cuadernillo te 2012

CATEDRA TECNOLOGIA ELECTRONICA I AÑO 2012 Ing. Pedro G. Tamaño

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Introducción a la electricidad Conceptos fundamentales INTRODUCCIÓN La electricidad es la forma de energía más utilizada actualmente por el hombre. Gracias a ella, se puede hacer que funcionen las lámparas eléctricas, las maquinarias, los electrodomésticos, las herramientas, los computadoras, equipos de música, televisores, etc. Pero, ¿qué es la electricidad?, ¿cómo se produce?, ¿cómo se transporta?, ¿De qué manera se controla?, ¿cómo de calcula?. A lo largo de este curso, se darán las respuestas adecuadas a estas y otras interrogantes relacionados con las aplicaciones eléctricas. Origen de la electricidad La Electricidad provienes del término griego elektron, cuyo significado es ámbar, es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos, químicos, entre otros. “La electricidad tiene su origen en el movimiento de una pequeña partícula llamada electrón que forma parte del átomo. “ Los fenómenos que consiguen mover electrones y establecer como consecuencia una corriente eléctrica pueden ser de diversos orígenes, a saber: · Efecto térmico: los termopares son la unión de dos metales con diferente potencial termoeléctrico que al ser calentados generan una corriente eléctrica. · Efecto piezoeléctrico: la deformación física experimentada por un cristal de cuarzo genera corriente en los extremos del mismo. · Efecto fotoeléctrico: al incidir la luz en determinados compuestos de silicio se desprenden electrones, y se establece una corriente. · Efecto magnético: por inducción magnética sobre un conductor se genera corriente, tal es el caso de la dinamo, el alternador, la magneto, etc. · Efecto químico: la reacción química de dos compuestos puede originar el desprendimiento de electrones y la circulación de corriente, es el caso de las pilas y baterías.


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“Para que pueda circular corriente eléctrica, es necesario que lo haga

en un circuito cerrado. El circuito eléctrico y sus unidades son los primeros conceptos

que hay que conocer para entender todos los fenómenos eléctricos.”


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EL ÁTOMO El átomo es la porción más pequeña de la materia y está compuesto por un núcleo donde se encuentran otras partículas, como los protones (con carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin carga). Alrededor del núcleo giran en órbitas los electrones, que tienen carga negativa y hay tantos electrones como protones, por lo que el átomo se encuentra equilibrado eléctricamente. Un átomo puede tener muchos electrones, situados en órbitas que giran alrededor del núcleo. Hay fenómenos que consiguen arrancar electrones de las órbitas externas del átomo, quedando entonces deficitario de cargas negativas (el átomo se convierte así en un ion positivo). Al producirse el abandono de un electrón de su órbita queda en su lugar un “hueco” el cual atraerá a un electrón de un átomo contiguo, de este modo se desencadena una cascada de electrones arrancados de otros átomos contiguos para ir rellenando huecos sucesivos, y así se produce

una circulación de electrones. La fuerza que obliga a los electrones a circular por un conductor depende de la diferencia de electrones existentes en los extremos de ese conductor. Si en un extremo se tienen muchos electrones mientras que en el otro apenas hay, aparecen aquí huecos, la tendencia natural es que se produzca una circulación de electrones hacia el extremo donde hay huecos, para alcanzar así un equilibrio. La diferencia existente en el número de electrones entre un extremo y otro, y que determina la “fuerza” con la que circulan, recibe el nombre de diferencia de tensión, lo que significa que cuanta mayor tensión exista en los extremos de un conductor mayor es también el número de electrones que hay dispuestos en un lado para desplazarse hacia el otro.


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Estructura de la materia EL MODELO ATOMICO DE BOHR La materia total está formada por aproximadamente 100 sustancias químicas elementales diferentes. Los componentes mas pequeños de estos elementos son los átomos. Son inimaginablemente pequeños y por ende no pueden observarse directamente. Los procesos físicos, que ocurren a nivel atómico, son sumamente complicados y todavía no han sido investigados en su totalidad. Entretanto los físicos han esbozado varios modelos con los cuales se describe la estructura atómica en forma simplificada. Para nuestro caso de estudio basta con el conocimiento de los principios fundamentales del modelo atómico de Bohr (Niels Bohr: Físico holandés). Éste modelo tiene un gran parecido con nuestro sistema solar, en el cual un número múltiple de planetas se mueven en diferentes órbitas alrededor del sol, tomando éste como punto central. Así se constituye el modelo atómico de Bohr: de un núcleo atómico circundado por electrones en sus órbitas. La figura muestra el modelo atómico en una representación muy simplificada y bidimensional.

El núcleo atómico está formado por protones y neutrones. Ambos tipos de componentes nucleares son iguales en todos los elementos y en ellos están concentrados casi toda la masa atómica. En la figura está representada la estructura del núcleo atómico


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Los núcleos atómicos de los elementos se diferencian en el número existente de protones y neutrones y por ende en su expansión espacial y en su peso. Normalmente cada átomo posee igual cantidad de electrones y protones, mientras que el número de neutrones existentes en átomos de elementos iguales puede variar. Los electrones circundan el núcleo por diferentes órbitas. Las órbitas de radios iguales se reúnen en capas electrónicas. Existen siete capas electrónicas o envolturas electrónicas que se designan, desde adentro hacía afuera, con las cifras de 1 a 7 o con las mayúsculas de K hasta Q. En cada una de estas capas se mueve solamente un número máximo especifico de electrones. En la tabla, se indica la máxima ocupación de las capas de 1 hasta 4.

El átomo más simple es el átomo de hidrógeno.

Hidrógeno El hidrógeno se designa con la letra H (Hydrogenium = Hidrógeno) y su número de orden es 1, dado que su núcleo contiene solamente un protón y en la capa K gira un solo electrón. La relación de tamaños, llevada a nuestro mundo real, se logra solamente mediante ejemplos.


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El núcleo atómico equivale a una pelota con un diámetro de 5 a 6 cm, que es circundada por un electrón del tamaño de una cabeza de alfiler, desde una distancia aproximada de 100 metros. Un átomo se compone esencialmente de espacio vacío. La masa del núcleo atómico del átomo de hidrógeno es inimaginablemente pequeña (masa protón = 1672,52 • 10 EXP-27 gramos), y la masa de un electrón (masa electrón = 0,91091 • 10EXP -27 gramos) es 2000 veces menor. Helio El gas natural Helio tiene el número de orden 2 y posee 2 protones y 2 electrones.

Silicio El silicio, como la sustancia elemental más importante para la técnica semiconductora, tiene el número de orden 14. por eso posee 14 protones en el núcleo, alrededor del cual giran 14 electrones en total, ubicados en tres capas electrónicas. En la figura 2.6 están representados los modelos atómicos simplificados de los tres elementos: Hidrógeno, Helio y Silicio.

Modelos atómicos simplificados del hidrogeno, helio y silicio Mientras más protones y neutrones y por ende más electrones posea un átomo, más grande es la masa y el peso atómico del elemento correspondiente. Se establecieron regularidades periódicas a partir del orden sistemático de los elementos, según su peso atómico.


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De ello deriva una configuración en forma de sistema periódico de todos los elementos. La siguiente figura muestra una parte del Sistema Periódico de los Elementos,


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Extracto de la tabla periódica de los elementos

En este Sistema Periódico se propone una distribución horizontal creciente de arriba hacia abajo, a partir del número de capas electrónicas, mientras que en cada uno de los grupos verticales individuales se encuentran, uno debajo del otro, los elementos respectivos con propiedades similares. La parte representada en la figura anterior contiene casi todos los elementos químicos más importantes para la electrotecnia y la electrónica. Las indicaciones para cada elemento de la figura están explicados detalladamente en la siguiente figura

Según la figura, el Silicio se designa como Si y su número de orden es 14 o sea, posee 14 protones en el núcleo. Más adelante hay que tomar en cuenta que en la capa K hay 2 electrones, en la capa L 8 electrones y en la capa M 4 electrones. “Cada uno de los electrones de la capa más externa de un átomo se denominan electrones de valencia.” El adecuarse a enlaces químicos con otros átomos, tiene un significado especial para las propiedades atómicas. Cargas eléctricas


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Según la fuerza centrífuga, los electrones que circundan el núcleo atómico a gran velocidad, deberían ser repelidos por éste. Pero permanecen en sus órbitas, pues entre el núcleo atómico y los electrones actúa una fuerza eléctrica de atracción. Estas fuerzas de atracción dependen de las cargas eléctricas en los protones y en los electrones. Son las partículas cargadas más pequeñas que existen en la naturaleza. Se denominan cargas elementales. Existen dos tipos diferentes de cargas. La carga eléctrica del electrón se define como carga negativa, en cambio la carga eléctrica del protón se define como carga positiva. La carga elemental del electrón y del protón poseen el mismo valor de 1,6 • 10 EXP -19 As. La unidad de la carga eléctrica es el Amperios- segundo (1 As), que también puede definirse como Coulomb (1 C). Los neutrones que forman parte de la estructura del núcleo atómico no poseen carga alguna y son, por ende, eléctricamente neutros. Básicamente, las partículas de igual carga se repelen y las partículas de carga diferente se atraen mutuamente.

Acción de las fuerzas entre dos cargas eléctricas Dada la equivalencia de tamaños, pero la diferencia de cargas, un protón del núcleo atómico puede mantener fijo a un electrón de una capa y ligarlo al núcleo atómico. En la figura de abajo se muestra la relación de las fuerzas en el modelo de un átomo de H, que posee un sólo electrón y un protón por ser 9! átomo más simple.

Equilibrio de las fuerzas en el átomo de hidrogeno


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Por la fuerza centrífuga Fmec, el electrón tenderla a alejarse del núcleo atómico. Pero permanece en su órbita, pues se ejerce sobre el electrón urna fuerza eléctrica debido a la diferencia de cargas. Iones Un átomo completo tiene tantos electrones como protones. Todas las cargas positivas y negativas se anulan mutuamente. Por consiguiente, un átomo completo es eléctricamente neutro en su interior. En determinadas circunstancias, un átomo completo puede ceder electrones individuales a los átomos vecinos o también captar electrones de estos átomos. Una formación de este tipo deja de ser un átomo completo y se define como «ion». Si un átomo cedió electrones, entonces contiene más partículas con carga positiva que partículas con carga negativa. Ahora está cargado positivamente y se define como ion positivo. Por el contrario, si un átomo posee más electrones que protones, se genera un excedente de partículas negativas. Está cargado negativamente y se denomina ion negativo.

Enlaces químicos Los átomos de la mayoría de los elementos tienen la necesidad, de ocupar su capa externa correspondiente con el máximo número posible de electrones. Pero sólo los gases nobles, como por ejemplo el Helio y Neón, tienen dispuesta una estructura atómica de este tipo con una capa electrónica externa completa Es por esto que los átomos de todos los demás elementos intentan alcanzar ese estado mediante enlaces con otros átomos. Aquí son posibles tres tipos de enlaces:

• Enlaces iónico • Enlace atómico • Enlace metálico


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Enlace Iónico Los enlaces iónicos son solamente posibles entre átomos de diferentes elementos. Si, por ejemplo, el átomo de un elemento determinado tiene pocos electrones de valencia, entonces éste los cede fácilmente. Debido a esto surge un ion positivo. Por el contrario, el átomo de un elemento con varios electrones de valencia recibe fácilmente electrones suplementarios para ocupar toda su capa externa. Así surge un ion negativo. Dado que los iones positivos y negativos se originaron debido a la atracción de sus cargas diferentes, ellos se reúnen en un enlace fijo y se crea un nuevo material. Las partículas más pequeñas de las uniones químicas originadas a partir de elementos químicos, se denominan como moléculas. Depende de la valencia de cada uno de los elementos implicados, si la molécula se compone de dos o más átomos. La figura siguiente muestra una representación esquemática de un enlace iónico.

Representación esquemática de un enlace iónico Enlace atómico Mientras que un enlace iónico es posible solamente entre dos átomos de diferentes elementos, por el mecanismo de enlaces atómicos también se pueden unir átomos de iguales elementos. Así, por ejemplo, los átomos de oxígeno (número de orden 8. símbolo O, Valencia 6 poseen respectivamente 6 electrones en su capa externa. Ellos pueden entrelazarse, situación en que cada uno de los átomos pone a disposición de cada uno de los demás átomos dos electrones de su capa externa. De esta forma surge de cada uno de los átomos dos pares de electrones, que ahora pertenecen a ambos átomos. Por esto es que las capas exteriores de ambos átomos de oxigeno están por momentos totalmente ocupadas con 8 electrones. La siguiente muestra el enlace atómico de una molécula de oxígeno O2 en una representación esquemática.


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Representación esquemática de un enlace atómico en una molécula de oxigeno Enlace metálico Los metales son buenos conductores eléctricos, por esto son los materiales más utilizados en la electrotecnia. La buena conductibilidad eléctrica se origina por el tipo de enlace adecuado para los átomos metálicos. Los átomos metálicos poseen pocos electrones de valencia. Por ejemplo, el átomo de cobre tiene un sólo electrón de valencia y un átomo de aluminio tiene sólo tres. Estos electrones de valencia son cedidos con facilidad. De este modo se originan iones metálicos positivos que se ligan entre sí en una red metálica o espacial. En la figura, se muestra la estructura esquemática de una red metálica.

Estructura esquemática de una red cristalina

Mientras que los iones metálicos se ligan a las redes iónicas lijas, los electrones de valencia cedidos pueden moverse prácticamente sin impedimentos dentro de esta red. Por lo que son definidos como electrones libres Ya que estos electrones libres portan una carga elemental negativa, representan, por su movimiento, una pequeña corriente eléctrica. Esto no se percibe fuera del átomo. Recién cuando los electrones libres se mueven bajo la Influencia de una fuerza en una dirección se suma a la corriente total un gran número de cargas eléctricas mínimas que también pueden ser medíbles desde afuera. Debido a estas propiedades, los metales son buenos conductores eléctricos. Conceptos electrotécnicos fundamentales Potencial y tensión eléctrica Un átomo es externamente neutro cuando poses el mismo número de protones que de electrones.


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Lo mismo vale para cada material o cuerpo cuando existe en él un equilibrio de cargas: o sea cuando, la suma de todos los portadores de cargas positivas es igual a la suma de todos los portadores de carga negativa. Por medio del suministro de energía química o mecánica es posible proporcionarle o sustraerle electrones a un cuerpo. Si se proporcionan electrones, existe en él un excedente de carga negativa y el cuerpo actúa externamente como cargado negativamente. El caso contrario se da cuando los electrones son extraídos de un cuerpo. En él existen más cargas positivas que negativas y el cuerpo actúa en el exterior como cargado positivamente. La siguiente muestra dos cuerpos en forma de placas, que se encuentran enfrentados a una distancia determinada. En las dos placas existe un equilibrio de cargas, es decir, que son externamente neutros.

En la siguiente figura la placa 1 tiene una carga positiva, o sea, un potencial positivo. La placa 2 posee por el contrario, una carga negativa, o sea, un potencial negativo. Entre las dos placas existe una diferencia de potencial que se define como tensión eléctrica.


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La tensión eléctrica se simboliza U y su unidad es el voltio que se abrevia 1 V (Volt deriva de Volta = Físico italiano). Cuanto mayor es la diferencia de carga entre dos cuerpos, mayor es la tensión eléctrica. Es muy importante para la descripción de estados eléctricos que se respeten las designaciones individuales y los códigos. Normalmente se torna como punto de referencia el cuerpo cargado negativamente. Todos los cuerpos cargados positivamente tienen una tensión positiva, al contrario del punto de referencia. En la siguiente figura se representan esquemáticamente las relaciones.

Tensiones y potenciales eléctricos


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En la representación gráfica es conveniente indicar el potencial eléctrico y las tensiones por medio de vectores. La punta del vector apunta siempre al punto de referencia escogido. Más adelante van a ser ordenados en un índice los símbolos U de ambos puntos de medición, donde siempre el segundo dato del índice indica el punto de referencia. En la figura anterior es escogido al punto E como punto de referencia para la tensión entre los puntos A y E. La punta del vector de tensión señala el punto E. La magnitud de la tensión es UAE = +3 V. Entre los puntos A y B, siendo B el punto de referencia, existe la tensión UAB = +1,5 V y entre los puntos B y E, siendo E el punto de referencia, existe la tensión UBE = + 1,5 V. En último término es tomada el punto B y no el E como punto de referencia, debido a esto debe ser indicada inversamente la dirección de la flecha y la tensión con UEB = -1.5V. La misma relación surge también para la tensión UED0 = -3V. Los puntos A y B tienen, en relación con el punto E, el mismo potencial positivo, Por consiguiente la tensión entre los puntos A y D vale UAD = UDA = OV. En la figura anterior se toma la placa E como punto de referencia, esto se puede escribir en lugar de UAE = +3V también como UA = +3V o en lugar de UBE = +1.5V también como UB = +1,5 V. Como las tensiones UEB, UED, UDA O UAD no están referidas a E. se debe mantener todo el índice. Para mayor simplificación de los datos de la tensión se puede descartar el signo positivo de los valores de tensión. Las tensiones eléctricas se miden con voltímetros. Los voltímetros son conectados siempre a los puntos, entre los cuales debe medirse la diferencia de potencial, o sea la tensión eléctrica. La siguiente figura muestra la conexión de un voltímetro para la medición de voltaje entre dos placas con diferente carga.


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Medición de voltaje entre dos puntos

Corriente eléctrica Si existe una tensión eléctrica entre dos puntos surge la necesidad de equilibrar las diferentes cargas. Esto es solamente posible, cuando entre ambos puntos se coloca un vinculo eléctrico conductor. Bajo la influencia de la tensión eléctrica los electrones emigran continuamente del polo negativo, o sea del punto con mayor carga negativa, hacia el polo con una carga negativa más limitada o con escasez de electrones, es decir al que tiene una carga positiva. Este movimiento dirigido de electrones, o sea de cargas eléctricas, se define corno corriente eléctrica. Para indicar la fórmula para la corriente eléctrica se estableció la letra I y como unidad el Amperio, que se abrevia 1 A (Ampere = físico francés). La intensidad eléctrica I, junto con la tensión eléctrica U son las magnitudes más Importantes de la electrotecnia. Aún cuando la relación entre la estructura atómica y el movimiento de electrones no era conocida, se llevaban a cabo experimentos con tensiones y corrientes eléctricas. Así es como se estableció en aquel tiempo, que la corriente eléctrica (fluía del polo positivo al polo negativo. Esta antigua determinación se ha maniendo hasta el día de hoy, aunque entretanto se ha conocido, que la corriente eléctrica se origina a partir del movimiento de electrones del polo negativo al polo positivo. Para evitar malos entendidos se designan las antiguas determinaciones de la dirección de la corriente como dirección técnica de la corriente. Se entiende por dirección técnica de la corriente, el sentido de la corriente en un circuito exterior de corriente desde el polo positivo al polo negativo de una fuente de tensión. Esta determinación corresponde básicamente a toda la electrotecnia y electrónica.


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Se refiere nuevamente al movimiento efectivo de los electrones en un conductor, sólo para los componentes semiconductores como los diodos, transistores, etc. Opuestamente a la dirección técnica de la corriente se habla de un dirección de la comente electrónica. La corriente eléctrica se mide con amperímetros. Los amperímetros se conectan al circuito de corriente. La siguiente figura muestra la conexión de un amperímetro para la determinación del flujo de corriente. Los electrones se mueven del polo negativo al positivo hasta que ambas placas tengan el mismo estado de carga. La corriente electrónica está indicada con /e, la corriente en la dirección técnica de la corriente está indicada con /.

Medición de la corriente Campo eléctrico Como ya dijimos anteriormente, las cargas eléctricas iguales se repeler y las cargas opuestas se atraen. De las cargas eléctricas se generan acciones de fuerza. En la figura se muestra la relación entre una carga esférica positiva Q1 bien configurada y una carga móvil Q2. enfrentadas una distancia L


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La acción de la fuerza entre las cargas eléctricas de la figura 2.19, depende tanto de magnitud de las cargas como también de la distancia que las separa. Es decir:

Esta relación - también denominada Ley de Coulomb - establece, que la fuerza entre dos cargas eléctricas Q1 y Q2 es proporcional al producto de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia /entre ambas cargas. Cuanto mayor es la fuerza Fel, mayores son las cargas y cuanto menor es la fuerza, mayor la distancia entre ellas. El espacio entre las cargas, donde actúa la acción de la tuerza, se denomina campo eléctrico. La presencia de un campo de corriente - similar al campo de gravedad de la tierra —, no está relacionada con la materia, pues la acción de la (fuerza del campo eléctrico aparecen también en el vacío). Para la descripción de este campo se introdujo la intensidad del campo eléctrico E corno magnitud física.

Ejemplo La distancia de contacto de un interruptor es / = 2 rnm. En los contactos existe una tensión de U = 1000 V. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico E entre dos contactos?


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Al contrario de la carga Q la intensidad del campo es un vector, entonces tiene un valor y una dirección. Para poder describir y graficar mejor el campo eléctrico se introdujeron las líneas de campo, Se estableció que esas líneas de campo fluyen desde la carga positiva hacia la carga negativa. Ellas aparecen siempre vertical mente, o sea en un ángulo de 90° desde la superficie hacia abajo, o bien, hacia arriba. La figura muestra, mediante ejemplos sencillos, el curso de las líneas del campo eléctrico.

Líneas de campo eléctrico en electrodos esféricos y planos Si se superponen los campos eléctricos, se unen formando un nuevo campo eléctrico. Una fuerza eléctrica Fel que actúa sobre un electrón, se opone a la dirección de las líneas del campo. Si un electrón, es decir la carga eléctrica, es movido en el campo a través de un tramo s en contra de la dirección de la fuerza, entonces dicho movimiento debe ser realizado exactamente como en el trabajo mecánico. Es decir:

W = Fmec; • s Sí la fuerza mecánica Fmec es reemplazada por la fuerza eléctrica Fs, = Q . E, resulta que

W = Fel • s

W= Q.E.s


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Por otro lado, se le suministra energía a una carga cuando se mueve bajo la influencia de la fuerza. Esta relación es aprovechada, por ejemplo, en los tubos catódicos o tubos de pantallas de monitor. Aquí son emitidos desde un cátodo incandescente de electrones libres que forman alrededor del cátodo una nube electrónica. Los electrones son atraídos por un paso de polaridad positiva del ánodo, o sea movidos hacia una dirección y por medio del suministro de energía fuertemente acelerados. Ellos inciden por esto, a gran velocidad en la pantalla fluorescente provocando una pequeña luminosidad. Este rayo de electrones creado debe designarse también como corriente eléctrica, pues aquí también se trata de un movimiento dirigido de electrones. El flujo de corriente no ocurre solamente en cuerpos sólidos, sino que también es posible que ocurra en el vacío, así como en sustancias gaseosas o liquidas. Generación de tensiones eléctricas Las tensiones eléctricas se crean, cuando las cargas eléctricas son separadas entre si por medio del empleo de energía. La energía utilizada puede ser de diferentes tipos. Así es como una parte esencial de la energía eléctrica se obtiene por medio de la transformación de energía mecánica. Este es por ejemplo el caso, cuando en plantas hidroeléctricas, el rotor de un generador es puesto en rotación por medio de la energía cinética del agua y por la ley de la inducción se generan desplazamientos de carga. En las plantas atómicas y de carbón, mediante una turbina de vapor y el generador, se transforma la energía térmica en energía eléctrica. Las fuentes de tensión, en las cuales se crean los procesos químicos de la tensión se designan elementos galvánicos (Galvani = Físico italiano). Aquí se diferencia entre elementos primarios y secundarios. En los elementos primarios, el proceso químico se cumple en un sólo sentido. Elementos primarios conocidos son las pilas para linternas. Si se alcanza la compensación de cargas entre el polo negativo y el polo positivo, la pila no tiene tensión o sea, no tiene más energía eléctrica y por tal motivo se hace inutilizable. En los acumuladores es posible un inversión del proceso químico. Para cargar un elemento secundario de este tipo, debe transformarse primero la energía eléctrica en energía química y ser almacenada. Por último, la energía química almacenada puede ser usada nuevamente como tensión eléctrica hasta que ocurra una nueva compensación de cargas. Por algunos de los demás procedimientos de la generación de tensión pueden ser transformadas sólo cantidades relativamente pequeñas de energía en energía eléctrica. Así se produce une separación de cargas en algunos materiales, por medio de presión mecánica de estructuras de cristal. El uso de esta piezoelectricidad abarca desde el sistema de encendedores o dispositivos para el encendido del gas hasta


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los fonocaptores de cristal en tocadiscos. En los termoelementos la energía tér-mica se transforma en energía eléctrica. Estos están compuestos por dos metales unidos en los cuales ocurre una separación de cargas, tan pronto como el punto de conexión es calentado. Con la ayuda de foto elementos o fotodiodos, la energía luminosa puede provocar una separación de cargas. Este tipo de generación de tensión es usado, por ejemplo, en medidores de luminosidad o en el abastecimiento de tensión de satélites. Este tipo de generación de tensión se usa predominantemente sólo en la técnica de medición y de reglas, dadas las pequeñas cantidades de energía que están a disposición en piezocristales, termoelementos así como en fotoelementos y fotodiodos. Efectos de la corriente eléctrica La corriente eléctrica como movimiento dirigido de electrones puede tener efectos muy diferentes. A gran escala, sus efectos magnéticos, térmicos y químicos así corno sus efectos luminosos son usados técnicamente. Debe tomarse especialmente en cuenta también su efecto fisiológico en los cuerpos humanos y animales, pues estos accidentes eléctricos pueden causar la muerte. El efecto térmico de la corriente eléctrica es usado, por ejemplo, en todos los aparatos calefactores. En el alambre de resistencia de un aparato calefactor, los electrones puestos en movimiento por la fuente de tensión adyacente, chocan continuamente con los iones atómicos de la red metálica. Debido a esto su energía cinética se transforma en energía térmica, la cual calienta la red metálica, o sea, el alambre calefactor. En las bombillas se produce un calentamiento a tan elevada temperatura, que el filamento blanco se torna incandescente y además de calor también se irradia luz. Se origina un efecto luminoso de la corriente, pues en determinados materiales los electrones de la capa inferior son estimulados por la energía eléctrica, es decir, son elevados a un nivel mayor de energía. Al recaer en la vía de recorrido normal, la energía de estos electrones es devuelta en forma de pequeños haces de luz. Otras fuentes de luz son, por ejemplo, los emisores de luz, que trabajan sobre la base de la serniconducción y los tubos fluorescentes, en los cuales los gases nobles son inducidos a brillar por medio de la ionización. Como efecto químico de la corriente se designa la propiedad de descomponer los líquidos conductores, los llamados electrolitos. Así es como, por ejemplo, el agua es disociada por medio de la corriente eléctrica en su sustancia elemental hidrógeno (H) y oxigeno (O). Otra aplicación práctica es el ennoblecimiento de la superficie en un baño galvánico. Aquí surge con la corriente eléctrica un transporte de masa de iones metálicos que se depositan sobre el trozo ennoblecido. (galvanoplastia)


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Mientras las cargas eléctricas inmóviles tienen un campo eléctrico, cada carga eléctrica móvil provoca adicional mente un campo magnético, que ejerce un efecto magnético. Éste es aprovechado, por ejemplo, para la atracción de algunos materiales metálicos o para la generación de fuerzas según el principio electromotriz. Si fluye una corriente eléctrica por cuerpos humanos o animales, se produce un efecto fisiológico en la musculatura. Aparecen calambres musculares, que pueden llevar a la parálisis total del miocardio y por ende conducir a la muerte. En el aspecto de la prevención de accidentes se crearon varios decretos, leyes y reglamentaciones sobre los peligros de la corriente eléctrica para la seguridad de la vida humana y animal. Tipos de tensión y de corriente Las tensiones y las corrientes pueden tener cada una un curso cíclico cualquiera. En la electrotecnia la mayoría de las veces se instalan las fuentes de tensión que entregan una tensión constante, o bien, que su tensión varía periódicamente con una regularidad matemática fácilmente comprensible. El hecho de que una tensión dependa del tiempo se representa gráficamente como curvas características tensión - tiempo en un diagrama lineal. La siguiente figura muestra un diagrama lineal de dos formas de tensión técnicamente importantes

Tensión continua Las tensiones continuas son las que, independientemente del tiempo, tienen el mismo valor y siempre la misma polaridad. Para designar la tensión continua se emplea la letra mayúscula U. En la figura anterior representan las curvas características tensión - tiempo de una tensión continua como la función U = f (t) Las baterías y acumuladores generan este tipo de tensión. Tensión alterna Se designa tensiones alternas a las tensiones en las cuales polaridad y valor varían periódicamente. Se designan con la letra minúscula u. una de las más importantes fuentes de tensión para las tensiones alternas es la red de tensión alterna de 50 Hz.


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Tensión sinusoidal para la red eléctrica de 50 Hz

Como se ve en la imagen varia consecutivamente la polaridad y el valor de la tensión correspondiendo a una función sinusoidal. Veamos algunas definiciones útiles antes de continuar Se define: Ondas: el término genérico para una señal 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 la porción de la onda que se repite. La forma de onda es la representación gráfica de una señal que muestra el tiempo sobre el eje horizontal y la tensión 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 define (f) es inversa al tiempo que tarda un ciclo, es decir el periodo (T) o (p). Amplitud o valor pico a pico: la amplitud de una señal se define como el valor de tensión instantáneo o el valor de pico a pico. Es decir, la “altura” o distancia que tenga la forma de onda con respecto a la línea de cero voltios o bien entre pico positivo y negativo si la onda es de corriente alterna.

Valor eficaz: En electricidad y electrónica, en corriente alterna, a la raíz cuadrada

del valor cuadrático medio (en inglés root mean square, abreviado RMS o rms), de

una corriente variable se denomina valor eficaz.

“El valor eficaz see define como el valor de una corriente rigurosamente constante

(corriente continua) que al circular por una determinada resistencia óhmica pura


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produce los mismos efectos caloríficos (igual potencia disipada) que dicha

corriente variable (corriente alterna)”.

El valor eficaz de una corriente sinusoidal se mide por el calor que proporciona

una resistencia cuando pasa la corriente por ella, y es equivalente al mismo calor

que suministraría una fuente de corriente continua sobre dicha resistencia. Al ser

la intensidad de esta corriente variable una función continua i(t) se puede calcular:

donde:

es el periodo de la señal.

Esta expresión es válida para cualquier forma de onda, sea ésta sinusoidal o no,

siendo por tanto aplicable a señales de radiofrecuencia y de audio o vídeo.

En el caso de una corriente alterna sinusoidal (como lo es, con bastante

aproximación, la de la red eléctrica) con una amplitud máxima o de pico Imax, el

valor eficaz Ief es:

Vef = Ief . R o Vef = Ief . Z

En el caso de una señal triangular con una amplitud máxima Amax, el valor

eficaz Aef es:

Para el cálculo de potencias eficaces Pef por ser proporcional con el cuadrado de

la amplitud de la tensión eléctrica, para el caso de señales sinusoidales se tiene:


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Del mismo modo para señales triangulares:

Valor pico: valor máximo, de signo positivo (+), que toma la oscilación sinusoidal del espectro electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o disminuye a medida que. la amplitud “A” de la propia oscilación crece o decrece positivamente por encima del valor "0".

Características de las ondas senoidales: f = Frecuencia, unidad en hertzios (Hz) P = Periodo, unidad el segundo (s) o el submúltiplo el milisegundo (1mS = 0,001 s) Vp = Tensión de pico Vpp= Tensión de pico a pico Vrms = Tensión eficaz La duración del curso de la tensión periódica se indica corno: Duración del tiempo T o periodo con la unidad s (segundo)


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Pero usualmente se emplea la frecuencia f en la técnica de la tensión alterna. Para esto corresponde:

En lugar de unidades 1/s, se usa para la frecuencia, la unidad Herlz (1 Hz) (Hertz - físico alemán).

1 Hz = 1 / s La frecuencia f y la duración del tiempo T de una tensión alterna se encuentran en una relación inversamente proporcional una de otra, es decir, en una relación recíproca. Cuanto menor es la duración del tiempo T, tanto más grande es la frecuencia f y viceversa.

las tensiones continuas y las tensiones alternas pueden ser superpuestas. Las tensiones que se componen de tensiones continuas y alternas, son denominadas tensiones mixtas. En las siguientes figuras se representa la formación de una


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tensión mixta por superposición de una tensión alterna sinusoidal con una tensión continua.

Para una descripción más exacta de una tensión mixta, se necesita además de la duración del periodo T, otros valores característicos. Estos son: Valor máximo Umax = Us (Valor cresta) Valor mínimo Umin Valor cresta máximo Uss = Umax - Umin Componente de tensión continua U Recordemos


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“El valor máximo de una tensión alterna o mixta se designa también corno amplitud”. Todos los conceptos vistos hasta ahora para las tensiones eléctricas se emplean también para la designación y simbología de las corrientes. Así existen corrientes continuas, corrientes alternas y corrientes mixtas, cuyos diagramas son como los diagramas lineales de las tensiones correspondientes ya vistas. Para las corrientes continuas se emplea la letra mayúscula / como designación de fórmula y para las corrientes alternas, o bien, mixtas se emplea la letra minúscula i por ejemplo i, iss etc. Especialmente en la electrónica no se trabaja solamente con tensiones alternas sinusoidales, sino también con una serie de otras tensiones alternas y mixtas, o bien, corrientes alternas y mixtas, que también fluyen periódicamente. En la figura siguiente está representada aparte de la tensión sinusoidal también una rectangular, una triangular y una tensión de diente de sierra. Ellas también pueden tener, respectivamente, superpuesta una tensión continua, es decir, tener un componente de la tensión continua.


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La indicación de la duración del período T, o bien, de la frecuencia f es uniforme en estas tensiones. Para la descripción más exacta son necesarias sin embargo más indicaciones como el tiempo de elevación, el tiempo de caída, la duración del impulso, la pausa del impulso etc. Se especificarán detalladamente estos conceptos mas adelante.


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El circuito de corriente simple Generalidades El empleo de la energía eléctrica requiere la acción conjunta de la tensión y de la corriente eléctrica. La corriente eléctrica sólo puede fluir si el circuito de corriente se presenta cerrado. El circuito de corriente, en su forma más simple, en una fuente de tensión, las conexiones para transportar los portadores de la carga hacia el consumidor, y el consumidor o carga al que generalmente denominamos resistencia.

La denominación resistencia la emplearemos aquí, tanto para la magnitud eléctrica corno para el componente. La caracterización de las magnitudes eléctricas tensión y corriente se puede realizar en un esquema de circuito con la ayuda de flechas. Estas Indican la dirección de la magnitud pero no su valor. Las flechas son de especial relevancia para el cálculo y la medición de magnitudes eléctricas. La relación elemental entre la tensión, la corriente y la resistencia en un circuito de corriente la describe la ley de Ohm que veremos mas adelante. Mediante la compensación de carga en un circuito de corriente se transforma la energía eléctrica almacenada en la fuente de tensión en otras formas de energía tales como: energía térmica, luminosa, cinética, etc. Al mismo tiempo se realiza un trabajo eléctrico, W = U .I.t. Si se relaciona con una unidad de tiempo determinada, se puede calcular la potencia eléctrica P = U . / La potencia generada por la tensión y la corriente permite una comparación entre las magnitudes de corriente continua independientes del tiempo y de las magnitudes de corriente alterna dependientes del tiempo.


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Esta comparación lleva a la definición de los valores eficaces de las tensiones y de las corrientes alternas. A continuación se tratarán las características más importantes de los conductores eléctricos. Su dependencia del material se expresa mediante la conductibilidad específica χ y de su inverso, la resistencia especifica ρ (ro). Las influencias de la temperatura se pueden tomar en cuenta mediante al coeficiente de temperatura α(alfa). La densidad de corriente S expresa la relación entre la corriente / y la sección transversal A del conductor con corriente. Esta no debe sobrepasar ciertos valores, porque entonces se calienta el conductor excesivamente. El componente «Resistencia» es muy importante en la electrónica, este sirve como consumidor o carga para la conversión de energía en calor, para limitar la corriente y para obtener tensiones parciales en circuitos. Las resistencias óhmicas se proporcionan como resistencias fijas o variables. Las resistencias fijas se diferencian por sus valores característicos y limites, por los materiales, así como por sus tipos y formas de fabricación. Los valores característicos más importantes son el valor de la resistencia, la tolerancia, la posibilidad de carga y el coeficiente de temperatura.

A continuación se tratará la identificación de las resistencias. Esta se realiza mediante un código de colores o de números y letras. A pesar de que hay normas, muchas veces los fabricantes, por diversas razones, se alejan de éstas y emplean identificaciones propias. Debido al empleo de materiales y procesos de fabricación diferentes, esto nos conduce a una división de las resistencias en:


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• resistencias con capa de carbón

• resistencias con capa metálica

• resistencias de alambre Debido a sus características específicas, cada tipo de resistencia se usa para tareas determinadas.

Código de colores para resistencias de 4, 5 y 6 bandas


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Estructura de un circuito de corriente simple Para usar la energía eléctrica se conecta un consumidor o carga a través de conductores a una fuente de tensión. Las cargas eléctricas que se encuentran separadas en la fuente de tensión se pueden igualar a través de los conductores y de la carga o consumidor. En ese caso fluye una corriente eléctrica. La siguiente figura nuestra la estructura de circuitos de corriente simple en forma de esquemas de circuitos.

Circuitos de corriente simples

En la primer figura se muestra un circuito de corriente en forma general. La fuente suministra una tensión eléctrica, que puede tener cualquier curso. El consumidor, el cual se denomina generalmente resistencia en electrónica, se conecta a través de conductores a la fuente de tensión. Para que e! transporte de cargas se efectúe con el mínimo posible de pérdidas en los conductores, se deben emplear buenos conductores eléctricos tales como: cobre, aluminio, plata o determinadas aleaciones de metales. En la carga se transforma entonces la energía eléctrica que proporciona la fuente de tensión en la forma de energía deseada. La siguiente figura muestra un circuito de corriente) con una pila como fuente de tensión continua, y a ella está conectada un amplificador corno consumidor. Por el contrario, la ultima figura muestra un circuito (de corriente) con la red de tensión alterna de 220 V/50 Hz como fuente de tensión y una bombilla como consumidor. Identificación de tensiones y corrientes Para la tensión eléctrica se emplean los símbolos U ó u La mayúscula U se usa para tensiones que no varían con el tiempo, es decir, para tensiones continuas. Si se producen variaciones de la tensión con el tiempo, se elige la minúscula u. Si se deben denominar varías tensiones en un circuito (de corriente) se especifica mediante índices tales como UR, UB o UG.


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Las corrientes eléctricas se denominar con / e i, empleándose la misma especificación de mayúsculas y minúsculas que para las tensiones. En los esquenas de circuito se pueden mostrar las tensiones y las corrientes mediante flechas. Con estas flechas se denomina, en forma elemental, la coordinación y dirección de la tensión, pero no su magnitud. La figura siguiente muestra las relaciones para los circuitos de corriente alterna y continua.

En el circuito de corriente continua de la figura (a), la dirección de las flechas corresponde a la dirección de la corrienie técnica. Para esto se define un flujo de corriente del polo positivo al polo negativo de la fuente de tensión. Conforme a esto la flecha de la tensión va del polo positivo al polo negativo de la fuente de tensión. En un circuito de corriente alterna según la figura (b), varían la magnitud y la dirección de la tensión, pero en función del tiempo. Por lo tanto, en un circuito de corriente alterna, sólo se puede mostrar correctamente un valor momentáneo con las flechas. Para la representación general las flechas no tienen mucho valor. A pesar de esto, también se emplean flechas para las magnitudes alternas y mixtas, ya que por ejemplo esto puede ser ventajoso para el análisis de las técnicas de medición de magnitudes eléctricas. Medición de tensiones y corrientes La magnitud y la dirección de las tensiones y de las corrientes se puede determinar con la ayuda de instrumentos de medición eléctricos. En la figura siguiente se muestra la conexión de medidores de tensión y de corriente en un circuito de corriente continua.


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Los medidores de tensión (voltímetros) se conectan en paralelo a la fuente de tensión, es decir, a los puntos entre los cuales se crea la tensión. Los medidores de tensión continua trabajan dependiendo de la dirección y poseen, por lo orto, un borne positivo y otro negativo. Con un aparato de medición de tensión continua también se puede determinar, por lo tanto, la dirección de la tensión. La desviación de la aguja en la dirección correcta se efectúa cuando el polo positivo del medidor de voltaje está unido al punto de tensión positivo. Si el instrumento se polariza en sentido incorrecto la aguja se desvía en dirección opuesta Esto puede dañar o destruir fácilmente al medidor, ya que el punto cero de la aguja no se encuentra por lo general en el medio de la escala, sino que en el extremo izquierdo. En el caso de los multímetros electrónicos modernos generalmente no es necesario tomar en cuenta la polaridad, al conectarlos debido a que la polaridad de la tensión medida se muestra mediante un indicador. Las tensiones alternas se miden con instrumentos de medición de tensiones alternas. En los aparatos de medición de tensiones alternas, la aguja se desvía siempre en una misma dirección independientemente de la polaridad. Los medidores de corriente (amperímetros) se conectan fundamentalmente en el flujo de corriente, es decir, en serie con el consumidor. En el caso de un medidor de corriente continua, los bornes de conexión de más y menos identifican la dirección de la corriente que fluye. Para la medición de las corrientes alternas son válidas las mismas afirmaciones de medición de las tensiones alternas. En la práctica, actualmente se emplean multímetros en la mayoría de los casos. Haciendo las conmutaciones correspondientes es posible medir con éstos tensiones y corrientes alternas y continuas con diferentes campos de medición.


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Sistema de flechas de conteo A menudo, para los circuitos de corriente es necesario determinar las tensiones y las corrientes mediante técnicas de medición o el cálculo. Para esto es necesario determinar tanto el valor como la dirección de las magnitudes eléctricas. Para esto es conveniente o necesario fijar un punto de referencia claro para la tensión y la corriente aparte de las flechas de conteo. Éste se denomina generalmente masa. En los circuitos de corriente continua, por lo general, se elige el polo negativo de la fuente de tensión continua como masa. La siguiente figura muestra dos ejemplos de representación de circuitos con la masa como dato de punto de referencia.

Fijación del punto de referencia mediante el símbolo de masa

En la figura anterior (a) se fija el punto de referencia mediante la masa en el polo negativo de la pila. La figura (b) muestra otra forma de representación muy común en la electrónica. En este caso se conecta, por separado, tanto el polo negativo de la pila corno el del consumidor a la masa. Esto significa que existe una unión conductora entre ambos puntos, aún cuando ésta no se encuentra trazada en este circuito. Pero de ninguna forma es obligatorio fijar siempre el polo negativo de una fuente de tensión como punto de referencia, es decir, como masa. Principalmente en los circuitos electrónicos muchas veces es conveniente, para el análisis de técnicas de medición, elegir otros puntos del circuito como punto de referencia. Una tensión eléctrica es la diferencia de potencial entre dos puntos. Por lo tanto, la identificación de una tensión no se efectúa solamente con una flecha de conteo, sino que también con la letra U con Índice. Con este Índice se indican los puntos entre los cuales aparece la tensión. En la figura 3.5 se muestran varios ejemplos de tal identificación.


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Identificación de tensiones mediante flechas e índices En la figura(a) se denomina la tensión según la dirección de las flechas. Pero también a través de la secuencia de las letras índices de la tensión U se puede leer la dirección de la tensión. Aquí es valido el acuerdo de que el punto de referencia siempre es la segunda letra. Si en un circuito existe inequívocamente una masa que es el punto de referencia para todas las tensiones, entonces por lo general no se pone el punto de referencia en el índice. La figura (b) muestra dicha representación. En los esquemas de circuitos electrónicos complejos, la representación de las flechas indicadoras de tensión se prestaría sólo para confusiones. Por lo tanto, en las representaciones de circuitos mayores no se trazan las flechas indicadoras de tensión y se eliminan los índices de la denominación de tensión, siempre que la masa sea el punto de referencia. Esta identificación simplificada de una tensión podernos encontrarla en la figura (c) Mediante la identificación de las tensiones con flechas de conteo y los símbolos con índices se da la dirección de la tensión, pero no su magnitud. La magnitud se suministra mediante valores numéricos adicionales que pueden tener signo positivo o negativo. En la figura siguiente se muestran algunos ejemplos.

Denominación de los valores de tensión


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En la figura (a) el punto A es más positivo que el punto B. La flecha de conteo entrega correctamente la dirección de la tensión desde el punto más positivo al más negativo. El valor de la tensión correspondiente es positivo, es decir, UAB = +12 V. Esta es la base según definición para la denominación de las tensiones. Todas las otras posibles denominaciones de las tensiones se pueden reducir a ésta. Aunque en la figura (b) existe totalmente la misma relación eléctrica que en la figu-ra (a), hay que darle al valor de tensión un signo negativo. Este signo negativo indica aquí que la dirección de la flecha de conteo no coincide con la definición (dirección de la Hecha del polo positivo al negativo). Se puede llegar a la siguiente relación matemática:

UAB = +12 V ; UBA = -12 V ; - UBA = +12 V

Puesto que ambas tensiones UAB y - UBA son iguales a + 12 V, es valido

UAB = - UBA

Las figuras (c) y (d) muestran más ejemplos para la identificación de tensiones. donde ninguno de los puntos entre los que se mide la tensión se encuentra en el potencial cero o masa. En la figura (e) siguen dos representaciones más con una masa determinada. En un circuito de corriente se mide con un voltímetro una tensión de -6 volts entre el punto F y el punto G. ¿Cómo se puede representar esta relación con flechas y qué punto es positivo en relación al otro?

El punto G es positivo respecto al punto F Las tensiones eléctricas están tanto en las fuentes de tensión como en los consumidores y SB pueden medir en sus empalmes. De aquí la necesidad de identificarla allí también.


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Esto se realiza mediante el esquema de denominación antes mencionado, teniendo en cuenta algunos detalles según la figura siguiente

Denominación de la tensiones en las fuentes de tensión y en los consumidores

Siempre que los puntos, entre los cuales se determina la tensión tengan una denominación especial, se puede expresar la tensión con los Índices correspondientes UAD, U o UCD. En caso de que no pueda haber equivocación se prescinde de la identificación exacta y se identifica la tensión sólo mediante una flecha de conteo en paralelo con el componente y el símbolo de fórmula U o u respectivamente con un sólo índice, por ejemplo UL, UR, etc. La identificación y la denominación de las corrientes es más sencilla que la de las tensiones. Si coinciden la dirección de la corriente y la de la flecha de conteo, entonces se le da un valor positivo a la corriente. Si por el contrario la dirección de la corriente y la de la flecha son opuestas, entonces se le pone a la corriente un signo negativo. En la siguiente figura se muestran las diferentes variantes para identificar las corrientes.

Identificación de corrientes mediante flechas de conteo

En la figura (a), la dirección de la flecha de conteo coincide con la dirección de la corriente técnica.


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En la figura (b) se invirtió la dirección de la flecha de conteo. Por eso se muestra la corriente con un signo negativo. La figura (c) muestra el mismo comportamiento. El signo negativo no se le añade en este caso a la magnitud física, sino que a su valor. Es común la denominación adicional de las corrientes con índices tales como IR,

Itotal, IL, etc. Pero en este caso no se dan los puntos de los bornes, puesto que en el caso de las corrientes no se trata de diferencias entre dos puntos como pasa con las tensiones. La ley de Ohm La ley de Ohm es una de las leyes básicas de la electrotecnia y de la electrónica. Ésta describe la dependencia entre la tensión, la corriente y la resistencia o conductancia en un circuito Relación entre corriente, tensión y resistencia En un circuito de corriente cerrado, fluye una corriente a través de los conductores y de la carga. Esto se debe a la tensión eléctrica de la fuente de tensión. La magnitud de la corriente que fluye depende tanto de la magnitud de la tensión como de la capacidad de conductibilidad eléctrica de la conducción de los conductores y de la carga. Entre la corriente /, la tensión U y la conductancia eléctrica G, existe la siguiente relación:

I = G • U Al factor G se le denomina conductancia eléctrica. Con esta se expresa la capacidad de conducción del circuito para la corriente eléctrica. La conductancia G se puede determinar midiendo la tensión de la fuente de tensión y la corriente que fluye en el circuito.

G = I / U A partir de esta ecuación se puede derivar también la unidad de la conductancia - para la cual se usa habitual mente la denominación Siemens (1S).

1S = 1 Ampere / 1 Volt Sin embargo, en vez de la conductancia se emplea generalmente la resistencia eléctrica R. Entre la conductancia G y la resistencia R existe la relación


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R = 1 / G o G= 1 / R Tal relación se denomina inversamente proporcional, puesto que mientras mayor es la conductancia G menor es la resistencia R y viceversa. Para la relación entre corriente, tensión y resistencia resultan las ecuaciones:

I = G . U y dado que G = 1 / R

Por lo tanto tenemos que:

I = U / R “LEY DE OHM”

con R= constante <>0

“Esta relación se denomina Ley de Ohm”

La ley de Ohm indica la relación existente entre las tres unidades eléctricas (voltio, amperio y ohmio) de tal modo que puede definirse cada una de ellas con la combinación de las otras dos, así por ejemplo puede decirse que: “ …..1 amperio es la corriente que circula por un conductor de 1 ohmio cuan-do se aplica un 1 voltio de tensión……” Esta definición expresada matemáticamente es:

Como el resultado de esta expresión matemática es una ecuación, puede despejarse cualquier valor incógnita partiendo del conocimiento de los otros dos.


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Para conocer la fórmula que permita calcular una de las magnitudes desconocidas, basta con tomar las otras dos y relacionarlas según su posición determinada en el triángulo: voltios dividen por amperios u ohmios, mientras que para averiguar los voltios basta con multiplicar los ohmios por los amperios. Ejemplo 1 La resistencia de calefacción de un equipo eléctrico tiene una resistencia R = 100 ohms. Se debe conectar a la red de corriente alterna de 220 V. ¿Qué corriente instantánea fluye en el momento en el que la tensión de la red es igual a 200 volts? i = v / R i = 200 Volts / 100 Ohms Ω Respuesta: i = 2 Amperes Ejemplo 2 A través de una resistencia con R = 8200 Ohms debe fluir una corriente de I = 410 mA. ¿Qué tensión se debe aplicar a esta resistencia? U = I • R = 410 mA • 8200 ohms Respuesta: U = 3,36 Volts


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Representación gráfica de la ley de ohm Según la ley de Ohm, la corriente / que fluye en un circuito, depende de la tensión U aplicada y del valor de la resistencia óhmica R. Debido a que en la mayoría de los casos, el valor de la resistencia de un circuito es constante, la variación de la corriente depende solamente de la variación de la tensión. Debido a que la ley de Ohm en la torma

I = U / R = (1 / R) . U es una ecuación lineal, analizándola matemáticamente, la dependencia de la corriente / de la tensión U es una función lineal. Ésta se expresa corno

I = f(U) la relación se puede representar gráficamente en un diagrama con un sistema de coordenadas cartesianas. Cada punto del gráfico se puede calcular insertando las variables independientes U en la ecuación de la función. Para una resistencia con el valor R = 10 ohms resulta la tabla de la figura.


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La representación gráfica de la función I = f (U) para R = const. proporciona siempre una recta. Ésta se denomina curva característica de corriente y tensión de una resistencia. Cada punto de la curva característica de la figura anterior tiene el valor constante R= 10 ohms Si se dibujan las curvas características de varios valores de resistencia en un diagrama I - U se obtiene un grupo de curvas características. Mientras mayor sea el valor de resistencia, su curva característica en este diagrama será más plana. En !a siguiente figura se encuentran las curvas características de cuatro valores de resistencia diferentes.

Diagrama I - U para diferentes valores de resistencia La curva característica para el menor valor óhmico R1 = 500 Ω se desplaza por ejemplo con más pendiente que las curvas características de los valores de resistencia mayores, porque para una misma tensión U puede fluir una corriente mayor a través de la resistencia menor. Es decir, la pendiente de las rectas de resistencia ∆I / ∆U es una medida para la magnitud de la resistencia.


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Mientras mayor es la resistencia, más plana es la curva característica corriente-tensión. En la figura anterior se encuentra trazada adicionalmente la pendiente de la curva característica para el valor de resistencia R = 1 KΩ = 1000 Ω ∆I / ∆U = 4mA / 4 Ω = 1 X 10-3 A / V = 1 X 10-3 1/ Ω R = 1 / (∆I / ∆U) R = 1000 Ω = 1 K Ω Trabajo eléctrico, energía y potencia Trabajo eléctrico y energía Se realiza un trabajo mecánico, cuando una fuerza F actúa sobre un cuerpo y lo mueve a lo largo de un espacio s. Correspondientemente se realiza un trabajo eléctrico W, cuando una tensión eléctrica U mueve una carga eléctrica Q. Por lo tanto: Trabajo eléctrico = Tensión eléctrica • Cantidad de carga W = U • Q También en cada circuito de corriente cerrado se realiza un trabajo eléctrico, cuando a consecuencia de una tensión U fluye una corriente /. De aquí resulta para el trabajo eléctrico:

W = U • I • t Con la unidad 1 Ws = 1 V • 1 A • 1 s En esta fórmula se debe tener en cuenta que la letra W se usa tanto para la magnitud física -trabajo eléctrico» como para la unidad W (vatio) en Ws. Para la transformación de la energía eléctrica en otras formas de energía, la relación de las unidades es importante:


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1V • 1A • 1s = 1Ws =1J (Joule) Para cantidades de energía mayores se emplea la unidad 1 kWh (Kilovatiohora). Para esto es válido: 1 kWh =3,6 • 106 Ws. Ejemplo ¿Qué trabajo eléctrico se realiza, si se conecta un calefactor a una tensión de U = 220 V y fluye una corriente / = 8.2 A durante un tiempo t = 4 horas y 20 minutos? W = U • I • t = 220 V • 8.2 A • 4.33 h = 7811,32 Wh W = 7,8 kWh El trabajo eléctrico se puede determinar indirectamente, midiendo cada una de las magnitudes U, I y t, y a continuación calculando el producto. El aparato de medición directa más conocido para medir el trabajo eléctrico es el «medidor de energía eléctrica», el cual es proporcionado a los clientes por las compañías de suministro de energía, para registrar y cobrar el trabajo eléctrico consumido. Este aparato de medición mide el trabajo eléctrico directamente en kWh. Potencia eléctrica El trabajo eléctrico es el producto de la tensión, la corriente y el tiempo. Si por ejemplo se debe realizar un trabajo de W = 1 kWh, esto se puede lograr con una corriente elevada en poco tiempo o con una corriente menor en más tiempo. De aquí que el término trabajo eléctrico no es muy conveniente para la descripción técnica de aparatos eléctricos y de instalaciones técnicas. Resulta de mayor información saber en qué tiempo se realiza un trabajo. Esta información se obtiene a través de la potencia eléctrica P. Ésta se obtiene del siguiente modo:

Para la potencia resulta la unidad


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La unidad de potencia eléctrica, vatio (W), tiene correspondencia con otras unidades de potencia utilizadas como los caballos (CV):

Los consumidores o cargas se evalúan según la potencia que absorben o que entregan. De aquí que la potencia eléctrica se encuentre siempre especificada en la placa de características de un motor , foco o generador eléctrico. Un comprador elije las bombillas de luz según su potencia, por ejemplo 40 W, 60 W, 100 W. Bajo la condición de que el consumidor o carga tenga una resistencia óhmica constante R, se puede establecer una relación entre potencia y resistencia a través de la ley de Ohm.


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Rueda de cálculo

Como la ecuación de la Ley de Ohm y la fórmula de la potencia tienen unidades en común, pueden relacionarse unas con otras y obtenerse un formulario que permita calcular cualquier unidad combinando dos. La presente “rueda” es un formulario completo de las unidades eléctricas, donde puede obtenerse de dos magnitudes conocidas otra que sea incógnita. Ejemplo 1 Una resistencia óhmica con el valor de resistencia R = 470 Ω está conectado a una tensión U = 12 V. ¿Qué potencia toma, de, la fuente de tensión?

P = U² / R = 12² V² / 470 Ω = 0,306 W Respuesta: P = 306 mW Ejemplo 2 A través de un riel de corriente eléctrica fluye una corriente / = 120 A


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La carga a través de la cual fluye esta corriente tiene una resistencia óhmica con el valor de resistencia R = 2,3 Ω ¿Qué potencia se toma de la instalación? P = I2 • R = 1202 • A2 • 2,3 Ω = 33120 W Respuesta: P = 33.12 kW Transformación de energía eléctrica Sólo en pocos casos excepcionales, se puede usar directamente la energía eléctrica. Pero tiene la gran ventaja de que es fácil de transportar y se puede transformar sin problemas en otras formas de energía. Las formas de energía deseadas pueden ser, por ejemplo, energía térmica, luminosa o cinética. Debido a que la energía no se puede generar ni hacer desaparecer, en cada caso se transforma el 100% de la energía. Pero generalmente hay perdidas, puesto que adamas de la transformación en la energía deseada, oirá parte se transforma en formas de energía no deseadas. En el caso de una bombilla más del 90% de la energía eléctrica suministrada se conviene en energía térmica no deseada y sólo menos de un 10% en energía luminosa. En muchos casos se transforma la energía eléctrica en energía térmica. Para la relación entre energía térmica generada Q y la energía eléctrica empleada vale:

Q = W = U. I . t , (corriente de calor de Joule) Sin embargo, esta ecuación sólo es válida para una transformación total de la energía eléctrica en energía térmica.(situación ideal) La energía térmica se indica en Joule o en Kilojoule. Pero también se emplean las unidades Ws (léase watts por segundo) o kWh (léase kilo watts hora). Si fluye una corriente eléctrica a través de una resistencia, entonces se transforma siempre la energía eléctrica en energía térmica. En la electrónica se emplean resistencias pero, generalmente no para generar calor. El calor resultante es una desventaja y se denomina calor de pérdida. Si se analiza la energía transformada por unidad de tiempo, resulta la potencia de pérdida Pv, que es mejor para cuantificar y evaluar las pérdidas.

RIR

UPV ⋅== 2

2

con la unidad vatio (W)


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Ejemplo: A una resistencia óhmica R = 2,7 KΩ se le aplica una tensión U = 42 V. ¿Cual es la potencia de pérdida Pv, que se transforma en calor en la resistencia?

Debido a que en cada transformación de energía aparecen además de la forma de energía deseada, también formas de energía no deseadas, se resumen las formas de energía no deseadas como «pérdidas». Esto es válido también en relación a la potencia. De esta forma un motor eléctrico, por ejemplo, transforma la potencia suministrada Pentrada en una potencia mecánica Psalida que se entrega en el eje del motor. Debido a que en el motor se genera calor no deseado en las cajas de rodamientos por el roce y por el flujo de corriente en el bobinado, la potencia útil es siempre menor que la potencia que se suministra. De aquí que sea válido para la pérdida de potencia:

salidaentradav PPP −= “Perdida de potencia” La potencia suministrada Pentrada y la potencia entregada Psalida se pueden determinar más fácilmente mediante técnicas de medición que la pérdida de potencia Pv, por lo cual las pérdidas se calculan según la ecuación dada anteriormente. Para una mejor evaluación da la transformación de energía se indica el rendimiento η (eta). Para esto vale:

entrada

Ventrada

entrada

salida

P

PP

P

P −==η

El rendimiento η (eta) es un factor sin dimensión que a menudo se da en porcentaje. Entonces es necesario dividir el valor numérico de η por 100 para obtener el factor η.


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El rendimiento η puede valer sólo entre O y 1 ó entre 0% y 100%. En el caso de 1 ó de 100%, indica que se efectúa una transformación total a la forma de energía deseada. Éste caso sólo se alcanza aproximadamente, en la transformación de energía eléctrica a energía térmica Ejemplo Para un motor eléctrico se da un rendimiento η = 60%. Durante el servicio con una tensión U = 220 V toma una corriente / = 1,8 A. ¿Qué potencia entrega el motor?


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Valores efectivos de tensión y corriente Anteriormente vimos que la potencia eléctrica se calculada como P = U • I, se partió de la base que la tensión y la corriente no varían durante el tiempo evaluado y, por lo tanto la potencia es constante. La fórmula de la potencia P = U • I tenia, por lo tanto, validez solamente para los circuitos de corriente continua. Pero en los circuitos de corriente alterna, los valores de la tensión y corriente varían constantemente, por lo cual también tiene que variar la potencia como producto da la tensión y la corriente. En la figura siguiente se representa la relación para una señal sinusoidal de tensión y corriente.

Diagramas lineales de tensión, corriente y potencia en un circuito de corriente alterna.


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En la figura anterior se puede ver que en un circuito de corriente alterna la potencia siempre es positiva como producto de los valores instantáneos p = u • i y que la curva de potencia tiene el doble de la frecuencia. Los valores instantáneos de la potencia eléctrica que varían constantemente no son muy útiles para determinar su rendimiento. Debido a la función periódica se da un promedio. Éste sólo se puede calcular con la ayuda de las matemáticas superiores. Sin embargo existe un procedimiento gráfico más sencillo que se representa en la siguiente figura.

Procedimiento gráfico para determinar la potencia en tensiones y corrientes sinusoidales. En un diagrama de potencia, el área debajo de la curva de potencia equivale a la energía transformada. SI observamos con detenimiento, el área con rayas w = p • t en la figura a y el área con rayas W = P • t en la figura b son iguales.


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Por lo tanto, la curva de potencia representada en la figura b pudiera ser el resultado de magnitudes de corriente continua. Tales magnitudes constantes se definen, en el caso de las magnitudes de tensión alterna, como magnitudes auxiliares y se denominan como sus valores efectivos. El valor eficaz de una tensión alterna es la tensión que genera en una resistencia la misma potencia que la tensión continua correspondiente. Esta definición del valor eficaz es válida para todos los tipos de tensiones alternas y mixtas, es decir, independientemente de su curso y también es válida para todas las corrientes alternas y mixtas. De especial importancia son los valores efectivos para las tensiones alternas con curso sinusoidal. Por lo tanto, todas las tensiones y corrientes para los aparatos eléctricos que funcionan con tensiones alternas se dan con valores efectivos. Para tensiones y corrientes alternas sinusoidales rige lo siguiente:

ssef uuUU ⋅=⋅== 707.02

1 “Tensión eficaz o efectiva”

ssef iiII ⋅=⋅== 707.02

1 “Corriente eficaz o efectiva”

con su e si valores máximos de la señal sinusoidal Debido a que los valores eficaces son valores de tensión continua comparables, los valores efectivos se identifican con mayúsculas, a las cuales se les puede adherir el índice «ef» (ef = efectivo). Si se conoce el valor máximo de la magnitud sinusoidal, entonces se puede calcular directamente el valor efectivo con las ecuaciones dadas anteriormente, siempre para señales sinusoidales. Ejemplo ¿Cuál es la magnitud del valor efectivo Uef de una tensión alterna sinusoidal, si su valor máximo es de umax = 311,13 V? Uef = 0,707 • umax = 0.707 • 311,13 V = 220 V La ley de Ohm es totalmente válida también para circuitos de corriente alterna, si se emplean los valores efectivos de tensión y corriente.


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Ejemplo Una bombilla de 60 W/220 V debe operar con una tensión alterna U = 220 V. ¿Qué valor tiene la corriente í y qué valor tiene la resistencia de la bombilla?

Las tensiones y corrientes sinusoidales generalmente se entregan con sus valores efectivos o eficaces. El valor de la red de corriente alterna de U = 220 V nos señala entonces, que la tensión alterna en una resistencia óhmica genera el mismo calor que una tensión continua U = 220 V. De aquí se desprende que la fórmula para el cálculo de la potencia en el circuito de corriente alterna es:

Es totalmente idéntica a la fórmula de potencia para ya vista para el circuito de corriente continua. Ejemplo A través de una resistencia óhmica R = 12 kΩ fluye una corriente alterna sinusoidal con una corriente / = 68 mA. ¿Qué valor tiene la potencia P disipada en la resistencia y la caída de tensión U en la resistencia?


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Características de los conductores eléctricos Conductibilidad específica y resistencia específica En un circuito cerrado de corriente, esta fluye porque el consumidor o carga y los cables conductores de toma tienen una conductibilidad eléctrica. La conductibilidad específica es una constante de material.

Se la denomina con la letra griega minúscula κ (kappa) y se define siempre para un cuerpo con la longitud / = 1 m y una sección transversal A = 1 2mm a una temperatura de T = 20 °C.

Con la ayuda de la conductibilidad específica κ se puede calcular la conductancia

G y la resistencia R de un conductor, aplicando la siguiente fórmula:

L

A

L

AG

⋅Κ=⋅Κ= (conductancia)

A

L

GR

⋅Κ==

1 (resistencia)

La conductancia G es, por lo tanto, directamente proporcional a la conductibilidad

especifica κ .

Κ≈G La resistencia R es, por el contrario, inversamente proporcional a la

conductibilidad específica κ.

Κ≈

1R


60

Debido a que la conductibilidad especifica κ es una constante del material, su valor inverso lo debe ser también.

Este valor inverso se denomina resistencia específica ρ (letra griega minúscula rho) y posee la unidad:

La resistencia específica ρ expresa la resistencia de un cuerpo de una longitud / = 1 m y una sección transversal A = 1 2mm . Este valor es válido para una temperatura T = 20 °C.

La resistencia específica ρ y la conductibilidad específica κ se pueden ver en la tabla de la figura siguiente para varios materiales conductores de uso común. Los valores de otros materiales se pueden encontrar en los libros de tablas correspondientes.

Conductibilidad específica y resistencia especifica de algunos materiales

En la tabla se puede apreciar la diferencia entre los materiales que son buenos y malos conductores. El cobre y la plata son buenos conductores y, por lo tanto,

poseen una conductibilidad específica κ alta o bien una resistencia específica ρ baja. El carbón y el silicio son conductores relativamente malos. A pasar de eso el silicio se emplea ampliamente como material para los componentes semiconductores, debido a que su conductibilidad se puede modificar muy precisamente a través del agregado de impurezas como el Galio o el Arsenio entre otros El constantán es un material que se emplea especialmente para resistencias de medida inertes a cambios de temperatura.


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Con la ayuda de κ o ρ se pueden calcular los valores de resistencia de cables, u otros materiales conductores.

A

L

GR ⋅== ρ

1

Ejemplo Un cable de cobre de dos vías tiene una longitud l=100 m y una sección transversal A = 2,5 2mm ¿Qué valor tiene la resistencia de conducción R si se usan las dos vías como conductores para la ida y el retomo?

¿Qué ancho b debe tener una vía de cobre rectangular en un circuito impreso, si para una longitud / = 18 cm y un grosor h = 35 µ m no se debe sobrepasar el valor de resistencia de la vía en R= 0.1 Ω ?


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Densidad de corriente A consecuencia de la transformación de la energía, todo conductor se calienta cuando fluye una corriente a través de él. Este calentamiento, sin embrago, no sólo depende de la intensidad de la corriente I, sino que también de la sección transversal A del conductor. La relación entre la corriente / y la sección transversal A de un conductor se deno-mina densidad de corriente S :

A

IS =

Con la unidad 2mm

A

La densidad de corriente en un alambre de conducción o en un componente no debe sobrepasar determinado valor, porque de lo contrario el cuerpo se calienta demasiado. Debido a esto se puede destruir el componente o la aislación. Por esta razón para los cables eléctricos aislados, se dan intensidades máximas permitidas de corrientes. Ejemplo 1 Para un cable aislado con la sección transversal A = 2.5 2mm se permite una corriente / = 27 A. ¿Qué densidad de corriente S máxima es permisible para ese cable?

Ejemplo 2 El cable que va a un circuito impreso tiene una sección transversal A = 0,25 2mm En la placa la sección transversal de la vía se reduce a A = 0,05 2mm . ¿Qué valor tienen las densidades de corriente S1 y S2, si fluye una corriente / = 1.25 A?


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La consideración de las densidades máximas de corriente permisibles es de gran importancia para la instalación eléctrica, para las vías de placas electrónicas, así como para la electrónica de potencia. Dependencia de la resistencia a la temperatura

La resistencia especifica ρ y la conductancia especifica κ de un material conductor se dan para una temperatura del material de T= 20 °C. Pero estos valores varían de material en material dependiendo de la temperatura. En consecuencia con la temperatura, varía también la resistencia de un cuerpo. Depende de cada material si esta variación de la resistencia por grado es grande o pequeña y si el valor de resistencia aumenta o disminuye cuando la temperatura sube. El tipo y la magnitud de la dependencia de la temperatura lo da el coeficiente de

temperatura α (letra griega alpha), el cual a menudo se denomina coeficiente de temperatura. Este es positivo si el valor de resistencia aumenta con una temperatura mayor y negativo si el valor de resistencia disminuye con una temperatura en aumento.

Los materiales con valor α positivo son llamados conductores fríos y los que

tienen valor α negativo son llamados termo conductores.

La siguiente figura muestra la dependencia de las resistencias a la temperatura.

Dependencia de las resistencias a la temperatura con coeficientes de temperatura positivos y negativos


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El aumento de las resistencias en el caso de los conductores fríos se debe principalmente a que con el aumento de la temperatura los átomos de la rejilla cristalina oscilan más fuerte e impiden en mayor medida el movimiento de los electrones libres. Por eso aumenta la resistencia. En el caso de los termo conductores calientes por el contrario, se rompen las uniones de las parejas de electrones mediante el suministro de energía al calentarse. De esa forma cada vez hay más portadores de carga en movimiento y la resistencia disminuye con una temperatura ascendente.

El coeficiente de temperatura “α” (alfa) es determinado midiendo los incrementos de resistencia que se producen por cada variación de grado centígrado en conductores de 1 (un) metro de largo y 1 (un) 2mm de sección.

En la tabla de la figura siguiente se dan los coeficientes de temperatura α de algunos materiales.

Los metales puros como la plata, el cobre o el bronce poseen un coeficiente de temperatura positivo, el carbón, por el contrario, uno negativo. El Nichrom posee un valor de resistencia que es independiente de la temperatura. Por lo tanto, se emplea como material de resistencia para resistencias de medida. La resistencia final de un conductor a una temperatura dada puede calcularse con:

( )( )inicialfinalinicialfinal ttRR −⋅+⋅= α1 (1)


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Siendo:

Rfinal: resistencia que tendrá el componente a la temperatura que se desea determinar

Rinicial: resistencia inicial a la que se encontraba el componente

α: coeficiente de temperatura correspondiente al material del componente

Tinicial: temperatura inicial del componente

Tfinal: temperatura final del componente

Si lo deseamos expresar como incremento de temperatura tendremos:

( )inicialfinalinicialinicialfinal ttRRR −⋅⋅=− α

( )inicialfinalinicial ttRR −⋅⋅=∆ α

(2)

tRR inicial ∆⋅⋅=∆ α Ejemplo Un conductor eléctrico de cobre tiene a una temperatura de T = 20 grados una resistencia R20 = 4,4 Ω. ¿Cual es la variación de la resistencia ∆R, cuando el conductor se calienta a una temperatura de 120 °C?

Utilizando la formula (2) tenemos: ∆R= 1,76 Ω de incremento de resistencia. Ejemplo 1 Una pista de carbón posee una resistencia R = 100 Ω a una temperatura T = 20°C. ¿Qué valor tiene la resistencia, si la temperatura aumenta en ∆T= 40°C ? Aplicando la formula (1) tenemos:

( )( )tRR ∆⋅+⋅= α120

Para el carbón el coeficiente α es aproximadamente -0,005 R= 100 Ω . (1 - 0.005 . 40) R= 80 Ω


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Ejemplo 2 Un bobinado de cobre posee una resistencia R= 18,2 Ω a una T = 20 °C. Para la temperatura de servicio, por el contrario, se midió una resistencia RT = 28,8 Ω. ¿A qué temperatura se calentó el bobinado?

tR

R

inicial

∆=⋅

∆

α

∆T = Tfinal - Tinicial = 149,3 °C Tfinal = 149,3 °C + 20 °C Tfinal = 169,3 °C


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Asociación de resistencias “Los conductores pueden agruparse entre sí en serie, en paralelo, o en montaje mixto (que es la combinación de serie y paralelo a la vez).”

RESISTENCIAS EN SERIE Se llama montaje en serie cuando las resistencias se disponen unas a continuación de otras, de tal modo, que todas sean recorridas por la misma corriente. El montaje en serie se utiliza cuando es necesario “regular” o limitar la corriente en un circuito. Intercalando con el elemento consumidor una o varias resistencias se consigue “frenar” el paso de la corriente ya que al producirse una caída de tensión se reduce la que llega al elemento.


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Si en los extremos de este circuito se aplica una diferencia de potencial de V voltios, la corriente en este circuito y, por consiguiente, en cada conductor es:

La diferencia de potencial entre los extremos de cada conductor es de:

Entre A y B es de V1 = R1 . I Entre B y C es de V2 = R2 . I Entre C y D es de V3 = R3 . I

de donde

V1 + V2 + V3 = (R1 + R2 + R3) I

Por tanto


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RESISTENCIAS EN PARALELO Cuando todos los extremos iniciales de las resistencias están todos unidos en un solo punto y todos los extremos finales están todos unido en otro, se dice que están agrupados en una conexión paralelo o derivación

La corriente al llegar al punto A se reparte entre todas las resistencias R1, R2, R3

de modo que cada conductor será recorrido por corriente I1, I2, I3 de tal modo que la suma de ellas es igual a la corriente total que llega al punto A


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Resistencia del conjunto (resistencia equivalente) Hallar el valor del conjunto de resistencias conectadas en paralelo, equivale a encontrar el valor de una resistencia que sustituya a todo el conjunto por otra de similar valor

Si entre los puntos A y B se sabe que existe una diferencia de potencial de V voltios, por cada resistencia circulará


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Como la suma de las intensidades parciales es igual a la intensidad total ,se puede sumar y obtener

simplificando y sacando el factor común V se obtiene:

simplificando nuevamente queda:


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y despejando el valor de la resistencia total del conjunto

Observación: Comparando los dos casos de asociación de resistencia se observa que: En resistencias serie cuantas más resistencias en serie se agrupan mayor es la resistencia del conjunto. En resistencias paralelo cuantas más resistencias en paralelo se agrupan menor es la resistencia del conjunto. En resistencias serie el valor del conjunto siempre es mayor que el valor de la mayor de las resistencias que lo compone En resistencias paralelo el valor del conjunto siempre es menor que la menor de las resistencias que lo compone CASOS PARTICULARES: Sólo dos conductores en derivación o paralelo


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La resistencia del conjunto de estos dos conductores será

o bien:

de donde

Por consiguiente:


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Capacidad de un condensador


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Asociación serie y paralelo Al igual que las resistencias, se pueden formar combinaciones en serie o en paralelo de capacitores. La diferencia radica en que el valor resultante es totalmente al inverso de las resistencias. Asociación serie: En este tipo, los capacitores son colocados uno a continuación del otro. La capacidad total es la siguiente


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Para dos capacitores Ct=(C1 x C2) / (C1 + C2) Para mas de dos capacitores Ct=1 / [ (1 / C1) + (1 / C2) + … + (1 / Cn) ] Asociación paralelo: En este tipo, los capacitores son colocados todos juntos, uniendo sus extremos. La capacidad total es el siguiente

Comprobación de capacitores: Para comprobar un capacitor necesitaremos de un multímetro analógico (con aguja, no con display), o de un comprobador de capacitores, aunque este último es un instrumento bastante costoso. Como en la práctica la unida del Faradio es muy grande, se usan submúltiplos Micro Faradio: µF=C/1000000 nano Faradio: nF=µF/1000 pico Faradio: pF=nF/1000 Con un multímetro analógico en la escala de ohms, procederemos a comprobar el estado del mismo. Para ello, seleccionaremos la escala correspondiente, que se muestra en la siguiente tabla:

Los valores son aproximados


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a. Seleccionamos una escala intermedia, por ejemplo Rx10. b. Medimos los terminales del capacitor. c. Realizamos la medición invirtiendo las patas, o sea, dando vuelta el capacitor y midiéndolo al revés que el paso anterior. d. En el paso anterior, la aguja del multímetro debe dar un salto, y luego volver al principio (resistencia infinita). e. Si la aguja no salta, es porque el capacitor está estropeado. En cambio, si la resistencia no se aproxima a infinito, es porque tiene fugas. Si la aguja sube hasta resistencia 0, el capacitor está en cortocircuito. Ejercicios: a) Se tienen asociados en paralelo tres capacitores de 220µF. Calcular la capacidad equivalente. b) Se tienen asociados dos capacitores de 100nF en serie, y estos dos en paralelo con uno de 220nF. Calcular la capacidad equivalente de la serie, y luego la equivalente con el paralelo. c) Se tienen asociados tres capacitores de 22µF en serie. Calcular la capacidad equivalente. d) Se tiene un paralelo formado por un capacitor de 10µF y otro de 47µF. A su vez, en serie con este paralelo hay una serie de dos capacitores, uno de 470µF y otro de 220µF. Calcular la capacidad equivalente del paralelo, de la serie, y de todo el conjunto. Tipos y formas de construcción de condensadores


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Campo magnético El fenómeno del magnetismo se conoce desde tiempos muy antiguos. La piedra imán o magnetita, un óxido de hierro que tiene la propiedad de atraer los objetos de hierro, ya era conocida por los griegos, los romanos y los chinos. Los imanes naturales llamaban la atención ya que al igual que la incipiente electrostática lograban atraer objetos sin vínculos visibles. En los imanes se distinguen dos “extremos” el llamado polo norte y el llamado polo sur.

Si enfrentamos polos iguales los imanes se repelerán mientras que si enfrentamos polos distintos los mismos se atraerán.

Los nombres de los polos deben su origen a como se orientan en el campo magnético terrestre. Aquel polo que apunta al norte geográfico es el llamado polo norte magnético mientras que aquel que apunta al polo sur geográfico es llamado polo sur magnético. El campo magnético terrestre puede imaginarse como el de un imán con sus polos orientados de tal manera que el polo sur magnético apunta hacia el polo norte geográfico y viceversa.


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Desde la antigüedad se usaron en la orientación de los viajantes brújulas magnéticas que consisten en una aguja imanada que puede rotar libremente y orientarse según el campo magnético terrestre. El polo norte del pequeño imán es aquel que se orienta apuntando al norte geográfico (polo sur magnético).


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La presencia de un campo magnético rodeando una barra imanada de hierro se puede observar por la dispersión de pequeñas partículas de hierro espolvoreadas sobre un papel colocado encima de una barra de hierro.

Forma del campo magnético formado por partículas magnéticas espolvoreadas sobre una superficie afectada por una barra imanada

La figura generada por dichas partículas muestra que la barra imanada tiene dos polos magnéticos y las líneas del campo magnético salen de un polo y entran en el otro. En general el magnetismo presenta una naturaleza dipolar; siempre hay dos polos magnéticos ó centros del campo magnético, separados una distancia determinada. Los campos magnéticos también son producidos por conductores portadores de corriente. La figura 2 muestra la formación de un campo magnético alrededor de una larga bobina de hilo de cobre, llamada solenoide, cuya longitud es mayor que su radio.

Figura 2. Solenoide con y sin barra imanada en su interior


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Para un solenoide de n vueltas y longitud L, la intensidad del campo magnético H es:

Fuerza magnética Coulomb observo que, al acercar dos imanes por los polos del mismo signo, aparece una fuerza de repulsión que es directamente proporcional al producto de las intensidades (m1 x m2) de sus polos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (d) entre ambos

En principio no se encontraba una relación entre la electricidad y el magnetismo, sin embargo, durante una clase en Copenhague en 1819, Hans Chrystian Oersted descubrió que la aguja de una brújula se desviaba cuando circulaba corriente por un conductor cercano.


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Alrededor de la corriente eléctrica se produce un estado magnético que actúa sobre los imanes. Se observó que colocando una aguja imantada (brújula) debajo de un conductor con corriente existe una desviación del polo N en el sentido de la corriente Profundizando sobre este hecho concluyo que una corriente, o sea un movimiento de cargas daría origen a un campo magnético.

Una corriente rectilínea crea un campo magnético circular en un plano perpendicular al conductor, cuyas líneas de fuerza, denominadas líneas de inducción, tienen el sentido de giro definido por la ley del sacacorchos. La corriente avanza cuando el campo gira hacia la derecha. • H= Campo magnético • I= Intensidad • D= Distancia


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Posteriormente Michael Faraday descubrió que un imán en movimiento en las cercanías de un cable, daría origen a una corriente eléctrica Inducción Magnética. Si se coloca una barra de hierro desimanada dentro del solenoide, se obtiene que el campo magnético exterior al solenoide es mayor con la barra imanada dentro del solenoide , (ver figura 2). El aumento del campo magnético fuera del solenoide se debe a la suma del campo generado por el solenoide y el campo magnético externo a la barra imanada.

El nuevo campo magnético resultante se denomina inducción magnética ó densidad del flujo ó simplemente inducción y se denota por B. La inducción B es la suma del campo aplicado H y el campo externo proveniente de la imanación de la barra dentro del solenoide. El momento magnético inducido por unidad de volumen debido a la barra se denomina intensidad de imanación o simplemente imanación y se denomina por M. en el SI de unidades:


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Permeabilidad Magnética. Cuando colocamos un material ferromagnético dentro de un campo magnético, aumenta la intensidad del campo magnético. Este incremento en la imanación se mide mediante una cantidad llamada

permeabilidad magnética µ, definida como:

Si el campo magnético se aplica al vacío,

Algunas veces es conveniente describir el comportamiento magnético de un

sólido en términos de su permeabilidad relativa µr, dada por:

Los materiales magnéticos que son fácilmente imanados tienen alta permeabilidad magnética.

• Ferromagnéticos: Materiales que son capaces de concentrar líneas de fuerza. Coeficiente de permeabilidad (µ >1). Ejemplo: Fe, Ni.

• No magnéticos o paramagnéticos: No concentran líneas de fuerza.

(µ =1). Ejemplo: Al

• Diamagnéticos: Dispersan líneas de fuerza. (µ =1). Ej.: Cu, Cd, Hg.


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Transformaciones de los materiales Transformación Acción y efecto de cambiar la forma o aspecto de una cosa Material tecnológico: Material que se obtiene por un procedimiento tecnológico (físico, químico o agente biológico), y que sirve de base para construcciones y/o aplicaciones. Ejemplo: vidrio, cerámicas, papel, aleaciones (bronce, latón, etc.), material natural tecno tratado y también substancias como por ejemplo, productos industriales, alimentos, drogas, etc. Proceso productivo Fases sucesivas en la elaboración de un producto. Conjunto de acciones que tienden hacia un fin determinado. Producción Se entiende por producción la transformación o conversión de insumos en productos. Los procesos Productivos son una secuencia de actividades requeridas para elaborar un producto (bienes o servicios). Este proceso (proceso de producción) requiere organización lo que implica que la producción abarca dos aspectos: transformación y organización. La transformación puede ser De la materia : mediante acciones físicas, como en la manufactura, o por procesos físicos, químicos o biológicos, como en la tecnología nuclear, la biotecnología, etc. Geográfica: como en el transporte o la distribución Temporal: como en el almacenamiento De la propiedad: como en el comercio Etc. Refiriéndose a las transformaciones de la materia, se habla de tecnologías duras (tecnologías de transformación de la materia). En la industria manufacturera la transformación incluye tanto la de la materia prima en insumo, como la que tienen lugar durante el proceso de producción.


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En las transformaciones físicas los materiales no se modifican; cambian de aspecto, textura, olor, sabor y consistencia, pero no hay reorganización de los corpúsculos que lo componen; ni se producen sustancias diferentes a las iniciales. En las transformaciones químicas, hay alteración de los materiales; en estos cambios los materiales iniciales se modifican porque los corpúsculos que los componen se reorganizan, interactúan de otra manera y conforman otros. LAS TRANSFORMACIONES FISICAS Los cambios de estado de la materia se producen cuando ésta incorpora calor o lo cede al medio. Ejemplo: un cubito de hielo fuera del congelador o freezer se funde o convierte en agua líquida, si se calienta esta cantidad de agua líquida, ésta se evapora y convierte en agua gaseosa o vapor de agua (el agua incorpora calor del medio). Si no continua el calentamiento, el vapor de agua puede convertirse nuevamente en agua líquida, e incluso llegar a solidificarse al colocarla nuevamente en el freezer (el agua libera o cede calor al medio). La fusión La materia puede cambiar de estado sólido al líquido; puede ocurrir en el agua y en otros materiales como metales, vidrios y plásticos. La solidificación La materia cambia del estado líquido l sólido; puede ocurrir en el agua y en otros materiales como metales, vidrios y plásticos. A presión normal, la temperatura en la cual un material sólido se convierte en liquido se denomina punto de fusión; y la temperatura en la que en material liquido se transforma en sólido, punto de solidificación o congelamiento y corresponde a 0°c. La vaporización La materia pasa del estado liquido al sólido y puede ocurrir en el agua y en otros materiales como el alcohol común, nafta y otros combustibles. En el caso del agua puede producirse de dos maneras: por evaporización, el cambio ocurre en la superficie del volumen de agua; y por ebullición, la vaporización se produce en todo el volumen del líquido por la formación de burbujas y borbotones; es más rápido que la vaporización. La condensación La materia cambia del estado gaseoso al líquido, puede ocurrir en el agua y en otros materiales, como el alcohol común, la nafta y otros combustibles líquidos. La sublimación y volatilización Cuando aumenta la temperatura cierto tipo de materia puede cambiar de estado


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sólido al gaseoso, sin pasar por el liquido (volatilización). Ejemplo: el hielo seco, que es un dióxido de carbono. Cuando disminuye la temperatura otro tipo de materia puede cambiar del estado gaseoso al solido sin pasar por el liquido (sublimación).

La mezcla de los materiales

Mezclas heterogéneas Los materiales que la constituyen se distinguen a simple vista, son dos partes diferentes y fácilmente distinguibles. Ejemplo: mezcla de agua y arena. Cada una de las porciones que la componen se denomina fase. Cada una tiene propiedades y composición uniforme. Una mezcla heterogénea puede tener diversas características y por ello se la llama con diferentes nombres: -Suspensión: al observar con un microscopio o lupa una mezcla de harina y agua, se observan minúsculas partículas de materiales solido suspendidas en el líquido. -Emulsión: una mezcla de agua y aceite que al revolverlas pareciera estar compuesta por una sola fase; sin embargo si se observa la mezcla a través de una lupa hay gotitas de aceite suspendidas en el agua. Son pequeñas gotitas de un líquido suspendidas en otro líquido. -Emulsión estable: si se observa una porción de claras batidas a punto nieve, no es posible percibir a simple vista millares de burbuja de aire en una masa liquida y blanca; estos materiales no se separan con el tiempo. -Emulsión inestable: mezcla de aceite y agua. Separación de mezclas heterogéneas El proceso de separación es una transformación física porque no modifica la composición de los materiales de la mezcla; pueden ser separados por varios métodos. Estos dependen de las características de cada una de las fases que la componen. -Filtración: proceso de separación de una mezcla heterogénea compuesta por un material liquido y uno sólido en granos o fragmentos pequeños a través de un filtro. -Decantación: una mezcla de aceite y agua puede ser separada en sus componentes vertiendo con cuidado el aceite en otro recipiente. Se realiza por la diferencia de las densidades de los líquidos. -Levigación: sirve para separar dos materiales sólidos; se los separa haciendo pasar una fuerte corriente de agua o aire para que transporte las partículas más


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livianas hacia un recipiente y deje en otro las más pesadas. -Imantación: sirve para separar los materiales conformados por hierro.

Las mezclas homogéneas Los materiales reunidos no se distinguen; tienen el aspecto de un material único, es decir, se percibe una sola fase compuesta por todos los materiales mezclados. La mezcla homogénea que resulta de la reunión de dos o más materiales se denomina solución; están compuestas, al menos, por dos componentes: el soluto y el solvente. Soluto es el material que se encuentra en menor proporción en la solución. Solvente es el material que está en mayor cantidad. Tanto soluto como solvente pueden ser materiales sólidos, líquidos o gaseosos. Ejemplo: aire, es una solución conformada por la mezcla de varios gases como oxigeno, nitrógeno y dióxido de carbono. Cuando los sólidos reunidos son metales, como el cobre y el zinc (monedas) la solución se denomina aleación. Concentración de las soluciones La concentración es un número que indica proporciones de soluto y de solvente. Teniendo esto en cuenta, las soluciones pueden ser: -Saturadas: la solución tiene tanto soluto como disuelto cómo es posible. -Diluida: la cantidad de soluto agregado al solvente está muy alejada del punto de saturación. -Concentrada: la cantidad de soluto agregado al solvente es cercana al punto de saturación.

Solubilidad de los materiales Solubilidad es la máxima cantidad de soluto que puede disolver una cantidad determinada de solvente a una temperatura constante; es un valor que depende de la temperatura y de la presión. En general la solubilidad de los sólidos en agua aumenta con la temperatura. La solubilidad de un gas en agua depende de la temperatura y la presión. La solubilidad aumenta cuando disminuye la temperatura y aumenta la presión.


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Fraccionamiento de las mezclas homogéneas El proceso de fraccionamiento es una transformación física porque no modifica la composición de los materiales que conforman la mezcla homogénea. Métodos: -Evaporación: si se cuenta con tiempo suficiente se pueden separar los componentes de una solución de agua y sal, esperando que el líquido se evapore totalmente. Los cristales de sal quedan en el fondo del recipiente. -Destilación: separación por medio del calor en vasos, una sustancia volátil de otras más fijas, enfriando su valor para reducirla nuevamente. -Cromatografía: se utiliza cuando la solución posee muchos y variados solutos.

Clasificación de los materiales Generalidades Los materiales se clasifican generalmente en 5 grupos que son: metales, polímeros, cerámicos, semiconductores y compuestos. Esta clasificación es muy importante por que ayuda a generalizar y facilita la comprensión de ellos ya que se clasifican ya sea por sus propiedades o estructura. INTRODUCCION Desde la más remota antigüedad, los seres humanos extraen materiales de la naturaleza con el fin de aplicarlos a objetos que respondan a sus deseos y sus necesidades. Hace miles de años se descubrió que el barro moldeado podía endurecerse mediante la cocción. Con el tiempo se empezó a trabajar el vidrio y a fundir metales dando comienzo a una evolución que hoy ha cobrado dimensiones extraordinarias. El estudio y la aplicación de los materiales involucran actualmente diferentes miradas. Se trata, efectivamente, de una actividad en la que participan tecnólogos y científicos provenientes de distintas disciplinas. En el desarrollo de los procesos de producción de bienes y servicios ha sido fundamental la contribución de la denominada ciencia y tecnología de materiales. Su aporte se expresa hoy tanto en la optimización de los materiales existentes como en el logro de otros nuevos. Una de las clasificaciones usuales en esa disciplina distingue a los materiales en cuatro grupos básicos: metales, cerámicos, polímeros y compuestos.


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Otra clasificación tiene en cuenta el origen de los materiales: artificiales si resultan de algún proceso de transformación y naturales si se encuentran directamente en el medio natural. Estos últimos pueden ser diferenciados, a su vez, en renovables o no renovables. Los primeros son generalmente de origen animal o vegetal y se forman en tiempos relativamente cortos; los segundos requieren tiempos prolongados, como ocurre con el carbón o el petróleo. También puede considerarse si los materiales son reciclables, o sea, que existe la posibilidad de volver a utilizarlos en nuevos productos; o biodegradables, que son los que pueden transformarse en materiales más simples gracias a la acción de microorganismos que los reintegran al ambiente. MATERIALES CERAMICOS Y SUS CARACTERISTICAS Suelen definirse como unos materiales sólidos que no son metales ni polímeros, aunque pueden contener en sus estructuras elementos metálicos o poliméricos. Sus estructuras pueden oscilar entre: Vidrios, cristales monolíticos, conglomerados de cristales y combinaciones vítreo-cristalinas Sus propiedades son muy variadas; existen materiales cerámicos blandos como el yeso o el talco y otros muy duros como el cuarzo. Las propiedades de los materiales cerámicos derivan de su estructura. Los enlaces que existen entre los átomos son mixtos: iónicos y covalentes. Las cargas iónicas mantienen unidos los átomos del material y los enlaces covalentes, con su componente direccional, restringen el movimiento de los átomos. En los materiales cerámicos los átomos se disponen en agrupaciones llamadas celdas unitarias, que se repiten periódicamente a través del material, formando cristales. Aunque algunas veces por la forma en que se han obtenido no se logra una ordenación perfecta y aparece una estructura vítrea. Otras veces la estructura del material es mixta cristal- vítrea. Son compuestos químicos que comprenden fases que contienen elementos metálicos y no metálicos. Son generalmente aislantes. Su comportamiento mecánico es poco predecible por eso sus aplicaciones criticas es muy limitado. Se clasifican en función de sus estructuras cristalinas. Su clasificación depende de la estructura. Puede tomar una de las siete principales patrones de acomodamiento cristalino. Estos están relacionados con la forma en que se puede dividir el espacio en volúmenes iguales por superficies planas de intersección y son: Cúbico, Tetragonal, Ortorrómbico, Monociclito, Triciclico, Hexagonal, Romboedral. Debido a la alta variedad de materiales cerámicos se agrupan en:


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1.-Vidrio: Cerámicos No Cristalinos. 2.-Materiales Cristalinos Simples: Sintéticos y Naturales. 3.-Productos Cerámicos diferentes del vidrio. MATERIALES POLIMERICOS Y SU CLASIFICACION Estos materiales se engloban dentro de los materiales moleculares, es decir, materiales que presentan al mismo tiempo propiedades estructurales y funcionales, aproximándose de ese modo un poco más a los materiales biológicos. Estos materiales presentar enlaces dobles conjugados en toda la extensión del material (poli acetilenos, poli anilinas, poli pirroles, politiofenos, poliparavinilenos de fenilo, etc.) debido a lo cual pueden ser oxidados y posteriormente reducidos nuevamente, es decir, presentan propiedades redox (conductores eléctricos); estos polímeros presentan un comportamiento eléctrico contrario al comportamiento clásico que es como aislante. El comportamiento del polímero cambia de su estado oxidado a reducido; por ejemplo, varía su longitud y su coloración permitiendo su uso en músculos artificiales y ventanas inteligentes, por nombrar alguna de sus aplicaciones Los polímeros son macromoléculas formadas por la repetición de entidades estructurales que denominamos monómeros o unidades MONOMÉRICAS mediante enlace químico fuerte, normalmente de tipo covalente. Cuando los monómeros son iguales entre sí, el polímero resultante es un HOMOPOLÍMERO, cuando ocurre lo contrario es un HETEROPOLÍMERO. REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN A.- POLIADICIÓN O POLIMERIZACIÓN: reacción de adición de dos o mas monómeros que presentan enlaces múltiples. CH2=CH2 + CH2=CH2 2 -CH2-CH2-CH2-CH2 Etileno etileno polietileno Se puede producir co polimerización cuando se produce la polimerización de dos o mas monómeros distintos. La polimerización puede ser lineal o ramificada. B.- POLICONDENSACIÓN: reacción entre dos monómeros que presentan grupos funcionales reactivos y que durante la reacción desprenden una molécula pequeña (generalmente agua) CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS POR SU ORIGEN: Polímeros naturales: de origen animal o vegetal, son utilizados en las mas diversas aplicaciones desde hace cientos y hasta miles de años : algodón, seda, lana, cuero, madera, caucho Polímeros biológicos: también naturales, con importancia en los procesos bioquímicos y fisiológicos de la vida: proteínas, enzimas, almidón, celulosa


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Polímeros sintéticos: desarrollados por la investigación científica y la industria para competir con algunos polímeros naturales: siliconas, nylon, teflón, bakelita, melaminas, pvc, policarbonatos, etc. MATERIALES COMPUESTOS Y SUS CARACTERISTICAS Los Materiales Compuestos nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales. Por ejemplo en la Industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y el desgaste. A pesar de haber obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prácticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo como la dificultad de fabricación o la incompatibilidad entre materiales. La gran mayoría de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos como la madera y el hueso, aparecen en la naturaleza. Otro ejemplo de material Compuesto confeccionado por el hombre en los inicios de la civilización lo constituyen las chozas de adobe moradas que sentaron las bases de las construcciones actuales. El secreto de los materiales compuestos reside en la elección de un sistema de matriz adecuado y su asociación con fibras de refuerzo, obteniéndose como resultado un nuevo material con cualidades diferentes, que no son alcanzables por cada uno de los materiales predecesores de manera aislada. El reto actual de los materiales compuestos, en cualquiera de sus variantes, consiste en dar con las mejores asociaciones de Fibra – Matriz, para proporcionar cada vez materiales con mejores prestaciones para el fin que son concebidos. Estructura Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes: 2 Agente Reforzante: Es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material. 2 Fase Matriz o Simplemente Matriz: Tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas.00 Transmite los esfuerzos al agente Reforzante. También lo protege y da cohesión al material.


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Clasificación Los Materiales Compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos: 1. Materiales Compuestos Reforzados Con Partículas: Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por un matriz más blanda y dúctil. 2. Materiales Compuestos reforzados con Fibras: Un componente suele ser un agente Reforzante como una fibra fuerte: Fibra de Vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de Carbono, que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente, (llamado Matriz), suele ser una resina como apoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Los Golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama de Laminación. 3. Materiales Compuestos estructurales: Están formados tanto por composites como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría de su diseño, los más abundantes son los laminares y los llamados Paneles Sándwich. A- Los Laminares están formados por paneles unidos entre sí por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que la lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. Es el caso por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos. B-. Los paneles sándwich: Consiste en dos laminas exteriores de elevada dureza y resistencia (Normalmente plásticos reforzados, aluminio, o incluso titanio), separados por un material menos denso, y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construcción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de condensadores eléctricos multicapas. Ejemplo de Materiales Compuestos: 2 Plásticos Reforzados con Fibra: 2 Clasificados por el tipo de fibra 2 Madera (Fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelilosa) 2 Plástico reforzado de fibra de carbono 2 Plástico reforzado de Fibra de vidrio


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2 Clasificación por la matriz 2 Termoplásticos reforzados con fibra larga 2 Termoplásticos tejidos de vidrio 2 Compuestos termoformados o termoestables. 2 Compuestos de Matriz Metálica o MMCs: 2 Cermet (Cerámica y Metal) 2 Fundición Blanca: Metal duro (Carburo en matriz metálica) – Laminado Metal – Intermetal. 2 Compuestos de Matriz Cerámica: 2 Hormigón / Concreto 2 Carbono - carbono reforzado (Fibra de carbono en matriz de grafito) 2 Hueso (Matriz ósea reforzada con fibras de colágeno) 2 Adobe (Barro y paja) 2 Compuestos de Matriz orgánica / agregado cerámico 2 Madre perla o nácar 2 Concreto asfáltico 2 Madera Mejorada 2 Plywood 2 Tableros de fibra orientada 2 Trex 2 Weatherbest (Fibra de madera reciclada en matriz de polietileno) 2 Pycrete (Serrín en matriz de hielo) Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables


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• Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase. • Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia). MATERIALES SEMICONDUCTORES Y SUS CARACTERISTICAS Materiales semiconductores Estos materiales se comportan como aislantes a bajas temperaturas pero a temperaturas más altas se comportan como conductores. La razón de esto es que los electrones de valencia están ligeramente ligados a sus respectivos núcleos atómicos, pero no lo suficiente, pues al añadir energía elevando la temperatura son capaces de abandonar el átomo para circular por la red atómica del material. En cuanto un electrón abandona un átomo, en su lugar deja un hueco que puede ser ocupado por otro electrón que estaba circulando por la red. Los materiales semiconductores mas conocidos son: Silicio (Si) y Germano (Ge), los cuales poseen cuatro electrones de valencia en su ultimo nivel. Por otra parte, hay que decir que tales materiales forman también estructura cristalina. Hay que destacar que, para añadir energía al material semiconductor, además de calor, también se puede emplear luz Como su nombre lo indica son materiales que pueden conducir electricidad, pero, digamos que les cuesta más trabajo. Los materiales semiconductores están localizados en el grupo IV de la tabla periódica. Estos se caracterizan por tener 4 electrones en su banda de valencia. Cuando estos materiales se "dopan" o se les añade otro elemento, se rompen los enlaces y se puede tener un exceso de electrones (material tipo N) o un exceso de huecos dónde se depositen estos electrones (material tipo P) Estos materiales son muy importantes, ya que es a través de ellos que fue posible la elaboración de los primeros transistores (los que hoy ocupan las computadoras, celulares, etc). Si tu aplicas un voltaje pequeño a estos materiales, no conducen electricidad, sin embargo, si les proporcionas el voltaje adecuado, los electrones de estos elementos pueden circular libremente a través del material, generando un material conductor. Podemos deducir que los semiconductores conducen los electrones (electrones libres en un sentido) al igual que los huecos (en sentido opuesto), en tanto los conductores solo conducen a los electrones libres. Existen básicamente dos tipos de semiconductores:


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-Semiconductores Intrínsecos -Semiconductores Extrínsecos Semiconductores Intrínsecos En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como huecos con lo que la corriente total es cero. La tensión aplicada en la figura forzará a los electrones libres a circular hacia la derecha (del terminal negativo de la pila al positivo) y a los huecos hacia la izquierda. Semiconductores Extrínsecos Son semiconductores DOPADOS, es decir, a un semiconductor intrínseco se le añaden impurezas de otros materiales para aumentar la conductividad del semiconductor puro. Podemos formar dos tipos de semiconductores extrínsecos: Semiconductor de tipo N (pentavalentes) Semiconductor de tipo P (Trivalentes) En el caso de los semiconductores de tipo N (pentavalentes) se dopa un semiconductor puro con impurezas de valencia 5 (Arsénico, Antimonio, Fósforo). En el caso de los semiconductores de tipo P (trivalentes) se dopa el semiconductor puro con impurezas de valencia 3 (Aluminio, Boro, Galio).


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LA BASURA ELECTRÓNICA Y LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL RESUMEN En las últimas décadas y principalmente al inicio del nuevo siglo, se ha incrementado en grandes proporciones la fabricación, el consumo y el desecho de aparatos eléctricos y electrónicos, por la gran cantidad de beneficios y facilidades que ha dado al desarrollo de la humanidad. El presente trabajo tiene por objeto identificar a los principales aparatos eléctricos y electrónicos, sus componentes peligrosos para el medio ambiente y para el ser humano, las razones por las cuales los vuelven peligrosos, las formas de deshacerse una vez que terminan su vida útil y las medidas que se han tomado y que se piensa tomar con este tipo de basura que es ya una seria preocupación a nivel mundial. INTRODUCCIÓN La producción y la utilización de aparatos y equipos electrónicos aumenta de manera acelerada a nivel mundial en todos los ámbitos en los que se desenvuelve el ser humano, de ahí que la industria electrónica y principalmente la de producción de aparatos constituye actualmente el sector de mayor crecimiento en los países desarrollados. Para nadie es desconocido los grandes beneficios que se obtienen de la utilización de estos aparatos electrónicos, pues contribuyen no sólo al desarrollo científico, tecnológico e industrial de una sociedad sino que además le brindan comodidad y seguridad. Pero así como el aumento del consumo de los aparatos electrónicos ha sido vertiginoso a nivel mundial, así también ha ido aumentando la producción de deshechos de este tipo de productos ocasionado por la sustitución, renovación o eliminación paradójicamente por el desarrollo de los mismos. “Anualmente se generan entre 20 y 50 millones de toneladas de basura electrónica al año” (Martínez, 2008), “se calcula que el volumen de la chatarra electrónica está creciendo entre un 16% y un 28% cada cinco años” (Duery, 2007), lo que le convierte a este desperdicio en el de mayor crecimiento en los últimos años. Ya sean considerados como desecho, como basura, como chatarra o como desperdicio, ya es motivo de preocupación su manejo adecuado de “manera amigable” con el ambiente y segura para los manipuladores al deshacerse de los mismos. Actualmente uno de los principales y graves problemas es el desechar este tipo de basura, porque la mayoría de aparatos electrónicos contiene elementos tóxicos que al no ser adecuadamente gestionados o tratados en su eliminación producen grandes daños al medio ambiente afectando por lo tanto a todos su componentes y particularmente al ser humano.


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METODOLOGÍA A través de una recopilación bibliográfica, se busca conocer la situación actual de: los principales aparatos electrónicos que mayormente están siendo utilizados por la humanidad, los tiempos de vida útil o de renovación, su composición e identificación de los elementos peligrosos para el medio ambiente, las formas de deshacerse y las propuestas de parte de Organismos especializados. APARATOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS CONVERTIDOS EN DESECHOS En la actualidad la línea de separación entre la electrónica y la electricidad es ligera, demasiado pequeña, por no decir nula, por lo tanto de manera general se define como aparto o equipo eléctrico y electrónico a todo aquel que funcione adecuadamente a base de electricidad como fuente de energía. Estos aparatos cuando dejan de ser utilizados porque han cumplido con su ciclo de vida útil para una necesidad determinada, pasan a constituirse como todo en la vida en elementos llamados residuos o desechos cuya nomenclatura en español es RAEE (Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos) o en Inglés WEEE (Waste Electrical and Electronical Equippament). Por todos es conocido que estos aparatos son utilizados tanto a nivel industrial, comercial, educativo, doméstico y personal, pues representan ventajas competitivas y marcan el grado de paridad en su avance con el desarrollo tecnológico. Por tanto es necesario identificar a los principales aparatos que con el tiempo se convierten en residuo, pudiéndose mencionar a los siguientes: 1. Tarjetas electrónicas utilizadas en el control industrial. 2. Herramientas eléctricas. 3. Lámparas fluorescentes. 4. Computadores de escritorio. 5. Computadores portátiles. 6. Monitores. 7. Impresoras. 8. Scanners. 9. Video Cámaras. 10. Equipos de Audio. 11. Televisores. 12. DVD. 13. Juguetes electrónicos. 14. Teléfonos Fijos. 15. Teléfonos Móviles. 16. Electrodomésticos en general. Basta una simple inspección no tan rigurosa, para darnos cuenta que la gran mayoría de estos aparatos están constituidos por elementos como: metales, vidrios y plásticos que por el tipo de inspección en primera instancia no parecerían constituirse en un problema salvo por el espacio que ocuparían en los vertederos al ser eliminados. Según el Ing. Néstor Alonso Castellanos y demás coautores en su trabajo


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“LA CHATARRA ELECTRÓNICA, LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Y SU EFECTO ECONÓMICO”, presentado en el XVI Forum de Ciencia y Técnica en la Habana, Cuba 2005, los desechos electrónicos generalmente están constituidos por: Polímeros en un 30% (plásticos) Oxidos refractarios en un 30% (cerámicos) Metales en un 40%. A su vez a los metales presentes en la chatarra electrónica se los puede dividir en dos grupos: 1. Metales Básicos a. Cobre del 20% al 50% b. Hierro del 8% al 20% c. Níquel del 2% al 5% d. Estaño del 4% al 5% e. Plomo aproximadamente 2% f. Aluminio del 2% al 5% g. Zinc del 1% al 3% 2. Metales preciosos a. Oro de 170g a 850g aproximadamente el 0.1% b. Plata de 198g a 1698g aproximadamente el 0.2% c. Paladio de 3g a 17g aproximadamente el 0.005%. Un análisis más profundo, revela por ejemplo: 1. Que entre los metales, no solamente se encuentran los ya mencionados, sino también el bismuto y los denominados metales pesados como el arsénico, el cadmio, el cromo, el mercurio, el plomo y el selenio. 2. Diversos tipos de plásticos con o sin retardante de llama. 3. La presencia de vidrio en aparatos visualizadores como las modernas pantallas de cristal líquido o los tradicionales tubos de rayos catódicos. 4. La presencia de dispositivos como acumuladores, pilas y baterías, capacitores, resistores, relés, sensores, conductores, circuitos impresos, medios de almacenamiento de datos, elementos de generación de luz, sonido y calor, etc. COMPONENTES PELIGROSOS EN LOS DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS. Entre los componentes de los elementos eléctricos y electrónicos, se encuentran sustancias y materiales tóxicos, como los metales pesados, los Bifenilos Policlorados, los Éteres Bifenílicos Polibromados y materiales que al incinerarse en condiciones inadecuadas son precursores de la formación de otras sustancias tóxicas como las dioxinas y los furanos, todas estas ambientalmente problemáticas.


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Por esta razón, la implementacion del RAEE (Reciclado de Aparatos Electricos y Electrónicos), se viene constituyendo en un grave problema ya que por ejemplo: “cada monitor de computadora o pantalla de televisor contiene entre 2 y 8 libras de plomo” (Martínez, 2008). “Ese plomo lo absorbemos cuando esa pantalla va a un tiradero en el campo, en el suelo, a lo largo de los años se desintegra y, cuando llueve, pasa a lo mantos freáticos. Eventualmente, a largo plazo, tomaremos agua de ahí, entonces nos llegará el plomo al organismo” (Daniel, 2008). De la misma manera al acumularse al aire libre, los demás componentes peligrosos, contaminarán el suelo, el agua y el aire seguramente provocando en poco tiempo el aparecimiento de problemas graves de salud. A continuación y con la ayuda de las Fichas Internacionales de Seguridad Química, se hace una caracterización de los componentes peligrosos, con el propósito de aportar con argumentos, del porqué los RAEE se están constituyendo en un gran problema para la humanidad. Plomo Se presenta como plomo u óxido de plomo, en soldaduras, en placas de baterías, en los tubos de rayos catódicos de los computadores y televisores. Se calcula que un televisor contiene cerca de 2 kg.de plomo y un computador personal cerca de 0,4 kg. Se puede absorber por inhalación del aerosol y por ingestión. La evaporación a 20°C (temperatura ambiente) es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente una concentración nociva de partículas en el aire. La exposición de corta duración puede causar efectos en el tracto gastrointestinal, sangre, sistema nervioso central y riñón, dando lugar a cólicos, shock, anemia, daño renal y encefalopatías. La exposición puede producir la muerte. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica. La exposición prolongada o repetida puede afectar al tracto gastrointestinal, sistema nervioso, sangre, riñón y sistema inmunológico, dando lugar a cólicos graves, parálisis muscular, anemia, cambios en la personalidad, retardo en el desarrollo mental, nefropatías irreversibles. Puede causar retardo en el desarrollo en los recién nacidos. Posibilidad de efectos acumulativos. Esta sustancia puede ser peligrosa para el ambiente; debería prestarse atención especial al aire y al agua. En la cadena alimenticia referida a los seres humanos tiene lugar bioacumulación, concretamente en vegetales y organismos acuáticos, especialmente en los peces. Mercurio Se estima que más del 90% del mercurio de los RAEE proceden de las pilas y sensores de posición, aunque también se lo encuentra aunque en pequeñas cantidades en los relés y tubos fluorescentes. Se lo puede absorber por inhalación, a través de la piel y también como vapor. Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar muy rápidamente una concentración nociva en el aire. Por exposición de corta duración, la inhalación del vapor puede originar neumonitis. El mercurio puede causar efectos en el riñón y en el sistema nervioso central. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica. Por exposición prolongada o repetida, la sustancia puede afectar al sistema nervioso central y al riñón, dando lugar a inestabilidad emocional y psíquica, temblores, alteraciones cognitivas y del habla. Peligro de efectos acumulativos. La


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experimentación animal muestra que esta sustancia posiblemente cause efectos tóxicos en la reproducción humana. En cuanto al medio ambiente, esta sustancia es muy tóxica para los organismos acuáticos. En la cadena alimenticia referida a los seres humanos tiene lugar bioacumulación, concretamente en los peces. Cadmio Se estima que más del 90% del cadmio de los RAEE procede de las pilas recargables, también se lo encuentra en determinados componentes de los circuitos impresos y es utilizado como estabilizador en el PVC. Al cadmio se lo puede absorber por inhalación del aerosol y por ingestión. La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente una concentración nociva de partículas en el aire. Por efecto de una exposición de corta duración la sustancia irrita los ojos y el tracto respiratorio. La inhalación del humo puede originar edema pulmonar y fiebre de los humos metálicos. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. Se recomienda vigilancia médica. Los pulmones pueden resultar afectados por la exposición prolongada o repetida a las partículas de polvo. La sustancia puede afectar al riñón, dando lugar a proteinuria y disfunción del riñón. Esta sustancia es probablemente carcinógena para los seres humanos. Bario Se lo utiliza generalmente en los paneles frontales de los tubos de rayos catódicos con el propósito de proteger de la radiación a los usuarios. El bario se puede absorber por ingestión. La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. “Estudios han demostrado, que ciertas exposiciones al bario han causado aumento y endurecimiento del cerebro, flaqueza muscular, daños al corazón y al hígado” (BAN, 2002). Cromo El cromo metálico de la forma cromo 0, se encuentra presente en los elementos ferrosos o acerados pues es un componente de este. El cromo VI conocido como hexavalente se usa en el cromado en las tinturas y pigmentos. El cromo se puede absorber por inhalación del aerosol y por ingestión. La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente una concentración nociva de partículas en el aire cuando se dispersa. El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel. “La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha determinado que el cromo hexavalente es carcinógeno en seres humanos; en el mismo sentido el Department of Health and Human Services (DHHS) de los Estados Unidos ha determinado que ciertos compuestos de cromo hexavalente producen cáncer en seres humanos y, la Environmental Protection Agency de Estados Unidos ha establecido que el cromo hexavalente en el aire es carcinogénico en seres humanos” (Roman). Arsénico Se lo encuentra en los tubos de rayos catódicos antiguos. El Arsénico se puede absorber por inhalación del aerosol, a través de la piel y por ingestión. La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente una concentración nociva de partículas en el aire. Debido a la exposición de corta duración la sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La sustancia puede causar efectos en el sistema circulatorio, sistema nervioso, riñón y tracto gastrointestinal, dando lugar a convulsiones, alteraciones renales, graves hemorragias, pérdida de fluidos y electrolitos, shock y muerte. La exposición puede producir la muerte. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata.


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Se recomienda vigilancia médica. El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. El contacto prolongado o repetido puede producir sensibilización de la piel. La sustancia puede afectar a las membranas mucosas, piel, riñón e hígado, dando lugar a neuropatías, desórdenes en la pigmentación, perforación del tabique nasal y alteraciones tisulares. La sustancia es carcinógena para los seres humanos. El Arsénico es tóxico para los organismos acuáticos. Se aconseja firmemente impedir que el producto químico se incorpore al ambiente. Selenio Generalmente está presente en los tableros de circuitos como rectificador de suministro de energía. El Selenio se puede absorber por inhalación, a través de la piel y por ingestión. La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente una concentración nociva de partículas en el aire por dispersión. Por efecto de una exposición de corta duración la sustancia irrita los ojos y el tracto respiratorio. La inhalación del polvo puede originar edema pulmonar. La inhalación del humo puede originar síntomas de asfixia, escalofríos, fiebre y bronquitis. Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata. El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis. La sustancia puede afectar al tracto respiratorio, al tracto gastrointestinal y a la piel, dando lugar a náuseas, vómitos, tos, coloración amarilla de la piel, pérdida de uñas, aliento aliáceo y alteraciones dentales. Los Bifenilos Policlorados (PCB) Poseen magnificas propiedades dieléctricas, y de longevidad, no son inflamables y son resistentes a la degradación térmica y química. Los (PCB) tienen 12 congéneres a los que la Organización Mundial de la Salud ha asignado factores de equivalencia de toxicidad por su comportamiento parecido en este aspecto al de la dioxina. Antes de ser prohibidos eran utilizados en la fabricación de: transformadores eléctricos, condensadores eléctricos, reactancias de lámparas, interruptores eléctricos, relés y otros accesorios, cables eléctricos, motores eléctricos y electroimanes, además era utilizado como plastificante en cloruro de polivinilo, neopreno y otras resinas artificiales. Los Terfenilos Policlorados (PCT) Poseen propiedades físicas y químicas muy parecidas a las de los PCB por lo que se les utilizaron en las mismas aplicaciones, son prácticamente insolubles en agua y muy resistentes a la degradación, además de ser menos volátiles que los PCB. Las cantidades que se utilizaron en aplicaciones eléctricas fueron muy pequeñas. Los Bifenilos Policromados (PBB) Son sustancias sólidas o cerosas a temperatura ambiente. Son prácticamente insolubles en agua y sumamente resistentes a la degradación. Los PBB se utilizaban fundamentalmente como retardadores de llama. Se añadían al plástico de acrilonitrilo butadieno estireno, a las pinturas, lacas y a la espuma de poliuretano. Los RAEE que contengan o estén contaminados con PCB, PCT o PBB están constituidos por elementos como: condensadores, disyuntores, cables eléctricos motores, electroimanes, interruptores, transformadores, reguladores de voltaje, disolventes, selladores, pinturas, fluidos dieléctricos y plásticos.


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Retardantes de llama Son químicos que se agregan a los componentes plásticos (carcasas) en el caso de los equipos electrónicos, con el propósito de evitar que el fuego se esparza con facilidad. Los más utilizados son los siguientes: 1. Éteres de Polibromodifenilos (PBDEs) Son químicos ambientalmente persistentes, algunos altamente bioacumulativos y con capacidad de interferir en el desarrollo normal del cerebro de los animales. Existe la sospecha de que varios de estos PBDSs son disruptores endócrinos y que presentan facilidades para interferir a las hormonas relacionadas con el crecimiento y el desarrollo sexual. Existen estudios en los cuales se ha comprobado que afectan al sistema inmunológico. 2. Tetrabromobisfenol – A (TBBPA) Se ha comprobado que pueden interferir con las hormonas tiroideas, que tienen efectos sobre el crecimiento y el desarrollo, se cree además que presentan efectos potenciales sobre otros sistemas hormonales, sobre el sistema inmunológico, el hígado y los riñones. 3. Fosfato de Trifenilo (TPP) Es sumamente tóxico para la vida acuática, es un fuerte inhibidor de un sistema de enzimas vitales en la sangre humana. Puede causar dermatitis por contacto en algunas personas y es un posible disruptor endócrino. IMPACTO AMBIENTAL Como ya se mencionó anteriormente este tipo de desecho es el de mayor crecimiento en los últimos años, y crece de manera paralela al aumento en el consumo o utilización de nuevos y modernos aparatos eléctricos y electrónicos. Por poner tan solo un ejemplo de este crecimiento vertiginoso en el siguiente cuadro se presenta las ventas anuales en seis países representativos de América Latina y el Caribe de PC´s que en pocos años se convertirán en basura:


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De acuerdo a la descripción que se hizo de los principales componentes de estos aparatos y equipos, su eliminación al dejar de ser utilizados provocan los siguientes efectos: 1. Por su peso y volumen ocupa gran cantidad de espacio al ser enviados como basura convencional a los llamados vertederos. Al no gestionar técnicamente su eliminación total, el gran peligro constituye la contaminación del suelo, del aire y del agua con sustancias que tóxicas para la salud humana que inclusive pueden resultar de la interacción con el medio ambiente que también resultará contaminado acarreando consecuencias sumamente negativas. 2. La presencia de muchas personas en los vertederos, gestionando de manera antitécnica este tipo de residuos, con el propósito de obtener de ellos plástico, metales, vidrio y otros materiales con el grave riesgo de resultar afectados por las sustancias toxicas propias de estos aparatos o de las que se producen como resultado de la interacción con el medio ambiente. 3. La imposibilidad de un reciclado fácil, rentable, seguro para los seres humanos y de baja contaminación para el medio ambiente, provoca grandes consumos de energía y recursos naturales. “Y la situación empeora si se considera el uso de los recursos en el sector electrónico. Fabricar un PC con una pantalla plana de 17 pulgadas, demanda 240 kg de combustible fósil, 22 kg de productos químicos 1500 litros de agua. Otro ejemplo: una planta de chips consume 7 millones de litros de agua cada día” (Duery, 2007). Como una consecuencia en el crecimiento de la tasa de renovación tecnológica y la gran acumulación de equipos que han cumplido su ciclo de vida, los aparatos electrónicos y sus residuos crecen más rápido que la implementación de nuevos equipos y mucho más que la conciencia ambiental junto con su normativa y los programas eficaces para su manejo que se fomenten. En el siguiente gráfico se muestra este comportamiento con lo que se llama la “Ley de la basura electrónica" (Prince, 2006).

Figura : Ley de la Basura Electrónica


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Fuente: Primer Taller de Reciclaje SUR- IDRC GESTION DE LOS RAEE EN LOS PAISES EN DESARROLLO. Según la Organización Ambientalista Basel Action Network (BAN), con sede en la ciudad estadounidense de Seattle “Unos 500 contenedores cargados con un volumen equivalente a 400000 monitores de computadora o 175000 aparatos de televisión ingresan a Lagos capital comercial de Nigeria al mes” (Olucoya, 2008). A Lagos ingresan con gran facilidad artículos importados de segunda mano por su bajo costo que en su mayoría son descartados poco tiempo después, creándose un gran problema ambiental y de salud para los habitantes que se encuentran cerca de los vertederos que se forman, debido que la gran mayoría de estos desechos son quemados al aire libre, emitiendo partículas tóxicas. “En un informe realizado en febrero del 2002 por los grupos BAN (Basel Action Network) y SVTC (Silicon Valley Toxics Coalition), apoyados por Greenpeace China, Toxics Link India y SCOPE de Pakistán, existen denuncias de que cerca del 80% de los residuos de aparatos electrónicos generados en los Estados Unidos serán exportados para China, Pakistán e India para ser reciclados, donde las tareas se realizaban en malas condiciones ambientales y sin ninguna precaución a la salud de los trabajadores” (Casia). “Según un artículo de la revista Time, la gran mayoría de la basura de equipos electrónicos termina en países como China, India y Nigeria donde se encargan de su despacho” (Martínez, 2008). En el Ecuador, no existe una política para gestionar este tipo de residuos ni de parte del Ministerio del Ambiente, ni de la Dirección de Medio Ambiente del Distrito Metropolitano de Quito. Se pudo conocer de manera preliminar que existen dos gestores en Quito: La Fundación Hermano Miguel y Servercompu, que desarman y extraen los componentes que pueden ser utilizados localmente, para según dijeron el resto exportar a Europa en donde existe la tecnología apropiada para seguir reciclándolos o eliminarlos por completo. Pero pocos conocen de su existencia y generalmente lo que se ve es que los habitantes abandonan en la vía pública los aparatos cuando ya no le son útiles los mismos que terminan en los botaderos de basura o en las casas de gente muy humilde que cree que podrá hacerlos funcionar. Por lo tanto es en los países en desarrollo como el nuestro que debe existir una gran preocupación por conocer las alternativas de gestión de este tipo de desechos de manera técnica a fin de no comprometer la calidad del ambiente y la salud de los seres humanos. GESTIÓN DE LOS RAEE, BUSCANDO EL RECICLAJE Con el propósito de gestionar los desechos electrónicos, la UNU, el Programa de Medio Ambiente de la ONU, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, algunas Universidades del mundo y empresas como Dell, Microsoft, HP y Philips, crearon la iniciativa “Solucionar el problema de la e-basura”. “Este proyecto busca, entre otras cosas, homogenizar los procesos de reciclado en el mundo con el fin de que los componentes valiosos sean recuperados” (Aguayo, 2007). Una de las principales compañías dedicadas a esta actividad es Hong Kong Recycling Company, empresa que puede llevar hasta 70000 libras en solo furgón, puede pagar de 20 a 25 centavos por libra.


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Los teléfonos, computadoras, televisores y demás aparatos eléctricos y electrónicos, generalmente pasan por un proceso de desarmado manual, seleccionando los componentes que aún pueden ser utilizados en la fabricación de nuevos productos, de la industria electrónica principalmente. “Según Carlos Arizaga gerente de Seguridad y Medio Ambiente de TCG en México y Brasil: Al residuo se le da un valor en la cadena productiva por lo que automáticamente deja de ser residuo, ya que se le da otro uso y no va a los rellenos sanitarios. Desde el punto de vista ambiental, al entregarlos (los componentes) a otros procesos, colaboramos a que la naturaleza no sea explotada” (Daniel, 2008). Actualmente existen empresas en Bélgica, Japón, China, Singapur y Estados Unidos que reciben los remanentes de aparatos electrónicos procedentes de cualquier parte del mundo para reciclar y elaborar otros productos. Como ejemplos en este tipo de actividad vale la pena mencionar los siguientes: 1. Aproximadamente hace 19 años el consorcio transnacional Hewlett-Packard, comenzó el reciclado de componentes electrónicos a través de la corporación transnacional Micro Metallics que inicialmente procesó aproximadamente 18000 toneladas anuales. 2. En el año 2002, Micro Metallics, abrió una novedosa estación de reciclaje en Roseville, EE.UU. Ellos transportan productos entre otros procedentes de: Hewlett-Packard, Compaq, Xerox, Digital Equipment Corp y Sol Microsystems. Movilizan diariamente veinte semirremolques desde todos los estados los componentes reciclables. Las computadoras que resultan de actualizaciones de oficinas y que llegan “intactas”, se limpian se prueban y se certifican para la reventa en el mercado de uso, las restantes se desmantelan para su reciclado. Los plásticos de las computadoras inutilizables, se clasifican de acuerdo a sus características físicas y químicas y se envían a los fabricantes, quienes los funden para elaborar sus nuevos productos. “El reciclaje de la chatarra electrónica ha desarrollado algunas técnicas muy refinadas que han sobrepasado el de la industria de reciclaje de los vehículos” (Castellanos, 2005). RESULTADOS Y DISCUSIÓN La industria de aparatos y equipos eléctricos y electrónicos, es una de las de mayor crecimiento en la actualidad, producida por la demanda cada vez más grande en todos los lugares del planeta por las facilidades que prestan en el desenvolvimiento y desarrollo de todas las actividades humanas. A la par, al ser declarados como elementos inservibles, declaración que cada vez se la hace en períodos de tiempo más cortos, pues esa es la característica de duración que está prevaleciendo en este tipo de aparatos, crece el problema serio de cómo deshacerse de esta de basura, desecho o residuo. Existen ya consideraciones ambientales por el impacto negativo que están causando y que se acentuaría si no se implementan de manera técnica procesos para fabricarlos, para identificarlos, ubicarlos, recolectarlos, transportarlos, desarmarlos, reutilizar partes


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con las cuales se pueden elaborar nuevos productos, reciclar componentes, y por último eliminarlos sin contaminar el medio ambiente ni afectar a la salud humana. Como es lógico para disminuir los efectos del problema, lo ideal sería consumir el mínimo de elementos que resulten tóxicos en cualquier etapa de la existencia del aparato y al mismo tiempo buscar reemplazar estos por elementos más amigables para el ambiente y el ser humano. De todas maneras el problema está presente y afectando ya sea de manera directa o indirecta tanto a países industrializados como en vías de desarrollo, por lo que las soluciones tienen que ser integrales, normalizadas y acogidas por la humanidad entera antes de que se convierta en algo irreversible o demasiado costoso su solución o remediación. Se está avanzando en el reciclaje como parte de la solución, pero actualmente el 90% de los equipos acaban en los vertederos después de haber sido abandonados en la calle o lanzados sin ningún criterio en contenedores que los transportarán. Vale la pena recalcar que de este tipo de basura, cerca del 50% es metal que puede ser extraído y reprocesado, el resto es plástico y vidrio que puede seguir el mismo camino y que por lo tanto puede adquirir valor económico, beneficiando a quienes de manera técnica la gestionen. Como una vía para frenar el crecimiento de la basura electrónica se ha presentado la iniciativa “Solucionar el problema de la e-basura” (STEP, por sus siglas en inglés), por el Programa del Medio Ambiente de Naciones Unidas (PNUD), universidades de los cinco continentes y empresas como Dell, Microsoft, Hewlett Packard y Philips, entre muchas otras con el propósito de estandarizar el reciclado en el mundo, extender la vida útil de los aparatos y homogenizar las legislaciones. Por último creo que es imperioso que en el país se comience a crear conciencia de la generación de este tipo de basura, para que desde las instancias de poder correspondientes se implementen medidas probadas, que tiendan a disminuir tanto la generación como la gestión antitécnica y desorganizada que trae consigo la contaminación del medio ambiente perjudicando como siempre al ser humano. BIBLIOGRAFÍA Aguayo Olivia. Lucha la ONU contra e-basura. Reforma (México D.F., México). Marzo 12, 2007. Angela Cassia Rodrigues. El Crecimiento de los Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos fuera de uso: El Impacto Ambiental que presentan. http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/mexico2005/cassia.pdf Castellanos Néstor Alonso. La chatarra electrónica, la contaminación ambiental y su efecto económico. XVI Forum de Ciencia y Tecnología. La Habana Cuba. 2005 Daniel Santiago. El camino que sigue tu basura electrónica. El Norte (México D.F., México). Enero 23, 2008. Duery A. Lilian. La basura electrónica crece el triple que la domiciliaria. El Mercurio de Chile. Marzo12, 2007 Martinez Rivera Carlos. A China la basura electrónica. El Nuevo Día de Puerto Rico. Julio 20,2008. Prince Alejandro. Presentación en el primer Taller de Reciclaje SUR-IDRC, Brasilia 2006. Olukoya Sam. Ambiente- Nigeria: Bajo la Basura Electrónica. Noticias en Español. Enero28, 2008. Román Moguer Guillermo. Diagnóstico sobre la generación de basura electrónica en México. Julio del 2007.

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