cat - manual del estudiante electricidad-1

7/15/2019 CAT - Manual Del Estudiante Electricidad-1

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MANUAL DEL ESTUDIANTEINSTRUCCIÓN TECNICA

CURSO: Electricidad ITEMA: Principios, Circuitos y Componentes

Básicos

DESARROLLO TÉCNICO DMSE0024A-2004MAYO, 2004 Preparado por ERI / MSC



CURSO: ELECTRICIDAD I 1 Material del EstudianteFSAA - DMSE0024-2004a

FERREYROS S.A.A. Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04 Electricidad I Material del Estudiante -

Indice_Descrip_Agenda.doc

INDICE

Página

INDICE 1

DESCRIPCIÓN DEL CURSO 3Resumen 3Programa del Curso 3Objetivos Generales 5Requisitos 5

AGENDA DEL CURSO 6

MÓDULO 1: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD 7

Lección 1.1: Cómo trabaja la electricidad 10

Hoja 1.1: El Atomo 11Hoja 1.2: Desplazamiento de electrones 12Hoja 1.3: Energía eléctrica 12Hoja 1.4: Electrostática 13Hoja 1.5: Diferencia de potencial 13Hoja 1.6: Definición de Coulomb 14Hoja 1.7: Corriente Continua y Alterna 14Hoja 1.8: Resistencia 15Hoja 1.9: Circuitos eléctricos (Leyes y circuitos eléctricos) 16

Ley de corriente de Kirchoff 16Ley de voltaje de Kirchoff 17Ley de Ohm 17

Hoja 1.10: Conductores eléctricos 18 Lección 1.2: Magnetismo 20

Hoja 1.11: Naturaleza del magnetismo 21Hoja 1.12: Tipos de magnetos 21Naturales 21Artificiales 21Electroimanes 21

Hoja 1.13: Campos magnéticos 21 Hoja 1.14: Líneas de fuerza 22 Hoja 1.15: Flujo magnético 23 Hoja 1.16: Fuerza magnética 23 Hoja 1.17: Relés y solenoides 24 Hoja 1.18: Inducción electromagnética 25 Hoja 1.19: Mecanismos de inducción 26

Voltaje generado 26Autoinducción 26

Inducción mutua 27

MÓDULO 2: CIRCUITOS ELÉCTRICOS 28

Lección 2.1: Ley de Ohm 31Hoja 2.1: Elementos de un circuito básico de corriente directa 32Hoja 2.2: Leyes generales de la Ley de Ohm 32Hoja 2.3: Ecuación de la Ley de Ohm 33Hoja 2.4: Sistema métrico de medición 35Hoja 2.5: Ley de Watt 36Hoja 2.6: Potencia eléctrica 37






Hoja 2.7: Rangos de resistencias por potencia 37Lección 2.2: Circuitos Básicos 38

Hoja 2.8: Circuito en serie 39Hoja 2.9: Circuito en paralelo 40Hoja 2.10: Circuito serie - paralelo 43

Lección 2.3: Multímetro Digital 45Hoja 2.11: Generalidades 46

Hoja 2.12: Medición de voltaje 49Hoja 2.13: Medición de corriente 51Hoja 2.14: Medición de resistencia 53Hoja 2.15: Prácticas con circuitos 55

Lección 2.4: Fallas en Circuitos 56Hoja 2.16: Circuitos abiertos 57Hoja 2.17: Circuitos en corto 58Hoja 2.18: Circuitos a tierra 61Hoja 2.19: Circuitos con alta resistencia 61Hoja 2.20: Circuitos con fallas intermitentes 61

MÓDULO 3: COMPONENTES BÁSICOS 62

Lección 3.1: Cables Eléctricos 65Hoja 3.1: Tipos 66 Hoja 3.2: Calibres 67

Lección 3.2: Soldadura de Cables 68Hoja 3.3: Consideraciones 69Hoja 3.4: Herramientas 70 Hoja 3.5: Preparación de los cables 71 Hoja 3.6: Preparación de las conexiones 72 Hoja 3.7: Soldadura 73

Lección 3.3: Conectores 74Hoja 3.8: Consideraciones sobre pines y sockets 75 Hoja 3.9: Tipos de conectores 76

VE 76Sure Seal 77Deutsch 77

Lección 3.4: Interruptores, fusibles, disyuntores y resistencias 80Hoja 3.10: Interruptores 81

Hoja 3.11: Fusibles 82Hoja 3.12: Disyuntores 83 Hoja 3.13: Resistencias 84

Clasificación por potencia 85Resistencias variables 86Termistores 88

Lección 3.5: Capacitores (Condensadores) 89Hoja 3.14: Almacenamiento de energía 89 Hoja 3.15: Medición de capacitores 90 Hoja 3.16: Cálculo de capacitancia total 90

Lección 3.6: Inductores (Bobinados) 91Hoja 3.17: Principio de inducción 91 Hoja 3.18: Solenoides 93

ANEXO 1: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA 94

ANEXO 2: HOJAS DE TRABAJO 103

ENCUESTA 131






DESCRIPCIÓN DEL CURSO

CURSO: ELECTRICIDAD I

Tiempo de duración: 5 días (40 horas)

Numero de Participantes: 08 Estudiantes

DIRIGIDO A Este curso a sido diseñado para mecánicos y supervisores que trabajan conmaquinaria Caterpillar.

RESUMEN Este curso introduce a los participantes en los fundamentos de la electricidady la electrónica necesarios para diagnosticar y reparar los sistemas eléctricosinstalados en los equipos CAT. El curso no trata de un sistema específico delas máquinas CAT, a menos que se indique al inicio de la lección.

El curso se desarrollará 60% en el aula y 40% laboratorio. La clase de aulaabarcará la descripción de los fundamentos eléctricos, comportamiento de laelectricidad, leyes físicas, tipos de corriente, tipos de circuitos, cálculos ymediciones, uso del multímetro, cables y conectores, y componentes básicosde los sistemas eléctricos. Durante los laboratorios se comprobara de unaforma práctica los conceptos teóricos y su adaptación al mundo real, así comode mejorar las habilidades en el uso de los equipos básicos de diagnóstico.

PROGRAMA DELCURSO

MODULO 1: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDADLección 1.1: Cómo trabaja la electricidad

Hoja 1.1: El ÁtomoHoja 1.2: Desplazamiento de electronesHoja 1.3: Energía eléctricaHoja 1.4: Electrostática

Hoja 1.5: Diferencia de potencialHoja 1.6: Definición de CoulombHoja 1.7: Corriente Continua y AlternaHoja 1.8: ResistenciaHoja 1.9: Circuitos eléctricos (Leyes y circuitos eléctricos)

Ley de corriente de KirchoffLey de voltaje de KirchoffLey de Ohm

Hoja 1.10: Conductores eléctricosLección 1.2: Magnetismo

Hoja 1.11: Naturaleza del magnetismoHoja 1.12: Tipos de magnetos

NaturalesArtificiales

ElectroimanesHoja 1.13: Campos magnéticosHoja 1.14: Líneas de fuerzaHoja 1.15: Flujo magnéticoHoja 1.16: Fuerza MagnéticaHoja 1.17: Relés y solenoidesHoja 1.18: Inducción electromagnéticaHoja 1.19: Mecanismos de inducción

Voltaje generadoAutoinducción






Inducción mutua

MODULO 2: CIRCUITOS ELECTRICOSLección 2.1: Ley de Ohm

Hoja 2.1: Elementos de un circuito básico de corriente directaHoja 2.2: Reglas generales de la Ley de OhmHoja 2.3: Ecuación de la Ley de Ohm

Hoja 2.4: Sistema métrico de mediciónHoja 2.5: Ley de WattHoja 2.6: Potencia eléctricaHoja 2.7: Rangos de resistencias por potencia

Lección 2.2: Circuitos BasicosHoja 2.8: Circuito en serieHoja 2.9: Circuito en paraleloHoja 2.10: Circuito serie - paralelo

Lección 2.3: Multímetro DigitalHoja 2.11: GeneralidadesHoja 2.12: Medición de voltajeHoja 2.13: Medición de CorrienteHoja 2.14: Medición de ResistenciaHoja 2.15: Prácticas con circuitos

Lección 2.4: Fallas en CircuitosHoja 2.16: Circuitos abiertosHoja 2.17: Circuitos en cortoHoja 2.18: Circuitos a tierraHoja 2.19: Circuitos con alta resistenciaHoja 2.20: Circuitos con fallas intermitentes

MODULO 3: COMPONENTES BASICOSLección 3.1: Cables eléctricos

Hoja 3.1: TiposHoja 3.2: Calibres

Lección 3.2: Soldadura de CablesHoja 3.3: ConsideracionesHoja 3.4: Herramientas

Hoja 3.5: Preparación de los cablesHoja 3.6: Preparación de las conexionesHoja 3.7: Soldadura

Lección 3.3: ConectoresHoja 3.8: Consideraciones sobre pines y socketsHoja 3.9: Tipos de conectores

VESure SealDeutsch

Lección 3.4: Interruptores, fusibles, disyuntores y resistenciasHoja 3.10: InterruptoresHoja 3.11: FusiblesHoja 3.12: DisyuntoresHoja 3.13: Resistencias

Clasificación por potenciaResistencias variablesTermistores

Lección 3.5: Capacitores (Condensadores)Hoja 3.14: Almacenamiento de energíaHoja 3.15: Medición de capacitoresHoja 3.16: Cálculo de capacitancia total

Lección 3.9: Inductores (Bobinados)Hoja 3.17: Principio de inducciónHoja 3.18: Solenoides






OBJETIVOSGENERALES

Al término de este curso, los estudiantes tendrán los conocimientos básicosde electricidad y estarán en capacidad de:

• Deducir el funcionamiento de ciertos elementos eléctricos yelectrónicos mediante el conocimiento de los fundamentos de laelectricidad.

• Reconocer las aplicaciones de las leyes físicas de la electricidad(Ohm, Kirchoff, Watt)

• Identificar, resolver, construir y evaluar circuitos eléctricos y suscomponentes.

• Trabajar con unidades y prefijos.• Utilizar correctamente las herramientas básicas de diagnostico, como

el multímetro y el amperímetro de pinza.• Identificar los tipos de cables y conectores utilizados en la maquinaria

Caterpillar y el mantenimiento y reparación de los mismos.

REQUISITOS Ninguno






AGENDA DEL CURSO

PRIMER DIA Mañana • Presentación Inicial, Expectativas• Pre-Test• Modulo 1, Introducción a la electricidad

o Como trabaja la electricidadTarde • Modulo 1, Introducción a la electricidad

o Como trabaja la electricidad (cont.)o Magnetismo

SEGUNDO DIA Mañana • Modulo 1, Introducción a la electricidado Magnetismo (continuación)o Laboratorios

Tarde • Modulo 2, Circuitos eléctricoso Ley de Ohmo Circuitos Básicos

TERCER DIA Mañana • Modulo 2, Circuitos eléctricoso Circuitos Básicos (continuación)o Ejercicios

Tarde • Modulo 2, Circuitos eléctricoso Multímetro Digitalo Laboratorios

CUARTO DIA Mañana • Modulo 2, Circuitos eléctricoso Laboratorios (continuación)o Fallas en circuitos

Tarde • Modulo 3, Componentes Básicoso Cables Eléctricoso Soldadura de cableso Conectores

QUINTO DIA Mañana • Modulo 3, Componentes Básicoso Interruptoreso Fusibleso Disyuntoreso Resistencias

Tarde • Modulo 3, Componentes Básicoso Capacitoreso Inductores (Bobinas)

• Repaso de objetivos• Prueba final• Encuesta






MATERIAL NECESARIO

LITERATURA

_ Manual del Estudiante _ SMHS7531 Instrucción Especial: Uso del 6V3000 Sure Seal Kit

_ SEHS9065 Instrucción especial: Uso del CE/VE Connectors Tools _ SEHS9615 Instrucción especial: Servicio de conectores DT _ NEHS0601 Manual de Operación de Herramienta: Equipo de

soldadura de campo 9U7560

LITERATURA DE REFERENCIA

_ TECD9002 Fundamentos de electricidad _ N/P 834192 Manual del usuario del Multímetro digital Fluke 87

MATERIAL DE ENTRENAMIENTO

_ SEVN3198 Usando el Multímetro digital 9U7330 _ SEVN3197 Mantenimiento básico de cables

_ AEVN2974 La inteligencia de las conexiones poderosas (Theintelligence of powerful connections)

HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

_ 9U7330 Multímetro digital o equivalente _ 7X1710 Multímetro Probe Group _ 8T0900 Pinza amperimétrica AC/DC, o _ 9U5795 Probador de Corriente AC/DC _ Protoboards _ Cables AWG 14, 16,18 _ Baterías 9V, Resistencias, potenciómetros, termistores, fotoceldas. _ Fuentes de tensión variable, baterías _ Switches (interruptores), sensores, solenoides.

_ Alicate de corte _ Alicate de puntas semiredondas _ 147-6456 Wedge removal tool _ 6V3000 Sure-Seal Repair Kit _ 6V3001 Crimping Tool _ 6V3008 Insertion Tool _ 4C3406 Deutsch Connector Kit _ 9U7246 Deutsch Connector Kit _ 1U5804 Deutsch Connector Crimp Tool _ 9U7560 Field Soldering Iron Group (opcional) _ 8T9170 Electrical Components Group (si esta disponible)



Modulo 1INTRODUCCIÓN A LA

ELECTRICIDAD

DESARROLLO TÉCNICO DMSE0024-2004aMAYO, 2004 E. Roldán / M.Sánchez



CURSO: ELECTRICIDAD I 1 Material del EstudianteFSAA - DMSE0024-2004a Módulo 1

FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante -MODULO 1.doc

b

MODULO 1: INTRODUCCI N A LAELECTRICIDAD

El propósito de este módulo es introducir al estudiante en los conceptos yfundamentos de la teoría eléctrica.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de:

1. Explicar como trabaja la electricidad.

2. Explicar como trabaja el electromagnetismo.





Lección 1.1: COMO TRABAJA LA ELECTRICIDAD

Esta lección le ayudara a familiarizarse con los fundamentos físicos yquímicos que conforman la teoría eléctrica.

La electricidad es una propiedad básica de la materia.

Toda la materia se compone de materiales básicos llamados elementos. Elhidrógeno, el oxigeno, el carbón, el cobre y el uranio son ejemplos deelementos.

Ciertos materiales son combinaciones de elementos. El agua, por ejemplo, esuna combinación de hidrógeno y oxígeno. Otros materiales contienen un soloelemento, por ejemplo el cobre puro.

Introducción

¿Qué es la electricidad? Decimos que las linternas, los taladros eléctricos, losmotores, etc. son equipos "eléctricos". Sin embargo, a menudo nos referimosa las computadoras, los televisiones, etc. como equipos "electrónicos". ¿Cuáles la diferencia?.

Cualquier cosa que trabaja con electricidad es eléctrica, incluyendo linternas ytaladros eléctricos, pero no todos los componentes eléctricos sonelectrónicos. El término electrónico se refiere a los dispositivossemiconductores conocidos como "dispositivos electrónicos". Los dispositivoselectrónicos se nombran como tales porque dependen del flujo de loselectrones para su operación.





Hoja 1.1: EL ATOMO

Cada uno de los elementos está compuesto de componentes discretosllamados átomos. Cada elemento posee una clase diferente de átomo, esdecir, un átomo con una estructura física única. Estas clases distintas deátomos explican los comportamientos diferentes de la materia.

El centro de un átomo se llama elNUCLEO y está compuestoprincipalmente de unas partículasllamadas PROTONES y otrasllamadas NEUTRONES.Orbitando alrededor de cada núcleoencontramos pequeñas partículas

llamadas ELECTRONES. Estoselectrones son mucho máspequeños en masa que el protón o elneutrón.Normalmente, un átomo tiene un

número igual de protones en el núcleo y de electrones alrededor del núcleo.El número de protones o de electrones se llama el "número atómico". El "pesoatómico" de un elemento es el número total de partículas en el núcleo(protones y neutrones).

La figura muestra la estructura de uno de los átomos más simples: el átomode hidrógeno, que contiene 1 protón en su núcleo balanceado por 1 electrónen su órbita.

La otra figura muestra un átomo de cobre. En el átomo de cobre el núcleocontiene 29 protones (+) y 35 neutrones, en órbita alrededor del núcleoexisten 29 electrones (-). El número atómico del átomo de cobre es 29 y elpeso atómico es 64.





Hoja 1.2: Desplazamiento de electrones

¿Qué sucede si conectamos un cable eléctrico entre el borne positivo y

negativo de una fuente eléctrica, como una batería?.

Un electrón (-) es forzado fuera de órbita y es atraído al extremo positivo de labatería (+).El átomo ahora está cargado positivamente (+) porque tiene unadeficiencia de un electrón (-).

Este átomo a su vez atrae un electrón del átomo vecino. El vecino recibealternadamente un electrón del átomo siguiente y así sucesivamente hastaque el último átomo de cobre recibe un electrón del borne negativo de labatería.El resultado de esta reacción en cadena es el movimiento de electrones através del conductor desde el extremo negativo al extremo positivo de labatería. El flujo de electrones continúa mientras las cargas positivas ynegativas de la batería se mantienen en cada extremo del conductor.

Hoja 1.3: Energía eléctrica

Hay dos tipos de fuerzas que trabajan en cada átomo. En circunstanciasnormales, estas dos fuerzas están en EQUILIBRIO. Los protones y loselectrones ejercen fuerzas unos con otros, formando una fuerza gravitacionalo centrífuga. Se ha determinado que además de masa, los electrones y losprotones llevan una carga eléctrica, estas fuerzas adicionales se atribuyen ala carga eléctrica que llevan. Sin embargo, hay una diferencia en las fuerzas.Entre las masas, la fuerza gravitacional es siempre de "atracción" mientrasque las fuerzas eléctricas se "atraen" o "repelen" mutuamente. Los protonesy los electrones se atraen uno otro, mientras que los protones ejercen fuerzasde repulsión con otros protones y los electrones se repelen con otroselectrones.

Así aparecen dos clases de carga eléctrica: los protones son de cargapositiva (+) y los electrones de carga negativa (-). Los neutrones, como su





nombre lo indica, son de carga neutra. La calidad direccional de laelectricidad, basada en el tipo de carga, se llama "polaridad." Esto conduce ala ley orgánica de la electrostática que indica: cargas DIFERENTES seatraen, mientras que cargas IGUALES se rechazan.





Hoja 1.4: ElectrostáticaLa atracción o repulsión de cuerpos eléctricamente cargados es realizada poruna fuerza invisible llamada campo electrostático que rodea el cuerpo

cargado. La figura 1.1.7 muestra esta fuerza entre las partículas como líneaselectrostáticas imaginarias entre la carga negativa y la positiva.

Cuando dos cargas iguales se colocan una cerca de la otra, las líneas de

fuerza se rechazan según se ilustra a continuación.

Hoja 1.5: Diferencia de potencial

Debido a la fuerza de este campo electrostático, una carga eléctrica tiene lacapacidad de mover otra carga por la capacidad de atracción o de repulsión.ATRAER o REPELER se llama "potencial." Cuando el una carga es diferentea otra, existe una diferencia de potencial entre ambas.

La suma de la diferencia de potencial de todas las cargas en el campoelectrostático es llamada FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM). La unidadbásica de la diferencia potencial es el "Voltio" (V). El símbolo para el potenciales V, e indica la cantidad de trabajo que debe efectuarse para mover loselectrones. Debido a que se utiliza la unidad Voltio, la diferencia de potencialse llama "voltaje". Existen muchas formas de producir voltaje: mediante lafricción, la energía solar, la química o la inducción electromagnética.

La atracción de los pedacitos de papel a un peine que se ha frotado con unpaño de lana es un ejemplo del voltaje producido por la fricción. Unafotocelda, como la de una calculadora, sería un ejemplo de producir voltaje apartir de la energía solar.





Hoja 1.6: Definición de Coulomb

Existió la necesidad de desarrollar una unidad de medida para la carga

eléctrica. Un científico llamado Charles Coulomb investigó la ley de fuerzasentre los cuerpos cargados y adoptó una unidad de medida llamada el"Coulomb."

La notación científica se expresa como 1 Coulomb = 6.28 x 10*18 electroneso protones. Indicado en términos más simples, en un conductor de cobre, unamperio es una corriente eléctrica de 6.28 mil millones mil millones deelectrones que pasan en cierto punto del conductor en un segundo.

Hoja 1.7: Corriente continua y alterna

Se llama corriente al flujo de electrones en los alambres, por lo tanto, lacorriente es una medida del número de electrones que fluyen en un circuito.Mientras más electrones pasen por segundo por un punto dado de un circuito,mayor es la corriente. La cantidad de corriente que fluye depende del voltaje yde la resistencia del circuito.

En la teoría electrostática discutida anteriormente, se detallaron las fuerzasentre las cargas. Otra teoría que necesita ser explicada es la del "movimientode cargas" en un conductor.

El movimiento de cargas en un conductor se define como corriente eléctrica.Un electrón se verá afectado por un campo electrostático de manerasemejante como cualquier cuerpo negativamente cargado. Este serárechazado por una carga negativa y atraído por una carga positiva. Ladirección o movimiento de los electrones constituye la corriente eléctrica.

La corriente eléctrica se mide en Amperios, cuyo símbolo según el SI es “A”.Un Amperio es el flujo de 1 Coulomb de carga por segundo.

Hay dos maneras de describir como una corriente eléctrica atraviesa unconductor.

Si nos referimos al sentido enque los electrones fluyen en unconductor, estamos hablandoacerca del flujo de corrienteelectrónica. Según la teoríaatómica la corriente electrónica

fluye desde la región con máscarga negativa hacia la regióncon más carga positiva delcircuito externo a la fuente.

En cambio la corriente convencional fluye desde el terminal positivo de lafuente a través del circuito externo y regresa al terminal negativo de la fuente.La corriente convencional es utilizada por Caterpillar para el análisis de todossus circuitos eléctricos.





Adicionalmente la corriente es clasificada también por el tipo de fuente que lagenera de dos formas:

- Corriente Alterna- Corriente Continua

La corriente alterna (CA o AC) es un flujo de electrones que comienza en cero

y se incrementa al máximo en un sentido, entonces disminuye hasta cero,invierte su sentido y llega al máximo en el sentido opuesto. Esta alternanciase repite a intervalos rápidos y regulares. Este es el tipo de corriente quellega a las casas para su uso en aparatos electrodomésticos.

La corriente continua (CC o DC) es un flujo ininterrumpido de electrones enun sentido. La energía de una linterna es un ejemplo de corriente continua.Los sistemas eléctricos Caterpillar utilizan circuitos de corriente continua.

Hoja 1.8: Resistencia

Georg Simon Ohm descubrió que para un voltaje fijo, la cantidad de corriente

que atraviesa un material depende del tipo de material y de las dimensionesfísicas del material. Es decir todos los materiales presentan una ciertaoposición al flujo de electrones.

Esta oposición se llama "resistencia". Si la oposición es pequeña, el materiales llamado conductor. Si la oposición es grande, se dice que es un aislador.

El Ohmio es la unidad de la resistencia eléctrica y el símbolo que representaun Ohmio es la letra griega omega (Ω). Se dice que un material tiene laresistencia de un Ohmio si un potencial de un Voltio da lugar a una corrientede un Amperio.

Es importante recordar que la resistencia eléctrica esta presente en cualquiercircuito eléctrico, incluyendo componentes, cables y conexiones. Los circuitoseléctricos y las leyes referentes a estos serán discutidos más adelante enesta unidad.

Como la resistencia trabaja para oponerse al flujo de corriente, ésta cambia laenergía eléctrica en otras formas de energía, como por ejemplo: calor, luz omovimiento. La resistencia de un conductor es determinada por cuatrofactores:

1. Estructura atómica (cuántos electrones libres): Cuanto más





electrones libres tenga un material, ofrecerá menos resistencia al flujode corriente.

2. Longitud: Cuanto más largo sea el conductor, más alta es laresistencia. Si la longitud del alambre se duplica, entonces laresistencia entre sus extremos también se incrementa.

3. Ancho (área de la sección transversal): Cuanto más grande es el áreade la sección transversal de un conductor, más baja es la resistencia(una tubería de diámetro más grande permite que fluya más agua). Si

el área de la sección transversal se reduce a la mitad, la resistenciapara una longitud dada aumenta cuatro veces.

4. Temperatura: Para la mayoría de los materiales, cuanto más alta esla temperatura, más alta es la resistencia. La curva de la figuraanterior muestra el incremento de la resistencia conforme se eleva latemperatura. Sin embargo, algunos materiales se comportan demanera inversa, es decir que la resistencia disminuye conforme latemperatura aumenta.

Hoja 1.9: Circuitos eléctricos (Leyes y circuitoseléctricos)

Un circuito eléctrico es la vía o grupo de vías interconectadas, capaz de llevarla corriente eléctrica. Es una trayectoria cerrada que contiene una fuente ofuentes de voltaje. Hay dos tipos básicos de circuitos eléctricos: circuito seriey circuito paralelo. Ambos circuitos básicos se pueden combinar para formarcircuitos más complejos, pero estas combinaciones se pueden simplificar yanalizar como los dos tipos básicos. Es importante entender las leyesnecesarias para analizar y diagnosticar estos circuitos eléctricos. Estas leyesson: leyes de Kirchoff y ley de Ohm.





Gustav Kirchoff desarrolló dos leyes para analizar los circuitos. Estas son:

Ley de corriente de Kirchoff (KCL)

Indica que la suma algebraica de las corrientes en cualquier nudo (junta)de un circuito eléctrico es igual a cero. Explicado de una manera simple,toda la corriente que ingresa por un nudo es igual a toda la corriente quesale del nudo. Ninguno se pierde.

A lo largo de una malla, la suma de fuerzas electromotrices es igual a la sumade las diferencias de potencial producidas en las resistencias.Otra manera de expresar esto es: la suma algebraica de las tensiones a lolargo de una malla es cero. Obsérvese que esta ley no es sino la ley de Ohmgeneralizada.

Ley de voltaje de Kirchoff (KVL)

Indica que la suma algebraica de las fuerzas electromotrices y de lascaídas de voltaje contenidas en cualquier circuito eléctrico cerrado escero. Mejor dicho, si comenzáramos en un punto particular en un circuitocerrado y circundáramos este circuito sumando las diferenciasindividuales en potencial hasta que todos fueran considerados y el punto

de partida fuera alcanzado, no habría voltaje adicional y no se dejaríaninguno sin contar.

En un nudo, la suma de las corrientes que entran es igual a las de que salen.Es decir, la suma algebraica de corrientes en un nudo es nula.

Ley de Ohm Georg Simon Ohm descubrió una de las leyes más importantes de laelectricidad. Esta describe la relación entre tres parámetros eléctricos: voltaje,corriente y resistencia.La ley de Ohm se describe como: La intensidad de corriente en un circuitoeléctrico es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcionala la resistencia. La relación se puede resumir en una ecuación matemática:

Intensidad de corriente = Voltaje / Resistencia





Indicado en unidades eléctricas: Amperios = Voltios / Ohmios

Cuando se usan ecuaciones matemáticas para expresar relaciones eléctricas,éstas se representan por letras. La resistencia es representada por la letra R.El voltaje o diferencia de potencial es representado por la letra V o E (fuerza

electromotriz). La intensidad de corriente es representada por la letra I.Se usarán estas leyes para calcular los circuitos que serán discutidos másadelante en este curso.





Hoja 1.10: Conductores eléctricos

Conductores

En aplicaciones eléctricas, los electrones viajan a lo largo de una trayectoriallamada conductor. Se mueven viajando de átomo a átomo. Algunosmateriales hacen más fácil el viaje de los electrones y se llaman "buenosconductores", por ejemplo: plata, cobre, oro, cromo, aluminio y tungsteno.Un material se dice que es buen conductor si tiene muchos electrones libres.El voltaje eléctrico pone a los electrones en movimiento a través de unmaterial, dependiendo de cómo éste libere sus electrones.

Aunque la plata es el mejor conductor, es también más costosa que el cobre.El oro es también un buen conductor, pero no tan bueno como el cobre. Laventaja del oro es su alta resistencia a la corrosión comparada con la delcobre. El aluminio no es tan buen conductor como el cobre, pero es menos

costoso y más ligero.

La conductividad de un material determina cuan buen conductor es elmaterial. La tabla muestra algunos de los conductores más comunes y suconductividad relativa al cobre.

Tabla de Conductividad de los materiales

Conductor Conductividad (con relación alcobre)

Plata 1.064Cobre 1.000Oro 0.707Aluminio 0.659

Zinc 0.288Bronce 0.243Acero 0.178Estaño 0.018

Otros materiales hacen difícil el viaje de los electrones y se llaman"aisladores". Un buen aislador mantiene los electrones limitados firmementeen su órbita, por ejemplo: el caucho, la madera, los plásticos y la cerámica. Esimportante saber que la corriente eléctrica puede atravesar cualquier tipo dematerial, incluso los mejores aisladores pueden fallar y permitir el flujo decorriente si el voltaje aplicado a él excede sus especificaciones. La tablasiguiente muestra algunos de los aisladores más comunes:

Aislantes conocidosCaucho PlásticosMica VidrioCera o Parafina Fibra de vidrioPorcelana Madera secaBakelita Aire

Hay otro tópico que debe ser considerado al discutir aisladores. La suciedad yla humedad pueden servir para conducir electricidad alrededor de un aislador.





Si un aislador está sucio o hay presencia de humedad, podría originarse unproblema. El aislador en sí mismo no fallará, pero la suciedad o la humedadpuede proporcionar una trayectoria para el flujo de los electrones, por lo tanto,es muy importante mantener los aisladores y los contactos limpios.Cables

Un cable en un circuito eléctrico se compone de un conductor y de unaislador. El conductor está fabricado típicamente de cobre y el aislador(cubierta externa) se hace de plástico o de caucho. Los conductores puedenser de cable sólido o trenzado. En la mayoría de aplicaciones de movimientosde tierras el cable es de cobre trenzado con un aislamiento plástico que cubreel conductor.

Existen muchos tamaños de cable. El cable más pequeño se identifica con elnúmero más alto. El sistema de numeración se conoce como la normaamericana de cableado (AWG). La tabla siguiente muestra el estándar AWG:

AWG Diámetro (mpulg) Ohms por 1000 pie10 102.9 0.9989

12 80.8 1.58814 64.1 2.52516 50.8 4.01618 40.3 6.38520 32.0 10.1522 25.4 16.1424 10.0 103.2026 3.10 1049.0

La resistencia también puede verse afectada por otras condiciones, como porejemplo la corrosión, lo cual debe ser considerado al realizar mediciones.





Lección 1.2: MAGNETISMO

Esta lección le ayudará a familiarizarse con los fenómenos físicos queintervienen en la formación del magnetismo y como éste proporciona un nexoentre la energía mecánica y la potencia eléctrica.

Introducción

El magnetismo es otra forma de fuerza que origina flujo o corriente deelectrones. Una comprensión básica del magnetismo es también necesariapara estudiar la electricidad. El magnetismo proporciona un nexo entre laenergía mecánica y la electricidad.Mediante el uso del magnetismo, un alternador convierte algo de la energíamecánica desarrollada por un motor en fuerza electromotriz (FEM).De manera inversa, el magnetismo permite que un arrancador convierta

energía eléctrica de una batería en energía mecánica para poner en marchael motor.





Hoja 1.11: Naturaleza del magnetismo

La mayoría de los equipos eléctricos dependen directa o indirectamente del

magnetismo. Aunque hay algunos dispositivos eléctricos que no utilizanmagnetismo, la mayoría de nuestros sistemas tal como los conocemos hoy sílo utilizan.

Hoja 1.12: Tipos de magnetosExisten tres tipos básicos de magnetos (imanes):

- Los Imanes Naturales- Los Imanes Artificiales- Los Electroimanes

Imanes NaturalesLos chinos descubrieron los imanes cerca del año 2637 A.C. Los imanesusados en primitivas brújulas fueron llamados "piedras de veta". Estas eranpiedras de mineral de hierro conocidos como magnetita. Puesto que lamagnetita tiene características magnéticas en su estado natural, seclasificaron como imanes "naturales".

Imanes Artificiales

Los imanes artificiales son producidos típicamente en forma de barras demetal que han sido expuestas a fuertes campos magnéticos. Todos sonmanufacturados y se clasifican como imanes "artificiales".

Electroimanes

Un científico danés llamado Oersted descubrió la relación entre elmagnetismo y la corriente eléctrica. Él descubrió que una corriente eléctricaque atravesaba un conductor producía un campo magnético alrededor delmismo.

Hoja 1.13: Campos magnéticos

Cada imán tiene dos puntos opuestos uno del otro, los cuales atraenfácilmente limaduras de hierro. Estos puntos se llaman “polos" del imán: elpolo norte y el polo sur. De igual forma que las cargas eléctricas, los polosigual se rechazan y polos opuestos se atraen.





Un imán atrae fácilmente limaduras de hierro debido a una cierta fuerza queexiste alrededor del imán. Esta fuerza es llamada "Campo Magnético".Aunque es invisible al ojo humano, su fuerza puede ser demostradaesparciendo pequeñas limaduras de hierro en una hoja de cristal o papelsobre una barra magnetizada. En la figura siguiente un pedazo de cristal se

coloca sobre un imán y la limadura del hierro se dispersa sobre el cristal.Cuando la cubierta de cristal se golpea suavemente las limaduras se moveránen un patrón definido que demuestra la fuerza del campo alrededor del imán.

El campo magnético está compuesto por líneas de fuerza que parecen dejarel imán desde el polo norte, viajando a través del aire alrededor del imán ycontinúan a través del imán hacia el polo sur formando un lazo cerrado defuerza. Más fuerte es el imán con mayores líneas de fuerza y donde la mayorcantidad de área es cubierta por el campo magnético.

Hoja 1.14: Líneas de fuerza

Para visualizar mejor el campo magnético sin las limaduras de hierro, elcampo se muestra como líneas de fuerza en la figura siguiente. La dirección

de las líneas exteriores del imán salen del polo norte, rechazándose entre sien el polo norte del imán y atraídas en dirección al polo sur. Dentro del imán,que es el generador para el campo magnético, las líneas van de polo sur alpolo norte.





Hoja 1.15: Flujo magnético

El grupo entero de las líneas del campo magnético, las que son consideradas

que fluyen desde polo norte de un imán, son llamadas flujo magnético. Ladensidad del flujo es el número de líneas del campo magnético por unidad deuna sección perpendicular al sentido del flujo. La unidad es el número delíneas por pulgada cuadrada en el sistema inglés, o el número de líneas porcentímetro cuadrado en el sistema métrico. Una línea por centímetrocuadrado se llama un Gauss.

Hoja 1.16: Fuerza Magnética

Las líneas magnéticas de fuerza pasan a través de todos los materiales; nohay aislador conocido contra el magnetismo. Sin embargo, las líneas de flujomagnético pasan más fácilmente a través de materiales que pueden sermagnetizados que con los que no se pueden. Los materiales por los que nopasan fácilmente las líneas de flujo magnético se dice que tienen una "altareluctancia magnética". El aire tiene alta reluctancia, mientras que el hierrotiene una baja reluctancia.

Una corriente eléctrica que atraviesa un cable crea líneas magnéticas defuerza alrededor del alambre. La figura muestra las líneas de pequeñoscírculos magnéticos que se forman alrededor del cable.

Al ser las líneas de flujo magnético circulares, el campo magnético no tieneningún polo norte o sur. Sin embargo, si el alambre se enrolla en una bobina,los campos circulares individuales se combinan. El resultado es un campomagnético unificado con los polos norte y sur según se muestra en la figura.





Mientras la corriente atraviesa el cable, se comporta justo como un imán debarra. Se mantendrá el campo electromagnético mientras la corrienteatraviesa el cable. Sin embargo, el campo producido en un cable recto notiene suficiente magnetismo para realizar el trabajo. Para consolidar el campoelectromagnético, el cable se puede colocar dentro de una bobina. La fuerzamagnética de un electroimán es proporcional al número de vueltas del cableen la bobina y de la corriente que atraviesa el cable.

Siempre que la corriente eléctrica atraviese la bobina, un campo magnético olíneas de fuerza, se acumularán alrededor de la misma. Si las bobinas seforman alrededor de una base de metal, como el hierro, la fuerza magnética

aumenta considerablemente.

Hoja 1.17: Relés y solenoides





Algunos tipos de electroimanes usados en las máquinas Caterpillar son losrelés y solenoides. Ambos operan bajo el principio electromagnético, perofuncionan de diferente forma. Los relés se utilizan como interruptorescontrolados eléctricamente. Un relé se compone de una bobinaelectromagnética, un sistema de contactos y de una armadura. La armadura

es un dispositivo móvil que permite que los contactos se abran y cierren. Lafigura muestra los componentes típicos de un relé.

Cuando una pequeña de corriente eléctrica fluye por la bobina, la fuerzaelectromagnética hace que los contactos del relé cierren un circuito de mayorcapacidad de flujo de corriente para hacer funcionar otro componente, porejemplo, un arrancador.

Un solenoide es otro dispositivo que utiliza el electromagnetismo. Como unrelé, el solenoide también tiene una bobina. La figura muestra un solenoidetípico. Cuando la corriente atraviesa la bobina, el electromagnetismo empujao jala el núcleo dentro de la bobina de forma lineal (movimientos haciaadelante y hacia atrás). Los solenoides se utilizan para encrochar los motoresde arranque, o controlar las cambios en una transmisión automática.





Hoja 1.18: Inducción electromagnética

El efecto de crear un campo magnético con la corriente tiene una condiciónopuesta. Es posible crear también corriente con un campo magnético,induciendo un voltaje en el conductor. Este proceso se conoce como"inducción electromagnética". Esto sucede cuando las líneas de flujo de uncampo magnético cruzan a través de un cable (o cualquier conductor). Noimporta si el campo magnético o el alambre se mueven. Cuando haymovimiento relativo entre el alambre y el campo magnético, un voltaje seinduce en el conductor. El voltaje inducido causa un flujo de corriente.Cuando el movimiento para, la corriente para.

Si un cable se pasa a través de un campo magnético, tal como un cable quese mueve a través de los campos magnéticos de un imán de herradura, seinduce voltaje.

Si el cable se enrolla en una bobina, el voltaje inducido aumenta. Este métodoes el principio de funcionamiento usado en los sensores de velocidad,generadores y alternadores. En algunos casos el cable es fijo y el imán móvil.En otros casos, el imán fijo y los devanados inductores móviles.

Un movimiento en dirección opuesta origina un cambio en la dirección delflujo. Por lo tanto, el movimiento hacia adelante y hacia atrás producecorriente alterna. En aplicaciones prácticas, conductores múltiples se enrollanen una bobina. Esto concentra los efectos de la inducción electromagnética ypermite generar corriente eléctrica útil con un dispositivo relativamentecompacto. En un generador, la bobina se mueve y el campo magnético es

fijo. En un alternador, el imán rota dentro de una bobina fija.

La fuerza del voltaje inducido depende de varios factores:

• La fuerza del campo magnético.• El velocidad del movimiento relativo entre el campo y la bobina.• El numero de conductores de la bobina.





Hoja 1.19: Mecanismos de inducción

Existen tres formas por las cuales se puede inducir voltaje mediante la

inducción magnética:

• Voltaje generado• Autoinducción• Inducción mutua

Voltaje Generado

Un generador simple de C.C. se utiliza para demostrar que un conductormóvil pasa un campo magnético inmóvil para producir voltaje y corriente. Unsolo lazo (espira) del alambre está rotando entre los polos norte y sur de uncampo magnético.

Autoinducción

La autoinducción ocurre cuando la corriente que atraviesa por un cable(conductor) cambia de sentido de flujo. Puesto que la corriente que atraviesael conductor crea un campo magnético alrededor del cable que se genera yse destruye con los cambios de corriente, un voltaje de igual magnitud seinduce en el conductor. La figura muestra la autoinducción en una bobina.





Inducción Mutua

La inducción mutua ocurre cuando la corriente que cambia en una bobinainduce un voltaje en una bobina adyacente. Un transformador es un ejemplo

de la inducción mutua. La figura muestra dos bobinas que están relativamentecerca una de otra. Cuando la corriente alterna atraviesa la bobina L1, seorigina un campo magnético que corta transversalmente la bobina L2, en éstabobina L2 se induce voltaje y se produce flujo de corriente.



Módulo 2

CIRCUITOS ELECTRICOS

DESARROLLO TÉCNICO DMSE0024-2004aMAYO, 2004 E. Roldán / M. Sánchez




FERREYROS S.A.A. Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04 Electricidad I Material del Estudiante - MODULO 2.doc

MODULO 2: CIRCUITOS ELECTRICOS

El propósito de este módulo es introducir al estudiante en los conceptos yfundamentos de la teoría eléctrica.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en la capacidad de:

1. Explicar la relación entre voltaje, corriente, resistencia y energíaeléctrica usando la ley de Ohm.

2. Calcular valores y solucionar problemas en circuitos en serie, paraleloy serie-paralelo.

3. Graficar y explicar circuitos equivalentes para los circuitos de C.C.

4. Realizar mediciones eléctricas utilizando el multímetro digital.

5. Solucionar averías eléctricas básicas en circuitos eléctricos.





Lección 2.1: LEY DE OHM

Esta lección le mostrará la relación entre los diferentes parámetros eléctricos,los tipos de circuitos eléctricos y las leyes que los rigen. Asimismo lo iniciará

en el uso correcto de las herramientas de diagnóstico y su importancia en lasolución de fallas en circuitos eléctricos básicos.

Introducción

En 1827 un razonamiento matemático para la electricidad (ley de Ohm) fueestablecido por George Simon Ohm. La ley de Ohm es la ley fundamental dela electricidad y relaciona los parámetros de voltaje, de corriente y deresistencia en un circuito.La lección 1 proporciona una revisión de la ley de Ohm y permite que ustedcalcule el voltaje, corriente y los valores de la resistencia en un circuito. Lalección 1 también introduce el sistema métrico de medidas.





Hoja 2.1: Elementos de un circuito básico decorriente directa

Un circuito es un camino (o carretera) para la corriente eléctrica. La corrientefluye a partir de un extremo de un circuito al otro extremo, cuando éstosconectan las cargas opuestas (positivo y negativo). Llamamos generalmentea estos extremos "energía" y "tierra." La corriente fluye solamente en uncircuito cerrado. Si hay una abertura en alguna parte en el circuito, lacorriente no puede fluir. Cada circuito eléctrico debe contener los siguientescomponentes:

- La fuente de energía.- El dispositivo de protección (fusible o interruptor).- Una carga, como por ejemplo dispositivo de control de luz.

Estos dispositivos estarán conectados entre ellos por intermedio deconductores para formar un circuito eléctrico completo.

Hoja 2.2: Reglas generales de la ley de Ohm

La ley de Ohm establece que la corriente en un circuito es directamenteproporcional al voltaje del circuito e inversamente proporcional a la resistenciadel circuito. Esto significa que la cantidad de corriente en un circuito dependede cuánto voltaje y cuánta resistencia exista en el circuito.

La mayoría de los circuitos eléctricos Caterpillar en equipo móvil trabajan confuente de energía de 12 ó 24 Voltios, la cantidad de corriente estarádeterminada por el valor de voltaje o resistencia presentes en el circuito.

Recuerde, la corriente hace el trabajo. El voltaje es solamente la fuerza quemueve la corriente y la resistencia es oposición al flujo de corriente.

Las reglas necesarias para entender, predecir y calcular el comportamientode los circuitos eléctricos están agrupadas bajo la "Ley de Ohm". De laecuación de la ley de Ohm usted puede derivar las siguientes reglasgenerales:

1. Asumiendo una resistencia fija o constante:a. Cuando el voltaje aumenta, la corriente aumenta.b. Cuando el voltaje disminuye, la corriente disminuye.

2. Asumiendo un voltaje fijo o constante:a. Cuando la resistencia aumenta, la corriente disminuye.b. Cuando la resistencia disminuye, la corriente aumenta.





Hoja 2.3: Ecuación de la ley de Ohm

La ley de Ohm puede ser expresada como una ecuación algebraica:

E = I x R

Donde: "E" representa la fuerza electromotriz (en Voltios)"I" representa la intensidad de corriente eléctrica (en Amperios)"R" representa la resistencia eléctrica (en Ohmios)

Si usted conoce los valores de dos parámetros de la ecuación, usted podrácalcular el tercero. Por ejemplo:

- Para determinar el voltaje, multiplique la corriente con la resistencia.- Para determinar la corriente, divida el voltaje entre la resistencia.- Para determinar la resistencia, divida el voltaje entre la corriente.

Circulo Práctico de la ley de Ohm

El circulo práctico de la ley de Ohm es una manera fácil de recordar cómosolucionar cualquier parte de la ecuación. Para utilizar el círculo, cubracualquier letra que usted no sepa. Las letras restantes le mostrarán laecuación para determinar la cantidad desconocida.

Voltaje Desconocido

En este circuito se desconoce el valor de la fuente de voltaje. La resistenciade carga es de 2 Ohmios. La corriente del circuito es de 6 Amperios. Como elvoltaje es desconocido, cubrimos la letra en el círculo y la ecuación resultantees corriente por resistencia (I x R). Entonces, multiplicando 6 Amperios por 2Ohmios obtenemos 12 Voltios. Por lo tanto el voltaje de la fuente de energíadel circuito es 12 Voltios.





Resistencia Desconocida

En este circuito se desconoce el valor de la resistencia. La corriente queatraviesa el circuito es de 6 Amperios y la fuente de voltaje es de 12 Voltios.Como la resistencia es desconocida, cubrimos la letra en el círculo y laecuación resultante es voltaje dividido entre la corriente. Entonces, dividiendo12 Voltios entre 6 Amperios obtenemos 2 Ohmios. Por lo tanto, la resistenciaen el circuito es de 2 Ohmios.

Corriente Desconocida

En este circuito se desconoce el valor de la corriente que pasa por él. Laresistencia de carga es de 2 Ohmios y el voltaje de la fuente de energía es de12 Voltios. Como la corriente es desconocida, cubrimos la letra en el círculo yla ecuación resultante es voltaje dividido entre la resistencia. Entoncesdividiendo 12 Voltios entre 2 Ohmios se obtiene 6 Amperios. Por lo tanto, lacorriente que fluye a través del circuito es de 6 Amperios.





Hoja 2.4: Sistema métrico de medición

Cuando midamos algo, encontraremos un número que exprese un valor ocantidad de lo que estamos midiendo. Se utilizan números para expresar el

resultado de simples cálculos. Adicionalmente a los números tenemosunidades que describen o expresan el significado de los números.

En nuestro caso, estas unidades de medida son conocidas como SistemaMétrico de Medición.

Al trabajar en el sistema métrico hay solamente algunas unidades básicascon las cuales usted necesita familiarizarse. Básicamente, usted multiplique odivida la unidad básica por factores de 10 si necesita una unidad de medidamás grande o más pequeña. Estos factores de 10 o múltiplos de 10, tienennombres especiales en el sistema métrico. Se utilizan los nombres comoprefijos y ellos se unen al inicio de los nombres de las unidades básicas.

El siguiente es un ejemplo de un prefijo métrico: 1 500 Voltios pueden ser

expresados como 1.5 kV. La ecuación sería expresada a la potencia de 10como 1.5 x 10^3 o 1.5 x 1000 = 1500. El prefijo “k” es igual a 1 000, así que laexpresión para 1 500 voltios por lo tanto se indica como 1.5 kV.

En aplicaciones eléctricas y electrónicas trabajaremos con valores grandes ypequeños, haciendo uso de los prefijos cuando sea necesario.

El sistema métrico de unidades es el sistema de medición reconocidointernacionalmente y el mas usado alrededor del mundo. Este es llamadoSistema Internacional de Unidades (SI). Los prefijos más comunes en elestudio de la electricidad son: Mega (millones), kilo (millares), mili (milésimos)y micro (millonésimos).

La siguiente tabla enumera algunos de los prefijos más comunes, sus

abreviaturas estándar y la potencia de 10 correspondiente:

Prefijo Símbolo Potencia de 10Mega M 106

kilo k 103

mili m 10-3

micro µ 10-6

Todo el sistema métrico no será cubierto en este curso, sólo aquellos prefijosmétricos más comúnmente usados en la medición de las propiedadeseléctricas y electrónicas.

Unidades Base

Unidades base son unidades estándar; unidades sin prefijo. Voltios, Ohmios yAmperios son las unidades base primarias usadas en electricidad. Losprefijos se agregan a las unidades base para cambiar la unidad de medida.

Mega

Mega significa un millón y se abrevia con una “M” mayúscula. Un Megohmioes igual a un millón de Ohmios. Para convertir cualquier valor de Megohmiosa Ohmios, mueva el punto decimal seis espacios hacia la derecha. Porejemplo: 3.5 Megohmios pueden ser convertidos a 3’500 000 Ohmios.





kilo

kilo significa mil y se abrevia con una “k” minúscula. Un kilohmio es igual a1000 Ohmios. Para convertir cualquier valor de kilohmios a Ohmios, mueva elpunto decimal tres espacios hacia la derecha. Por ejemplo: 657 kilohmiospueden ser convertidos a 657 000 Ohmios.

mili

mili significa un milésimo y se abrevia con una “m” minúscula. Un miliamperioes un milésimo de Amperio. Para convertir cualquier valor de miliamperios aAmperios, mueva el punto decimal tres espacios hacia la izquierda. Porejemplo: 355 miliamperios pueden convertirse a 0.355 Amperios.

micro

micro es un millonésimo y se abreviado con el símbolo “µ”. Un microamperioes igual a un millonésimo de Amperio. Para convertir cualquier valor demiliamperios a Amperios, mueva el punto decimal seis espacios hacia laizquierda. Por ejemplo: 355 microamperios se convertirán en 0.000355

Amperios.

Hoja 2.5: Ley de Watt

La unidad de medida para la energía es el Watio. La energía es el productode la corriente multiplicado por el voltaje. Un Watio es igual a un Amperio porun Voltio. En un circuito, si la corriente o el voltaje aumentan, la energíaaumenta. Si la corriente o el voltaje disminuyen, la energía disminuye. Larelación entre energía, corriente y voltaje es determinada por la fórmula de laenergía. La ecuación básica para el fórmula de la energía es:

E I P ×=

Expresado en unidades eléctricas: Watios = Amperios x Voltios

Usted puede multiplicar la corriente y el voltaje en cualquier circuito ydescubrir cuánta energía es consumida por el mismo. Por ejemplo, unsecador de pelo típico puede consumir casi 10 Amperios de corriente. Elvoltaje en su hogar es de 220 Voltios. Multiplique 10 por 220 y el resultadodará que la energía producida por el secador de pelo sería deaproximadamente 2 200 Watios.

El uso más común de la clasificación en Watios es probablemente la bombillao foco eléctrico. Las bombillas son clasificadas por la cantidad de Watios queconsumen. Los ejemplos comunes de artículos identificados por la potenciaen Watios son los altavoces de audio, algunos motores y la mayoría de los

electrodomésticos.





Hoja 2.6: Potencia eléctrica

La potencia es una medida del rango de energía producida o consumida. Enun motor, el número de caballos de fuerza de salida es una medida de su

capacidad para hacer el trabajo mecánico. En electrónica, la potencia es unamedida del rango en el cual la energía eléctrica es convertida en calor por laresistencia dentro de un conductor. En un circuito eléctrico, la resistencia esla que utiliza corriente eléctrica. Recuerde, sin embargo, que muchas clasesde dispositivos pueden tener resistencia. Dentro de los dispositivos queofrecen resistencia eléctrica se incluyen los conductores, los aisladores, lasresistencias, las bobinas y los motores.

Muchos dispositivos eléctricos son clasificados por cuánta corriente eléctricaconsumen, en vez de por cuánta energía producen. El consumo de energíase expresa en Watios.

746 Watios = 1 Caballo de fuerza (HP)

Hoja 2.7: Rangos de resistencias por potencia

Las resistencias se clasifican por cuanta resistencia eléctrica producen y porcuanta energía pueden manejar. Los rangos más comunes de potencia paralas resistencia de carbono son de 1/4, 1/2, 1 y 2 Watios.

Una resistencia convierte la energía eléctrica en calor. Mientras que laresistencia funcione, siempre generará una cierta cantidad de calor. Si unaresistencia es forzada para manejar más energía que la de diseño, generaráexcesivo calor. Cuando se sobrecarga demasiado, puede fallarprematuramente.





Lección 2.2: CIRCUITOS BASICOS

Introducción

Esta lección cubre la teoría básica de la corriente directa repasando los trestipos básicos tipos de circuitos eléctricos y de las leyes que se aplican a cadauno:

- Circuito en Serie

- Circuito en Paralelo- Circuito Serie-Paralelo

Objetivos

Al término de esta lección, el estudiante será capaz de:

- Brindar ejemplos de circuitos serie, paralelo y el circuito serie-paralelo- Explicar las leyes básicas de los circuitos de C.C.- Calcular la corriente, la resistencia y las caídas de voltaje de un circuito.- Graficar y explicar los circuitos equivalentes y sus usos.





Hoja 2.8: Circuito en serie

Un circuito en serie es el tipo más simple de circuito. En un circuito en serie,cada dispositivo eléctrico está conectado con otros dispositivos eléctricos deforma tal que haya solamente una trayectoria para el flujo de corriente. En elcircuito mostrado aquí, la corriente fluye de la batería (+) a través de unfusible (dispositivo de protección) y de un interruptor (dispositivo de control)hacia la lámpara (carga) y luego retorna a tierra por el bastidor. Todos losdispositivos y componentes del circuito están conectados en serie. Lassiguientes reglas se aplican a todos los circuitos en serie:

• En un circuito en serie, la corriente que atraviesa el circuito es lamisma en cualquier punto del mismo.• En un circuito en serie, la resistencia total (o equivalente) del circuito

es la suma de todas las resistencias individuales del mismo.• En un circuito en serie, la suma de todas las caídas individuales de

voltaje es igual al voltaje suministrado por la fuente de voltaje.

Una forma simple de expresar estas reglas es:

• El voltaje es la SUMA de todas las caídas de voltaje.• La corriente es IGUAL en cualquier punto dado en el circuito.• La resistencia es la SUMA de todas las resistencias individuales.

Aplicando las reglas

El circuito se compone de varios dispositivos y componentes, incluyendofuentes de energía de 24 Voltios. Puesto que dos de los valores del circuitoson conocidos, encontrar el tercer valor es simple, aplicando las leyes básicas

de los circuitos en serie. El primer paso para solucionar en circuito anterior esdeterminar la resistencia total del circuito.La siguiente ecuación es utilizada para determinar la resistencia total:

....,321 R R R Rt ++= o ,633 ++= Rt o Ω= 12 Rt

Dado que el valor de la fuente de energía es de 24 Voltios y la resistenciatotal del circuito se ha calculado en 12 Ohmios, el único valor restante paracalcular es la corriente. La corriente total del circuito es calculada usando elcírculo practico de la ley del Ohm y escribiendo la siguiente ecuación:





, R

E I = o ,12

24= I o .2 A I =

El siguiente paso es "aplicar" el valor de corriente en cada una de las cargasdel circuito. Una de las reglas de los circuitos en serie indica que la corrienteera IGUAL en cualquier punto del mismo. Usando la ecuación IxR E = paracada resistencia se determinará la caída de voltaje a través de cada carga.Para el circuito antes mencionado las caídas de voltaje son:

E1 = 2A x 3Ω = 6VE2 = 2A x 3Ω = 6VE3 = 2A x 6Ω = 12V

Todos los valores del circuito ahora se han calculado. Con el círculo prácticode la ley Ohm, verifique cada respuesta.

Hoja 2.9: Circuito en paralelo

Un circuito en paralelo es más complejo que un circuito en serie porque haymás de una trayectoria para el flujo de la corriente. Cada trayectoria decorriente se llama “rama”. Como todas las ramas se conectan con el mismoterminal positivo y negativo, todas tendrán el mismo voltaje; cada rama tendráuna caída de voltaje igual al voltaje suministrado, sin importar el valor de laresistencia dentro de la rama.

El flujo de corriente en cada rama puede ser diferente, dependiendo de laresistencia. La corriente total del circuito es igual a la suma de las corrientesde cada rama. La resistencia total es siempre menor que la resistencia máspequeña de cualquier rama.

En el circuito mostrado, la corriente fluye de la batería a través de un fusible y

de un interruptor, después se divide en dos ramas, cada una contiene unalámpara (carga). Cada rama está conectada con la tierra del bastidor. Lassiguientes reglas se aplican a todos los circuitos en paralelo:

• En un circuito en paralelo, el voltaje es el mismo a través de todas lasramas (mallas).

• En un circuito en paralelo, la corriente total (o equivalente) del circuitoes la suma de todas las corrientes de cada rama individual.

• En un circuito en paralelo, la resistencia efectiva total (o equivalente)es siempre menor que la menor resistencia de una rama.





Una forma simple de expresar estas reglas es:

• El voltaje es IGUAL para todas las ramas.• La corriente es la SUMA de las corrientes individuales de las ramas.• La resistencia equivalente es MÁS PEQUEÑA que la resistencia más

pequeña de cualquier rama individual.

Aplicando las reglas

El circuito se compone de varios dispositivos y componentes, incluyendofuentes de energía de 24 Voltios. La resistencia de cada lámpara esconocida, así como el valor del voltaje de la fuente. Antes de aplicar las leyesbásicas de los circuitos en paralelo será necesario determinar una resistenciaequivalente para sustituir las dos ramas en paralelo de 4 Ohmios.

El primer paso es desarrollar un circuito equivalente aplicando las reglasbásicas para determinar la resistencia total de las dos ramas en paralelo.Recuerde, la resistencia total de las ramas combinadas será menor que laresistencia más pequeña de una rama individual. El circuito de arriba tienedos ramas en paralelo, cada una con 4 Ohmios por lámpara, por lo tanto, laresistencia total será menor a 4 Ohmios. La siguiente ecuación es utilizadapara determinar la resistencia total:

2

1

1

11

R R Rt += =>

4

1

4

11 += Rt

, o 50.025.025.1 =+= Rt

,

o50.0

1= Rt , o Ω= 2 Rt

Según lo indicado anteriormente, una de las reglas para los circuitos enparalelo indica que el voltaje es IGUAL en todas las ramas. Como se aplicó24 Voltios a cada rama, el flujo individual de corriente puede ser calculado

usando la ley de Ohm. Usando la ecuación R

E I = en cada rama la

corriente resultante en cada una de ellas es de 6 Amperios. En este casoparticular, el flujo de corriente en cada rama será igual porque los valores dela resistencia son iguales.





Hallando el flujo de corriente en un circuito en paralelo

El circuito mostrado en la figura es un circuito típico de C.C. con tres ramasen paralelo. El circuito también contiene un amperímetro conectado en seriecon las ramas (todo el flujo de corriente en el circuito debe pasar a través delamperímetro).

Aplicando las reglas básicas para los circuitos en paralelo la solución de esteproblema es muy simple. Se da el voltaje de la fuente (24 Voltios) y se da laresistencia de cada rama (R1 = 4; R2 = 4; R3 = 2). Aplicando la regla delvoltaje para los circuitos en paralelo (el voltaje será IGUAL en todas lasramas) podemos encontrar el valor de la corriente en cada rama usando elcírculo practico de la ley de Ohm, en donde, I = E/R.

I1 = E1 / R1 o I1 = 24 / 4 o I1 = 6 Amperios.I2 = E2 / R2 o I2 = 24 / 4 o I2 = 6 Amperios.I3 = E3 / R3 o I3 = 24 / 2 o I3 = 12 Amperios.

La corriente total es la SUMA de todas las corrientes de cada rama, laecuación para la corriente total es It = I1 + I2 + I3 = 6+6+12 = 24 Amperios.Conocido el voltaje de la fuente (24 Voltios) y la corriente total calculada en24 Amperios, la resistencia total del circuito se calcula en 1 Ohmio (Rt = Et/It).





Hoja 2.10: Circuito serie – paralelo

Un circuito serie - paralelo se compone de una sección en serie y de unasección en paralelo. Todas las reglas discutidas anteriormente son aplicablespara calcular valores desconocidos en el circuito.

Aunque algunos circuitos serie - paralelo parecen ser muy complejos, se

resuelven fácilmente usando un razonamiento lógico.

Las siguientes recomendaciones lo ayudarán a resolver problemas de loscircuitos serie – paralelo:

• Examine el circuito cuidadosamente, luego determine la trayectoria olas trayectorias de la corriente dentro del circuito antes de regresar ala fuente.

• Rediseñe el circuito complejo para simplificarlo.• Al simplificar un circuito serie - paralelo, comience en el punto más

lejano a la fuente. Sustituya las combinaciones de resistencias enserie y en paralelo una a la vez.

• Un circuito serie - paralelo rediseñado correctamente contendrá alfinal UNA sola resistencia en serie.

• Aplique las reglas básicas de los circuitos en serie para determinarlos valores desconocidos.

• Vuelva al circuito original y "aplique" los valores conocidos.• Utilice la ley de Ohm para solucionar los valores restantes.

Resolviendo problemas en circuitos serie-paralelo

En el circuito serie - paralelo arriba mostrado se encuentran una resistenciade 2 Ω en serie y dos resistencias (una de 6 Ω y otra de 3 Ω) en una rama enparalelo. Para solucionar este problema es necesario determinar laresistencia equivalente para el ramal en paralelo. Usar la siguiente ecuaciónpara hallar la resistencia equivalente (Re):





2

1

1

1

Re

1

R R+= =>

3

1

6

1

Re

1+= , o 49.33.16.

Re

1=+= , o

5.0

1Re = , o Ω= 2Re

Rediseñe el circuito insertando la resistencia equivalente para la rama enparalelo. Luego resuelva los valores totales del circuito usando las reglas delos circuitos en serie de la ley de Ohm.

Entonces, según la ley de Ohm, la resistencia total para el nuevo circuito es:

Rt = R1 + Re = 2 + 2 = 4 Ohmios

Teniendo la resistencia total y el voltaje de la fuente se puede hallar lacorriente total del circuito. Otra vez usando el círculo practico de la ley deOhm, la ecuación para la corriente es I = E / R, o I = 12 / 4, o I = 3 Amperios.Retorne al circuito serie - paralelo original y aplique en los valores conocidos.

Los cálculos del circuito indican que el flujo total de corriente en el circuito es3 A. Como todo el flujo de corriente que sale de la fuente debe retornar,

entonces los 3 A deben atravesar R1. Es posible ahora calcular la caída devoltaje a través de R1 usando la ecuación E = I x R, o E = 3A x 2Ω, o E1 = 6V.Si 6V son consumidos por el resistor R1, el voltaje restante de la fuente (6V)se aplica a ambas ramas en paralelo. Usando la ley del Ohm, se deduce que1 Amperio atraviesa R2 y 2 Amperios atraviesan R3 antes de juntarse en lacorriente total del circuito de 3 A que vuelven al lado negativo de la fuente deenergía.





Lección 2.3: MULTIMETRO DIGITAL

Introducción

Esta lección cubre funciones y operaciones básicas del multímetro digital.Aunque un multímetro analógico y una luz de prueba pueden ser utilizadospor un técnico de servicio, el multímetro digital realiza las medidas máscomplejas en los nuevos sistemas electrónicos. Para hacer más fácil trabajarcon números grandes, los multímetros digitales utilizan el sistema métrico.

Objetivos


Dado un multímetro digital 9U-7330 y un circuito eléctrico, conectar las cargasa medir en el circuito eléctrico y ajustar el multímetro para medircorrectamente:

- Voltaje- Corriente - Resistencia





Hoja 2.11: Generalidades

El multímetro digital es una herramienta altamente exacta y es utilizado paramedir voltaje, corriente o resistencia. Alimentado por una batería alcalina de 9

voltios, el multímetro está sellado contra la suciedad, el polvo y la humedad.

El multímetro tiene cuatro zonas principales: Pantalla de cristal líquido,botones pulsadores, interruptor giratorio y bornes de conexión para las puntasde medición.

Pantalla de Cristal Líquido

La pantalla de cristal líquido o LCD, usa un display con segmentos eindicadores de lectura y función. Las lecturas digitales se muestran en unapantalla de cuatro dígitos con indicación de polaridad (±) y la ubicación

automática del punto decimal.

Cuando se enciende el multímetro, todos los dígitos e indicadores de funciónaparecen brevemente durante una autoprueba. La frecuencia de barrido de lapantalla es de 4 veces por segundo, excepto cuando se toman las lecturas dela frecuencia, en donde varía 3 veces por segundo.

El display analógico es un indicador de 32 segmentos que se actualiza 40veces por segundo. Los segmentos del display tienen un indicador que"pasa" a través de ellos indicando un cambio en la medición. El displaytambién utiliza indicadores para abreviar varias modalidades y funciones delmultímetro.





Botones pulsadores

Los botones en el multímetro se utilizan para seleccionar funcionesadicionales. Esta sección cubrirá solamente el botón de rango o gama. Losbotones adicionales serán explicados más adelante.

Cuando el multímetro es encendido y se realiza una medición, éste seleccionaautomáticamente un rango y muestra la palabra AUTO en la parte superiorizquierda. Presionando el botón de rango el multímetro cambiará a modo de

rango manual y mostrará la escala del rango en la parte inferior derecha. Concada presión adicional del botón de rango, se mostrará el rango inmediatosuperior. Mantenga presionado el botón para regresar al modo ATUO. Elbotón amarillo se puede utilizar para encender la luz interna de la pantalla.

Interruptor Giratorio

Las diferentes funciones del multímetro son seleccionadas rotando elinterruptor giratorio. Cada vez que el interruptor giratorio es movido desde laposición de APAGADO (OFF) a función determinada, todos los segmentos eindicadores del display se encienden como parte de la rutina de autoprueba.Moviendo el interruptor a la derecha desde APAGADO, las primeras tresposiciones se utilizan para medir voltaje C.A, voltaje C.C y milivoltios de C.C.La posición superior se utiliza para medir resistencia. La posición siguientepermitirá comprobar diodos. Las ultimas dos posiciones se utilizan para medircorriente C.A y C.C en amperios, miliamperios y microamperios.

Bornes de Medición

Dependiendo de la medida que usted desee hacer, los terminales tendrán queser colocados en los conectores correctos. Note que el interior de losterminales entrada son rojos o negros.

El terminal positivo puede entrar en cualquiera de las entradas de color rojo.El terminal COM o común es utilizado para la mayoría de las mediciones. Elterminal negro siempre se mantendrá en el conector COM.





El primer terminal de la entrada, al lado izquierdo del multímetro sirve paramedir corriente en amperios. Esta entrada está protegida hasta corrientes de10 A de alimentación continua y para 20 A por 30 segundos.

La siguiente posición a la derecha sirve para medir miliamperios omicroamperios. No permite medir más de 400 miliamperios cuando el

interruptor giratorio se encuentra en esta posición. Si usted no esta segurodel amperaje de un circuito, usted debe seleccionar el mayor rango permitidopor el instrumento, en este caso el borne de 10 A.

El terminal de la entrada a la derecha del multímetro está reservado para elvoltaje, la resistencia y la prueba de diodos.

Display Indicador de Sobrecarga

Mientras realice algunas medidas usted puede ver que el display muestra lasletras “OL”. OL indica que el valor medido está fuera de los límites del rangoseleccionado. Las siguientes condiciones pueden producir la aparición desobrecarga:

- En autorango, la lectura de una alta resistencia indicará un circuitoabierto.

- En rango manual, la lectura de una alta resistencia indicará un circuitoabierto o la selección incorrecta de la escala..

- En rango manual, la lectura de voltaje excede el rango seleccionado.- Cuando se realice la comprobación de un diodo, lecturas mayores a

3.0 Voltios o terminales de prueba abiertos, originaran un OL.

Terminales de Prueba y Limitaciones

El siguiente cuadro muestra las funciones del multímetro, las lecturas mínimay máxima y las entradas máximas para el multímetro digital 9U-7330.





Hoja 2.12: Medición de voltaje

Medición del voltaje de CA y CC

Los rangos de voltaje del multímetro son de 400 mV, 4 V, 40 V, 400 V y 1000V. Para seleccionar el rango de 400 mV DC, gire el interruptor giratorio a mV.

Para medir el voltaje de CA o CC, configure y conecte el medidor tal como semuestra en la figura 2.





A continuación se presentan algunas sugerencias para medir el voltaje:

· Al medir el voltaje, el medidor actúa aproximadamente como una impedanciade 10 MW (10´000 000 W) en paralelo con el circuito. Este efecto de cargapuede causar errores de medición en circuitos de alta impedancia. En lamayoría de los casos, el error es despreciable (0,1% o menos) si laimpedancia del circuito es de 10 kW (10 000 W) o menos.

· Para obtener una mayor precisión al medir la compensación de CC o unvoltaje de CA, mida primero el voltaje de CA. Tome nota del rango de voltajede CA y luego seleccione manualmente un rango de CC equivalente osuperior al rango de CA. Este procedimiento mejora la precisión de lamedición de CC, al asegurar que no se activen los circuitos de protección dela entrada.

- Cuando use el multímetro para medir voltaje es importante recordar que elvoltímetro se debe conectar siempre en paralelo con la carga o circuito bajoprueba.

- Asegúrese que el circuito esté encendido.

- Coloque el terminal negro en el borne de entrada COM del multímetro y elterminal rojo en el borne de entrada VOLT / OHM.

- Ubique el interruptor giratorio en la posición CA o CC, según sea el caso.

- Coloque el terminal de prueba negro en la posición más baja conectada atierra del circuito a ser medido.

- Coloque el terminal de prueba rojo en la posición más alta del lado positivodel circuito a ser medido.

Observe el circuito en la figura. Los terminales de prueba están conectadosen paralelo a través de la carga del circuito. Con una fuente de 12 Voltiosconectada con la carga, el multímetro debe leer una caída de voltaje igual alvoltaje de la fuente o 12 Voltios. Si el instrumento lee una caída de voltajemenor a 12 Voltios, es indicio que existe una resistencia adicional en elcircuito. Un proceso lógico sería medir la caída de voltaje a través de loscontactos del interruptor. Si existiese una lectura del voltaje indicaría que loscontactos del interruptor están corroídos, requiriendo sustituir el mismo.





NOTA: En medidas reales la lectura de multímetro no igualará exactamente elvoltaje de la fuente, porque los alambres ofrecerán una cierta resistencia. Enla mayoría de usos prácticos, una caída de voltaje de 0.1 Voltio es aceptablepara las condiciones normales del cableado del circuito. Las medidas devoltaje se deben hacer siempre con el circuito energizado. El multímetrodigital 9U-7330 es ideal para el uso en circuitos controlados por dispositivosde estado sólido como por ejemplo, los componentes electrónicos, las

computadoras y los microprocesadores.

Hoja 2.13: Medición de Corriente

Advertencia

No trate nunca de realizar una medición de la corriente en el circuito cuando

el potencial a tierra del circuito abierto sea mayor que 1 000 V. Es posible quedañe el medidor y que sufra lesiones si se funde el fusible durante unamedición de este tipo.

Precaución

Para evitar la posibilidad de daños al medidor o al equipo bajo prueba,verifique los fusibles del medidor antes de medir la corriente. Utilice losterminales, la función y el rango apropiados para las mediciones. No coloquenunca las sondas en paralelo con cualquier circuito o componente cuando losconductores estén enchufados en los terminales de corriente.

La corriente es el flujo de electrones a través de un conductor. Para medir lacorriente, deberá interrumpir el circuito bajo prueba y luego colocar el medidoren serie con el circuito.

Los rangos de corriente del medidor son 400 µA, 4 000 µA, 40 mA, 400 mA,4 000 mA y 10 A. La corriente de CA se muestra como un valor rms.

Para medir la corriente, consulte la figura y proceda de la manera siguiente:





1. Apague el suministro eléctrico al circuito. Descargue todos los capacitoresde alta tensión.

2. Inserte el conductor negro en el terminal COM. Para el caso de corrientesentre 4 mA y 400 mA, inserte el conductor rojo en el terminal mA / µA. Paracorrientes superiores a los 400 mA, inserte el conductor rojo en el terminal A.

NotaPara evitar fundir el fusible de 400 mA del medidor, utilice el terminal mA / µAsolamente si está seguro que la corriente es menor que 400 mA.

3. Si está utilizando el terminal A, fije el interruptor giratorio en la posición mA / µA. Si está utilizando el terminal mA / µA, fije el interruptor giratorio en laposición mA para valores de corriente menores de 4 000 mA (4 mA) o en laposición mA/ µA para valores de corriente mayores que 4000 mA.

4. Para medir la corriente alterna, presione el botón azul.5. Interrumpa el camino del circuito que se desea probar. Coloque la sondanegra al lado negativo de la interrupción; coloque la sonda roja al ladopositivo de la interrupción. La inversión de los conductores producirá unalectura negativa, pero no causará daños al multitester.

6. Encienda el suministro eléctrico del circuito y luego lea la pantalla.Cerciórese de observar la unidad que aparece del lado derecho de la pantalla(µA, mA o A).

7. Apague el suministro eléctrico del circuito y descargue todos loscapacitores de alta tensión. Retire el medidor y restablezca el circuito para unfuncionamiento normal.

A continuación se presentan algunas sugerencias para medir la corriente:

· Si la lectura de la corriente es 0 y usted está seguro que el medidor estáconfigurado correctamente, pruebe los fusibles del medidor tal como sedescribe en el tema “Prueba de los fusibles”.

· Un medidor de corriente deja caer un pequeño voltaje a través de sí mismo,lo cual puede afectar el funcionamiento del circuito, revise el manual deoperación del multímetro para verificar este voltaje.





Hoja 2.14: Medición de Resistencia

Precaución

Para evitar la posibilidad de causar daños al medidor o al equipo bajo prueba,desconecte el suministro eléctrico al circuito y descargue todos loscapacitores de alta tensión antes de medir la resistencia.

La resistencia es una oposición al flujo de corriente. La unidad de resistenciaes el Ohmio (Ω). El multitester mide la resistencia al enviar una pequeñacorriente a través del circuito. Debido a que esta corriente fluye a través detodos los caminos posibles entre las sondas, la lectura de resistenciarepresenta la resistencia total de todos los caminos entre las sondas.

Los rangos de resistencia del medidor son de 400 Ω, 4 Ω, 40 kΩ, 400 kΩ, 4MΩ y 40 MΩ.

Para medir la resistencia, configure el medidor tal como se muestra en lafigura.





A continuación se presentan algunas sugerencias para medir la resistencia:

· Dado que la corriente de prueba del medidor fluye a través de todos loscaminos posibles entre las puntas de las sondas, el valor medido de unresistor en un circuito frecuentemente es diferente del valor nominal delresistor.

· Los conductores de prueba pueden agregar 0,1 Ω a 0,2 Ω de error a lasmediciones de la resistencia. Para probar los conductores, toque las puntasde las sondas entre sí y lea la resistencia de los conductores. Si es necesario,podrá utilizar el modo relativo (REL) para restar este valor automáticamente.

Precaución

No utilice el rango de 40 MΩ para las mediciones de la resistencia en elcircuito.





Hoja 2.15: Practicas con circuitos

Esta sección proporciona una serie de laboratorios con el fin de desarrollar lashabilidades del estudiante en la ejecución de mediciones eléctricas. Elestudiante montará varios componentes eléctricos y realizará pruebasespecíficas usando el equipo de medición.

Objetivos:

Al término de esta lección, el estudiante podrá:

Demostrar y entender los circuitos eléctricos y sus leyes, montando y

midiendo los circuitos eléctricos en un módulo de laboratorio y despuésrealizando las medidas eléctricas especificadas con un multímetro digital 9U-7330 o equivalente. El estudiante registrará todas las medidas en las hojasdel ejercicio del laboratorio y explicará características del circuito.





Lección 2.4: FALLAS EN CIRCUITOS

Introducción

Esta lección describe las fallas de los circuitos en serie, paralelo y serie-paralelo.

Objetivos

Dado un multímetro digital de 9U-7330 o equivalente con sus accesorios,diagnosticar e identificar características del circuito, por ejemplo: circuitosabiertos, cortocircuitos o tierra.

El estudiante registrará todas las medidas en las hojas del ejercicio dellaboratorio y explicará características del circuito.





Hoja 2.16: Circuitos abiertos

Un "circuito abierto" en un punto es, en efecto, una resistenciaextremadamente alta que resulta en un flujo de corriente nulo en el circuito.

Un circuito abierto puede ser causado por el fallo de un componente tal comoun interruptor, un fusible, un cable o un conector quebrado. La ubicaciónfísica del "circuito abierto" determinará como reaccionará el circuito. En uncircuito en serie, cualquier conexión abierta dará lugar a que no haya ningúnflujo de corriente en el circuito.

La figura muestra un circuito-abierto en un circuito en serie. El interruptoractúa como circuito-abierto y por lo tanto, ninguna corriente atravesará las

dos cargas. La localización de la falla en un circuito abierto es muy sencillautilizando un multímetro y midiendo el voltaje de la fuente. Si existe voltaje enla conexión antes del interruptor y no se detecta voltaje en la conexióndespués del mismo, los contactos del interruptor están abiertos. Si existevoltaje en el "lado de carga" será necesario continuar comprobando loscomponentes del circuito hasta que el circuito abierto sea identificado.

En un circuito en paralelo, identificar un circuito abierto depende de dóndeocurre la falla. Si la falla ocurre en la línea principal, ninguna de las cargas ode los componentes trabajarán. En efecto, todos los ramales paralelos nofuncionarán. Además, un circuito-abierto en la trayectoria de regreso a tierratendría el mismo efecto que en la línea principal. Si la falla ocurre encualquiera de los ramales bajo la línea principal, sólo la carga en ese ramalespecífico se verá afectada. El resto de las cargas de los demás ramales

funcionarán normalmente.





La figura muestra un ejemplo de un circuito abierto en la línea principal y enun ramal. Cuando se localicen averías o diagnostique un circuito abierto enun circuito, el resultado normalmente indica un componente que ha fallado ono puede funcionar. Puesto que la mayoría de los circuitos se protegen conun cierto tipo de un dispositivo de protección como un fusible, se recomiendaque el fusible o el dispositivo sea comprobado visualmente. Si una inspecciónvisual no revela una condición de circuito abierto, remueva el dispositivo yrealice una evaluación de continuidad para asegurarse que funciona. El lugarmás probable a comprobar para saber si hay un circuito abierto es en elcomponente mismo. Use un multímetro y un esquema eléctrico y determinesi el voltaje del sistema o de la fuente está disponible. Si no existe voltaje enel componente, el siguiente paso es determinar qué otros dispositivoseléctricos, como interruptores o conectores, se encuentran en el circuito.Elimine esos dispositivos, comenzando por la ubicación mas fácil y trabajandodesde atrás hacia la fuente del voltaje.

Hoja 2.17: Circuitos en cortocircuito

Un cortocircuito es una conexión eléctrica directa entre dos puntos,usualmente una resistencia muy baja al paso de la corriente. A menudo sedescribe como una conexión no deseada o incorrecta que puede originar unagran corriente mayor a la esperada. Al describir las fallas originadas por uncortocircuito, se pueden identificar los siguientes tipos:

- Cortocircuito a tierra- Cortocircuito de energía

Un cortocircuito a tierra ocurre cuando la corriente se conecta a tierra antesde lo esperado. Esto ocurre generalmente cuando el aislamiento del alambrese rompe y el conductor entra en contacto con la tierra de la máquina. Elefecto de un cortocircuito a tierra depende del diseño del circuito y de sulocalización en la relación a otros componentes del circuito, como por

ejemplo, dispositivos de protección, interruptores, cargas, etc.





La figura anterior muestra un cortocircuito ocurrido después del dispositivo deprotección y del interruptor, pero antes de la carga del circuito (lámpara). Eneste ejemplo, una trayectoria de baja resistencia a tierra ocurre siempre que

se encienda el interruptor y el voltaje de la fuente esté disponible. El resultadode esta trayectoria indeseada dará lugar a un fusible "quemado" (o un ruptordisparado) cuando el interruptor se encienda.

La figura siguiente muestra el cortocircuito a tierra que ocurre antes delinterruptor. Esta condición es a menudo referida como "cortocircuito muerto".En esta situación el fusible "se quemará" cada vez que se aplique voltaje alcircuito.

Un cortocircuito de energía o de la fuente ocurre cuando un circuito pone encortocircuito a otro. Los síntomas de un cortocircuito de energía dependen dela ubicación del cortocircuito. El resultado de este tipo condicióngeneralmente causa que otro circuito funcione incorrectamente, por ejemploun componente que es energizado cuando no debería estarlo. La causa raízde esta condición es típicamente originada por el desgaste o desgarre delcableado eléctrico. Esta condición raramente origina que los dispositivos deprotección "se abran" o se dañe a otros componentes.





La figura anterior muestra el cortocircuito de energía que ocurre antes de losdispositivos de control (interruptores). Esta condición permite que ambosinterruptores controlen las dos cargas.

La figura siguiente muestra el cortocircuito de energía que ocurre después dela carga en un ramal y antes de la carga en el otro. En este caso, si seenciende el interruptor que controla el circuito #2, la carga se ilumina, pero seenciende el interruptor que controla el circuito #1, un cortocircuito directo atierra ocurre dando como resultado que el fusible "se queme".





Hoja 2.18: Circuitos a tierra

Un circuito a tierra generalmente resulta en la falla de operación de uncomponente. Según lo discutido anteriormente, una condición de puesta a

tierra indica que el circuito tiene una trayectoria no deseada de la corriente albastidor de la máquina. Según lo indicado anteriormente, el efecto sobre elcircuito se determina cerca donde ocurre la tierra.

Hoja 2.19: Circuitos con alta resistencia

Las fallas del circuito también ocurren cuando los niveles de resistencia llegana ser demasiado altos. Este efecto en el circuito generalmente da lugar a queel componente no pueda funcionar o que no funcione, según lasespecificaciones. Una causa típica de la alta resistencia es la acumulación decorrosión o la acumulación de suciedad en las conexiones y contactos.

Hoja 2.20: Circuitos con fallas intermitentes

Una condición intermitente ocurre cuando los contactos o las conexionesestán flojos o cuando las piezas internas se rompen.

El problema generalmente da lugar a la oscilación de las luces o al trabajointermitente de los componentes. Este problema usualmente aparece comoresultado de las vibraciones o por el movimiento de las máquinas y no son defácil diagnóstico porque la condición de falla se corrige cuando la máquina sedetiene.



Módulo 3

COMPONENTES BASICOS

DESARROLLO TÉCNICO DMSE0024-2004aMAYO, 2004 E. Roldán / M. Sánchez





MODULO 3: COMPONENTES BASICOS

Hay diferentes tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Estalección cubre los componentes eléctricos básicos y cables utilizados en lasmáquinas Caterpillar.

OBJETIVOS

Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de:

1. Identificar y explicar la función de los símbolos y componenteseléctricos.

2. Utilizando un cautil, aplicar soldadura a cables de cobre y acero,soldar terminales y realizar pruebas de continuidad entre el cable ylos contractos para asegurar una buena conexión.

3. Usando las herramientas adecuadas, los conectores y cablesadecuados, reparar los conductores dañados y reemplazar unconector en un cableado principal de la máquina.





Lección 3.1: CABLES ELECTRICOS

Introducción

Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Estalección cubre básicamente el cableado tal como es usado en los equiposCaterpillar.

Objetivos


- Identificar los tipos de cables existentes.- Diferenciar los cables eléctricos según sus calibres.





Hoja 3.1: Tipos de Cables

Los cables son los conductores para los circuitos eléctricos. La mayoría de loscables son trenzados (compuesto de varios cables más pequeños que seenvuelven juntos y son cubiertos por una envoltura aislante).

Se pueden encontrar muchos tipos de cables en las máquinas Caterpillar,

incluyendo:

- Cobre: El tipo más común, generalmente son trenzados.- Fusibles: Dispositivos de protección del circuito que se hacen de un

cable más pequeño que el resto del circuito al que protegen.- Cable Trenzado / Blindado: Un par de cables de calibre pequeño

aislados contra RFI / EMI usados para las señales de comunicaciónde las computadoras.

Muchos cables están agrupados conuno o más conectores comunes encada extremo. Estos grupos sonllamados arneses.Observe que un arnés puede contener

cables de diversos circuitos y sistemas.Un ejemplo sería el arnés que conectalas luces con el tablero de interruptores,el cual contiene los cables para lasluces de estacionamiento, las luces

traseras y las luces altas y bajas, entre otros.

Algunos arneses están dentro de un conducto plástico. Estos conductos estánpartidos longitudinalmente para permitir el fácil acceso a los cables del arnés.Otros arneses están envueltos en cinta aislante. Los clips (plástico) y lasabrazaderas (metal) unen los arneses a la máquina.

Los esquemas eléctricos de Caterpillar proporcionan la ubicación de losarneses para localizar fácilmente un arnés específico dentro de una máquina.





Hoja 3.2: Calibres de Cables

Los circuitos eléctricos y electrónicos están diseñados con conductores detamaño y longitud específicos para proporcionar los caminos o trayectorias

para el flujo de corriente. El tamaño de un cables determina cuánta corrientepuede transportar. Los tamaños de cable se pueden clasificar de dosmaneras, según el tamaño de la Norma Americana de Cableado (AWG)(usualmente referido como "calibre" del cable) y por tamaño métrico.

DIMENSIONES DE LOS CABLESAWG Diámetro (mpulg) Ohmios por 1000 pies

10 102.9 0.998912 80.8 1.58814 64.1 2.52516 50.8 4.01618 40.3 6.38520 32.0 10.1522 25.4 16.1430 10.0 103.2040 3.1 1049.0

Al reparar o sustituir el cableado de la máquina es necesario utilizar el tamañoy longitud correcto de los conductores. El cuadro arriba mostrado ilustra lasresistencias típicas para varios tamaños de conductores.

Al usar el AWG, recuerde que números más pequeños de calibre denotanmayores diámetros de cable y números más grandes de calibre denotanmenores diámetros.

Los tamaños métricos del cable, por otra parte, refieren al diámetro del cableen milímetros, así que tamaños métricos más grandes traducen a cables másgrandes.





Lección 3.2: SOLDADURA DE CABLES

Introducción

Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Estalección cubre la preparación del cableado y de sus terminales tal como esusado en los equipos Caterpillar.

Objetivos


- Soldar cables eléctricos.- Verificar la continuidad de las uniones soldadas.





Hoja 3.3: Consideraciones

Mientras exista una conexión eléctrica entre dos cables prensados, puedeque no sea suficiente y falle. La soldadura crea una conexión eléctrica sólida

y confiable.

El proceso de soldadura depende en gran parte de que la soldadura fluya yse funda en todas las imperfecciones superficiales de los metales a soldar.Cuando dos piezas de metal se sueldan entre sí, una capa delgada desoldadura se adhiere entre ellas y completa la conexión eléctrica.La soldadura es una mezcla de estaño y plomo y generalmente contiene unfundente. El fundente elimina el óxido durante el proceso de soldadura. Elfundente también baja la tensión superficial de la soldadura, permitiendo quefluya y que se esparsa más fácilmente. El fundente más comúnmente usadoen reparaciones eléctricas es la resina. La resina es anticorrosiva,razonablemente no tóxica y se vuelve liquida fácilmente por el calor. Lasoldadura con núcleo de resina es la única clase que se debe utilizar en lareparación de cables electrónicos. Nunca utilice soldadura con núcleos de

ácido u otras soldaduras que contengan fundentes corrosivos porquedestruirían rápidamente la conductividad de la conexión.

Al soldar, siga estas pautas:

- Utilice el cautil para calentar el terminal o el clip. Esto transferirá calorpor conducción a los cables, que llegarán a estar lo suficientementecalientes para derretir la soldadura. No caliente la soldaduradirectamente.

- Asegúrese que hay soldadura entre la base (conductor) y el terminalo clip, pero no en el aislante.

- Si usa un clip, asegúrese que la soldadura cubra el conductor, y todoel clip.

- Si se suelda alrededor de un terminal, asegúrese que la soldadura

cubra el conductor, pero no que se extienda más allá del mismo.Puede ser útil inclinar levemente el extremo terminal del cable que esreparado para evitar que la soldadura fluya por encima del terminal.

- No aplique demasiada soldadura para evitar que los filamentosindividuales del cable no sean visibles.

- No permita que el cautil queme el aislamiento.- No deje puntos agudos de soldadura; éstos pueden rasgar la cinta

usada para aislar la reparación.- No permita que los filamentos individuales del cable sobresalgan de

la reparación o sobre el aislador.- No suelde cables en un circuito con corriente. Desconecte siempre la

energía y después repare.





Hoja 3.4: Herramientas

Las siguientes herramientas están recomendadas para ser usadas en lapreparación y reparación de conductores y conexiones:

- Los alicates diagonales y los de corte se utilizan para los cables decobre y las patas o terminales del componente. No deben serutilizados en metales duros como por ejemplo, el hierro o el acero.

- Los alicates de punta o de aguja, se utilizan para sostener el cable

para poder ser torcido alrededor del poste de un terminal o insertar elextremo pelado en el ojo de un terminal.- Se utiliza el pelacables para remover el aislamiento en cables

protegidos. Hay diversos tipos de pelacables, desde el tipo simpleencontrado en los alicates diagonales al más automático multitamañoque puede manejar diversos diámetros de cable.

- Un cautil es una herramienta estándar en la industria usada para unircables. Hay muchos tipos de dispositivos usados para este propósito,tal como pistolas de soldar, tipo lápiz, etc. Los cautiles sonclasificados por la cantidad de energía que ellos disipan, y asíindirectamente por la cantidad de calor que pueden generar. Las





pistolas de 100 y 125 Watios son los tamaños más populares. El tipode trabajo determina qué cautil debe ser utilizado.

- Los disipadores de calor se utilizan para evitar el recalentamientodurante la soldadura o el desoldado de componentes electrónicossensibles al calor. El disipador de calor generalmente es un clip quese coloca entre el terminal a soldar y el cuerpo del componenteelectrónico. Este absorbe calor y reduce la cantidad de calor

conducida por el componente.- Las herramientas de desoldado simplifican el trabajo de limpieza de

los agujeros grabados en el tablero o tarjeta (PC) cuando losterminales de los componentes son retirados. Los agujeros debenestar libres de la soldadura antes de que los terminales de un nuevocomponente puedan ser insertados.

Hoja 3.5: Preparación de los cables

Dos o más cables que proporcionen un camino conductor para la electricidaddeben ser conectados eléctricamente. Esto significa que una superficie sinaislar en un cable se debe conectar mecánicamente con una superficie sin

aislar de otro cable. Para asegurar que los cables no se separen o laconexión se corroa, ellos se sueldan a la unión.

Antes que los cables puedan ser conectados y soldados, deben serpreparados correctamente. Esto implica eliminar el aislamiento en losextremos del cable, para así lograr que los terminales se pueden conectar eluno al otro, con un terminal de poste o con el terminal de un conector.

Después de quitar el aislamiento, examine el cable por abolladuras o cortes ydecoloración. Si el cable tiene una apariencia brillante y no presentaabolladuras o cortes, no es necesaria ninguna preparación. Si el cable tieneun aspecto opaco u oscuro, debe ser limpiado antes de soldar.

El paso final antes de soldar el cable es realizar una tarea llamada el

"estañado". Si usa cables trenzados, el cable se debe torcer y colocar en lapunta del cautil y calentarlo lo suficientemente de forma que el cable derrita lasoldadura sobre sí.





Hoja 3.6: Preparación de las conexiones

Algunos de los conectores máscomunes son postes, terminales y

empalmes. La figura muestra unaconexión a un terminal de poste. Elcable se debe asegurar al poste a unostres cuartos de vuelta. No enrolle elcable alrededor del poste varias veces.Esto es derrochador y también causaproblemas si la conexión necesita serdesoldada.

La figura muestra una conexión típica a unterminar de tira o lámina. Doble el cable

para formar un gancho y para insertar elgancho en la abertura del terminal de tira(strip).

Si dos cables van a ser empalmados, elprocedimiento recomendado es torcer cadacable en la forma de un gancho. Combine losdos ganchos y aplique la soldadura alempalme. No es necesario torcer los cables juntos antes de soldar. La figura muestra unaconexión de empalme de gancho.

Al conectar componentes sensibles alcalor a un terminal de poste terminal o aun terminal tipo tira, se recomienda queun dispositivo disipador de calor seautilizado. La figura muestra un disipadorde calor conectado entre un diodo y unterminal de poste. El disipador de caloractúa como una carga de calor y por lotanto reduce el traspaso térmico al diodo.





Hoja 3.7: Soldadura

Precauciones de Seguridad:

El cautil funciona a temperaturas bastante elevadas y puede causar seriasquemaduras. Considere las siguientes medidas de seguridad:

1. No permita que la soldadura caliente sea rociada por el airesacudiendo el cautil o el empalme caliente.

2. Agarre siempre el cautil por su mango aislado. No agarre la pieza porla parte descubierta de metal.

3. No permita que la parte de metal del cautil descanse o entre encontacto con materiales combustibles. Un cautil debe siemprereclinarse sobre un soporte de soldadura cuando no esté en uso.

Sugerencias Útiles

Soldar correctamente es parte de las habilidades de un técnico. Las

conexiones soldadas deben ser mecánicamente fuertes, de modo que lassacudidas o vibraciones no causen problemas intermitentes. Eléctricamente,los contactos de la soldadura deben tener baja resistencia para proporcionaruna apropiada transferencia de la señal. Algunas reglas básicas son:

1. La punta del cautil debe estar estañada y limpia.2. Los metales que se conectarán deben estar limpios.3. En lo posible apoye el empalme mecánicamente.4. Estañe grandes superficies antes de soldarlas.5. Aplique la soldadura al empalme, no a la extremidad del cautil. La

soldadura debe fluir libremente y tener un aspecto brillante y liso.6. Utilice solamente la soldadura necesaria para hacer una conexión

sólida.7. Si se utiliza fundente adicional, aplíquese al empalme. Solamente

fundente de resina debe ser utilizado en conexiones eléctricas.8. Suelde rápidamente y no permita que los componentes o elaislamiento se quemen o sobrecalienten, ésto puede originar quefallen.

9. Utilice soldadura con núcleo de resina o equivalente. No usesoldadura con núcleo de ácido para ninguna conexión eléctrica.





Lección 3.3: CONECTORES

Introducción

Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Estalección cubre básicamente los conectores tal como son usados en losequipos Caterpillar.

Objetivos


- Identificar los tipos de conectores existentes.- Diferenciar los conectores eléctricos según su uso.





Hoja 3.8: Consideraciones sobre pines y sockets

El propósito de un conector es permitir el paso de la corriente de un cable a otro.Para lograr ésto, el conector debe tener dos mitades de acoplamiento (enchufe o

receptáculo). Una mitad o PIN y la otra mitad o RECEPTACULO. Cuando seensamblan las dos mitades, se permite el paso de la corriente.

Con el uso creciente de sistemas electrónicos en las máquinas Caterpillar, elmantenimiento de los conectores se ha convertido en una tarea crítica. Con elincremento de su uso se incrementa el mantenimiento del cableado, losconectores, los pines y receptáculos. Otro factor importante que contribuye alincremento de la reparación es el rudo ambiente en el cual los conectorestrabajan. Los conectores deben funcionar en condiciones extremas de calor, frío,suciedad, polvo, humedad, al contacto de productos químicos, etc.

Los pines y receptáculos tienen resistencia y ofrecen una cierta oposición al flujode corriente. Puesto que la superficie de los pines y los receptáculos no son lisos(contienen microscópicos picos y valles) una condición conocida como aspereza(aspereza de la superficie) existe. Cuando las mitades de acoplamiento estánconectadas, aproximadamente un uno por ciento de las superficies entran encontacto realmente.Los electrones se ven forzados a converger en los picos, de tal modo que se creauna resistencia entre las mitades en contacto. Aunque este proceso parece algoinsignificante para la operación de un control electrónico, una resistencia a travésdel conectador podría crear un malfuncionamiento en los controles electrónicos.

Enchapado

Para lograr una mínima resistencia en los pines y los contactos, necesitamosreferirnos al acabado, presión y al metal usados en su construcción. El estaño esbastante suave y permite una "película pura" pero tiene una alta resistencia. Elcobre en cambio tiene una baja resistencia y es rígido. Entonces para obtener unaresistencia mínima y una reducida aspereza, los contactos de baja resistencia decobre se enchapan a menudo con estaño.La película pura se genera cuando los pines y los contactos se enchapan conestaño y cuando estos se acoplan presentan una tendencia a "limpiarse"





mutuamente y a alisar algunos de los picos y de los valles creados por lacondición de la aspereza. Otros metales, tales como el oro y la plata sonexcelentes para el enchapado, pero son demasiado costosos.

Contaminantes

Los contaminantes son otro factor que contribuyen a la resistencia en los

conectores. Algunas condiciones extremas donde se emplean productos químicospueden causar fallas debido al aumento de la resistencia.

Los técnicos necesitan estar conscientes de que los conectores pueden y causanmuchos problemas de diagnóstico. Puede ser necesario medir la resistencia entrelas mitades del conector al diagnosticar si un control electrónico funcionacorrectamente. También los técnicos necesitan estar enterados qué conectoresdesconectar y conectar durante el proceso de localización de averías.

Hoja 3.9: Tipos de conectores

Se usan varios tipos de conectores a lo largo de los sistemas eléctricos y

electrónicos en las máquinas Caterpillar. Cada tipo difiere de la manera en queellos se mantienen o se reparan.

Se discutirán los siguientes tipos de conectores en detalle.

• Conectores Vehiculares Medioambiental (VE).• Conectores SURE-SEAL.• Conectores Deutsch (Series HD10, DT, CE y DRC).

Conectores VE

El conector VE se usóprincipalmente en los primerosmazos (arneses) eléctricos de

las máquinas Caterpillar, dondelas altas temperaturas, el mayornúmero contactos y las altascapacidades de transportecorriente fueron necesarias.El conector requiere unaherramienta especial deextracción de metal paradesmontar los contactos que podrían dañar el mecanismo de cierre del conectorsi la herramienta se giraba durante la extracción de la grapa de retención.

No use las herramientas de extracción de metal (listadas en SEHS8038) paracualquier otro tipo de conector eléctrico.

Después de prensar un cable al contacto se recomienda que el contacto sesuelde para mantener un buen contacto eléctrico. Use sólo soldadura con núcleode resina en cualquier conexión eléctrica.

Mayor información sobre el servicio de este tipo de conectores se puedeencontrar en la Instrucción Especial SEHS8038.

Este tipo de conector ya no es utilizado en los productos actuales, pero todavíapueden encontrarse en maquinas anteriores y requerir el servicio de un técnico decampo / taller.





Conectores Sure-Seal

Los conectores SURE-SEAL son usados extensivamente en las máquinasCaterpillar. Las cubiertas de estos conectores proveen un excelente y confiablesellado entre las dos mitades, pero en lugar de usar guías de acople, los cuerposdel conector están moldeados tal que ellos no se acoplen incorrectamente. LosConectores SURE-SEAL están limitados a una capacidad de 10 contactos (pinesy enchufes).Los números de parte para los conectores macho y hembra y los contactos seencuentran en la Instrucción Especial “Uso del kit de reparación Sure Seal 6V-3000 (Código SMHS7531).

Use la herramienta especial (6V-3001) para prensar los contactos y pelar loscables. Los Conectores SURE-SEAL requieren el uso de una herramientaespecial 6V-3008 para instalar los contactos. Use alcohol como un lubricante alinstalar los contactos. Herramientas especiales no son requeridas para quitar lospines de contacto. Cualquier agujero no usado en el conector debe sellarse conun tapón sellador 9G-3695. El tapón sellador prevendrá el ingreso de la humedad.

Conectores Deutsch

Conectores Deutsch Series Heavy Duty (HD10)

El conector de HD10 es un conector cilíndrico termoplástico que utiliza contactos

de tipo CRIMP que son de fácil y rápida extracción. Los protectorestermoplásticos están disponibles en configuraciones roscadas y no roscadasdonde se usan los insertos para contactos 3, 5, 6 y 9. El tamaño del contacto es#16 y acepta cables AWG #14, #16 y #18.El HD10 usa los contactos de aleación de cobre sólido del tipo prensados(tamaño #16) esta configuración permite una operación continua de altas cargassin recalentamiento. Los contactos son prensados usando la herramienta 1U-5805 Deutsch Crimping Tool.Se recomienda NO SOLDAR los terminales Deutsch luego de haber sidoprensado correctamente.





El procedimiento para preparar un cable y prensar un contacto es el mismo paratodos los conectores Deutsch y se explica en la Instrucción Especial—“Reparandolos conectores DT” (SEHS9615). El procedimiento de remoción difiere deconector a conector y se explicará en cada sección.

Deutsch Transportation (DT) Series Connectors

El conector de DT es un conector termoplástico que utiliza contactos de tipo

prensados que son de fácil y rápida remoción y no requieren de ningunaherramienta especial. Las cajas termoplásticas están disponibles enconfiguraciones de 2, 3, 4, 6, 8 y 12 contactos,.El tamaño del contacto es #16 yacepta cables AWG #14, #16 y #18.Los contactos son prensados usando la herramienta 1U-5804 Deutsch CrimpingTool.El conector de DT se diferencia de otros conectores Deutsch en apariencia yconstrucción. El DT es de forma rectangular o triangular y contiene cuñas tapón,cuñas del receptáculo y sellos de silicona.Se recomienda limpiar los contactos Deutsch con lcohol DENATURED. Para unaexplicación más detallada de la reparación del conector de DT, consulte laInstrucción Especial--Reparando los Conectores de DT (SEHS9615).

Deutsch Rectangular Connector (DRC)

El conector de DRC es una caja termoplástica rectangular y está sellada

completamente al medioambiente. El DRC satisface mejor los requerimientos decompatibilidad de los módulos electrónicos de control externos e internos. Elconector esta diseñado con un gran número de terminales. Están disponibles con24, 40 y 70 terminales. El tamaño del contacto es #16 y acepta cables AWG #16 y#18.El conector contiene una "guía" para la orientación correcta y se asegura pormedio de un tornillo de acero inoxidable. Una llave hexagonal de 4 mm (5/32”) esnecesaria para unir ambos conectores. El torque recomendado para apretar eltornillo es de 25 libras-pulgada.NOTA: El DRC usa el mismo procedimiento de instalación y remoción de la serieHD10.





Caterpillar Environmental Connectors (CE)

El conector CE es un conector de aplicación especial. La serie de conectores CE

pueden usar entre 7 y 37 contactos, el conector de 37 contactos viene usándoseen varios módulos electrónicos de control. El conector CE usa dos herramientasde prensado diferentes. La herramienta de prensado para contactos de tamaño#4 al #10 es un prensaterminales manual 4C-4075 y la herramienta para loscontactos de tamaño #12 al #18 es la misma usada en los conectores de la serieHD y DT (1U-5804).Para una explicación más detallada de cómo reparar los conectores CE, refiérasea la Instrucción Especial “Uso de las herramientas para conectores serie CE/VE”(SEHS9065).





Lección 3.4: INTERRUPTORES, FUSIBLES,DISYUNTORES Y RESISTENCIAS

Introducción

Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Esta

lección cubre básicamente los interruptores, fusibles, disyuntores yresistencias tal como son usados en los equipos Caterpillar.

Objetivos


- Identificar los tipos de interruptores, fusibles, disyuntores y resistencias.- Entender el funcionamiento de interruptores, fusibles, disyuntores yresistencias.





Hoja 3.10: Interruptores

Un interruptor es un dispositivo usado para completar (cerrar) o interrumpir(abrir) el paso de la corriente. Típicamente, se ponen los interruptores entredos conductores (o cables). Hay diferentes tipos de interruptores, como el de

un-polo - una-posición (SPST), un-polo - dos-posiciones (SPDT), doble-polo -una-posición (DPST) y doble-polo - dos-posiciones (DPDT).

Hay también muchas maneras de accionar los interruptores, los interruptoresmostrados arriba son operados mecánicamente moviendo la palanca delinterruptor. A veces se unen interruptores para que ellos abran y cierren al

mismo tiempo. En el esquema, ésto se muestra por los interruptoresconectados con una línea discontinua. Otros interruptores operadosmecánicamente son interruptores de fin de carrera e interruptores de presión.Los contactos del interruptor son cerrados o abiertos por medios externos,como una palanca que actúa un interruptor de fin de carrera o la acción de lapresión. Algunos de los interruptores más comúnmente usados en lasmáquinas Caterpillar son:

- De palanca,- Rotatorio (Perilla),- Rocker Push-On,- De presión,- Magnético.

Algunos interruptores son más complejos que otros. Las maquinas Caterpillarusan interruptores magnéticos para medir señales de velocidad ointerruptores electrónicos que contienen componentes electrónicos internos,como los transistores para encender y apagar las señales remotas.Un ejemplo de un interruptor más complejo usado en las máquinas Caterpillares el interruptor de arranque. -La fig. 3.1.14 muestra el esquema interno delInterruptor de arranque. Este tipo de interruptor puede controlar variasfunciones diferentes, como la posición de accesorios (ACC), posición decontacto (RUN), una posición de arranque (START) y una de apagado (OFF).Asimismo puede controlar otros componentes y puede entregar energía avarios componentes al mismo tiempo.





Hoja 3.11: Fusibles

Los fusibles, los eslabones fusibles y los disyuntores son protectores decircuito. Si hay un exceso de corriente en un circuito se origina calor. El calor,no la corriente, es la causa para que el protector del circuito se abra antes deque la instalación eléctrica pueda dañarse. Esto tiene el mismo efecto comoapagar un interruptor.

Los fusibles son los protectores de circuito más comunes. Un fusible estáhecho de una tira de metal delgada o alambre dentro de un alojamiento hechode vidrio o plástico.

Cuando el flujo de corriente es más alto que el regulado por el fusible, elmetal se funde y el circuito se abre. Un fusible debe reemplazarse despuésde que se quema.

Los fusibles están clasificados según el amperaje que ellos pueden conducirantes de abrir circuito. Los fusibles plásticos se presentan en coloresdiferentes para denotar su capacidad y su valor también esta impreso en elmismo.

Un eslabón fusible (no mostrado) es una sección corta de cable aislado quees más delgado que el cable en el circuito al cual protege. El exceso decorriente causa que el cable dentro del link se funda. Como los fusibles, loseslabones fusibles deben reemplazarse después de que ellos se queman.Usted puede verificar que un eslabón fusible esta quemado tirando de susdos extremos. Si se estira como una venda de caucho, el cable se debehaber fundido y el eslabón ya no sirve. (El aislamiento de un eslabón fusiblees más duro que el aislamiento del cable regular para que pueda contener eleslabón fundido después de que se quema).

NOTA:

Al reemplazar un eslabón fusible nunca use una longitud mayor a 225 mm(aproximadamente 9 pulgadas).





Hoja 3.12: Disyuntores

Un disyuntor es parecido a un fusible, sin embargo, una alta corriente causaráque el disyuntor se "dispare" abriendo el circuito. El disyuntor puederestablecerse manualmente luego de que la sobre corriente se ha eliminado.

Algunos disyuntores se restablecen automáticamente. Estos son llamadosdisyuntores "secuenciales". Los disyuntores son parte de una gran cantidadde componentes Caterpillar, como el interruptor de las luces principales.

Hay también disyuntores "no-secuenciales". Este tipo opera con un cabletemperado que abre los contactos hasta que el flujo de corriente se detenga.

Un disyuntor secuencial contiene una tira hecha de dos metales diferentes.Cuando el disyuntor sensa una gran corriente, los dos metales cambianirregularmente su forma. La tira se dobla y un juego de contactos se abrepara detener el flujo de corriente. Cuando el metal se enfría, vuelve a suforma original, volviendo a cerrar los contactos y el flujo de corriente puedecontinuar.Los disyuntores de rearme automático son también llamados “secuenciales”porque estos operan en ciclos de apertura y cierre hasta que la corrienteretorna a su nivel normal.

Un PTC (por Coeficiente de Temperatura Positivo) es un tipo especial dedisyuntor también llamado termistor (o resistencia térmica). El PTC estáhecho de un polímero conductivo. En su estado normal, el material tiene la

forma de un cristal denso, con muchas partículas de carbono unidas entre si.Las partículas de carbono forman vías conductoras al flujo de corriente.Cuando el material se calienta, el polímero se expande, separando lascadenas de carbono. En este estado quedan pocas vías para el paso de lacorriente.Un PTC es un dispositivo de estado sólido; no tiene ninguna parte móvil.Cuando se dispara, el dispositivo mantendrá su estado de "circuito abierto"mientras el voltaje aplicado al circuito continúe. Sólo restablecerá sucondición inicial cuando el voltaje sea desconectado y el polímero se enfríe.





Hoja 3.13: Resistencias

Introducción

A veces es necesario reducir la cantidad de voltaje o corriente en un puntoespecífico de un circuito. La manera más fácil de reducir el voltaje o lacorriente de a una carga es aumentando la resistencia. Esto se haceagregando resistencias.

Las resistencias vienen en dos tipos: Fijas y Variables. Los usos comunespara las resistencias en los circuitos eléctricos son el sistema de audio y elcircuito de control de clima, el cual usa varias resistencias conectadas paravariar el voltaje.





Clasificación por Potencia

La resistencias están identificadas en ohmios (para la cantidad de resistenciaproporcionada al circuito) y en vatios (para la cantidad de calor que ellaspueden disipar).

La fig. 3.1.25 muestra el cuadro de código colores para la identificación deresistencias. Usted puede hallar el valor de una resistencia mirando lasbandas de color. Las bandas estarán alineadas a un extremo de laresistencia. El extremo con las bandas de color debe estar a su izquierdaviéndola de frente cuando usted las lea. Las bandas se leen de izquierda aderecha.

La última banda de color indica la TOLERANCIA de la resistencia, la cual serefiere a cuánto puede variar el valor real especificado, dado en porcentaje

del valor total. Algunas resistencias no tienen ninguna banda en esta últimaposición. Estas resistencias tienen una tolerancia de 20% del valor de laresistencia. Algunos circuitos están diseñados con un valor de resistenciamuy precisa y no funcionarán correctamente fuera de este valor, por eso,usted nunca debe reemplazar una resistencia con una de tolerancia más alta.

Resistencias y Potencias

Debido a que una resistencia restringe el flujo de corriente, la fricción eléctricase incrementa en ella. Esto genera calor que la resistencia debe poder





disipar. El exceso de calor puede variar los rangos y tolerancias de unaresistencia fuera de los limites de diseño. Por medio de la potencia nosotrosmedimos la cantidad de energía que puede ser consumida por unaresistencia. Cuanto más grande sea la potencia de la resistencia, más calorpodrá soportar. La Fig. 3.1.26 muestra ejemplos de potencia de unaresistencia.

Para que un circuito funcione apropiadamente, las resistencias en él deben

tener el rango de potencia correcta, al igual que el rango de resistenciacorrecto. Las resistencias y otros componentes podrían dañarse por un flujoadicional de corriente y calor si la resistencia o el rango de potencia sonincorrectos.

Usted puede identificar la potencia de una resistencia de carbono por sutamaño. Los valores más comunes son 1/10 vatio, 1/4 vatio, 1/2 vatio, 1 vatio,y 2 vatios.

Resistencias variables (Potenciómetros)

Los tipos de resistencias que hemos discutido hasta ahora son fijas. Estosignifica que su valor no puede ajustarse. Otras resistencias son variables(Fig. 3.1.27). Esto significa que su resistencia puede cambiarse ajustando unmando. El mando mueve un contacto encima de la superficie de unaresistencia. Cuando el flujo de corriente atraviesa una mayor longitud dematerial resistivo, la corriente disminuye; cuando esta fluye a través de menosmaterial resistivo, la corriente aumenta.

La cantidad de variación y el número de posiciones de la resistencia dependede cómo está construida la resistencia variable. Algunos tienen sólo dosvalores de resistencia diferente, mientras que otros tienen un rango infinito





entre sus valores mínimos y máximos.

Las resistencias variables pueden ser lineales o no lineales. La resistencia deuna resistencia lineal aumenta uniformemente. Cuando el mando es fijado aun cuarto de su trayectoria, la resistencia aumenta a un cuarto del valormáximo; cuando el mando se pone a la mitad de su trayectoria, la resistenciaaumenta a la mitad de su valor máximo.

Existen muchos tipos de resistencias variables. Algunosson conocidos como reóstatos, potenciómetros otermistores. La fig. 3.1.28 muestra el símboloesquemático de un reóstato.

Un reóstato tiene dos terminales y permite el paso decorriente en un sentido. En las máquinas Caterpillar, un

reóstato es usado para controlar el brillo de las luces del panel deinstrumentos.

Otro tipo de resistencia variable es elpotenciómetro. El potenciómetro permite dos

caminos al flujo de corriente y puedencontrolarse ambos, manualmente omecánicamente. El fig. 3.1.29 muestra unpotenciómetro usado en un sistema decombustible. El sensor de combustible mideun valor especifico de resistencia del sistemaque corresponde a una condición especificadel sistema. La resistencia de salida es medida por el módulo principal y elvalor corresponde al nivel de combustible en el tanque.

Un potenciómetro tiene tres terminales y trabaja dividiendo el voltaje entredos de ellos. Los potenciómetros también pueden diseñarse para trabajarcomo reóstatos.

Resistencia falladas o Falla en las resistencias.

Las Resistencias Fijas trabajan (permitiendo el paso de una cantidadapropiada de corriente) o no (no permitiendo el paso de corriente, opermitiendo el paso de una corriente demasiado alta).

Las Resistencias Variables, por otro lado, pueden exhibir una "mancha plana"donde las partes en movimiento se frotan entre si causando desgaste. Estopuede evidenciarse como la pérdida de respuesta a través de una porción delviaje del resistor.

Termistores

Los termistores (las resistencias térmicas) son un tipo de resistencia variableque opera sin el control humano. Un termistor esta hecho de carbono. Laresistencia del carbón disminuye a temperaturas más altas en lugar deaumentar. Esta propiedad puede ser muy útil en ciertos circuitos eléctricos.Los termistores son usados extensamente en sensores de las máquinasCaterpillar para medir las temperaturas de sistema.





Lección 3.5: CAPACITORES (CONDENSADORES)

Introducción

Un condensador es un dispositivo que puede almacenar una carga eléctrica,creando un campo eléctrico que a su vez puede almacenar energía. Lahabilidad para almacenar esta energía se llama "capacitancia". En lossistemas eléctricos Caterpillar, se usan los condensadores para almacenarenergía, como los circuitos de tiempo y como filtros.

Los métodos de la construcción varían, pero un condensador simple puedehacerse de dos platos de material conductivo separados por un materialaislante llamado “dieléctrico." Los materiales dieléctricos típicos son el aire, elpapel, el plástico y la cerámica.

Hoja 3.14: Almacenamiento de energía

En algunos circuitos, un condensador puede tomar el lugar de la batería. Siun condensador se pone en un circuito con una fuente de voltaje, la corrientefluye lentamente en el circuito mientras el condensador se "carga". Es decir,

los electrones aumentan en la superficie del plato conectado al polo negativoy se mueven fuera del plato conectado al polo positivo. Esto continúa hastaque la carga eléctrica del condensador y la fuente de voltaje sea igual. Larapidez de este proceso depende de varios factores, incluyendo el voltajeaplicado y el tamaño del condensador; normalmente ocurre rápidamente.

Cuando el condensador llega al mismo potencial que la fuente de voltaje, elflujo de corriente cesa. El condensador puede entonces mantener su cargacuando este sea desconectado de la fuente de voltaje. Con los dos platosseparados por un dieléctrico, no hay lugar donde los electrones puedan ir.

El plato negativo retiene sus electrones acumulados y el plato positivo todavíatiene un déficit de electrones. Es así cómo el condensador guarda la energía.Un condensador cargado puede entregar su energía almacenada como una

batería (aunque es importante notar que no es igual a una batería, uncondensador almacena electricidad, pero no la crea). Cuando se usa paraentregar una pequeña corriente, un condensador tiene el potencial paraentregar voltaje a un circuito por unas cuantas semanas.





Hoja 3.15: Medición de Capacitores

Los capacitores se miden en unidades llamadas "Faradios" (representada porel símbolo "F"). Éste especifica cuántos electrones puede contener el

condensador. Un Faradio es una cantidad muy grande de electrones. En lossistemas empleados, usted verá condensadores en "micro-faradios" (µF). Unmicro Faradio es la millonésima parte de un Faradio.

Además de medirse en Faradios, los condensadores también se clasificansegún el voltaje máximo que ellos pueden manejar. Al reemplazar uncondensador, nunca use un condensador con un valor de voltaje más bajo.

Tres factores se combinan para determinar la capacitancia de uncondensador dado:

a. El área de los platos conductivos.b. La distancia entre los platos conductivos.c. El material usado como dieléctrico.

Hoja 3.16: Cálculo de capacitancia total

La capacitancia total de un circuito depende de cómo los condensadoresestán diseñados en el circuito.

Cuando los condensadores están en paralelo, la capacitancia total esdeterminada con la siguiente ecuación:

.....321 C C C Ct ++=

Cuando los condensadores están en serie, la capacitancia total esdeterminada con esta ecuación:

2

1

1

1

1

C C

Ct

+

=

NOTA: Siempre ponga en cortocircuito los terminales de uncondensador antes de conectarlo a un circuito o equipo de medición.Esto descargará cualquier carga residual que podría estar almacenada.





Lección 3.6: INDUCTORES (BOBINADOS)

Hoja 3.17: Principio de Inducción

A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de alambreenrolladas) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable porel que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnéticogenerado por esta corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético,el que establece la ley de la mano derecha. (ver electromagnetismo) Al estarla bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centrode la bobina y cierra su camino por su parte exterior

Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambiosbruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que en el momentode modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada ydesconectada a una fuente de poder), esta tratará de mantener su condiciónanterior.

Las bobinas se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse bobinas que semiden en miliHenrios (mH). El valor que tiene una bobina depende de:

- El número de espiras (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valoren Henrios).

- El diámetro de las espiras (a mayor diámetro mayor inductancia, o seamayor valor en Henrios).

- La longitud del cable de que está hecha la bobina.- El tipo de material de que está hecho el núcleo, si es que lo tiene.





La bobina y la corriente continua (c.c.)

La bobina está formada de un alambre conductor con el cual se han hechoespiras a manera, en su forma más sencilla, de un resorte.

Si se aplica corriente continua (corriente que no varía con el tiempo) a unabobina, ésta se comporta como un corto circuito abierto y dejará pasar lacorriente a través de ella sin ninguna oposición.

Pero en la bobina si existe oposición al paso de la corriente, y esto sucedesólo en el momento en que se hace la conexión a la fuente de voltaje y durapor un tiempo muy pequeño. Lo que sucede es que en ese pequeño espaciode tiempo la corriente esta variando desde 0 A hasta su valor final decorriente continua (o sea la corriente varía con el tiempo)

La bobina y la corriente alterna (c.a.)

La bobina, como la resistencia, se opone al flujo de corriente, pero adiferencia 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 = 2 x p x f x L

¿ Qué es estar desfasado o corrido ?

Las señales alternas como la corriente alterna (nuestro caso) tienen lacaracterística de ser periódicas, esto significa que se repiten a espacios fijosde tiempo. Si dos señales periódicas iguales están en fase, sus valoresmáximos y mínimos coinciden. Si una señal se atrasa respecto a otra a talpunto de que estas vuelven a coincidir en estos valores (máximo y mínimo) sedice que el desfase fue de 360°. Desfases intermedios serían de 180° (lasondas están desfasadas en la mitad de su período) y desfase de 90° (lasondas están desfasadas en la cuarta parte de su período)

Aplicaciones

Una de la aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte denuestra vida diaria es la bobina que se encuentra en nuestros autos y formaparte del sistema de ignición.

En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elementoadicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro.

En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrarcomponentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en lasalida.




Hoja 3.18: Solenoides

Un solenoide utiliza un campo electromagnético para producir movimientomecánico. En su forma básica, un solenoide es una bobina tubular que rodea

un vástago movible de metal. Cuando la bobina es activada, el vástago seintroduce dentro de la bobina a través de la atracción magnética. Un resortemantiene el vástago afuera cuando la bobina no está activada. De este modo,cada vez que se aplica energía a la bobina, el vástago ejecuta un recorrido, ycuando se quita la energía, el vástago ejecuta un recorrido inverso. Elmovimiento de vaivén resultante puede realizar tareas mecánicas simples. Enlos sistemas eléctricos Caterpillar, los solenoides se utilizan con frecuenciapara hacer funcionar válvulas hidráulicas

El solenoide es un actuador, que funciona en base a magnetismo; porejemplo, si tenemos un motor de arranque y necesitamos que este mueva almotor; lo único que necesitamos es enviar corriente positiva a un terminal delsolenoide, este se magnetiza; y como consecuencia, atrae un extremo de unnúcleo deslizante, al suceder esto; el extremo atraído se coloca haciendo unpuente entre un terminal que mantiene corriente positiva conectada

directamente de la batería y el otro terminal que está conectado al interior delmotor de arranque; dando lugar a la activación y funcionamiento del motor dearranque. Por el otro extremo del núcleo deslizante, mueve al bendix(embrague) colocando los dientes de este entre los dientes de la ruedavolante iniciándose así las vueltas que necesita el motor para el arranque.Cuando la corriente positiva enviada es cortada, el motor de arranque sedetiene y el bendix regresa a su posición de descanso.

cat - manual del estudiante electricidad-1

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