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CAPITULO I: GENERALIDADES DE LA ELECTRICIDAD
PRINCIPIOS DE LA GENERACIÓN DE LA ELECTRICIDAD
Como definición, la electricidad es un tipo de Energía invisible
capaz de realizar un trabajo de transformación en luz, calor,
movimiento, etc.
El nombre "Electricidad", se supone, es debido a que este tipo
de energía se produce debida a la separación o movimiento de
ciertas partes constituyentes del átomo, denominadas
electrones.
La electricidad puede ser producida por diferentes procesos
según sea el grado de utilización que se le quiera dar. Entre los
principales de producción se encuentran:
ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR FROTAMIENTO
Al frotar materiales con determinadas características se obtiene
una tensión eléctrica producto de un desequilibrio de cargas.
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ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR TRACCIÓN O PRESIÓN
EN CRISTALES
Al variar la tracción o la presión aparece una diferencia de
cargas entre las superficies de determinados cristales, por
ejemplo el cuarzo, El valor de la diferencia de cargas depende
de la intensidad del esfuerzo exterior.
ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR CALOR
Al calentar el punto de contacto de dos metales diferentes
aparece una pequeña tensión. El valor de esta tensión depende
de la temperatura. Este fenómeno se utilice para efectuar
medidas de temperatura, usando lo que se denomina par termo
eléctrico o termocupla.
ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR LUZ
Cuando la luz incide sobre determinados materiales (silicio,
germanio, selenio), provoca una separación de cargas. Este
fenómeno se utiliza, por ejemplo, en los fotómetros, y para la
obtención de tensión en los satélites artificiales.
ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR PROCESOS QUÍMICOS
Cuando se sumergen dos conductores diferentes en un liquido
conductor, también se produce una separación de cargas,
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fenómeno que se utiliza en todas las fuentes de tensión
electroquímicas.
La celda voltaica
Una pila química voltaica es una combinación de materiales que
se usan para convertir energía química en energía eléctrica. La
pila química consiste de dos electrodos de distinta especie de
metal o de compuesto metálico y un electrolito, que es una
solución capaz de conducir corriente eléctrica. Se forma una
batería cuando se conectan dos o más celdas.
ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR ELECTROMAGNETISMO
Se obtiene al mover una bobina en un campo magnético, o la
mover un imán en una bobina fija. Este procedimiento se utiliza,
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por ejemplo, en los generadores de las centrales eléctricas,
como también en la dinamo de una bicicleta.
LA CORRIENTE ELECTRICA
GENERAL1DADES
La corriente eléctrica es producida por generadores. Tales como las pilas, los acumuladores, los dínamos y los alternadores.
Este ultimo tipo de generadores es utilizado para la producción industrial de la corriente eléctrica
Los alternadores, instalados en las plantas, son generalmente movidos por turbinas hidráulicas o térmicas.
Las plantas hidráulicas utilizan la energía de las caídas de agua
Las plantas térmicas utilizan la energía del vapor de agua
La energía necesaria, para la transformación del agua en vapor
puede ser obtenida con la combustión del carbón, petróleo o derivados, gas o por reacción nuclear
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CAPITULO II: PROCESO DE PRODUCCIÓN DE
ELECTRICIDAD EN CENTRALES ELÉCTRICAS
La producción de energía eléctrica tiene como objetivo, disponer
de un potencial de valor deseable para alimentar determinados
sistemas industriales y/o consumos tales como viviendas.
Para producir la energía es necesario disponer de una maquina
motriz que se mueva a través de un eje a una máquina giratoria
que produce tensión alterna, denominada alternador. Este
alternador puede ser movido, por ejemplo, a través de un motor
de explosión.
Otro sistema muy utilizado es el sistema hidráulico, en donde el
agua cumple la función de mover turbinas, las cuales las
encargadas de generar el potencial alterno, ya sea por un efecto
de presión de agua o por caída de agua.
El otro método para mover a un alternador, es disponer de una
turbina del tipo térmica, la cual es movida por vapor de agua
que circula a elevada a presión. Los alternadores en general,
son máquinas de grandes potencias, preparadas para producir
tensiones que fluctúan entre 5KV. a 13.8KV. Aproximadamente.
TIPOS DE CENTRALES
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Una central eléctrica esta constituida por una maquina motriz
que mueve a un generador de tensión alterna del tipo trifásico,
cuyas tensiones generadas están desfasadas entre sí, en un
ángulo de 120°.
Como se indicó anteriormente, existen diferentes tipos de
centrales, dentro de las cuales se pueden destacar las
hidráulicas y las térmicas.
En el caso de la central del tipo hidráulica se distinguen, entre
las mas utilizadas, las siguientes:
a) Una que funciona por efecto de una caída de agua de gran
altura, donde un tubo metálico sirve de conductor al agua,
y la lleva hacia un par de turbinas colocadas en los
extremos del eje que mueve al alternador. Este tipo de
turbina se denomina Pelton y se dispone en forma
horizontal.
La turbina Pelton (tipo cuchara), dispone de dos entradas
de agua de iguales volúmenes, esto implica que para cada
unidad existen dos válvulas de acceso, y en cada válvula el
agua se divide a través de dos inyectores, los cuales hacen
girar la turbina en un sentido anti horario.
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Todo generador del tipo alterno necesita mantener una
frecuencia constante, y para este propósito cada unidad
deberá llevar un regulador de frecuencia que normalmente
es del tipo mecánico denominado taquímetro, el cual
funciona montado en el eje de la misma máquina operando
por efecto de la fuerza centrífuga.
Cada unidad lleva en un extremo del eje un componente
denominado excitatriz, el cual, es generador de C.C. que
envía su energía generada a los polos inductores del rotor
de la máquina.
b) El otro tipo de central hidráulica es la denominada de
presión de agua, la cual dispone de un embalse de
grandes dimensiones, y bajo el nivel del agua se ubica una
tubería por donde entrará con una elevada presión hacia
las tuberías. Según lo anterior, este tipo de central queda
generalmente ubicada aguas abajo del muro que contiene
el agua, y en muchos casos, este tipo de central queda
ubicada en el interior del muro.
La tubería utilizada en este tipo de centrales es la
denominada Francis, si se dispone de un gran volumen de
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agua; en cambio si el volumen de agua disponible es bajo,
se emplea una tubería denominada Kaplan. Tanto la
turbina Francis como la Kaplan, normalmente trabajan
dispuestas verticalmente.
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QUE ES LA CORRIENTE ELECTRICA
Para contestar a esta pregunta, es necesario recordar nociones sobre la constitución de la
Todos los cuerpos pueden ser clasificados en dos
categorías en dos
Los cuerpos simples
Los cuerpos compuestos
La mas pequeña partícula de un cuerpo conservando l as mismas propiedades del
mismo, es llamada: M O L E C U L A
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Una molécula comprende generalmente:
Átomos idénticos si se trata de un cuerpo simple.
Átomos diferentes si se trata de un cuerpo compuesto
¿CUAL ES LA CONSTITUCION DE UN ATOMO?
Un núcleo incluyendo:
PROTONES y
NEUTRONES
Electrones, partículas muy pequeñas que gravitan a gran velocidad alrededor del núcleo.
En un átomo, los electrones y los protones son en número igual, pero de carga eléctrica diferente.
EL PROTON : PARTICULA POSIT1VA
EL ELECTRON: PARTICULA NEGATIVA
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En ciertos cuerpos, los electrones periféricos salen con facilidad de su órbita (última capa no saturada), y se desplazan de un átomo hacia otro
de manera desordenada. Se llaman:
ELECTRONES LIBRES
El desplazamiento natural de los electrones libres pueden ser organizados este movimiento de conjunto, que se provoca
constituye la circulación de la corriente
CUERPOS QUE POSEEN ELECTRONES LIBRES
Movimiento organizado de los electrones libres
Movimiento desordenado de los electrones de un átomo hacia otro
CUERPOS QUE POSEEN ELECTRONES
LIBRES
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¿CÓMO OBTENER UNA CORRIENTE
¿ELECTRICA?
CONDUCTORES
Asegura la transmisión de este
movimiento
RECEPTOR
Utiliza la corriente eléctrica
(Transformación de energía mecánica,
calorífica, etc.)
GENERADOR
Organiza el movimiento de los electrones 1ibres
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El conjunto de elementos constituye un circuito eléctrico. El desplazamiento de los electrones se
efectúa solamente cuando el circuito está cerrado
Un interruptor permite la apertura o el cierre del
circuito
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¿SON TODOS LOS CUERPOS CONDUCTORES?
INTERRUPTOR ABIERTO = Circuito abierto
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CORRIENTE ELÉCTRICA
FLUJO DE ELECTRONES
En un conductor, los electrones libres son cargas que podemos
poner en movimiento con facilidad relativa aplicando una
diferencia de potencial. Si entre los extremes de un alambre de
cobre se aplica una diferencia de potencial, el voltaje aplicado
hace que los electrones se desplacen.
Flujo de electrones
Flujo Convencional
Conductor
- +
Batería 1,5 (V)
Electrones Libres en
Movimiento
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Movimiento de electrones producido por una diferencia potencial
El movimiento o flujo de electrones, orientados en un solo
sentido, a través de un conductor, se denomina Corriente
Eléctrica.
Estos experimentos generalizados permiten clasificar los cuerpos en dos categorías
Electrones libres(Ultima capa no saturada)
Son buenos conductores a grados diversos:
Todos los minerales
El agua impura.
El carbono.
etc...
Son malos conductores a grados diversos:
El caucho.
El vidrio.
El papel.etc...
electrones (Ultima capa saturada)
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EFECTO CALORICO: El filamento de la lámpara
se calienta
EFECTO MAGNETICO: El núcleo de fierro es
atraído.
EFECTO QUIMICO. El electrodo negativo
aumenta de volumen
INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELECTRICA
¿COMO SE MANIFIESTA LA CORRIENTE ELECTRICA EN UN RECEPTOR?
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¿DE QUE DEPENDE LA IMPORTANCIADE LOS EFECTOS PRODUCIDOS?
El efecto producido depende de la INTENSIDAD DE LA CORRIENTE. SIMBOLO "I"
Es decir el número de electrones que atraviesan el receptor durante 1 segundo.
Esta magnitud cuya unidad es el AMPERIOSímbolo "A" se mide con un AMPERIMETRO
¿QUE SE ENTIENDE POR CANTIDAD DE ELECTRICIDAD?
La intensidad de la corriente representa un desplazamiento de electrones por segundo. LA CANTIDAD DE ELECTRICIDAD,
representa el número de electrones, que atraviesan al receptor durante toda la duración de su funcionamiento
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INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA
La cantidad de electrones (carga eléctrica) que se desplazan
por un cuerpo conductor en el tiempo de un segundo se
denomina Intensidad de Corriente Eléctrica. Se designa por
“I”, su unidad de medida es el Amperio y se mide con un
instrumento denominado amperímetro o ampermetro.
La definición de corriente puede expresarse por la siguiente
ecuación:
Donde:
I: Intensidad de corriente en amperes
Q: Carga Eléctrica en Coulomb
T: Tiempo en segundos
I = Q
T
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Unidades de Medida
1 Mega
Amper
(MA) 1000000(A) /1 x
10*
(A)
1 Kilo
Amper
(KA) 1000(A) /1 x
103
(A)
1 Amper (A) 1(A)
1 mili
Amper
(mA) 0,001(A) /1 x
10-3
(A)
1 micro
Amper
(MA) 0,000001(A) /1 x
10-6
(A)
EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
Efecto calórico
En los aparatos tales como calefactores, cautines, planchas,
hornos a resistencia, etc. Se utiliza el efecto calórico de la
corriente eléctrica que circula por un delgado hilo metálico, y
provoca un calentamiento de éste
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Efecto Lumínico
Los gases también pueden conducir una corriente eléctrica en
determinadas condiciones. En los fluorescentes y en las
lámparas de vapor de sodio se utiliza para la obtención de la
luz.
Efecto Magnético
Todo conductor por el que circula una corriente, crea en la
periferia de este un campo magnético. Este efecto puede
aumentarse enrollando los conductores de algún núcleo.
Efecto Fisiológico
Se presenta cuando circula la corriente a través del cuerpo
humano o de animales, dando lugar a convulsiones del sistema
nervioso central.
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CAPITULO III: PRINCIPIOS DE LA ELECTRICIDAD Y LEY DE
OHM
TENSIÓN ELÉCTRICA O DIFERENCIA DE POTENCIAL:
Debido a la fuerza de su campo eléctrico, una carga eléctrica
tiene la capacidad de efectuar un trabajo al mover a otra carga
por atracción o repulsión. La capacidad de una carga para
realizar un trabajo se llama potencial. Cuando dos cargas no
son iguales, debe haber entre ellas una diferencia de potencial.
Una forma práctica de definir el concepto de tensión eléctrica
es: "Tensión eléctrica es la fuerza o presión que se ejerce
sobre los electrones para que se desplacen a través de un
circuito eléctrico".
La unidad de medida de la tensión o diferencia de potencial es
el Volt (V), se mide con un instrumento denominado Voltmetro o
Voltímetro.
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Unidades de Medida:
1 Mega
Volt (MV) 1000000 (V) /1 x 106 (V)
1 Kilo Volt (KV) 1000 (V) /1 x 103 (V)
1 Volt (V) 1 (V)
1 mili Volt (mV) 0,001 (V) /1 x 10-3 (V)
1 Micro
Volt (uV) 0,000001 (V) /1 x 10-6 (V)
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TENSIÓN
El generador origina el desplazamiento de los electrones (intensidad). Ejerce sobre ellos una "presión" que puede ser mas o menos importante.
Esta "presión" es llamada TENSIÓN ELECTR1CA "V" 6 "U" o diferencial potencial
Un mismo receptor puede ser recorrido por intensidades de corrientes diferentes
¿POR QUÉ?
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La tensión eléctrica se expresa en VOLTS (símbolo "V")
se mide con un VOLTMETRO
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RESISTENCIA ELÉCTRICA
La resistencia es la oposición al flujo de corriente. Para
aumentar la resistencia en un circuito, se usan componentes
denominados resistores o resistencias. Un resistor es un objeto
cuya resistencia al paso de la corriente tiene un valor especifico
conocido. La resistencia se mide en Ohms y en las ecuaciones
representa con el símbolo R. Un ohm se define como la
cantidad de resistencia que limita la corriente en un conductor a
un Amper cuando el voltaje aplicado al conductor es de un volt.
RESISTORES FIJOS
Un resistor fijo es el que tiene un solo valor de resistencia, y
permanece constante en condiciones normales.
Los dos tipos principales de resistores fijos son los que tienen
alguna composición de carbono y los de alambre tipo devanado.
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CODIGO DE COLORES
1º Franja 3º Franja
2º Franja Tolerancia
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Color 1° Franja 2° Franja 3° Franja Tolerancia
Ninguno --- --- --- ±20%
Plata --- --- 0-2 ±10%
Oro --- --- 0-1 ±5%
Negro --- 0 00 ---
Café 1 1 01 ±1%
Rojo 2 2 02 ±2%
Naranja 3 3 03 ---
Amarillo 4 4 04 ---
Verde 5 5 05 ±0,5%
Azul 6 6 06 ---
Violeta 7 7 07 ---
Gris 8 8 08 ---
Blanco 9 9 09 ---
Datos para la interpretación del código de colores de un resistor
fijo.
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Para utilizar esta tabla, se debe disponer el resistor de tal
manera que las franjas que se encuentran mas juntas queden a
la izquierda
LEY DE OHM
RESISTENCIA ELECTRICA
Dos receptores alimentados bajo la misma tensión son atravesados por intensidades de corriente diferentes.
¿POR QUE?
La intensidad de la corriente en un circuito eléctrico no depende únicamente de la
Tensión aplicada a sus bornes.
El experimento anterior muestra que un receptor se opone más o menos al
desplazamiento de los electrones.
Efectivamente, la intensidad de la corriente en R2 es más débil que en Rl.Se dice que la RESISTENCIA ELECTRICA DE R2 es más grande que la de
La resistencia eléctrica "R" se expresa en OHMS.
Símbolo OMEGA " "
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La intensidad de la corriente eléctrica (I) es directamente
proporcional a la diferencia de potencial aplicado (V) e
inversamente proporcional a la resistencia (R)
Lo anterior se puede expresar como:
I= Intensidad de corriente, se mide en Amperes (A).-
V= Tensión eléctrica, se mide en Volt (V)
R= Resistencia eléctrica, se mide en Ohm.-
I = V
R
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RESISTENCIA Y CAIDA DE TENSIÓN EN LOS
CONDUCTORES
Coeficiente de Resistividad [ RHO]
Los distintos materiales presentan un diferente grado de
oposición al paso de la corriente, teniendo todos el mismo
largo y sección.
El coeficiente se define como el grado de oposición que
presenta un determinado material conductor, al paso de la
corriente eléctrica por unidad de largo y sección. También
en conocida como resistividad especifica.
En la electrotécnica suele emplearse también el inverso de
la resistividad, la cual se denomina conductividad.
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RESISTIVIDAD Y CONDUCTIVIDAD DE MATERIALES
Material Resistividad
Ohm x M M 2
M
Conductividad
. M_____ .
Ohm x M M2
Plata 0,016 62
Cobre 0,018 56
Oro 0,022 44
Aluminio 0,028 36
Zinc 0,06 16,7
Latón 0,07 14,3
Hierro 0,1 10
Platino 0,106 9,4
Estaño 0,11 9,1
Plomo 0,208 4,8
Carbón 66,667 0,015
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Resistividad y conductividad de algunos materiales
Resistencia de los conductores
La resistencia de los conductores depende del largo, de la
sección y del tipo de material del cual está constituido
Rc= Resistencia del conductor se mide en Ohm
Rho= Resistividad del conductor en Ohmxmm2/metros
L= Largo del Conductor en metros
S= Sección del conductor en mm2
Rc=Rho x L
S
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LEY DE OHM
Los elementos que determinan la intensidad de la corriente en un receptor son:
La Tensión aplicada a sus bornes.
Su resistencia eléctrica.
Estudiaremos las variaciones de la corriente (I) en función de
(V) y de (R)
Un mismo receptor, una resistencia por ejemplo, es alimentado sucesivamente sobre dos tensiones diferentes
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CAIDA DE TENSIÓN EN LOS CONDUCTORES O VOLTAJE
PERDIDO (Vp)
La intensidad de la corriente varía proporcionalmente a la
TENSIÓN
Aplicamos de nuevo la Tensión inicial pero a una resistencia más pequeña.
La intensidad de la corriente varía inversamente proporcional a la Resistencia
En resumen: La intensidad de la corriente es:
Proporcional a V
Inversamente proporcional a R
Se puede entonces decir que:
I = V / REsta relación es la Ley de OHM que puede expresarse también:
V = R X I o R = V / I
Según los resultados del primer experimento calculemos el valor de la resistencia en los dos casos.
R = _____________ = ..... R = __________ = .....
La resistencia de un receptor es independiente de la TENSIÓN y de la INTENSIDAD
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Debido a que los conductores presentan un determinado nivel
de resistencia al paso de la corriente eléctrica, existirá entonces
una caída de tensión o diferencia de potencial en estos.
Lo anterior toma importancia en el caso de las instalaciones
eléctricas, debido a que según la normativa eléctrica chilena
este no debe ser mayor a un 3%, ni mayor a un 5% en el punto
más desfavorable de la instalación.
Al analizar la situación anterior, podemos por simple inspección
darnos cuenta, que la tensión que llega a la carga o voltaje final,
esta definida por la diferencia de tensiones que existe entre la
fuente (Voltaje inicial), y la caída de tensión existente en el
conductor o voltaje de perdida.
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Vc = Vi - Vp
Donde:
Vc: voltaje final en la carga.
Vi: voltaje inicial.
Vp: voltaje de perdida.
Al realizar el análisis mediante Ia ley de Ohm, el voltaje de
perdida quedara definido por las siguientes ecuaciones:
Según la ley de Ohm:
V = I x R
Transformando la expresión anterior en términos del voltaje de
perdida, se tiene:
Vp = I X Rc
Donde:
Vp: Tensión de Perdida EN LOS CONDUCTORES.-
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I: Intensidad de Corriente de Carga O CONSUMO.-
Rc: Resistencia del Conductor.
Reemplazando en la expresión anterior, se tiene:
Vp = I xRho x L
S
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DE QUE DEPENDE LA RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR
Midamos la resistencia de dos conductores de igual sección, de una misma naturaleza, pero de longitudes
diferentes
La resistencia de un conductor es proporcional a su longitud “ l ”
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Midamos la resistencia de una misma naturaleza y de igual longitud, pero de secciones diferentes
La Resistencia de un conductor es inversamente proporcional a su sección "S"
Midamos la resistencia de dos conductores de una misma sección, y de igual longitud, pero de naturaleza diferente
La resistencia de un conductor depende de su NATURALEZA
El factor que toma en cuenta la naturaleza del conductor es llamado RESISTIVIDAD (Rho)
La resistividad es la resistencia a 0 °C de un conductor de longitud y sección unitarias.
() resistividad
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U I R=U/I
En conclusión, la resistencia de un conductor:
Depende de su resistividad en forma proporcional
Es proporcional a su longitud.
Es inversamente proporcional a su sección
R = x l --------- Ohm S
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA SOBRE LA RESISTENCIA ELECTRICA
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El aumento de la intensidad que recorre la lámpara con filamento de Tungsteno provoca un aumento de la resistencia eléctrica:
¿POR QUE?
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DENSIDAD DE CORRIENTE EN LOS CONDUCTORES
Cualquier conductor recorrido por una corriente eléctrica, sufre siempre una elevación de temperatura.
Esta elevación de temperatura (muy sensible en el caso del experimento anterior) da origen al aumento de la resistencia
¿Cómo tomar en consideración en los cálculos el aumento de la Resistencia?
O B S E R V A C I O N
Algunos cuerpos no obedecen a la regla anterior, la resistencia del carbono (y de casi todos los aislantes en general) disminuye cuando la temperatura aumenta.
El carbono posee un coeficiente de temperatura negativo.
La elevación de temperatura no tiene influencia sobre el constatan.
Este metal tiene un coeficiente de temperatura nulo.
El conductor de pequeña sección se calienta mas que el conductor de gran sección.
¿POR QUE?Los 2 conductores son recorridos por la misma corriente.
Pero en el hilo delgado la intensidad por unidad de sección es superior (más grande concentración de electrones).
La Relación I / S es llamada
DENSIDAD DE CORRIENTE ("J")
J [A/m m2] = I [A] / S [mm2]
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DE LA SECCION DEL CONDUCTOR
La densidad de corriente que puede aceptar un conductor sin calentamiento peligroso es llamada:
Densidad máxima permisible
Esta densidad máxima permisible depende:
De la naturaleza del conductor.
De las condiciones de enfriamiento o ventilación.
LAS CONDICIONES DE ENFRIAMIENTO DEPENDEN:
Del modo de colocación(al aire libre, bajo tubo, etc.)
De la forma del conductor (Sección cuadrada,
rectangular, circular, alambre o cable..)
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DENSIDAD DE CORRIENTE
Sección:
Cuando el diámetro de conductor se duplica, su sección aumenta 4 veces, pero su superficie periférica (superficie de enfriamiento) se duplica solamente.
La densidad de la corriente máxima permisible es entonces mas reducida, para los conductores de gran sección.
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La densidad de corriente indica cuantos amperes circulan por
cada mm2 de sección de conductor:
Donde:
J: Densidad de corriente en [A / mm2]
I: Intensidad en [A]
S: Sección del conductor en mm2
Antes de construir una instalación eléctrica, se debe calcular la
densidad de la corriente eléctrica, de modo que las líneas
cumplan con los siguientes requisitos para impedir su
calentamiento
Sección
(mm2)
Corriente(A)
Cobre
Corriente (A)
Aluminio
J = I
S
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1,5 16 10
2,5 21 16
4,0 27 216,0 35 27
10,0 38 33
Densidad de corriente admisible para algunos conductores.
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