto se puede ver
claramente en la siguiente gráfica:
Bobina o inductor
Es un elemento muy interesante. A diferencia del condensador / capacitor,
la bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en
forma de campo magnético.
Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo
magnético. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético
circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior
Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios
bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de
modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y
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desconectada a una fuente de alimentación de corriente directa), esta intentará
mantener su condición anterior.
En otras palabras:
La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en
la corriente a través de él, generando una tensión que se opone a la tensión
aplicada y es proporcional al cambio de la corriente
La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y
se miden en Henrios (H.), pudiendo encontrarse valores de MiliHenrios (mH). El
valor depende de:
•
•
•
•
El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor
inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea
mayor valor en Henrios).
La longitud del cable de que está hecha la bobina.
El tipo de material de que esta hecho el núcleo, si es que lo tiene.
¿Qué aplicaciones tiene una bobina?
•
•
En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento
adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro
En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar
componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la
salida
Símbolo del inductor
La bobina / inductor y la corriente directa
La bobina es formada de un alambre conductor con el cual se han hecho espiras
a manera, en su forma más sencilla, de un resorte. Si se aplica corriente continua
(corriente que no varía con el tiempo) a un inductor, éste se comporta como un
corto circuito y dejará pasar la corriente a través de ella sin ninguna oposición.
Pero en la bobina si existe oposición al paso de la corriente, y esto sucede sólo
en el momento en que se hace la conexión a la fuente de voltaje y dura por un
tiempo muy pequeño (estado transitorio).
Lo que sucede es que en ese pequeño espacio de tiempo corriente esta variando
desde 0V hasta su valor final de corriente directa.
La bobina o inductor y la corriente alterna (c.a.)
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La bobina como la resistencia se opone al flujo de a corriente, pero a diferencia
de esta, el valor de esta oposición se llama reactancia inductiva (XL) y se
puede calcular con: la Ley de Ohm: XL = V / I y por la fórmula XL = 2π x f x L
Donde:
- XL: reactancia en ohmios
- V: en voltios
- I: en amperios
- π: 3.1416
- f : frecuencia en hertz
- L: inductancia en henrios
En la bobina el voltaje adelanta a la corriente en 90°. Las señales alternas como
la corriente alterna tiene la característica de ser periódica, esto significa que esta
se repite a espacios fijos de tiempo.
VCA VL
V1
-1/1V
L1
1uH
1kHz
90°
IL
Circuitos RLC
•
Circuito RL (resistencia - bobina) en serie en C.A.
En un circuito RL serie en corriente alterna, se tiene una resistencia y una
bobina en serie. La corriente en ambos elementos es la misma.
La tensión en la bobina está en fase con la corriente (corriente alterna) que pasa
por ella (tienen sus valores máximos simultáneamente), pero el voltaje en la
bobina está adelantado a la corriente que pasa por ella en 90º (la tensión tiene
su valor máximo antes que la corriente)
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El valor de la fuente de voltaje que alimenta este circuito esta dado por las
siguientes fórmulas:
- Voltaje (magnitud) VS = (VR2 + VL2)1/2
- Angulo = /Θ = Arctang (Vl / VR).
Estos valores se expresan en forma de magnitud y ángulo.
Ejemplo: 47 /30° que significa que tiene magnitud de 47 y ángulo de 30 grados
La impedancia Z sería la suma (suma fasorial) de la resistencia y la reactancia
inductiva.
Y se puede calcular con ayuda de la siguiente fórmula:
VS /Θ
Impedancia = Z /Θ = ------I /Θ)
Para obtener la magnitud de Z de dividen los valores de Vs e I
Para obtener el /Θ de Z se resta el ángulo de la corriente, del ángulo del voltaje
Nota: lo que está incluido en paréntesis elevado a la 1/2, equivale a la raíz
cuadrada.
•
Circuito RL (resistencia - bobina) en paralelo en C.A.
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En un circuito paralelo, el valor de voltaje es el mismo para la resistencia y
para la bobina.
VS = VR = VL
La corriente que pasa por la resistencia está en fase con el voltaje aplicado (el
valor máximo de voltaje coincide con el valor máximo de corriente).
En cambio en la bobina la corriente se atrasa 90º con respecto al voltaje (el valor
máximo de voltaje sucede antes que el valor máximo de la corriente).
La corriente total que alimenta este circuito se puede obtener con ayuda de las
siguientes fórmulas:
- Corriente (magnitud) It = (IR2 + IL2 )1/2
- Angulo Θ = Arctang (-IL / IR)
Ver el diagrama fasorial y de corrientes
La impedancia (Z) se obtiene con ayuda de la siguiente fórmula
Vs /Θ
Z /Θ = ------------Página 57 de 64
It /Θ
¿
Cómo se logra lo anterior?
- Para obtener la magnitud de Z dividen las magnitudes de Vs e It para obtener
la magnitud de la impedancia
- Para obtener el /Θ de Z se resta el ángulo de la corriente del de voltaje para
obtener el ángulo de la impedancia.
Nota: lo que está incluido en paréntesis elevado a la 1/2, equivale a la raíz
cuadrada.
•
Circuito RC serie en corriente alterna (C.A.)
La caída de voltaje en la resistencia de un circuito serie RC es igual al valor de la
resistencia por la corriente (VR=IR).
La caída de voltaje en la capacitancia es igual a la corriente a través de la
capacitancia, multiplicado por la reactancia capacitiva. El voltaje se atrasa 90°
(VC= I . XC).
El valor de la impedancia (Z) se obtiene con la fórmula:
Página 58 de 64
Z= √ R² + XC²
El ángulo de fase se obtiene con la fórmula:
Φ = Tg –1 XC/R
•
Circuito RC paralelo en corriente alterna (C.A.)
En un circuito RC paralelo, el voltaje es el mismo en todos los elementos, pero no
así las corrientes. Mientras todas la corriente a través de la resistencia esta en
fase con el voltaje, la corriente que circula a través del capacitor esta adelantada
90° con respecto al voltaje.
La magnitud de la corriente se puede calcular con la formula:
2
I t = IR
IR = V / R
+ IC 2
IC = V / XC
Una vez conocida la corriente total del circuito se calcula la impedancia total con la
formula:
Z= V
It
Z=
1
.
√(1)²+(1 )²
R XC
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Para calcular el ángulo de desfasamiento, se usa la fórmula:
Φ = Tag –1
R
XL
o
Φ = Tag –1 IC / IR
•
Circuito RLC serie.
En un circuito RLC en serie la corriente (corriente alterna) que pasa por la
resistencia, el condensador y la bobina es la misma y...
La tensión Vac es igual a la suma fasorial de la tensión en la resistencia (Vr) y la
tensión en el condensador (Vc) y la tensión en la bobina VL.
Vac = Vr + Vc + VL (suma fasorial)
La impedancia total del circuito anterior es:
ZT = R + XL + XC (suma vectorial) ó
R + j(XL - XC) ó R + jX
Donde:
XC = reactancia capacitiva
XL = reactancia inductiva
R = valor del resistor
X = la diferencia de XL y XC. (Si X es positivo predomina el efecto inductivo. Si X
es negativo predomina el efecto capacitivo.
La corriente en el circuito se obtiene con la Ley de Ohm:
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I = V / Z = Vac / ZT = Vac / ( R + jX)1/2
y el ángulo de fase es: 0 = arctan (X/ R)
Nota: El paréntesis elevado a la 1/2 significa raíz cuadrada
•
Resonancia en circuito RLC (resistencia - condensador - bobina) en
paralelo
Cuando se conecta un circuito RLC (resistencia, bobina y condensador) en
paralelo, alimentado por una señal alterna (fuente de tensión de corriente
alterna), hay un efecto de ésta en cada uno de los componentes.
En el condensador o capacitor aparecerá una reactancia capacitiva, y en la
bobina o inductor una reactancia inductiva, dadas por las siguientes fórmulas:
XL = 2 x π x f x L
XC = 1 / (2 x π x f x C)
Donde:
π = 3.14159
f = frecuencia en Hertz
L = Valor de la bobina o en henrios
C = Valor del condensador en faradios
Como se puede ver los valores de estas reactancias depende de la frecuencia de
la fuente.
A mayor frecuencia XL es mayor, pero XC es menor y viceversa. Hay una
frecuencia para la cual el valor de la XC y XL son iguales. Esta frecuencia se
llama: frecuencia de resonancia y se obtiene de la siguiente fórmula:
Página 61 de 64
FR = 1 / (2 x π x (L x C)1/2)
En resonancia como los valores de XC y XL son iguales, se cancelan y en un
circuito RLC en paralelo la impedancia que ve la fuente es el valor de la
resistencia.
A frecuencias menores a la de resonancia, el valor de la reactancia capacitiva es
alta y la inductiva es baja. A frecuencias superiores a la de resonancia, el valor
de la reactancia inductiva es alta y la capacitiva baja.
Como todos los elementos de una conexión en paralelo tienen el mismo voltaje,
se puede encontrar la corriente en cada elemento con ayuda de la Ley de Ohm.
Así:
- IR = V / R
- IL = V / XL
- IC = V / XC
La corriente en la resistencia está en fase con la tensión, la corriente en la bobina
esta atrasada 90° con respecto al voltaje y la corriente en el condensador está
adelantada en 90°.
Nota: Es importante visualizar que los efectos de la reactancia capacitiva y la
inductiva son opuestos, es por eso que se cancelan y causan la oscilación
(resonancia)
Comentarios para el maestro:
Las actividades, ejercicios y prácticas que se muestran en esta guía son
sugeridos, el maestro debe complementar las prácticas para asegurar el logro de
la competencia.
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Conclusión del contenido o competencia
Como te has dado cuenta todo esto es muy
interesante, y será mas interesante mientras mas lo
practiques, por lo que seguiremos llevándote por el
interesante mundo de la electrónica. Por lo pronto
tú sigues aprendiendo, que es lo importante y te
felicitamos porque si tú llegaste hasta aquí significa
que sigues avanzando, y esperamos que nada ni nadie te detenga. Te invitamos a
que siguas adelante, pregunta a tu maestro todas las dudas que tengas y verás
que el futuro será mucho mejor para ti, date cuenta ahora, tu sabes utilizar los
equipos de medición, las herramientas, símbolos eléctricos y de componentes
electrónicos, y además pudiste realizar las actividades con seguridad, limpieza y
responsabilidad.
FELICIDADES!!!! Y TE INVITAMOS A QUE SIGAS CON NOSOTROS……
We’ll be back………
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Glosario
Intensidad de la corriente eléctrica.- Es la cantidad de electricidad que recorre un
circuito en la unidad de tiempo. La unidad de medida es el ampere.
Medida de la corriente eléctrica.- Para medir la intensidad de la corriente eléctrica
utilizamos un aparato de medida llamado amperímetro el cual tendrá que
conectarse en serie con el circuito a medir.
Corriente directa (continua) (CD).- Se caracteriza por que los electrones libres
siempre se mueven en el mismo sentido por el conductor con una intensidad
constante. Esta la proporciona las baterías de acumuladores, pilas, dinamos y
celdas fotovoltaicas.
Corriente alterna (CA).- Es la que producen los alternadores en las centrales
eléctricas. Se caracteriza por que el flujo de electrones se mueve por ele conductor
en un sentido y en otro, y además, el valor de la corriente eléctrica es variable. A la
fuerza necesaria para trasladar los electrones desde el polo positivo al negativo, y
así crear la diferencia de cargas, se le denomina fuerza electromotriz (FEM).
Medida de tensión (voltaje).- Para medir la tensión eléctrica se precisa un aparato
de medida que sea capaz de captar el desnivel eléctrico o diferencia de cargas
entre un punto y otro. El voltímetro se conecta siempre en paralelo con el circuito a
medir.
Potencia eléctrica.- Se suele definir como la rapidez con la que se ejecuta un
trabajo. También es el producto de la tensión por la intensidad de la corriente.
Medida de la potencia eléctrica.- El aparato que mide la potencia es el wattímetro.
En realidad, el wattímetro mide por separado la tensión y la intensidad de la
corriente, para después realizar la operación P = V x I.
Conductores eléctricos.- Permiten con facilidad el movimiento de electrones por su
estructura molecular. La plata es un excelente conductor de la electricidad, pero
debido a su alto coste, se emplea solamente cuando sus propiedades sean
particularmente interesantes, como en los contactos de apertura y cierre de
circuitos. El material mas empleado es el cobre, que conduce casi tan bien como la
plata, siendo su costo muy inferior.
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