album final de tecnología eléctrica

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Elctrica Ing. Electromecnica

Muriel Snchez Laguna

8-867-1335

Tecnologa Elctrica

Muriel C. Snchez Laguna 2

Tecnologa Elctrica

Tabla de contenido Tabla de contenido .................................................................................................. 2

CAPTULO 1: NORMAS DE SEGURIDAD ELCTRICA ......................................... 7

Qu efecto tiene la corriente elctrica en el cuerpo humano? ........................... 7

Intensidad de la corriente .................................................................................. 8

Duracin de la corriente en el cuerpo humano ................................................. 8

Recorrido que sigue la corriente elctrica dentro del cuerpo humano. ............. 8

Consecuencias de la corriente elctrica en el cuerpo humano ......................... 9

Tipos de contacto y medidas de proteccin contra las corrientes elctricas ...... 10

Contactos Directos.......................................................................................... 11

Contactos Indirectos ....................................................................................... 13

Factores que influyen en un accidente elctrico ................................................ 15

Otros factores que tambin afectan aunque en menor medida en la gravedad

de un accidente elctrico ................................................................................ 16

Los accidentes elctricos se pueden clasificar en dos grandes grupos .......... 16

Las principales lesiones .................................................................................. 16

Estados aparentes de muerte despus de un accidente elctrico. .................... 17

Los signos de una muerte definitiva son ......................................................... 18

CAPTULO 2: GENERADORES DE TENSIN ..................................................... 18

Qu son los generadores de Tensin? ............................................................ 18

Mtodos para la produccin de tensin elctrica .............................................. 21

Pilas o Bateras .................................................................................................. 26

CAPTULO 3: RESISTORES ................................................................................ 28

Resistores .......................................................................................................... 28

Tipos de Resistores ........................................................................................ 29

Calcular la resistencia en conductores metlicos. .......................................... 34

Alambres Conductores ................................................................................... 35

Calcular la resistencia a distintas temperaturas .............................................. 38

Fallas comunes de los resistores .................................................................... 39


Tecnologa Elctrica

Cmo se reconoce un resistor defectuoso? ................................................. 39

Cdigo de Colores .......................................................................................... 40

Ley de Ohm .................................................................................................... 42

Cmo calcular la potencia, eficiencia y energa consumida en equipos

elctricos? ....................................................................................................... 42

CAPTULO 4: CAPACITORES .............................................................................. 44

Capacitores ........................................................................................................ 44

Tipos de Capacitores ...................................................................................... 45

Cmo pueden utilizarse como sensores? ..................................................... 50

Deteccin de nivel .......................................................................................... 50

Sensor de humedad........................................................................................ 50

Deteccin de posicin ..................................................................................... 50

Cules son los de mayor valor de capacitancia? .......................................... 51

Ecuaciones de carga y descarga de un capacitor en un circuito RC serie. .... 54

Reconocimiento de capacitor defectuoso ....................................................... 59

Esquemas de rotulado .................................................................................... 59

Causas ms comunes de fallas en los capacitores ........................................ 61

CAPTULO 5: MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO ................................. 61

Magnetismo y Electromagnetismo ..................................................................... 61

Leyes del electromagnetismo ............................................................................ 63

Ley de Ampere ............................................................................................... 63

Ley de Biot-Savart .......................................................................................... 64

Ley de Faraday ............................................................................................... 67

Materiales Magnticos y la curva de histresis .................................................. 68

Materiales Magnticos .................................................................................... 68

Curva de histresis ......................................................................................... 70

Circuitos Magnticos....................................................................................... 71

Auto Inductancia ................................................................................................ 72

Tipos de Inductores ........................................................................................... 74


Tecnologa Elctrica

Segn el ncleo o soporte: ............................................................................. 74

Segn la forma constructiva: .......................................................................... 74

Segn la frecuencia de la corriente aplicada: ................................................. 74

Otras especificaciones .................................................................................... 74

Aplicaciones del Electromagnetismo ................................................................. 75

Diseos de Instrumentos de Medicin ............................................................... 78

Voltmetros ...................................................................................................... 79

Ampermetros ................................................................................................. 80

Ohmmetros .................................................................................................... 82

El Galvanmetro ............................................................................................. 82

CAPTULO 6: INSTALACIONES ELCTRICAS ................................................... 85

Qu es una instalacin elctrica? .................................................................... 85

Potencia elctrica y Eficiencia ........................................................................... 86

Potencia Elctrica ........................................................................................... 86

Eficiencia Elctrica .......................................................................................... 88

Energa Elctrica ............................................................................................... 90

Qu es la energa elctrica? ......................................................................... 90

Transmisin .................................................................................................... 91

Distribucin ..................................................................................................... 95

Tableros de Distribucin .................................................................................... 98

Acometida Elctrica ........................................................................................... 99

Subestacin elctrica ....................................................................................... 102

Dispositivos de distribucin primaria ................................................................ 105

Interruptores ................................................................................................. 106

Fusibles ........................................................................................................ 107

Interruptores de maniobra ............................................................................. 109

Llaves ........................................................................................................... 109

Seccionadores .............................................................................................. 110

Contactores .................................................................................................. 111


Tecnologa Elctrica

Simbologa de los sistemas elctricos ............................................................. 112

Conexiones elctricas tpicas .......................................................................... 115

Tipos de luminarias .......................................................................................... 119

CAPTULO 7: SISTEMAS TRIFSICOS Y PRINCIPIOS DE LAS MQUINAS

ELCTRICAS ...................................................................................................... 123

Sistemas Trifsicos: ...................................................................................... 123

Sistemas Monofsicos: ................................................................................. 125

Principios de las maquinas elctricas: .......................................................... 125

Potencia Elctrica ............................................................................................ 126

Mejoramiento del Factor de Potencia f.d.p ...................................................... 127

Transformadores trifsicos y monofsicos ...................................................... 130

Motor monofsico ............................................................................................ 132

Su constitucin ............................................................................................. 132

Usos.............................................................................................................. 133

Caractersticas de funcionamiento: ............................................................... 133

Mquinas elctricas ......................................................................................... 135

Cuidado de los motores y seleccin de interruptores ...................................... 137

Mantenimiento peridico: .............................................................................. 137

Instrucciones de desmontaje/montaje:.......................................................... 137

CAPTULO 8: FUNCIN DE 10 COMPONENTES DE DISTRIBUCIN PRIMARIA

............................................................................................................................ 138

Interruptores de Potencia ................................................................................. 141

Aisladores ........................................................................................................ 141

Pararrayos ....................................................................................................... 142

Interruptores de Maniobra ................................................................................ 142

Capacitores ...................................................................................................... 142

Seccionadores ................................................................................................. 143

Equipos de Medida .......................................................................................... 143

Conductores .................................................................................................... 144

Torres Elctricas .............................................................................................. 144


Tecnologa Elctrica

Transformadores de Potencia .......................................................................... 144

APNDICE 1: CONSUMO DE LOS APARATOS ELCTRICOS ...................... 145

Consumo indicativo de algunos artefactos elctricos ................................... 145

Auditora Elctrica ......................................................................................... 146

APNDICE 2: CABLES CONDUCTORES ........................................................ 147

Clasificacin de los conductores por la forma de su seccin ........................ 147

Transmisin por conductores mltiples......................................................... 148

Definicin de AWG........................................................................................ 148

Definicin de circular mil. .............................................................................. 149

Calibre de Conductores ................................................................................ 152

APNDICE 3: DOMTICA ............................................................................... 154

APNDICE 4: MOTORES CA MONOFSICOS ............................................... 159


Tecnologa Elctrica

CAPTULO 1: NORMAS DE SEGURIDAD ELCTRICA

Qu efecto tiene la corriente

elctrica en el cuerpo humano?

Nuestro mayor rgano es la piel. Protege nuestro cuerpo de las amenazas del

exterior, y tambin de la corriente pero si esta se moja no, la piel mojada no nos

defiende de la corriente elctrica.

La piel seca tiene una resistencia aproximada de unos 100.000 a 600.000 .

Realmente una gran resistencia; pero la piel mojada apenas llega a resistir unos

100 .


Tecnologa Elctrica

El efecto de la corriente elctrica en el cuerpo humano depende de 3 factores

fundamentales:

1. Intensidad de la corriente 2. Duracin de la corriente en el cuerpo humano. 3. Recorrido de la corriente dentro del cuerpo humano.

Intensidad de la corriente Menos de 1 mA no se siente.

De 1 mA a 8 mA sensacin molesta, sin dolor.

De 8 mA a 15 mA choque doloroso, sin prdida del control muscular.

De 15 mA a 20 mA se pierde el control muscular, la persona no puede

desprenderse de la corriente.

De 20 mA a 50 mA fuertes contracciones musculares, dificultad para

respirar.

De 50 mA a 100 mA posibilidad de trastornos en el corazn y los pulmones

con riesgo de muerte.

De 100 mA a 200 muerte de la vctima si pasa por el corazn y los

pulmones.

Duracin de la corriente en el cuerpo humano

El dao que produce la corriente elctrica es tanto mayor cuando ms tiempo est

el cuerpo al pasaje de la corriente elctrica.

Recorrido que sigue la corriente elctrica dentro del

cuerpo humano.

Los peores casos se dan cuando la corriente elctrica pasa por centros nerviosos

que comandan el funcionamiento del corazn y los Pulmones, son particularmente


Tecnologa Elctrica

peligrosa la corriente elctrica que pasan por la cabeza y los pies, de una mano a

la otra, o entra por una mano y sale por un pie.

En cambio si la corriente elctrica pasa de un

dedo a otro de la misma mano, o de la mueca

a la punta de los dedos, de la rodilla a los pies,

el dao se reduce a parlisis temporarias y

molestias secundarias.

Existen dos maneras que el cuerpo de una

persona sea recorrido por la corriente

elctrica:

Cuando toca accidentalmente 2 conductores de un circuito con tensin.

Cuando el cuerpo de la persona toca 1 conductor con tensin y un punto de

descarga a tierra.

Los daos que la corriente elctrica puede causar si pasa a travs del cuerpo

humano dependen de dos magnitudes:

El valor de la intensidad de corriente.

El tiempo durante el cual el cuerpo est expuesto al paso de la corriente.

Consecuencias de la corriente elctrica en el cuerpo

humano

Las consecuencias pueden variar desde un pequeo hormigueo hasta

quemaduras graves y paro cardaco inmediato. Aunque se desconoce cules

resultan a un amperaje determinado, la tabla a continuacin demuestra esta

relacin para un choque elctrico que demora un segundo, es de un ciclo de 60

hercios (Hz) y viaja desde la, mano hasta el pie:


Tecnologa Elctrica

Intensidad de la corriente

(en miliamperios) Posible efecto en el cuerpo humano

1 mA Nivel de percepcin. Una leve sensacin de hormigueo. Aun as, puede ser peligroso bajo ciertas condiciones.

5 mA Leve sensacin de choque; no doloroso, aunque incmodo. La persona promedio puede soltar la fuente de la corriente elctrica. Sin embargo, las reacciones involuntarias fuertes a los choques en esta escala pueden resultar en lesiones.

6-30 mA Choque doloroso donde se pierde el control muscular. Esto se conoce como "la corriente paralizante" o "la escala bajo la cual hay que soltar la fuente".

50-150 mA Dolor agudo, paro respiratorio, contracciones musculares severas. La persona no puede soltar la fuente de electricidad. La muerte es posible.

1000-4300 mA Fibrilacin ventricular (el ritmo cardaco cesa.) Ocurren contracciones musculares y dao a los nervios. La muerte es sumamente probable.

10,000 mA Paro cardaco, quemaduras severas y con toda probabilidad puede causar la muerte.

Tipos de contacto y medidas de

proteccin contra las corrientes

elctricas

La electricidad es una de las fuentes de energa ms utilizada en la actualidad. Su empleo implica unos riesgos que deben

conocerse para poder evitar sus desfavorables consecuencias.

Entre las normas de desarrollo reglamentario de la ley de Prevencin se

encuentran las destinadas a garantizar la proteccin de los trabajadores frente al riesgo elctrico. En virtud de lo cual se ha publicado el R.D.

614/2001 de 8 de julio, que se aplica a las instalaciones elctricas de los

lugares de trabajo y a las tcnicas y procedimientos para trabajar en

ellos o en sus proximidades.

Los accidentes elctricos se producen por el contacto de una persona

con partes activas en tensin y pueden ser de dos tipos:

1. Contactos directos.


Tecnologa Elctrica

2. Contactos indirectos.

Contactos Directos.

Son los contactos de personas con partes activas

de los materiales y equipos, considerando

partes activas los

conductores bajo tensin

en servicio normal. Por tanto, es aquel en el que la

persona entra en contacto

con una parte activa (una

parte en tensin); por ejemplo: cuando se toca

directamente un conductor activo (fase) y simultneamente el neutro.

Los contactos directos pueden establecerse de tres formas:

1. Contacto directo con dos conductores activos de una lnea. 2. Contacto directo con un conductor activo de lnea y masa o

tierra.

3. Descarga por induccin. Son aquellos accidentes en los que se produce un choque elctrico sin que la persona haya tocado

fsicamente parte metlica o en tensin de una instalacin.

La proteccin contra contactos directos puede lograrse de tres

formas:

1. Alejamiento de las partes activas de la instalacin.


Tecnologa Elctrica

Consiste en poner dichas partes activas a una distancia suficiente para

que sea imposible el contacto fortuito con las manos o por la

manipulacin de objetos conductores, cuando estos se utilicen,

habitualmente, en las proximidades de la instalacin.

El volumen de seguridad y distancia de proteccin son 2,5m en altura y

1m en horizontal.

2. Interposicin de obstculos. Estos obstculos deben impedir todo contacto accidental con las partes activas de la instalacin. Deben estar fijados de forma segura y resistir

los esfuerzos mecnicos que puedan presentarse. En este apartado

tenemos los armarios y cuadros elctricos, las tomas de corriente, los

receptores en general, etc.

3. Recubrimiento de las partes activas de la instalacin. Se realizar por medio de un aislamiento apropiado, capaz de conservar

sus propiedades con el tiempo y que limite la corriente de contacto a un

valor no superior a 1mA.

Medidas complementarias:

Se evitar el empleo de conductores desnudos.

Cuando se utilicen, estarn eficazmente protegidos.

Se prohbe el uso de interruptores de cuchillas que no

estn debidamente protegidos.

Los fusibles no estarn al descubierto.


Tecnologa Elctrica

Contactos Indirectos

Es el que se produce por efecto de un fallo en un aparato receptor o accesorio, desvindose la corriente elctrica a travs de las partes

metlicas de stos. Pudiendo por esta causa entrar las personas en

contacto con algn elemento que no forma parte del circuito elctrico y

que en condiciones normales no deberan tener tensin como:

Corrientes de derivacin. Situacin dentro de un campo magntico. Arco elctrico.

Para la eleccin de las medidas de

proteccin contra contactos indirectos,

se tendr en cuenta la naturaleza de

los locales o emplazamientos, las

masas y los elementos conductores,

la extensin e importancia da la

instalacin, que obligarn en cada

caso a adoptar la medida de

proteccin ms adecuada.

Las medidas de proteccin contra contactos indirectos:

1. Puesta a tierra de las masas. Poner a tierra las masas significa unir a la masa terrestre un punto de la

instalacin elctrica (carcasa de mquinas, herramientas, etc.).

2. Corrientes de seguridad de 24V.


Tecnologa Elctrica

Consiste en la utilizacin de pequeas tensiones de seguridad que tal como se

especifica en el R.E.B.T sern de 24V para locales hmedos o mojados y 50V

para locales secos. Este sistema de proteccin dispensa de tomar otros contra los

contactos indirectos en el circuito de utilizacin. Este tipo de medidas de

proteccin se utilizan en el caso de:

Herramientas elctricas. Juguetes accionados por motor elctrico. Aparatos para el tratamiento del cabello y de la piel.

3. Separacin de circuitos. Consiste en separar los circuitos de utilizacin de la fuente de energa por medio

de transformadores mantenimiento aislado de tierra todos los conductores del

circuito de utilizacin incluso el neutro.

Este sistema de proteccin dispensa de tomar otras medidas contra contactos

indirectos.

4. Doble aislamiento. Consiste en el empleo de materiales que dispongan de aislamiento de proteccin

o reforzadas entre sus partes activas y sus masas accesibles.

Es un sistema econmico puesto que exige la instalacin de conductor de

proteccin. Su eficacia no disminuye con el tiempo al no verse afectado por

problemas de corrosin. Todos los aparatos con doble aislamiento llevan el

siguiente smbolo.


Tecnologa Elctrica

Factores que influyen en un

accidente elctrico

Como ya se mencion existen una serie de factores que afectan sobre la gravedad de un accidente elctrico, os dos factores que ms afectan a la gravedad del accidente son la intensidad de corriente y la duracin del contacto elctrico.

La Comisin Electrotcnica Internacional ha publicado unas curvas que describen el efecto de la intensidad de corriente y del tiempo de trnsito para el recorrido de la corriente mano izquierda-los dos pies. As por ejemplo:

1. Cuando la intensidad es de 0,5 mA (miliamperios) el individuo expuesto al paso de la corriente "nota un cosquilleo" (independientemente del tiempo de exposicin). Se dice que se alcanza el "umbral de percepcin".

2. Si aumentamos la intensidad, por ejemplo, hasta 50 mA, se alcanzar el "umbral de no soltar" aproximadamente al cabo de 130 ms (milisegundos) de exposicin al paso de la corriente. Es decir, en esta situacin el individuo puede empezar a tener problemas para poder separarse del circuito elctrico; vulgarmente se dice que el individuo "se qued pegado sin poder soltarse".

3. Si seguimos manteniendo al individuo expuesto a esta corriente de 50 mA durante ms tiempo hasta alcanzar los 900 ms se alcanzara el umbral de fibrilacin, que provoca la fibrilacin ventricular.


Tecnologa Elctrica

Otros factores que tambin afectan aunque en menor

medida en la gravedad de un accidente elctrico

Resistencia del cuerpo humano. Tensin aplicada. Frecuencia de la corriente. Trayecto de la corriente a travs del cuerpo. Capacidad de reaccin de la persona.

Los accidentes elctricos se pueden clasificar en dos

grandes grupos

Incendios y/o explosiones, que afectan tanto a personas como a instalaciones y bienes. Los incendios debidos a la energa elctrica se producen, fundamentalmente, por sobrecargas en la instalacin, chispas o cortocircuito.

Electrizacin y electrocucin, que afectan a personas. Una persona se electriza cuando la corriente elctrica circula por su cuerpo, es decir, cuando la persona forma parte del circuito elctrico, pudiendo, al menos, distinguir dos puntos de contacto: uno de entrada y otro de salida de la corriente. Esa misma persona se electrocuta cuando el paso de la corriente produce su muerte.

Las principales lesiones Las principales lesiones que produce el paso de la electricidad a travs del cuerpo

humano, teniendo en cuanta los factores anteriormente citados.

La fibrilacin ventricular. Consiste en el movimiento anrquico del corazn, el cual deja de enviar sangre a los distintos rganos. El corazn sigue en movimiento, pero no sigue su ritmo normal de funcionamiento. Es el efecto ms grave y que produce la mayora de los accidentes mortales. Una vez producida el ritmo cardiaco no se recupera de forma espontnea y, de no mediar una asistencia rpida y efectiva, se producen lesiones irreversibles y sobreviene la muerte.

La tetanizacin. Movimiento incontrolado de los msculos como consecuencia del paso de la energa elctrica. Dependiendo del recorrido de la corriente perderemos el control de las manos, brazos, msculos pectorales, etc.


Tecnologa Elctrica

Estados aparentes de muerte

despus de un accidente elctrico.

La asfixia. Se produce cuando el paso de la corriente afecta al centro nervioso que regula la funcin respiratoria, ocasionando el paro respiratorio.

Los principales pasos a seguir en caso de ocurrir un shok elctrico, es precis fijar

el concepto de muerte real y que podemos diferenciar de ella, a la muerte

aparente, que es lo que se pretende con los mtodos de reanimacin.

De las manifestaciones visibles de la vida oculta; en un estado en el cual los

signos de la vida, principalmente los cambios nutritivos y la excitabilidad, parecen

faltar. En el estado de muerte aparente no se percibe la actividad cardiaca ni la

respiracin, sin que ello signifique la detencin definitiva de la vida celular.

De las manifestaciones visibles de la vida, es la consciencia la que desaparece

primero: a continuacin se suspende la respiracin, mientras las contracciones

cardiacas suelen persistir algn tiempo.

Otras alteraciones, tales como: contracciones musculares, aumento de la presin sangunea, dificultades de respiracin, parada provisional del corazn, etc. pueden producirse sin fibrilacin ventricular. Tales efectos no son mortales; normalmente son reversibles y, a menudo, producen

marcas por el paso de la corriente. Las quemaduras graves pueden llegar a ser mortales.


Tecnologa Elctrica

Qu son los generadores de

Tensin?

Los signos de una muerte definitiva son

El enfriamiento del cuerpo.

La rigidez.

Las livideces cadavricas. Todos aquellos cientficos que han estudiado los mecanismos de la muerte por

electrocucin, consideran que cuando se produce una prdida del conocimiento en

el momento del accidente, esta muerte aparente no conduce a una muerte real

sino que despus de un tiempo determinado.

De lo anteriormente expuesto, podemos concluir que, el tiempo que existe entre la

muerte aparente y la muerte real, definido comnmente como muerte clnica , es

cuando se debe actuar oportunamente lograr la reanimacin del electrocutado.

CAPTULO 2: GENERADORES DE TENSIN

Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de

potencial elctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes.

Los generadores elctricos con mquinas destinadas a transformar la energa

mecnica en elctrica. As, un generador real puede considerarse en muchos

casos como un generador ideal de tensin con una resistencia interna en serie, o

bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.

Un generador es una mquina elctrica que realiza el proceso inverso que un

motor elctrico, el cual transforma la energa elctrica en energa mecnica.

Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para

obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente


Tecnologa Elctrica

inducida en un generador simple de una sola fase. La mayora de los generadores

de corriente alterna sonde tres fases.

No slo es posible obtener una corriente elctrica a partir de energa mecnica de

rotacin sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energa como punto

de partida. Desde este punto de vista ms amplio, los generadores se clasifican en

dos tipos fundamentales:

Primarios: Convierten en energa elctrica la energa de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.

Secundarios: Entregan una parte de la energa elctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energa de una corriente elctrica y

la almacenan en forma de alguna clase de energa. Posteriormente, transforman

nuevamente la energa almacenada en energa elctrica. Un ejemplo son las pilas

o bateras recargables. Se agruparn los dispositivos concretos conforme al

proceso fsico que les sirve de fundamento.


Tecnologa Elctrica

Generadores ideales

Desde el punto de vista terico (teora de circuitos) se distinguen dos tipos de

generadores ideales:

1. Generador de voltaje o tensin: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la

resistencia de la carga, Rc, que pueda estar conectada entre ellos.

2. Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con

independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada

entre ellos.

El generador descrito no tiene existencia real en la prctica, ya que siempre posee

lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque

no es realmente una resistencia, en la mayora de los casos se comporta como tal.

En la Figura 2 se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia

interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el

generador, con lo que la ecuacin anterior se transforma en:

As, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador

ideal de tensin con una resistencia interna en serie, o bien como un generador

ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.


Tecnologa Elctrica

Mtodos para la produccin de

tensin elctrica

Otros mtodos para producir tensin elctrica que no es ms que producir voltaje:

Centrales

termoelctricas

Una central termoelctrica es un lugar

empleado para la generacin de energa

elctrica a partir de calor. Este calor puede

obtenerse tanto de combustibles fsiles

(petrleo, gas natural o carbn) como de la

fisin nuclear del uranio u otro combustible

nuclear o del sol como las solares

termoelctricas, as como tambin de

incineracin de residuos slidos urbanos

(RSU). Las centrales que en el futuro utilicen

la fusin tambin sern centrales

termoelctricas. En su forma ms clsica, las centrales termoelctricas consisten


Tecnologa Elctrica

en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se

transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor

obtenido, a alta presin y temperatura, se expande a continuacin en una turbina

de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad.

Luego el vapor es enfriado en un Condensador donde circula por tubos agua fra

de un caudal abierto de un ro o por torre de refrigeracin. En las centrales

termoelctricas denominadas de ciclo combinado se usan los gases de la

combustin del gas natural para mover una turbina de gas. En una cmara de

combustin se quema el gas natural y se inyecta aire para acelerar la velocidad de

los gases y mover la turbina de gas. Como, tras pasar por la turbina, esos gases

todava se encuentran a alta temperatura (500 C), se reutilizan para generar

vapor que mueve una turbina de vapor. Cada una de estas turbinas impulsa un

alternador, como en una central termoelctrica comn. El vapor luego es enfriado

por medio de un caudal de agua abierto o torre de refrigeracin como en una

central trmica comn. Adems, se puede obtener la cogeneracin en este tipo de

plantas, al alternar entre la generacin por medio de gas natural o carbn. Este

tipo de plantas est en capacidad de producir energa ms all de la limitacin de

uno de los dos insumos y pueden dar un paso a la utilizacin de fuentes de

energa por insumos diferentes. Las centrales trmicas que usan combustibles

fsiles liberan a la atmsfera dixido de carbono (CO2), considerado el principal

gas responsable del calentamiento global. Tambin, dependiendo del combustible

utilizado, pueden emitir otros contaminantes como xidos de azufre, xidos de

nitrgeno, partculas slidas (polvo) y cantidades variables de residuos slidos.

Las centrales nucleares pueden contaminar en situaciones accidentales (vase

accidente de Chernbil) y tambin generan residuos radiactivos de diversa ndole.

Centrales Trmicas Solares

Una central trmica solar

o central termo solar es

una instalacin industrial

en la que, a partir del

calentamiento de un

fluido mediante radiacin

solar y su uso en un ciclo

termodinmico

convencional, se produce

la potencia necesaria


Tecnologa Elctrica

para mover un alternador para generacin de energa elctrica como en una

central trmica clsica. En ellas es necesario concentrar la radiacin solar para

que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 C hasta 1000 C, y

obtener as un rendimiento aceptable en el ciclo termodinmico, que no se podra

obtener con temperaturas ms bajas. La captacin y concentracin de los rayos

solares se hacen por medio de espejos con orientacin automtica que apuntan a

una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos ms pequeos de

geometra parablica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de

orientacin se denomina heliostato. Su principal problema medioambiental es la

necesidad de grandes extensiones de territorio que dejan de ser tiles para otros

usos (agrcolas, forestales, etc.).

Central Hidroelctrica

Una central hidroelctrica es aquella

que se utiliza para la generacin de

energa elctrica mediante el

aprovechamiento de la energa

potencial del agua embalsada en una

presa situada a ms alto nivel que la

central. El agua se lleva por una tubera

de descarga a la sala de mquinas de la

central, donde mediante enormes

turbinas hidrulicas se produce la

electricidad en alternadores. Las dos

caractersticas principales de una

central hidroelctrica, desde el punto de

vista de su capacidad de generacin de

electricidad son: La potencia, que es

funcin del desnivel existente entre el

nivel medio del embalse y el nivel medio

de las aguas debajo de la central, y del

caudal mximo turbinable, adems de

las caractersticas de la turbina y del generador. * La energa garantizada en un

lapso determinado, generalmente un ao, que est en funcin del volumen til del

embalse, de la pluviometra anual y de la potencia instalada. La potencia de una

central hidroelctrica puede variar desde unos pocos MW, hasta varios GW. Hasta

10 MW se consideran mini centrales. En China se encuentra la mayor central


Tecnologa Elctrica

hidroelctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia

instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaip (que pertenece a

Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de

700 MW cada una.

Esta forma de energa posee problemas medioambientales al necesitar la

construccin de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustrada

de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotacin comercial de la conversin

en electricidad del potencial energtico que tiene el oleaje del mar, en las llamadas

centrales mareomotrices. Estas utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general

pueden ser tiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia, y

las condiciones morfolgicas de la costa permitan la construccin de una presa

que corte la

Entrada y salida de la marea en una baha. Se genera energa tanto en el

momento del llenado como en el momento del vaciado de la bobina

Centrales Mareomotrices

Las centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, puede ser til en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfolgicas de la costa permitan la construccin de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una baha. Se genera energa tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la baha.

Actualmente se encuentra en desarrollo la explotacin comercial de la conversin en electricidad del potencial energtico que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales undimotrices.

Centrales Elicas

La energa elica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de la energa cintica generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento


Tecnologa Elctrica

produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren una energa. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en reas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montaosas o islas. La energa del viento est relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de reas de alta presin atmosfrica hacia reas adyacentes de baja presin, con velocidades proporcionales al gradiente de presin.2

El impacto medioambiental de este sistema de obtencin de energa es relativamente bajo, pudindose nombrar el impacto esttico, porque deforman el paisaje, la muerte de aves por choque con las aspas de los molinos o la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos. Adems, este tipo de energa, al igual que la solar o la hidroelctrica, estn fuertemente condicionadas por las condiciones climatolgicas, siendo aleatoria la disponibilidad de las mismas.

Centrales fotovoltaicas

Se denomina energa solar fotovoltaica a la obtencin de energa elctrica a travs de paneles fotovoltaicos. Los paneles, mdulos o colectores fotovoltaicos estn formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiacin solar, se excitan y provocan saltos electrnicos, generando una pequea diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtencin de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeos dispositivos electrnicos. A mayor escala, la corriente elctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red elctrica. Alemania es en la actualidad el segundo


Tecnologa Elctrica

Pilas o Bateras

productor mundial de energa solar fotovoltaica tras Japn, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque slo representa el 0,03% de su produccin energtica total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la dcada de los noventa. En la Unin Europea el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada de la Unin.3

Los principales problemas de este tipo de energa son su elevado coste en comparacin con los otros mtodos, la necesidad de extensiones grandes de territorio que se sustraen de otros usos, la competencia del principal material con el que se construyen con otros usos (el slice es el principal componente de los circuitos integrados), o su dependencia con las condiciones climatolgicas. Este ltimo problema hace que sean necesarios sistemas de almacenamiento de energa para que la potencia generada en un momento determinado, pueda usarse cuando se solicite su consumo. Se estn estudiando sistemas como el almacenamiento cintico, bombeo de agua a presas elevadas, almacenamiento qumico, entre otros.

Pilas cidas y alcalinas de xido de manganeso de uso comn y generalizado en diferentes artefactos, algunas de ellas riesgosas por su

contenido de mercurio. Se encuentran en el mercado en distintos formatos

tales como A, AA, AAA. Categora: Y29, Y34, Y35.


Tecnologa Elctrica

Pilas de nquel-cadmio recargables, contenidas en parte de las bateras usadas para telfonos celulares, son particularmente

dainos para el medio ambiente debido principalmente a su

contenido de cadmio. Categora: Y26recargables, contenidas en

parte de las bateras usadas para telfonos celulares, son

particularmente dainos para el medio ambiente debido

principalmente a su contenido de cadmio. Categora: Y26

Bateras de plomo cido utilizadas mayormente en automotores. Categora: Y34, Y31

Pilas de xido de mercurio principalmente de formato botn, utilizadas en equipos especiales (por ejemplo cmaras fotogrficas,

relojes). Categora: Y29


Tecnologa Elctrica

Resistores

CAPTULO 3: RESISTORES

Se denomina resistor o

resistencia al componente

electrnico diseado para

introducir una resistencia

elctrica determinada entre

dos puntos de un circuito.

Son conocidos simplemente

como resistencias.

Es un material formado por

carbn y otros elementos

resistivos para disminuir la corriente que pasa.

Se opone al paso de la corriente. La

corriente mxima en un resistor viene

condicionada por la mxima potencia que

pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se

puede identificar visualmente a partir del

dimetro sin que sea necesaria otra

indicacin. Los valores ms comunes son

0,25 W, 0,5 W y 1 W.

Existen resistencias de valor variable, que

reciben el nombre de potencimetros. Los

resistores se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente o para fijar

el valor de la tensin. A diferencia de otros componentes electrnicos, los

resistores no tienen polaridad definida.


Tecnologa Elctrica

Tipos de Resistores

En general, los resistores se pueden clasificar en tres diferentes categoras o clases:

Resistores Fijos: Un resistor fijo es aquel en que el valor de su resistencia no puede cambiar.

Resistores Variables: Un resistor variable es un resistor cuyo valor se puede ajustar al girar una perilla o deslizar un control. Son conocidos tambin como potencimetros o

restatos.

Resistores No Lineales: Un resistor no lineal es un resistor que tiene una resistencia que vara de manera significativa con el voltaje aplicado, temperatura o luz. Algunos ejemplos de resistores no lineales son los termistores y los foto resistores.


Tecnologa Elctrica

Por su montaje, los resistores se pueden clasificar en dos categoras:

Resistor tipo "through-hole" o con terminales: Es el tipo de resistor ms popular en el ambiente estudiantil, por su facilidad de manejo y compatibilidad con tablillas de experimentacin. Estos resistores se fabrican a partir de diferentes materiales.

Las principales tecnologas son: resistores de composicin de carbn (prcticamente obsoletos), resistores de pelcula de carbn, resistores de pelcula metlica, resistores de xidos metlicos y resistores de alambre. Los resistores de pelcula de carbn son los ms fciles de encontrar y tambin son los de menor costo. Para cada tecnologa encontramos muchas formas y tamaos diferentes del componente. La figura 1 muestra el aspecto de cuatro familias comunes de resistores through-hole.

Resistores de montaje superficial: El uso de resistores de montaje superficial ayuda a reducir las dimensiones del circuito ensamblado y a reducir en parte los efectos de inductancia parsita. Estos resistores vienen en una variedad de dimensiones y son fabricados en diferentes tecnologas, siendo las ms importantes los resistores de pelcula gruesa y de pelcula delgada.


Tecnologa Elctrica

En el caso de resistores de montaje superficial, existe un trade-off entre la dimensin del resistor y su capacidad de potencia y voltaje. Por ejemplo, un resistor ms largo tendr una mayor especificacin de voltaje, debido a que tendr un voltaje de ruptura mayor.

Clasificacin de los resistores

Aplicaciones de los resistores.

Resistencias de cartucho de alta densidad

Resistores

Con Terminales

peliculas de carbn

Propsito General

(+ - 5%)

pelcula metlica

Mayor desempeo

(+ - 1%)

xido metlico

Alta potencia

(2w)

alambre

Alta potencia

(2W)

SMT

Pelcula gruesa

Propsito General

(+ - 5%)

pelcula degradada

Especiales

(+ - 1%)


Tecnologa Elctrica

Aplicaciones tpicas

Principalmente para ser introducidas en un barreno en un metal slido, para

calefaccin localizada en los procesos que exigen control riguroso de

temperaturas tales como: moldes, cilindros, etiquetado, estampado en caliente,

sellado de bolsas, equipo de empaque y medicinales, extrusoras e inyectoras para

plsticos As mismo para calentar gases y lquidos.

Caractersticas

Las Resistencias de Alta Densidad (Compactadas), para aplicaciones de alta

temperatura donde la reducida durabilidad de los cartuchos, son un problema

constante. Los cartuchos de alta densidad duran hasta 15 veces ms en la misma

aplicacin que las resistencias de cartucho comunes. Son tambin capaces de

brindar hasta 5 veces mayores densidades de potencia elctrica con temperaturas

de hasta 1500 F (820C). Varias terminaciones para proteger los cables contra la

flexin, humedad, abrasin, contaminacin y para aplicaciones especiales.

Resistencias de cartucho de baja densidad

Aplicaciones tpicas

Principalmente para ser introducidas en un barreno en un metal slido, conductor

de calor para calefaccin localizada en los procesos que exigen control riguroso

de temperaturas, tales como: mquinas de empaque en caliente y etiquetado,

equipos de estampado, pistolas de adhesivo para plsticos inyectados y ceras. As

mismo para calentar gases y lquidos y otras aplicaciones de baja temperatura.


Tecnologa Elctrica

Caractersticas

Las Resistencias de Cartucho de Baja Densidad son econmicas para

aplicaciones de bajas y medianas temperaturas, con temperatura mxima de 1200

F (650 C) y densidades de potencia de 30 a 45 W/pulg2. Varias terminaciones

para proteger los cables contra la flexin, humedad, abrasin, contaminacin y

aplicaciones especiales. Muchos tamaos o potencias nominales en existencia o

hechos a la medida.

Resistencias de banda aislada con mica

Aplicaciones Tpicas

Utilizada en operaciones que requieren calefaccin de superficies cilndricas tales

como: caones de los extrusores de plstico, mquinas inyectoras y de soplado de

plsticos, tanques de almacenamiento, barriles, envases de calentar alimentos,

autoclaves y equipos de moldeo por soplado.

Caractersticas

El mecanismo de fijacin de las resistencias de cinta aisladas es una caracterstica

exclusiva que consiste en una abrazadera incorporada de baja expansin trmica

a la que se sujeta mejor que las abrazaderas separadas o bridas dobladas

(orejas). El diseo de las resistencias sirve para aplicaciones de hasta 1200 F

(650 C) y densidades de potencia de hasta 45W/pulg2 7W/cm2. Los diseos

bsicos de construccin son unidades de una o dos abrazaderas expandibles con

varios arreglos para las terminales atornillados y cables flexibles. Barrenos o

cortes hechos a pedido. Muchos tamaos y potencias nominales en existencia o

hechos a la medida.


Tecnologa Elctrica

Resistencias tubulares

Aplicaciones tpicas

La resistencia ms verstil y ampliamente utilizada en aplicaciones industriales,

comerciales, cientficas y militares, tales como calefactores combinados de

radiacin y conveccin, introduccin en agujeros taladrados o en ranuras fresadas

en placas o moldes, fundidos en metales y sujetados a oleoductos. Igualmente

para la calefaccin de lquidos por inmersin directa.

Caractersticas

El diseo de las resistencias tubulares produce un calefactor robusto y durable

inigualable en su resistencia contra choque, vibraciones, corrosin y altas

temperaturas. Pueden ser formadas en una variedad ilimitada de figuras a piezas

soldadas con plata y acero, latn, acero inoxidable o cualquier pieza de metal

extico, as como fundidas en metales. Los materiales estndar del tubo son el

cobre, acero inoxidable e incoloro y con varios dimetros y arreglos de tornillo o

cables flexibles con sellos, conexiones y bridas.

Calcular la resistencia en conductores metlicos.

El conductor es el encargado de unir elctricamente cada uno de los componentes

de un circuito, el ms utilizado es el de cobre, (Ver tabla con algunos materiales

conductores en Imagen). Dado que tiene resistencia hmica, puede ser

considerado como otro componente ms con caractersticas similares a las de la

resistencia elctrica.


Tecnologa Elctrica

De este modo, la resistencia de un conductor

elctrico es la medida de la oposicin que presenta

al movimiento de los electrones en su seno, es decir

la oposicin que presenta al paso de la corriente

elctrica. Generalmente su valor es muy pequeo y

por ello se suele despreciar, esto es, se considera

que su resistencia es nula (conductor ideal), pero

habr casos particulares en los que se deber tener

en cuenta su resistencia (conductor real).

La resistencia de un conductor depende de la

longitud del mismo ( ) en m, de su seccin ( ) en

m, del tipo de material y de la temperatura. Si

consideramos la temperatura constante (20 C), la

resistencia viene dada por la siguiente expresin:

,

Donde es la resistividad (una caracterstica propia

de cada material).

Alambres Conductores

Los conductores elctricos son hilos de

metal (cobre o aluminio) que se utilizan para conducir la corriente elctrica. Los tipos de conductores ms utilizados son: alambres, cables, cordones, conductores


Tecnologa Elctrica

con cubierta protectora. Los conductores se utilizan en:

Instalaciones elctricas en general (vivienda, industria, comercio, etc.) Instalaciones elctricas de automviles Construccin de bobinas

Generalmente cuenta con aislamiento en el orden de 500 m hasta los 5 cm; dicho

aislamiento es plstico, su tipo y grosor depender del nivel de tensin de trabajo,

la corriente nominal, de la temperatura ambiente y de la temperatura de servicio

del conductor. Las partes generales de un cable elctrico son:

Conductor: Elemento que conduce la corriente elctrica y puede ser de diversos materiales metlicos. Puede estar formado por uno o varios hilos.

Aislamiento: Recubrimiento que envuelve al conductor, para evitar la circulacin de corriente elctrica fuera del mismo.

Capa de relleno: Material aislante que envuelve a los conductores para mantener la seccin circular del conjunto.

Cubierta: Est hecha de materiales que protejan mecnicamente al cable. Tiene como funcin proteger el aislamiento de los conductores de la accin

de la temperatura, sol, lluvia, etc.

Los cables elctricos se pueden subdividir en seis tipos:

1. Nivel de tensin

cables de muy baja tensin (hasta

50 V).

cables de baja tensin (hasta

1000 V).

cables de media tensin (hasta 30

kV).

cables de alta tensin (hasta 66

kV).

cables de muy alta tensin (por

encima de los 770 kV).

2. Componentes

Conductores (cobre, aluminio u otro

metal).

Aislamientos (materiales plsticos,

elastomricos, papel impregnado

en aceite viscoso o fluido).

Protecciones (pantallas, armaduras

y cubiertas).


Tecnologa Elctrica

3. Aislamiento del conductor

Aislamiento termoplstico:

PVC - (poli cloruro de

vinilo).

PE - (polietileno).

PCP - (poli

cloropreno),

neopreno o plstico.

Aislamiento termoestable:

XLPE - (polietileno

reticulado).

EPR - (etileno-

propileno).

MICC Cabe cobre-

revestido Mineral-

aislado

4. Nmero de conductores

Unipolar: Un solo

conductor.

Bipolar: 2 conductores.

Tripolar: 3 conductores.

Tetra polar: 4 conductores.

5. Materiales empleados

Cobre.

Aluminio.

Almelec (aleacin de

Aluminio, Magnesio).

6. Flexibilidad del conductor

Conductor rgido.

Conductor flexible.


Tecnologa Elctrica

Estos cables se pueden clasificar por colores, normalmente es

as:

Calcular la resistencia a distintas temperaturas

La variacin de la temperatura produce una variacin en la resistencia. En la

mayora de los metales aumenta su resistencia al aumentar la temperatura, por el

contrario, en otros elementos, como el carbono o el germanio la resistencia

disminuye.

Como ya se coment, en algunos materiales la resistencia llega a desaparecer

cuando la temperatura baja lo suficiente. En este caso se habla de

superconductores.

Experimentalmente se comprueba que para temperaturas no muy elevadas, la

resistencia a cierta temperatura ( ), viene dada por la expresin:


Tecnologa Elctrica

Donde

= Resistencia de referencia a la temperatura inicial

= Coeficiente de temperatura. Para el cobre .

= Temperatura de referencia en la cual se conoce .

Fallas comunes de los resistores

En el 99 % de los casos las resistencias elctricas se "abren", es decir dejan de

presentar resistencia; son aislantes.

Las causas pueden ser varias, aunque la ms frecuente es el haber alcanzado

una temperatura de trabajo excesiva debido a un exceso de disipacin de

potencia, que ha fundido o quemado parte de su longitud.

En resistencias de valor muy elevado utilizadas en Electrnica, y que estn

formadas por una fina capa de una especie de pintura conductora, la humedad

puede descomponerla y tambin "abrirse".

Cmo se reconoce un resistor defectuoso?

Los resistores son componentes elctricos bsicos que se encuentran en casi

todos los circuitos. Todos los componentes elctricos tienen niveles de tolerancias

de energa especficos y superar dichos ndices puede producir que un

componente se queme y falle en su funcionamiento. Si excedes el ndice de

voltaje de un condensador electroltico, ste puede en verdad explotar. En el mejor

de los casos, un componente defectuoso har que un circuito funcione de forma

impredecible y an peor provocar un fallo en cascada que destruye otros

componentes sensibles. Puedes probar un resistor utilizando un dispositivo

llamado multmetro o un ohmmetro.

Para comprobar si el resistor est defectuosos hay unos cuantos pasos a seguir:


Tecnologa Elctrica

1. Determina el valor nominal del resistor (en unidades "ohm") examinando las bandas de color en el resistor.

2. Configura el multmetro o el ohmmetro para comprobar el rango de resistencia ms alto que sea ms mayor que el valor del resistor

3. Apaga el dispositivo y desconctalo fsicamente del enchufe o qutale las pilas, si el resistor todava se encuentra en el circuito.

4. Toca las sondas del medidor con los cables del resistor. Los resistores no estn polarizados, as que no importa qu sonda se conecta a cada cable.

5. Compara la lectura del medidor con el valor esperado del resistor. Si la lectura no coincide con el valor esperado, el resistor es defectuoso.

Cdigo de Colores

Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia elctrica,

disipacin mxima y precisin o tolerancia. Estos valores se indican normalmente

en el encapsulado dependiendo del tipo de ste; para el tipo de encapsulado axial,

el que se observa en la imagen, dichos valores van rotulados con un cdigo de

franjas de colores.

Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del

elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia

(normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La


Tecnologa Elctrica

ltima raya indica la tolerancia (precisin). De las restantes, la ltima es el

multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.

Para saber el valor de la resistencia vemos las primeras 3 franjas y la franja

siguiente ser la tolerancia (El coeficiente de temperatura nicamente se aplica en

resistencias de alta precisin o tolerancia menor del 1%.):

La primera lnea representa el dgito de las decenas. La segunda lnea representa el dgito de las unidades. La tercera lnea representa la potencia de 10 por la cual se

multiplica el nmero.

Color de la

banda

Valor de la

1cifra

significativa

Valor de la

2cifra

significativa

Multiplicador Tolerancia

Coeficiente

de

temperatura

Negro

0 0 1 - -

Marrn

1 1 10 1% 100ppm/C

Rojo

2 2 100 2% 50ppm/C

Naranja

3 3 1 000 - 15ppm/C

Amarillo

4 4 10 000 4% 25ppm/C

Verde

5 5 100 000 0,5% 20ppm/C

Azul

6 6 1 000 000 0,25% 10ppm/C

Morado

7 7 10000000 0,1% 5ppm/C

Gris

8 8 100000000 0.05% 1ppm/C

Blanco

9 9 1000000000 - -

Dorado

- - 0,1 5% -

Plateado

- - 0,01 10% -

Ninguno

- - - 20% -


Tecnologa Elctrica

Ley de Ohm

La ley de Ohm dice que la intensidad que circula entre dos puntos de un circuito

elctrico es proporcional a la tensin elctrica entre dichos puntos. Esta constante

es la conductancia elctrica, que es lo contrario a la resistencia elctrica.

La intensidad de corriente que circula por un circuito dado, es directamente

proporcional a la tensin aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del

mismo. Cabe recordar que esta ley es una propiedad especfica de ciertos

materiales y no es una ley general del electromagnetismo como la ley de Gauss,

por ejemplo.

La ecuacin matemtica que describe esta relacin es:

Donde, I es la corriente que pasa a travs del objeto en amperios, V es la

diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la

conductancia en siemens y R es la resistencia en ohmios (). Especficamente, la

ley de Ohm dice que R en esta relacin es constante, independientemente de la

corriente.

Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no

tienen cargas inductivas ni capacitivas (nicamente tiene cargas resistivas), o bien

han alcanzado un permanente. Tambin debe tenerse en cuenta que el valor de la

resistencia de un conductor puede ser influido por la temperatura.

Cmo calcular la potencia, eficiencia y energa

consumida en equipos elctricos?

Clculo de potencia

La potencia elctrica es la relacin de paso de energa de un flujo por unidad de

tiempo (la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un


Tecnologa Elctrica

tiempo determinado). La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es

el vatio (watt).

La energa consumida por un dispositivo elctrico se mide en vatios-hora (Wh), o

en kilovatios-hora (kWh).

Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia elctrica desarrollada en un

cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia

de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a travs

del dispositivo. Por esta razn la potencia es proporcional a la corriente y a la

tensin. Esto es,

Donde

I es el valor instantneo de la corriente

V es el valor instantneo del voltaje.

Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R se puede calcular

la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia tambin puede calcularse

como,

Cuando se trata de corriente alterna (AC) senoidal o cosenoidal, el promedio de

potencia elctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una funcin

de los valores eficaces o valores cuadrticos medios, de la diferencia de potencial

entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a travs del

dispositivo.

La potencia se expresara como:

Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:


Tecnologa Elctrica

Capacitores

Se obtiene as para la potencia un valor constante, y otro variable con

el tiempo. . Al primer valor se le denomina potencia activa y al

segundo potencia fluctuante.

Eficiencia Elctrica

Dado el elevado coste de la energa elctrica y las dificultades que existen para

cubrir la demanda mundial de electricidad y el efecto nocivo para el medio

ambiente que supone la produccin masiva de electricidad se impone la necesidad

de aplicar la mxima eficiencia energtica posible en todos los usos que se haga

de la energa elctrica.

La eficiencia energtica es la relacin entre la cantidad de energa consumida de

los productos y los beneficios finales obtenidos. Se puede lograr aumentarla

mediante la implementacin de diversas medidas e inversiones a nivel

tecnolgico, de gestin y de hbitos culturales en la comunidad. Tambin se

denomina ahorro de energa.

CAPTULO 4: CAPACITORES

Los capacitores o condensadores son elementos lineales y pasivos que pueden almacenar y liberar energa basndose en fenmenos relacionados con campos elctricos.

Bsicamente, todo capacitor se construye enfrentando dos placas conductoras. El medio que las separa se denomina dielctrico y es un factor determinante en el


Tecnologa Elctrica

valor de la capacidad resultante. Adems de depender del dielctrico, la capacidad es directamente proporcional a la superficie de las placas e inversamente proporcional a la distancia de separacin.

Los capacitores ideales no disipan energa como lo hacen los resistores. En cambio, los capacitores reales normalmente presentan una resistencia asociada en paralelo. Esta resistencia proporciona una trayectoria de conduccin entre placas. Es a travs de esta resistencia que el capacitor se descarga lentamente.

Un capacitor est formado por dos terminales que son placas conductoras separadas por un elemento no conductor, y que tienen como objetivo introducir en un circuito elctrico capacitancia. Existen varios de ellos segn sus cualidades fsicas

Tipos de Capacitores

Los capacitores son clasificados de diversas formas. Algunos son agrupados de

acuerdo con el material empleado como dielctrico (capacitores de pelcula, de

cermica, etc.). Otros son clasificados de acuerdo con el material empleado en

sus electrodos (capacitores de aluminio, de tantalio, etc.). Tambin son agrupados

segn la aplicacin en que se utilizan (capacitores de ajuste, de arranque para

motores, para microondas, etc.).


Tecnologa Elctrica

Los capacitores fijos, tienen valores de capacitancia que no puede ser ajustada fsicamente. Los Capacitores fijos se clasifican de la siguiente manera:

Capacitores

Fijos Variables


Tecnologa Elctrica

CAPACITORES ELECTROSTTICOS: Usan un

material aislante entre las placas metlicas que acta como dielctrico. Tienen bajos valores de capacitancia comparados con los Capacitores Electrolticos, y no son dispositivos polarizados.

CAPACITORES ELECTROLTICOS

Son construidos empleando un electrolito slido o lquido. Tienen altos valores de capacitancia y ofrecen los valores ms altos de densidad de energa. Los capacitores electrolticos son dispositivos polarizados debido a los materiales empleados en su

construccin, pero existen tambin capacitores electrolticos no polarizados. Un capacitor polarizado, slo puede manejar el flujo de la corriente en una sola direccin.


Tecnologa Elctrica

CAPACITORES ELECTROQUMICOS O DE DOBLE CAPA

Son tipos relativamente nuevos en el mercado. Tambin son conocidos como ultra capacitores o sper capacitores debido a que sus valores de capacitancia pueden alcanzar rangos de varios Faradios. Estn siendo empleados en conjunto con bateras en sistemas tales como telfonos celulares, y vehculos elctricos.

En algunas aplicaciones se requiere la habilidad de cambiar la capacitancia que presenta el capacitor. Durante muchos aos capacitores variables se han utilizado en los receptores de radio para efectuar la sintona. Tambin se emplean en transmisores y equipos de medicin, pero en han sido reemplazados en la mayora de las aplicaciones por varactores o varicaps.

El cambio en la capacitancia de un capacitor variable, puede ser obtenido de dos formas bsicas: Variando la distancia entre las placas, o variando el rea efectiva de carga de las placas.

Los Capacitores variables

se clasifican de la

siguiente manera:


Tecnologa Elctrica

Algunas imgenes de Capacitores


Tecnologa Elctrica

Cmo pueden utilizarse como sensores? Existen diversos sensores que se basan en los principios de los capacitores para su funcionamiento. A estos se les llama sensores capacitivos. Dichos sensores consisten en un capacitor que tiene a los parmetros que definen su capacidad como variables. En otras palabras, varan en su rea afectiva, distancia entre sus dos placas y permisividad de su material dielctrico. Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexin respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto ms elevada sea su constante dielctrica. Estos sensores se emplean para la identificacin de objetos, para funciones

contadoras y para toda clase de controles de nivel de carga de materiales slidos

o lquidos. Tambin son utilizados para muchos dispositivos con pantalla tctil,

como telfonos mviles o computadoras ya que el sensor percibe la pequea

diferencia de potencial entre membranas de los dedos elctricamente polarizados

de una persona adulta.

Deteccin de nivel En esta aplicacin, cuando un objeto (lquidos, granulados, metales, aislantes,

etc.) penetra en el campo elctrico que hay entre las placas sensor, vara

el dielctrico, variando consecuentemente el valor de capacitancia.

Sensor de humedad El principio de funcionamiento de esta aplicacin es similar a la anterior. En esta

ocasin el dielctrico, por ejemplo el aire, cambia su permisividad con respecto a

la humedad del ambiente.

Deteccin de posicin Esta aplicacin es bsicamente un condensador variable, en el cual una de las

placas es mvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva

entre las dos placas, variando tambin el valor de la capacitancia, y tambin

puede ser usado en industrias qumicas. Pero como sabemos este tipo de

aplicacin no suele ser lo correcto.


Tecnologa Elctrica

Cules son los de mayor valor de capacitancia?

Los sper condensadores tambin conocidos como condensadores

electroqumicos de doble capa, sper capacitores, pseudo capacitores, ultra

condensadores, ultra capacitores o simplemente EDLC por sus siglas en ingls,

son dispositivos electroqumicos capaces de sustentar una densidad de energa

inusualmente alta en comparacin con los condensadores normales, presentando

una capacitancia miles de veces

mayor que la de los condensadores

electrolticos de alta capacidad.

Mientras que un tpico condensador

electroltico D-Cell tiene una

capacitancia de decenas de mili

Faradios (mF), la de un EDLC del

mismo tamao ser de

varios Faradios, o sea alrededor de

dos o tres rdenes de

magnitud mayor, pero generalmente

con una menor tensin de trabajo.

Los EDLC comerciales de mayor

tamao cuentan con capacitancias tan elevadas como 5000 F, alcanzando

densidades de energa de hasta 30 Wh/kg.

Los sper condensadores actualmente se clasifican de acuerdo

con los materiales de los que se encuentran elaborados.

Actualmente se distinguen de acuerdo con Zhou y Dinh Nguyen principalmente

cuatro tipos:

1. Sper condensadores electrolticos de entre caras de carbono de doble capa

Los principales son los que utilizan hidrxido de sodio y potasio o cido sulfrico.

En ellos la disolucin se disocia en iones positivos de sodio o potasio, que ante la


Tecnologa Elctrica

presencia de voltaje por aumento de la atraccin entre cargas se acumula una

mayor energa elctrica.

2. Sper condensadores no electrolticos de entre caras de carbono de doble capa

Los principales son los que son elaborados como aerogeles, soles, los

de nanotubos de carbono y carbn activado.

Los soles son dispersiones de partculas slidas en lquido que se encuentran

indefinidamente en movimiento browniano. En cambio un gel es un slido que

posee una gran cantidad de lquido y una estructura que permite que se

encuentren ambas fases combinadas. Para la formacin de soles para

condensadores se forma el xido de metal elegido en agua, sea a altas

temperaturas o con un exceso de base para formar el sol. Posteriormente el sol es

gelado por deshidratacin o aumento de pH. Tambin se pueden formar soles

orgnicos con resorcinol enformaldehdo. El resultado de los procesos es la

formacin de un material homogneo muy poroso que permite una alta

capacitancia. Si el sol es combinado con la interfaz de carbono se calcula que

puede alcanzarse una capacitancia de 400 faradios por gramo.

3. Sper condensadores acuosos de xido de doble capa con pseudocapacitancia redox

Los principales son los de xido de litio, bixido de rutenio, bixido de iridio, xido

de cobalto y bixido de manganeso.

Los sper condensadores pueden fabricarse siguiendo la metodologa de la

seccin anterior para elaborar un sol. Otra forma de obtenerlo es por la deposicin

de un xido metlico por medio de un procedimiento de electrlisis. Se han hecho

investigaciones donde se han alcanzado capacitancias de 400 F/g con xido de

rutenio. Sper condensadores ms rentables de alrededor de 50 F/g se han

logrado con xido de nquel. Una forma alternativa para generar la estructura

porosa es la adicin de xido de litio a un metal como el platino; este material se le

agrega cido para retirar el litio y mantener la estructura porosa de escala

nanomtrica.

4. Sper condensadores de polmeros conductores


Tecnologa Elctrica

Se define como polmero conductor como una sustancia orgnica que conduce la

electricidad de manera parecida a la de un metal, buena reversibilidad entre

estado conductor y no conductor y flexibilidad mecnica. Los principales son los

de politiofeno, polipirrol y polianilina. Tienen una densidad de energa mayor a 500

Watts por kilogramo, y an se estudian sus propiedades de capacitancia.

Aplicaciones de Sper condensadores

La investigacin en sper condensadores se encuentra motivada por las enormes

ventajas que su uso representa para el desarrollo de circuitos elctricos.

1. Gran perodo de operacin 2. Capacidad de manejar altos valores de corriente 3. Valor de carga fcil de monitorear 4. Alta eficiencia 5. Gran rango de tensin 6. Gran rango de temperatura 7. Ciclos de funcionamiento largos 8. Facilidad de mantenimiento

La vida til de un sper condensador disminuye conforme aumenta su

capacitancia, pero actualmente contamos con dispositivos que superan una vida

til de veinte aos con prdidas en la tensin suministrado de alrededor de un

voltio. Debido a estas propiedades de vida til y manejo de tensin y corriente los

sper condensadores han sido utilizados en diversas aplicaciones y prometen

llenar la brecha entre los condensadores y bateras.

Los EDLCs tienen una variedad de aplicaciones comerciales, especialmente en

"suavizacin de energa" y los dispositivos de carga momentnea. Dentro de sus

primeros usos cabe destacar como fuente de energa para el arranque de motores

en grandes tanques de guerra y submarinos. Debido a que se ha reducido el coste

de produccin, han comenzado a aparecer en los camiones disel y


Tecnologa Elctrica

en locomotoras. Ms recientemente se han convertido en un tema de gran inters

en la llamada Energa verde, pues su capacidad de absorber energa rpidamente

los hace particularmente adecuados para aplicaciones de freno regenerativo.

Mientras que las pilas, por otro lado, tienen dificultades en esta tarea debido su

lenta velocidad de carga. Por su tamao y peso reducido, los EDLCs, se estn

adaptando para almacenar electricidad en vehculos elctricos.

Un condensador de alta capacidad tiene un gran rendimiento (el 98% de la carga

se devuelve); almacena mucha energa en relacin a su peso (4Wh/kg), aunque

no tanto como una batera; no presentan efecto memoria y tienen una gran

capacidad de carga y descarga rpida (5kW/kg).

Ecuaciones de carga y descarga de un capacitor en un

circuito RC serie.

Carga de un capacitor

Para cargar un capacitor es necesario comprobar que la fuente de energa

elctrica que se encuentra en el circuito tenga fem constante y resistencia

interna nula (r = 0), y no se tiene en cuenta la resistencia de todos los conductores

de conexin. Cabe anotar que inicialmente el capacitor esta descargado, despus

en un tiempo inicial (t = 0) se cierra el interruptor para completar el circuito y

permitir que la corriente alrededor de la malla comience a cargar el capacitor. Para

toda consideracin prctica, la corriente comienza en el mismo instante en todas

las partes conductoras del circuito, y en cada instante la corriente es la misma en

todas partes.

Como inicialmente el capacitor esta descargado, la diferencia de potencial entre

los extremos de este (supongamos es Vab) es cero (t = 0). En este momento de

acuerdo a la regla mallas de Kirchhoff, el voltaje entre los extremos del resistor R

(supongamos es Vbc) es igual a la fem de la fuente de energa elctrica. La

corriente inicial (I0) a travs del resistor est dada por la ley de Ohm

.

A medida que el capacitor se carga, su voltaje Vab aumenta y la diferencia de

potencial Vbc entre los extremos de resistor disminuye, lo que corresponde a una


Tecnologa Elctrica

reduccin de la corriente. La suma de estos dos voltajes es constante e igual a la

fem . Al cabo de un tiempo el capacitor se carga totalmente, la corriente

disminuye a cero y la diferencia de potencial Vbc entre los extremos del resistor se

hace cero. En ese momento aparece la totalidad de la fem de la fuente de

energa elctrica entre los bornes del capacitor, y la diferencia de potencial entre

los extremos del capacitor es igual al valor de la fem.

Si se establece a q como la carga del capacitor e i la corriente en el circuito al

cabo de cierto tiempo t luego de cerrar el interruptor. Las diferencias de potencial

instantneas Vab y Vbc son Vab= q/C Vbc = iR.

Utilizando estas en la regla de mallas de Kirchhoff, se obtiene - q/C- iR = 0

(ecuacin 1). El potencial cae una cantidad q/C al pasar de a b e iR al pasar de b

a c. Resolviendo para i de la ecuacin 1 se tiene i = ( /R)-(q/RC) (ecuacin 2).

Como se haba mencionado anteriormente en el tiempo t = 0, cuando se cierra

inicialmente el interruptor, el capacitor esta descargado, y por tanto, q = 0.

Sustituyendo q = 0 en la ecuacin 2 resulta la corriente inicial I0 = /R. Si el

capacitor no estuviera en el circuito, el ltimo trmino de la ecuacin 2 estara

ausente, entonces la corriente seria constante e igual a /R. Conforme la carga q

aumenta, el termino q/RC crece y la carga del capacitor tiene a su valor final, al

que llamaremos Qf. La corriente disminuye y termina por desaparecer. Cuando i =

0, la ecuacin 2 se convierte en lo siguiente /R = Qf /RC, es decir, Qf = C

(ecuacin 3). En esta ecuacin claramente se nota que Qf no depende de R.

Figura 1 (i vs. t) Figura 2 (q vs. t)

Para la figura 1 y 2 se muestra la corriente y la carga del capacitor

respectivamente en funcin del tiempo. En el instante en el que se cierra el


Tecnologa Elctrica

interruptor (t = 0), la corriente salta de cero a su valor inicial ; a partir de

ese punto, se aproxima gradualmente a cero.

La carga del capacitor comienza en cero y poco a poco se aproxima al valor final

Qf = C .

Se pueden deducir expresiones generales de la carga q y la corriente i es funcin

del tiempo. Por tanto, . Haciendo esto en la ecuacin 2 se obtiene

( )

Esto se puede reordenar a

Para luego integrar en ambos lados. Se cambian las variables de integracin a q y

t para poder fijar q y t como limites superiores. Los limites inferiores son q=0 y

t=0:

Despus de integrar se obtiene

(

)

Exponenciando ambos lados (es decir, tomando el logaritmo inverso) y

resolviendo para q se encuentra que

Para luego obtener la definicin matemtica del circuito RC para un capacitor en

carga

( ) ( )

La corriente instantnea i es simplemente la derivada de la ecuacin anterior con

respecto al tiempo:


Tecnologa Elctrica

Tanto la carga como la corriente son funciones exponenciales del tiempo.

Descarga de un capacitor

Cuando el capacitor ya ha adquirido una carga Q0, se quita la fuente de energa

elctrica del circuito RC y se conectan a dos puntos cualesquiera en este caso a y

c que contiene tanto al resistor como capacitor a un interruptor abierto. En seguida

cerramos el interruptor y en el mismo instante reajustamos nuestro cronometro a

t=0; en ese momento q=Q0. Por lo que el capacitor se descarga a travs del

resistor, y su carga disminuye finalmente a cero. Sean una vez ms i y q la

corriente y la carga que varan con el tiempo, en cierto instante despus de

efectuar la conexin. En estas condiciones la regla de mallas de Kirchhoff de la

ecuacin 2, aunque con = 0, es decir,

Ecuacin 3.

Ahora la corriente i es negativa; esto se debe a que sale carga positiva q de la

placa izquierda del capacitor. En el tiempo t=0 cuando q=Qo la corriente inicial es

.

Para hallar q en funcin del tiempo, debemos reordenar la ecuacin 3, cambiar de

nuevo a los nombres de las variables a q y t e integrar. Esta vez los lmites de q

son Qo a q. Se obtiene

Ecuacin 4.


Tecnologa Elctrica

Figura 3 (i vs. t) Figura 4 (q vs. t)

En las figura 3 y 4 se han graficado la corriente y la carga; ambos magnitudes tienden

exponencialmente a cero con el tiempo. La carga del capacitor tiende de manera asinttica

a cero en la ecuacin

En tanto, que en la ecuacin

( ) ( )

La diferencia entre q y Q tiene asintticamente a cero. Las consideraciones

energticas nos ofrecen una visin ms clara del comportamiento de un circuito

RC. Cuando se est cargando el capacitor, la rapidez instantnea a la que la

fuente de energa elctrica entrega energa al circuito es . La rapidez

instantnea a la que se disipa energa en el resistor i2R, y la rapidez a la que se

almacena energa en el capacitor es ivbc=iq/C. Multiplicando la ecuacin 1 por i se

obtiene i = i2R+iq/C. Esto significa que de la potencia suministrada por la

fuente de energa elctrica, una parte (i2R) se disipa en el resistor, y otra (iq/C) se

almacena en el capacitor. La energa total suministrada por la batera durante la

carga del capacitor es igual al producto de la fem de la batera por la carga total

Qf, o . La energa total almacenada en el capacitor, es . De este modo el

capacitor, y la otra mitad se disipa en la resistencia. Resulta poco sorprendente

que esta divisin de la energa por mitades no dependa de C, R ni .


Tecnologa Elctrica

Reconocimiento de capacitor defectuoso

Todos los capacitores tienen "corriente de fuga", es decir, no son perfectos. Esta

corriente aumenta a medida que el aislante "envejece". Debera considerarse

como "defectuoso", cuando la corriente de fuga llega a un valor tal que sobrecarga

la fuente de alimentacin aplastando el voltaje e impidiendo la operacin correcta.

Para saber si un capacitor est defectuoso, se puede probar si ste da

continuidad. (Est en corto) Si es as, el capacitor est daado y hay que

cambiarlo.

Una prueba adicional se hace la ayuda de un multmetro analgico (con aguja)

conectndolo en paralelo con el capacitor.

Estando el capacitor inicialmente descargado (0 voltios en sus terminales), este se

cargar con la corriente que le suministra el multmetro y se podr ver como la

aguja se mueve conforme el capacitor se carga. Ver carga de un capacitor.

Esquemas de rotulado

Hay que descargar el capacitor antes de

hacer esta prueba. Hacerlo

con cuidado en capacitores de gran

valor (electrolticos) o descargarlo a

travs de un resistor


Tecnologa Elctrica

A causa de un reducido tamao de algunos capacitores, se han adoptado distintos

esquemas de rotulado para presentar el nivel de capacitancia, la tolerancia, y si es

posible el voltaje mximo de

album final de tecnología eléctrica

Documents