conceptos basicos de electricidad 01

7/26/2019 Conceptos Basicos de Electricidad 01

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La electricidad tiene su origen en el

movimiento de una pequea partcu-

la llamada electrn que forma parte

del tomo.

El tomo es la porcin ms pequeade la materia y est compuesto por

un ncleo donde se encuentran

otras partculas, como los protones

(con carga elctrica positiva) y los

neutrones (sin carga).

Alrededor del ncleo giran en rbi-

tas los electrones, que tienen carga

negativa y hay tantos electrones

como protones,por lo que el tomo

se encuentra equilibrado elctrica-mente.

Un tomo puede tener muchos elec-

trones,situados en rbitas que giran

alrededor del ncleo. Hay fenme-

nos que consiguen arrancar electro-

nes de las rbitas externas del

tomo, quedando entonces deficita-

rio de cargas negativas (el tomo se

convierte as en un ion positivo).

Al producirse el abandono de un

electrn de su rbita queda en su

lugar un hueco el cual atraer a un

electrn de un tomo contiguo, de

este modo se densencadena una cas-

cada de electrones arrancados de

otros tomos contiguos para ir relle-

nando huecos sucesivos,y as se pro-

duce una circulacin de electrones.

La fuerza que obliga a los electrones

a circular por un conductor depende

de la diferencia de electrones exis-

tentes en los extremos de ese con-

ductor. Si en un extremo se tienen

muchos electrones mientras que en

el otro apenas hay, aparecen aqu

huecos,la tendencia natural es que se

produzca una circulacin de electro-nes hacia el extremo donde hay hue-

cos,para alcanzar as un equilibrio.

La diferencia existente en el nmero

de electrones entre un extremo y

otro,y que determina la fuerza con

la que circulan, recibe el nombre de

diferencia de tensin, lo que significa

que cuanta mayor tensin exista en

los extremos de un conductor mayor

es tambin el nmero de electronesque hay dispuestos en un lado para

desplazarse hacia el otro.

Materialesconductores y aislantesNo todos los tomos tienen la

misma facilidad para desprender

electrones de sus rbitas y originar

una corriente elctrica;hay cuerpos

como los metales (cobre, plata,hie-

rro,etc.) donde los electrones fluyen

con facilidad, mientras que otros

materiales (madera,plstico,caucho)

encuentran mucha dificultad.Los pri-

meros son los llamados conductores

y los segundos no conductores o ais-

lantes. No obstante entre ambos se

encuentran los semiconductores,

elementos cuya conductibilidad elc-

trica depende de las condiciones del

circuito y de la composicin qumica

que interviene en su formacin.

C O NST IT UC I N DE LA MATERIA : EL ELECTRN

Protn (+)

CONDUCTOR

Electrn (_)

Neutrn

Desplazamiento de electrones

Desplazamiento

de huecos

Electrn arrancado de su rbita

Hueco dejado porel electrn arrancado

B1-01

tomos con exceso de huecos

tomos con exceso de electrones

Flujo decorriente

Diferenciade

tensin(Voltaje)

B1-02

B1-03

Los fenmenos elctricos empezaron a conocerse en pocas muy remotas

(anteri ores al nacimiento de Cr isto), aunque no fue hasta a finales del siglo XIX

que se descubre el electrn y se define la teora que conocemos hoy.


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El circuito elctrico es parecido a

un circuito hidrulico ya que puede

considerarse como el camino que

recorre la corriente (el agua)

desde un generador de tensin(tambin denominado como fuen-

te) hacia un dispositivo consumi-

dor o carga.

La carga es todo aquello que con-

sume energa para producir traba-

jo: la carga del circuito puede ser

una lmpara, un motor, etc. (en el

ejemplo de la ilustracin la carga

del circuito es una sierra que pro-

duce un trabajo).La corriente, al igual que el agua,

circula a travs de unos canales

o tuberas; son los cables con-

ductores y por ellos fluyen los

electrones hacia los elementos

consumidores.

En el circuito hidrulico, la diferen-

cia de niveles creada por la fuente

proporciona una presin (tensinen el circuito elctrico) que provo-

ca la circulacin de un caudal de

lquido (intensidad); la longitud y la

seccin del canal ofrecen un freno

al paso del caudal (resistencia elc-

trica al paso de los electrones).

De modo anlogo en el circuito

elctrico, la corriente que fluye

por un conductor depende de la

tensin aplicada a sus extremos yla resistencia que oponga el mate-

rial conductor; cuanto menor sea

la resistencia mejor circular la

corriente.

C IRCUITO ELCTRICO

Para que pueda circul ar corr iente elctr ica, es necesari o que lo haga

en un circuito cerrado. El circui to elctr ico y sus unidades son los primeros conceptos

que hay que conocer para entender todos los fenmenos elctr icos.

B1-06

(Caudal)Corriente o intensidad

(Fuente)Generador de tensin

Diferencia de tensin(Diferencia de potencial)

RESISTENCIA

TRABAJO

Sm il hi drul ic o

La corriente, al igual que el agua, circula a

travs de unos canales o tuberas; son los

cables conductores y por ell os fluyen los

electrones hacia los elementos consumidores.

Representacin grfica de la corr iente continua.

+

_

B1-05

t

V


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Con lo expuesto hasta ahora pueden

definirse las tres principales unidades

elctricas:la tensin, la intensidad y la

resistencia.

Tensin elctrica (U)Se denomina tensin elctrica (o

tambin voltaje) a la fuerza potencial

(atraccin) que hay entre dos pun-

tos cuando existe entre ellos dife-

rencia en el nmero de electrones.

En los polos de una batera hay una

tensin elctrica y la unidad que

mide la tensin es el voltio (V).

Corriente elctrica (I)

Al la cantidad de electrones o inten-

sidad con la que circulan por un

conductor, cuando hay una tensin

aplicada en sus extremos, se le

denomina corriente elctrica o

intensidad. La unidad que mide la

intensidad es el amperio (A).

Resistencia elctrica (R)Los electrones que circulan por

un conductor encuentran cierta

dificultad a circular libremente ya

que el propio conductor opone

una pequea resistencia; resis-

tencia que depende de la longi-

tud, la seccin y el material con

que est construido el conductor.

La corriente fluir mejor cuanto

mayor sea la seccin y menor la

longitud. La unidad que mide la

resistencia es el ohmio ().

UNIDADES ELCTRICAS

Resistencia de carga

CIRCUITO HIDRULICO CIRCUITO ELCTRICO

Resistencia

Caudal

Altura

Intensidad

Resistenciade carga

Batera12V

Fuente de tensin

ESQUEMA

Fuentede tensin

Intensidad

B1-07

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Todo lo que se mueve o fluye, encuentra cierta resistencia.

Esta es la regla que refleja el fenmeno que desarrol l el matemtico Georg Simn Ohm

en 1799, padre de la Ley que lleva su nombre y que permite apli car

las matemti cas a la electr icidad.

Existe una relacin entre las tres uni-

dades elctricas (voltio, amperio y

ohmio) de tal modo que puede defi-

nirse cada una de ellas con la combi-nacin de las otras dos,as por ejem-

plo puede decirse que:

1 amperio es la corriente que circula

por un conductor de1 ohmio cuan-

do se aplica un1 voltio de tensin.

Y esta definicin expresada matemti-

camente es:

Como el resultado de esta expresin

matemtica es una ecuacin, puede

despejarse cualquier valor incgnita

partiendo de los otros dos.

Combinando las frmulas de la Ley de

Ohm puede representarse grficamen-

te mediante un tringulo en cuyo inte-

rior se ha situado cada unidad (voltio,

amperio y ohmio),de tal modo que los

valores situados arriba se encuentran

dividiendo por los de abajo y los que

se encuentran debajo se hallan multi-

plicando entre ellos.

LEY DE OHM

Para conocer la frmula que permi ta

calcular una de las magnitudes

desconocidas, basta con tomar las otras dos

y relacionar las segn su posicin

determinada en el t ringulo: voltios dividen

por amperios u ohmios, mientras que paraaveriguar los volti os basta con mult iplicar

los ohmios por los amperios.

U

I R

U

I R

U

I R

U

I R

U = I x R I = UR R =UI

U = I x R (V = A x)

I = U / R (A = V :)

R = V / I ( = V :A)

B1-08

I = U/R

(1A =

1V/

1)


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La potencia se define como la energa

o trabajo consumido o producido en

un determinado tiempo.

En los circuitos elctricos la unidad de

potencia es el vatio (W) y su defini-cin est relacionada con la tensin

aplicada y la intensidad que circula por

un circuito:se dice que un vatio es

la energa (trabajo) que libera un

amperio en un circuito con una ten-

sin de un voltio.

Puede expresarse con una frmula:

Como el resultado de esta expresin

matemtica es una ecuacin (similar a

la de la Ley de Ohm) puede deducirse

un valor conociendo los otros dos y as

obtener tres frmulas matemticas que

permitan resolver cualquier incgnita.

Para conocer la frmula de clculo de

una de las magnitudes desconocidas,

basta con tomar las otras dos y rela-cionarlas segn su posicin determina-

da en el tringulo:

La unidad de potencia elctrica, vatio

(W), tiene correspondencia con otras

unidades de potencia utilizadas en el

automvil, como los caballos (CV):

POTENCIA ELCTRICA

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Relacin entre uni dades

Como la ecuacin de la Ley de Ohm y la

frmula de la potencia tienen unidades en

comn, pueden relacionar se unas con otras

y obtenerse un formulari o que permit a

calcular cualquier unidad combinando dos.La presente rueda es un formular io

complet o de las unidades elctr icas, donde

puede obtenerse de dos magnitudes

conocidas otra que sea incgnita.

W = U x I

(1 vatio = 1 voltio x 1 amperio)

W = V x A

A = W:V

V= W:A

1 CV equivale a 736 W

B1-10

W

I U

W

I U

W

I U

W

I U

W = I x U I =WU U =

WI

B1-09

V2

RVR W

V

W AV R

V2

WW

A2A x R

V x A

A2x R

W

RVA

WA

WxR


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La corr iente elctr ica puede manifestarse de dos modos diferentes:

de forma continua o alterna. La diferencia entre corr iente continua y alterna radica

en la fuente que la produce, aunque los efectos se manifiestan de idnti co modo.

C ORRIENTE C O NT INUA Y ALTERNA

La corriente continua (c.c.) es pro-

ducida por generadores que siempre

suministran la corriente en la misma

direccin; tal es el caso de dinamos,

clulas fotoelctricas,pilas,etc.En elautomvil se utiliza corriente conti-

nua porque puede almacenarse en la

batera garantizando as su disponibi-

lidad cuando se precise.

La corriente continua no vara su

valor en funcin del tiempo: en la

pantalla de un osciloscopio aparece

como una lnea horizontal referen-

ciada a un nivel de cero voltios (lnea

de masa). La distancia de la lnea detensin a la lnea de masa indica la

magnitud (amplitud) de la tensin.

La corriente alterna (c.a.) no puede

almacenarse en bateras, pero es

mucho ms fcil y barata de producir

gracias a los alternadores.

La corriente alterna cambia de pola-ridad cclicamente siendo alternati-

vamente positiva y negativa respecti-

vamente. La forma de onda depende

del generador que la produce, pero

siempre hay una lnea de cero voltios

que divide a la onda en dos picos

simtricos. Las caractersticas de la

corriente alterna son: la frecuencia

(ciclos en un segundo) y la tensin

de pico a pico; aunque suele utili-zarse el valor de tensin eficaz (ten-

sin RMS)

Smil h id rul ic o

El movimiento alternat ivo origina ondas

oscilantes en cir cuito hidrulico que se

utili zan para generar el trabajo.B1-12

B1-11

Corriente alterna: representacin grfica.

+_

Generador de c.a.

(Diferencia de potencial)

TRABAJO

E N P R O F U N D I D A D

El valor eficaz (RMS) en corri ente alterna

(c.a.) se define como el valor necesario

que ha de ser apl icado sobre una resisten-

cia para que genere idnt ico t rabajo en

forma de calor como su valor equivalenteen corr iente continua (c.c.).

V

t


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La corriente alterna o continua,pero

con variacin de impulsos, se carac-teriza por que cambian peridicamen-

te de forma, pueden tener diferente

diseo y manifestarse de modo muy

rpido o muy lento, no obstante hay

una serie de trminos comunes que

definen cualquier forma de onda:

Ondas: el trmino genrico parauna seal que se repite a lo largo

del tiempo es onda (semejante a

las ondas de sonido o a las de

radio).

Ciclo: el ciclo de una onda es laporcin de la onda que se repite.

La forma de onda es la representa-

cin grfica de una seal que

muestra el tiempo sobre el eje

horizontal y la tensin sobre el eje

vertical.

Periodo: el periodo se define

como el tiempo que tarda una

onda en realizar un ciclo completo.

Frecuencia: la frecuencia se defi-

ne como el nmero de ciclos que

tienen lugar en un tiempo dado,generalmente en un segundo. La

unidad de frecuencia es el hertzio

(Hz). Un hertzio (Hz) equivale a

un ciclo en un segundo (1c/s).Hay

una relacin entre el periodo y

la frecuencia, ya que la frecuencia

(f) es inversa al tiempo que tarda

un ciclo, es decir el periodo (p).

Y se expresa as:

Amplitud: la amplitud de unaseal se define como el valor de

tensin instantneo o el valor de

pico a pico. Es decir, la altura o

distancia que tenga la forma de

onda con respecto a la lnea de

cero voltios o bien entre pico

positivo y negativo si la onda es de

corriente alterna.

DEFIN IC I N DE FO RMA S DE ONDA

Cara cter sticas de las on das senoida les:

f = Frecuencia, unidad en hertzios (Hz )

P = Periodo, unidad el segundo (s) o el

submlt iplo el milisegundo (1mS = 0,001 s)

Vp = Tensin de pico

Vpp= Tensin de p ico a p icoVrms = Tensin ef icaz

B1-13

f = 1/p ; p = 1/f

f = frecuencia en hertzios (Hz)

p = periodo en segundos

f =3 Hz

1 segundo

1 ciclo(p=periodo en

segundos)

Vrms

Vp

Vpp

Amplitud

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Formas comunesde ondaHay distintos tipos de formas de

onda. La definicin hace referencia a

la forma o caracterstica que tienecada una de ellas:

1. Onda senoidal

2. Onda en diente de sierra

3. Onda cuadrada

4. Pulso

5. Onda senoidal amortiguada

6. Onda triangular

7. Escaln

8. Forma de onda compleja

Algunos ejemplosde formas de ondaA. Onda senoidal es la tensin de la

red elctrica de uso domstico,

con una tensin de 220 V y una

frecuencia de 50 Hz.

B. Un onda cuadrada es la que pro-

porciona por ejemplo un genera-

dor de efecto Hall.

C.El escaln se produce cuando se

detecta el paso de un estado elc-

trico a otro;por ejemplo la puesta

en marcha de un elemento.

D. El pulso se produce cuando sedetecta la activacin momentnea

de un elemento,por ejemplo el des-

tello intermitente de una lmpara.

E. Las formas de onda compleja son

las que pueden ser una combina-

cin de varias (cuadrada,senoidal

amortiguada etc.). Por ejemplo

las del encendido.

Formas de onda de lacorriente:los impulsosHasta ahora se han estudiado dos

tipos de corriente, la continua y la

alterna, pero existe un tercer tipo

que posee caractersticas de ambas,

son los impulsos.

Las Unidades de Control Electrnico

diseadas para gobernar algunos

actuadores,tales como electrovlvu-

las,donde es necesario un perfecto

control de la apertura y el cierre,

funcionan generando impulsos de

mando sobre el actuador.

El control puede hacerse de dos

modos: enviando impulsos de

corriente continua y haciendo variar

la frecuencia a la que se producen,

o bien manteniendo la frecuencia

constante, hacer variar la anchuradel impulso;en ambos casos se con-

sigue regular la corriente de mando

sobre el actuador.

B1-14

B1-15

A

C

D

E

B

5

6

7

8

2

4

3

1


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Este ltimo procedimiento de regu-

lacin: impulsos a frecuencia fija y

con variacin de su anchura, es el

ms habitual y se conoce como varia-

cin en la relacin de ciclo de la seal

o tambin variacin del DWELL.

Es el mtodo que se emplea para

el control de las electrovlvulas de

inyeccin o para el mando regulado

de algunas vlvulas de ralent.

Los actuadores reciben impulsos

de mando con una tensin y fre-

cuencia fija, y se hace variar la

relacin entre la anchura del

impulso a nivel bajo (masa) y alto

(12V);es decir se modifica la rela-

cin entre la seal cuando tra-

baja y no trabaja; el resulta-

do final es que los dispositivos a

controlar reciben una corriente

perfectamente regulada y la uni-

dad de control no se somete a los

peligros de la excesiva disipa-

cin de energa.

En los impulsos se aprecian las siguientes

caracterstica: son de corrient e conti nua,

puesto que cir culan siempre en el mismo

sentido; son interm itentes (igual que las

ondas); poseen ciert a longitud y entre dos

hay un intervalo (el periodo); slo partedel impulso es activo. La relacin en

porcentaje entre la par te activa y el periodo

del impulso proporciona una exacta

referencia de energa que ap lica el impulso.

A esta relacin se denomina f actor de

trabajo o DWELL de la seal.

B1-16

100 %

100 %

10 %

Periodo

DWELL:10/100

=10%

DWELL:90/100=90%

Anchura del impulsomnimo trabajo

Anchura del impulsomximo trabajo

90 %

E N P R O F U N D I D A D

Este mtodo de r egulacin denominado

como r elacin de cicl o tambin se conoce

de otros modos diferentes, tales como:

regulacin por ciclo de trabajo variable,

variacin del factor de trabajo o PWM del

ingls Pulse Width Module, cuya t raduccin

es modulacin del ancho del pulso.

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