-
LLLL iiiibbbb rrrreeee tttt aaaa:::: lolacano's
libretaCCCCrrrreeee aaaaddddoooo :::: 30/10/2012 14:01 AAAA cccc
tttt uuuuaaaalllliiiizzzzaaaaddddoooo :::: 30/10/2012
15:36UUUURRRRLLLLOOOOrrrriiiiggggeeee nnnn ::::
file://G:\materiales de
distancia\iea\electrotecnia\IEA_E_Completo-_20101103\course_files\tema_02\page_01.htm
IEA_electrotecnia02
Unidad Didctica II
Para ponernos en situacin:
Maite Rivilla, la chica de Recursos Humanos de "Chispazos y
Porrazos" est que trina: hoy no le ha arrancado su coche, un Ford
Focus TDCi 2.0 y le ha tenido que llevar su marido al trabajo.
Ella no entiende nada de coches y le ha preguntado a Alberto,
uno de los instaladores de la empresa que a qu se ha podido
deber.
Alberto, sonriendo, le ha preguntado que cunto tiempo tiene la
batera y si ha comprobado si est descargada.
Maite se ha quedado alucinada. -Es que se pueden descargar las
bateras de los coches?-
Alberto le ha dicho que mida la resistencia de su batera y si
est mal, que compruebe los Ah de su batera vieja para comprar una
similar, a lo que ella, furiosa le ha dicho -t crees que yo s algo
de electricidad, o qu?.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Corriente elctrica Continua (CC)
La corriente continua (CC en espaol, en ingls DC, de Direct
Current) es el flujo continuo de electrones a travs de un conductor
entre dos puntos de distinto potencial.
Cuando la corriente es continua, las cargas elctricas circulan
siempre en la misma direccin del punto de mayor potencial al de
menor potencial.
Aunque comnmente se identifica la corriente continua con la
corriente continua constante (por ejemplo la suministrada por una
batera, como se ver ms adelante), es continua toda corriente que
mantenga siempre la misma polaridad (el mismo sentido), aunque su
valor no sea constante.
En las figuras se muestra la forma que tiene la onda de
intensidad a lo largo del tiempo en ambos casos.
En unidades posteriores se estudiar la corriente alterna (CA en
espaol, en ingls AC, de Alternate Current), que se caracteriza
porque el flujo de electrones circula en ambos sentidos. En este
caso pueden darse varios tipos de corriente de los cuales el ms
importante es la corriente alterna senoidal. Se muestra en la
figura:
Animacin Tipos de corriente elctrica
Hasta el descubrimiento de la corriente alterna, se emple para
la transmisin de energa elctrica, (actualmente se est retomando la
idea de volver a hacer la transmisin a AT) pero su principal
aplicacin es para hacer funcionar un sin fin de aparatos de pequea
tensin, (cmaras fotogrficas, reproductores de msica,
linternas,...), aunque hay otras como ya se ver.
Transporte de energa en AT en CC
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
-
Generadores elctricos
La generacin de energa elctrica, en trminos generales, consiste
en transformar alguna clase de energa no elctrica, sea esta qumica,
mecnica, trmica, luminosa, etctera, en energa elctrica. Dicho
proceso se lleva a cabo en los generadores elctricos.
Ya sabemos que la energa ni se crea ni se destruye, por lo que,
en trminos rigurosos, hablar de "generadores" de energa es
incorrecto, pero se emplea ese trmino para designar todos los
"convertidores" de energa.
Tambin es frecuente e impreciso emplear el trmino "generador
elctrico" para referirse slo a los generadores electromecnicos (que
se vern en las unidades 8 y 9)
Es importante ver que hasta el momento no hemos distinguido
entre tipos de corriente (CC, CA,..), por lo que los conceptos
anteriores son genricos a todos ellos.
Los generadores de CC se representan con dos lneas paralelas,
una ancha y fina, que representa el polo positivo y una lnea
estrecha y gruesa que representa el polo negativo, y
perpendicularmente a ambas una lnea fina, que representa los dos
terminales de conexin.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
ClasificacinComo ya adelantamos anteriormente, la energa
elctrica puede proceder de muy distintas formas de energa, lo cual
no ser til para hacer una clasificacin de los numerosos tipos que
hay de generadores elctricos.
Una primera clasificacin nos da lugar a dos tipos fundamentales
de generadores:
Generadores primarios: son los que convierten en energa elctrica
la energa de otra naturaleza que reciben o de la que disponen
inicialmente,Generadores secundarios: son los que entregan una
parte de la energa elctrica que han recibido previamente.
Pero segn el proceso fsico (la energa puesta en juego) que les
sirve de fundamento se pueden subclasificar segn la tabla
siguiente:
TIPOS ENERGA DENOMINACIN ELEMENTOS
-
Generadores elctricos primarios
Energa mecnicaTriboelectricidad
Cuerpos frotadosMquinas electrostticas
Piezoelectricidad Cristal piezoelctrico
Energa magnetomecnicaCorriente continua DinamoCorriente alterna
Alternador
Energa qumica Celda voltaica primaria Pila
Radiacin electromagnticaFotoelectricidad
Celda fotovoltaica
Energa trmica Termoelectricidad Termopar
Generadores elctricos
secundarios
Polarizacin dielctrica CondensadorCampo magntico
Transformador
Energa qumica Celda voltaica secundariaAcumuladorCondensador
electroltico
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Fuerza electromotriz y diferencia de potencialHay dos conceptos
que se deben analizar, cuando se habla de generadores elctricos,
porque suele ser frecuente confundirlos y es importante
distinguirlos: la fuerza electromotriz y la diferencia de
potencial.
En los generadores elctricos el polo positivo recibe los
electrones en su polo positivo y genera una fuerza capaz de
impulsarlos hasta el polo negativo, "despegndolos" del polo
positivo que tiende a reternerlos por atraccin (al ser polos
distintos).
A la fuerza elctrica necesaria para llevar los electrones de un
polo a otro es lo que se conoce como "fuerza electromotriz"
(fem)
Eso crea una diferencia de cargas entre ambos polos, por lo que
tambin se podra denominar diferencia de potencial (ddp) (como se
vio en la unidad anterior).
Se suele emplear el trmino fem para los generadores y el trmino
ddp para los receptores. Incluso a los generadores a veces se los
denomina "fuentes de fuerza electromotriz"
La expresin fuerza electromotriz no es muy apropiada y a veces
induce a error, ya que en realidad no describe una fuerza, sino una
ddp en voltios.
Se puede decir, por tanto, que la fem es la ddp que aparecer en
los bornes de los generadores, sin conectar a ningn elemento y que
es capaz de elevar las cargas elctricas de un potencial a otro ms
alto.
Una diferencia de potencial origina una corriente elctrica, y
una f.e.m. mantiene la diferencia de potencial.
Como en ambos casos es una tensin elctrica , ambas se miden en
voltios. aunque la letra para designarlos es distinta:
Elemento Magnitud Letra Unidades
Generadores F.e.m. E Voltios (V)
Receptores D.d.p V Voltios (V)
Con mayor rigurosidad se dice que un generador elctrico es todo
dispositivo capaz de generar una fuerza electromotriz (fem) E, o de
mantener una diferencia de potencial (ddp) V entre sus polos.
Ms adelante puntualizaremos la diferencia entre ambos conceptos,
porque hasta ahora hemos considerado que el generador es ideal y no
tiene prdidas en su interior.
Animacin Generador elctrico
Animacin Simil Tensin
Para saber ms:
Articulo sobre las diferencias entre ddp y
fem:http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol9/n3/v9_n3_a5.htm
http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas1.htm
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Elementos elctricosPara que se establezca el paso de corriente
elctrica lo primero es generar dicha energa, pero adems se tiene
que conectar fsicamente a algn tipo de receptor que haga uso de
ella. A todos los elementos que permitan esa situacin es a lo que
se denomina elementos elctricos
-
De lo dicho anteriormente ya se puede hacer una clasificacin de
los elementos elctricos, desde el punto de vista de su
comportamiento:
Elementos activos (generadores):
Son las fuentes de potencia elctrica, es decir, las fuentes de
tensin y de intensidad.
Como la mayor parte de los procesos fsicos son reversibles, el
elemento activo puede absorber o bien suministrar potencia
elctrica. En consecuencia, y de forma ms precisa, se podra decir
que un elemento activo es aquel que es capaz de convertir alguna
otra forma de energa en energa elctrica, y cuyo proceso de
conversin puede ser, o no, reversible. Aqu se incluyen todos los
tipos de generadores elctricos vistos anteriormente.
Elementos pasivos (receptores):
Son los que almacenan o disipan la energa suministrada por los
elementos activos. Por ejemplo, las resistencias, los
condensadores, vistos en la unidad 1 y las bobinas, que se vern en
la unidad 4. Tambin son pasivos los transformadores, que se vern en
la unidad 9.
Los elementos pasivos que disipan la energa (resistencias) se
llaman elementos resistivos, mientras que los elementos pasivos que
almacenan la energa (bobinas y condensadores) se llaman elementos
reactivos.
Animacin Receptor resistivo
Conductores elctricos
Se suele considerar un tercer grupo que seran los conductores
elctricos, que son los que realizan la unin entre los elementos
activos y pasivos, aunque realmente son componentes pasivos, pues
al tener una cierta resistencia elctrica, disipan parte de la
energa que transportan.
Elementos de los circuitos elctricos
Por qu el cobre es tan utilizado
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Circuitos elctricosCon los conceptos vistos en el apartado
anterior, ahora s podemos pasar a definir circuito elctrico
Se denomina circuito elctricoa una serie de elementos o
componentes elctricos pasivos, (de los estudiados hasta ahora:
resistencias y condensadores) conectados elctricamente a algn tipo
de fuente de alimentacin (elementos elctricos activos) por medio de
conductores elctricos.
En esta situacin, en la que los tres tipos de elementos estn
unidos formando el circuito se dice que ste est "cerrado"
-
Sin alguno de estos tres elementos, sea del tipo que sea, es
imposible que circule la corriente elctrica. Si el circuito se
interrumpe por algn motivo (rotura del receptor o generador,
eliminacin del conductor,...) los conductores pierden continuidad y
deja de circular la corriente elctrica. Se dice que el circuito est
"abierto".
Para poder gobernar esta accin de "apertura" o "cierre" del
circuito, se suele aadir al circuito algn tipo de elemento de mando
y control (interruptores, pulsadores,...).
De donde se deduce que la corriente elctrica existe solamente a
travs de circuitos cerrados.
Por tanto si:
El interruptor se abre ( el circuito est abierto ( la corriente
no circulaEl interruptor se cierra ( el circuito est cerrado ( la
corriente circula
Y en muchos casos adems se aaden elementos de proteccin
(fusibles, interruptores automticos, interruptores
diferenciales,...). Se estudiarn con detalle en los mdulos
Automatismos y Cuadros Elctricos e Instalaciones Elctricas de
Interior
Por ltimo tambin se pueden aadir aparatos de medida para obtener
los valores de las principales magnitudes del circuito (intensidad,
tensin,...) Se ver en la siguiente unidad
En resumen:
Todo circuito elctrico consta de:
Generador: Es el que genera o produce la electricidad.Cables,
conectores y terminales: Son los materiales que permiten el paso de
la electricidad y unir los elementos entre s.Receptor: Es el
artefacto o dispositivo elctrico que queremos hacer funcionar, en
el se transforma la energa elctrica en algn otro tipo de
energa.
Y opcionalmente:
Elementos de Control: Para controlar el paso de la
electricidad.Elementos de Proteccin: Para proteger al circuito de
efectos no deseados (sobrecargas o cortocircuitos) y a las personas
de descargas elctricas.Aparatos de Medida: Para medir las
magnitudes elctricas del circuito.
Animaciones:
Circuito electricoCircuito electrico 2Circuito electrico
3Circuito electrico - LinternaCircuito linternaCircuito elctrico de
una linternaCircuito con bombillaConductores y aislantesVideo
cuchara metlicaVideo goma de borrar
Animacin: Interruptor del Circuito
Animacin: Construccin de un circuito elctrico CC
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Clasificacin
Como es fcil imaginar, debido a la diversidad de formas de onda
de la corriente, la cantidad de elementos distintos que intervienen
en los circuitos elctricos,... nos resultar til y didctico hacer
una clasificacin de los mismos antes de seguir avanzando.
Una manera de clasificar los circuitos elctricos puede ser como
se ve en la siguiente tabla (aunque muchos de estos tipos todava no
han sido
-
desarrollados en los contenidos):
Por el tipo
de Seal
Por el tipo
de Rgimen
Por el tipo
de Elementos
Por el tipo
de Configuracin
De corriente continua
De corriente alterna
Mixtos
Peridico
Transitorio
Permanente
Elctricos:
Resistivos
Inductivos
Capacitivos
Mixtos
Electrnicos:
Digitales
Analgicos
Mixtos
Serie
Paralelo
Mixtos
Es importante introducir ahora tres conceptos que nos servirn ms
adelante, que son los que surgen de los tipos de circuitos segn su
configuracin (ver tabla anterior):
El circuito serie es una configuracin de conexin en que los
bornes o terminales de los dispositivos se conectan
secuencialmente: el terminal de salida de un dispositivo se conecta
al terminal de entrada del dispositivo siguiente, como se ve en la
figura. Se puede conectar de manera serie bien receptores, bien
generadores, bien ambos.En ellos la intensidad que circula es comn
a todos los elementos
Animaciones:
Circuito serieCircuitos serie SMCircuitos serie 2 SMAsociacin
serieVideo bombillas serie1
El circuito paralelo es una conexin de dispositivos tal, que los
bornes o terminales de entrada de todos los dispositivos conectados
coinciden entre s, lo mismo que sus terminales de salida.Nuevamente
se pueden conectar de manera paralela bien receptores, bien
generadores, bien ambos.En estos circuitos la intensidad se reparte
por cada uno de los elementos. (En la unidad siguiente se ver
cmo)
Animaciones:
Circuito paraleloAsociacin paralelo
-
Circuitos paralelo SMCircuitos paralelo 2 SMVideo bombillas
paralelo1
Elcircuito mixto consta de receptores y/o generadores conectados
de forma serie y paralelo conjuntamente.
Animacin: Circuitos serie y paralelo
Para saber ms:
Hacer circuitos elctricos online:
http://gwydir.demon.co.uk/jo/elect/
Autoevaluacin
1 La siguiente figura corresponde a qu tipo de corriente?:
a) Alterna
b) Continua
c) Pulsante
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
2 La fuerza necesaria para llevar las cargas del polo + al - se
llama:
a) fcem
b) fem
c) ddp
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
3 Los receptores son elementos:
a) Activos
b) Pasivos
c) Ninguno de los anteriores
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Generadores de CCDe la tabla de generadores que se vio en el
apartado "Generadores elctricos", slo algunos elementos pueden
generar esa fem en forma continua
Los generadores elctricos que pueden hacerlo en forma de CC se
clasifican, segn su principio de funcionamiento en:
Generadores electromecnicos: Dinamos
-
Celdas voltaicasPrimarias: PilasSecundarias: Acumuladores
Generadores piezoelctricosGeneradores fotoelctricosGeneradores
termoelctricos
El primer tipo se estudiar en la unidad 8, dentro del bloque de
Mquinas Elctricas.
Describiremos a continuacin los otros tipos.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Celdas voltaicas (o galvnicas)
Dentro de los procesos estudiados por la Electroqumica, se
pueden encontrar los cambios qumicos causados por una corriente
elctrica y la produccin de energa elctrica por medio de reacciones
qumicas.
Lo primero es definir algunos conceptos:
Por su naturaleza, la Electroqumica exige alguna manera de
introducir una corriente de electrones en un sistema qumico y
tambin de retirarlos: los elementos qumicos reaccionantes se
denominan electrolitos y el recipiente donde se hallan se denomina
celda (electroqumica). Los terminales por los que la corriente
elctrica entra y sale se denominan electrodos (o polos). Uno de
ellos es el polo positivo o nodo (representado por "+") y el otro
es el polo negativo o ctodo (representado por "-").
Esto ltimo hace que haya que precisar algunas cuestiones acerca
de la polaridad de este tipo de generadores:
Generalmente los aparatos que funcionan con CC continua no
suelen incorporar protecciones frente a un eventual cambio de
polaridad, lo que puede acarrear daos irreversibles en el
aparato.Para evitarlo, y dado que la causa del problema es la
colocacin inadecuada de las bateras, es comn que los aparatos
incorporen un diagrama que muestre cmo deben colocarse.As mismo,
los contactos se distinguen emplendose convencionalmente un muelle
metlico para el polo negativo y una placa para el polo
positivo.Otra posibilidad es que laconexin con el aparato slo pueda
hacerse de una manera, impidiendo as la inversin de la polaridad
(Sistema Poka Yoke)
-
Segn los dos tipos de procesos que se pueden dar, hay dos tipos
de celdas:
Celdas electrolticas, que son aquellas en las que la corriente
elctrica hace que se produzcan reacciones no espontneas.Celdas
voltaicas, que son aquellas en las que un proceso espontneo hace
que se produzca energa elctrica, la cual se puede suministrar a un
circuito exterior.
Son estas las que nos interesan, y las podemos subdividir en dos
grandes grupos:
Primarias: son celdas en las cuales no es posible ninguna
reaccin, una vez que se han consumido las especies qumicas de
partida. Las propiedades de los electrlitos y de los electrodos
deben ser tales que no puedan ser regenerados al invertir el paso
de corriente a travs de la celda, por medio de una fuente externa
de CC.
Tambin se denominan pilas o bateras desechables
Los ejemplos ms familiares son las pilas secas, las pilas
alcalinas y las pilas de botn.
Secundariasoreversibles son celdas en las cuales pueden
regenerarse los reactivos originales al hacer pasar una CC en
sentido opuesto al que se produce cuando la celda se descarga y
produce energa elctrica. Este proceso se denomina carga o recarga
de la celda o batera.
Tambin se denominan acumuladores o bateras recargables
El ejemplo ms comn de estas celdas son las bateras de
acumuladores de plomo utilizadas en los automviles
Los trminos "batera" y "pila" provienen de que muchas veces, se
conectan varios de ellos en serie, para aumentar la tensin
suministrada, es decir, "en batera" o "apilados". As la batera de
un automvil est formada internamente por 6 elementos acumuladores
del tipo plomo-cido, cada uno de los cuales suministra electricidad
con una tensin de unos 2 V, por lo que el conjunto entrega los
habituales 12 V o por 12 elementos, con 24 V para los camiones.
Adems es frecuente e impreciso emplear el trmino "batera" para
referirse exclusivamente a las recargables (acumuladores) no
hacerlo extensivo a las desechables (pilas elctricas)
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Acumuladores (bateras recargables)
La caracterstica que define los acumuladores es que permiten
revertir la reaccin qumica en la que est basado su
funcionamiento.
Los acumuladores son dispositivo que almacena energa elctrica
por procedimientos electroqumicos y que la devuelve posteriormente
casi en su totalidad. Este ciclo puede repetirse determinado nmero
de veces.
Se trata de un generador elctrico secundario; es decir, de un
generador que no puede funcionar a no ser que se le haya
suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina
proceso de carga.
Es decir, tienen fases de carga y descarga:
Descarga: Cuando se conectan por medio de los electrodos a una
carga externa suministran a esta electrones y por tanto generan una
corriente elctrica (continua)Carga: Cuando se le aplica a sus
electrodos una corriente elctrica procedente de un generador
externo, almacenan energa al revertir la reaccin qumica que se
produjo durante la descarga.
Tambin se las denomina bateras secundarias al ser celdas
voltaicas secundarias.
En las siguientes figuras se muestran algunos ejemplos:
-
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Funcionamiento bsico
El funcionamiento de un acumulador est basado esencialmente en
algn tipo de proceso reversible, es decir, un proceso cuyos
componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que
meramente se transformen en otros, que a su vez puedan retornar al
estado primero en las circunstancias adecuadas.
Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el
cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la
aplicacin de una corriente, igualmente externa, durante el de
carga.
Los acumuladores constan en general de dos electrodos, del mismo
o de distinto material, sumergidos en un electrolito. El
procedimiento interno que tiene lugar en los acumuladores, y en el
que se basa su posibilidad de ser recargados se denomina
electrolisis.
Electrolisis
El trmino Electrlisis procede del trmino Elektro (electricidad)
y lisis (rotura), lo que nos puede dar una idea de lo que
significa: la electrlisis o electrolisis es un mtodo de separacin
de los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad
A diferencia de las reacciones que convierten la energa qumica
en energa elctrica, en la electrlisis se utiliza la energa elctrica
para inducir una reaccin qumica que no es espontnea. Se basa en los
mismos principios en los que se fundamentan los procesos que se
llevan a cabo en celdas electroqumicasEl proceso electroltico es
como sigue:
1. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, con
el fin de que los iones que constituyen dicha sustancia estn
presentes en la disolucin.
Esas sustancias, (cidos, hidrxidos, sales y algunos xidos
metlicos disueltos o fundidos) que son conductores de electricidad
y se descomponen al paso de la corriente elctrica, son los
electrolitos.
2. Se aplica una corriente elctrica a un par de electrodos
conductores colocados en la disolucin.3. Cada electrodo atrae a los
iones de carga opuesta:
1. Los iones positivos, (cationes), son atrados al ctodo,
-
2. Los iones negativos, (aniones), son atrados al nodo.
La energa necesaria para separar a los iones e incrementar su
concentracin en los electrodos, proviene de un generador de energa
elctrica que mantiene la diferencia de potencial en los
electrodos.
En los electrodos, los electrones son absorbidos o emitidos por
los iones, formando concentraciones de los elementos o compuestos
deseados.
Para saber ms:
Video sobre
Electrlisis:http://www.acienciasgalilei.com/videos/baterias/6electrolisis.wmv
Video de una
electrlisis:http://pservicios.qf.uclv.edu.cu/infoLab/practics/practicas/Electrolisis/video.htm
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Tipos
La variedad de acumuladores utilizados en la industria es
enorme. Nosotros las clasificaremos segn su naturaleza interna.
Sin entrar en detalle en cuanto a la composicin de los
electrolitos, las celdas y las reacciones que tienen lugar en
ellas, se resumen los siguientes tipos:
Batera de plomo.Batera alcalina.Bateras Nquel- Metal Hidruro
(Ni-MH).Bateras Nquel-Cadmio (Ni-Cd)Bateras Litio-In (Li-ion):Pilas
de combustible: funcionan con Hidrgeno, Metano o
Metanol.Condensador de alta capacidad: Aunque no constituyen un
acumulador electroqumico en la actualidad se estn consiguiendo
capacidades lo suficientemente altas para su uso como batera.
Funcionamiento de diversos tipos de bateras
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Parmetros
Puesto que son fuentes de energa, las bateras tienen dos
parmetros fundamentales a tener en cuenta, la tensin y la
capacidad.
Si bien hay otros parmetros (dimensiones, peso, tiempo de carga,
nmero de recargas,...), los ms importantes, que sirven para definir
la batera, son:
La tensin del electrolito y de los electrodos utilizados.
Generalmente comprendida entre 1,2 y 2 voltios.La
capacidadutilizable, medida en amperios-hora. Indica la cantidad de
electricidad que puede producir en la descarga.
Por ejemplo, 1 Ah indica que se puede obtener una intensidad de
un amperio durante una hora (o dos amperios durante media hora)
antes de que se agote la batera.
Esta relacin no es lineal, pues una corriente ms elevada hace
que se acorte la vida de la batera, mientras que una corriente ms
suave puede alargar la duracin de la misma.
As, en el arranque de un automvil, para capacidades de entre 55
- 75 Ah, puede suministrar del orden de 500 a 700 A.
-
En la siguiente tabla se muestran, comparativamente los
diferentes tipos de acumuladores
Tipo Energa / peso Tensin por elemento (V)Duracin(nmero de
recargas)
Tiempo de cargaAuto-descargapor mes (% del total)
Plomo 30-50 Wh/kg 2 V 200-300 8-16h 5 %
Ni-Cd 48-80 Wh/kg 1,25 V 1500 1h 20 %
Ni-H 60-120 Wh/kg 1,25 V 300-500 2h-4h 30 %
Li-ion 110-160 Wh/kg 3,6 V 500-1000 2h-4h 10 %
Animaciones:
Baterias de cochePilas de combustible
Smbolos en acumuladores de automocin
Para saber ms:
Multitud de animaciones, videos y informacin sobre los
acumuladores de plomo:
http://www.dte.uvigo.es/recursos/baterias/
Pagina con documentacin de muchos fabricantes de acumuladores:
Http://www.americanbattery.com.ar/
Pgina de Varta, uno de los principales fabricantes de bateras de
automocin:Http://www.es.varta-automotive.com/
Documento sobre la evolucin de las bateras y Vocabulario
tcnico:Http://www.es.varta-automotive.com/index2.php?P=5&s=1&t=0&content=knowhow
Pgina especializada en el mundo de las bateras y sus
accesorios:Http://www.todobaterias.com/index.html
Curiosidades sobre las bateras:
Http://www.buchmann.ca/newarticles-spanish.asp
Arrancar el motor de un coche o vehculo automotor empleando la
batera de otro:
Http://www.asifunciona.com/practico/pr_bateria/conex_bat_1.htm
Rellenado de los vasos de la batera con agua destilada:
Http://www.asifunciona.com/practico/pr_bateria/conex_bat_2.htm
Carga y mantenimiento de bateras:
http://www.carbi.net/tecnica/newpage13.html
Pila de combustible:
Http://www.ballard.com/be_informed/fuel_cell_technology/how_the_technology_works#
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Pilas elctricas (bateras desechables)Las pilas elctricas son
dispositivos que generan energa elctrica por un proceso qumico
transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse
sus elementos constituyentes, puesto que sus caractersticas
resultan alteradas durante el mismo.
Se trata de un generador primario y no permiten revertir la
reaccin qumica en la que est basado su funcionamiento por lo que
una vez descargadas han de ser desechadas. Es decir, solo tienen
fase de carga y son no recargables.
Tambin se las denomina bateras primarias al se celdas voltaicas
primarias.
En las siguientes imgenes se muestran algunos ejemplos:
-
En los siguientes apartados veremos su principio de
funcionamiento, los tipos y sus parmetros caractersticos
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Funcionamiento bsico
El funcionamiento de una batera desechable se basa en el llamado
potencial de contacto entre un metal y un electrolito, es decir, el
potencial elctrico que se produce al poner en contacto un metal con
la disolucin de una de sus sales.
El agua que tenga sales disueltas, es decir, agua ordinaria o
agua con sal aadida, es un ejemplo de electrolito, pues el agua
pura es prcticamente un aislante. El electrolito es conductor
porque contiene iones libres, partculas dotadas de carga elctrica
que pueden desplazarse por su interior. Si se sumergen en l dos
electrodos y se hace pasar una corriente elctrica por el circuito
as formado, se producen reacciones qumicas entre las sustancias del
conjunto. Este proceso es el conocido fenmeno de la electrlisis,
visto en el apartado de los acumuladores.
Pero en las pilas se da el proceso inverso de la electrlisis, es
decir, la reaccin qumica que se produce entre sus constituyentes
cuando se cierra el circuito genere una diferencia de potencial en
los electrodos, de modo que se pueda suministrar corriente elctrica
a una carga externa, pero segn se entrega esa energa al circuito,
la pila se descarga, ya que la concentracin de iones disminuye y
los electrodos pierden conductividad
Animacin: Pila Voltaica
Funcionamiento de distintos tipos de pilas
-
Para saber ms:
Video YouTube: Pila con vinagre y un
sacapuntas:http://es.youtube.com/watch?v=1v4DmIOfl0M
Video: Pila con Pia
Cmo fabricar una pila con
limn:http://www.acienciasgalilei.com/videos/baterias/1pilalimon.wmv
Cmo fabricar una pila con limn y funcionamiento de la pila
Daniell:
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/indiceG.htm
Fundamento terico de las pilas
voltaicas:http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/fisicayquimica/lentiscal/1-lecciones/Q2/2-6-reaccionesredox/lecciones/fem/fundamnetopilas.htm
Varios Experimentos con pilas:
http://www.oaq.uba.ar/Labescuela/Exp-7alu.htm
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
TiposAl igual que con los acumuladores, la variedad de tipos de
pilas distintas es enorme.
Las clasificaremos desde dos puntos de vista:
Por su naturaleza interna: segn los elementos que intervengan en
reaccin qumica (nodo, ctodo y electrolito):Pila DaniellPila de
Volta: Similar a la anterior.Pila Leclanch.docPilas secas: las
utilizadas normalmente.
Por su tamao y otras caractersticas externas: Las pilas
elctricas, al igual que algunos acumuladores, se presentan en unas
cuantas formas normalizadas, como las que se ven en las
figuras:
-
Caractersticas de los tipos de pilas normalizados
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Parmetros
Nuevamente, al ser al igual que los acumuladores fuentes de
energa, las pilas tienen dos parmetros fundamentales a tener en
cuenta, la tensin y la capacidad. Aunque hay otros...
As se tienen los siguientes parmetros:
Tensin: en la mayora de las pilas est ajustada a 1,2 -1,5 V,
(tambin hay algunas de 9 V)Capacidad de la pila: viene medida en
amperios hora, o ms generalmente en el caso de pilas pequeas en
miliamperios hora (mAh).
Por ejemplo, 100 mAh indica que es posible obtener una corriente
de 100 mA durante una hora (o 200 mA durante media hora) antes de
que se agote la pila, aunque como ya se dijo para los acumuladores,
esta relacin no es lineal.
Animacin: Tensin de una pila
Dependencia de la temperatura: Como todas las reacciones
qumicas, las que se producen dentro de una pila son sensibles a la
temperatura. As:
Las reacciones se aceleran normalmente cuando la temperatura
aumenta, lo que se traducir en un pequeo aumento de la tensin.Si se
almacenan las pilas refrigeradas, se prolongar su buen estado.Pero
si se alcanza la temperatura de congelacin, muchas pilas pueden
dejar de funcionar o hacerlo defectuosamente, cosa que suelen
advertir los fabricantes.
Duracin fuera de servicio: Las pilas se deterioran por el mero
transcurso del tiempo, aunque no se usen, pues los electrodos
resultan atacados en lo que se conoce con el nombre de accin local.
Puede considerarse que una pila pierde unos 6 mV por mes de
almacenamiento, influyendo mucho en ello la temperatura.
Por eso es importante mirar la fecha de fabricacin, aunque como
son productos muy utilizados, su consumo es casi inmediato. Algunos
fabricantes imprimen en los envases la fecha de caducidad de las
mismas
Algunas animaciones:
PilasPilas Voltaicas
Para saber ms:
Animacin sobre pila
qumica:http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/indiceG.htm
Animacin sobre pila
qumica:http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/fisicayquimica/lentiscal/1-lecciones/Q2/2-6-reaccionesredox/lecciones/fem/determinacionpotencial.htm
Animacin sobre el empleo de una pila para determinar si un
material es conductor o aislante:
http://www.ucm.es/info/diciex/programas/quimica/pelis/conductores.swf
-
Vdeo sobre pilas:
http://www.acienciasgalilei.com/videos/baterias/7pilavolta-bateria.wmv
Experimento para hacer una pila
casera:Http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Practica/PR-11/PR-11.htm
Cmo hacer una pila casera:
Http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicainteractiva/sacalee_M2/Volta/pilalimoncuzn.htm
Pgina de un fabricante de pilas: Duracell
Http://www.professional.duracell.com/start.asp?Lang=spanish
La pila qumica:
Http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicainteractiva/sacalee_M2/Volta/Pila_Volta.htm
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Tensin generada por una batera
La tensin (diferencia de potencial) que produce una celda
electroqumica queda definida por la naturaleza de las sustancias de
los electrodos y del electrolito, as como por su concentracin.
Y es evidente que esta tensin no es siempre la misma, y, como
todos sabemos, tarde o temprano acaban por no funcionar
correctamente.
Para representar elctricamente una batera, puede considerarse,
de manera general, como una fuente de tensin ideal (con resistencia
interna nula)
Aunque es muy frecuente no idealizarlo y considerarlo en serie
con una resistencia que representa la resistencia interna.
Aunque su esquema elctrico real es algo ms complejo esta
aproximacin es suficiente para la mayora de los anlisis de
circuitos, como se ver en la unidad siguiente
-
Conforme la batera se va gastando, su resistencia interna va
aumentando, lo que hace que la tensin disponible para alimentar la
carga vaya disminuyendo, hasta que resulte insuficiente para los
fines deseados, momento en el que es necesario reemplazarla.
Para dar una idea, una pila nueva de las ordinarias de 1,5 V
tiene una resistencia interna de unos 0,35 , mientras que una vez
agotada puede tener varios M. (Esta es la razn de que la mera
medicin de la tensin con un voltmetro no sirva para indicar el
estado de una pila; en circuito abierto incluso una pila gastada
puede indicar 1,4 V, dada la carga insignificante que representa la
resistencia de entrada del voltmetro, pero, si la medicin se hace
con la carga que habitualmente soporte, la lectura bajar a 1,0 V o
menos, momento en que esa pila ha dejado de tener utilidad.) Las
actuales pilas alcalinas tienen una curva de descarga ms suave que
las antiguas de carbn, es decir, su resistencia interna aumenta
proporcionalmente ms despacio.
Para saber ms:
Proyectotensionbornes ele02recurso43.exe
Medir la resistencia interna para comprobar la capacidad de una
batera:http://www.buchmann.ca/article25-page1-spanish.asp
Artculo sobre las pilas:
http://www.angelfire.com/id/todoesposible/pilas.htm
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Fotoelectricidad
El efecto fotoelctricoo fotovoltaico consiste en la emisin de
electrones por un material cuando se lo ilumina con radiacin
electromagntica (luz visible o ultravioleta, en general).
La luz solar est compuesta por fotones, o partculas energticas.
Estos fotones son de diferentes energas, correspondientes a las
diferentes longitudes de onda del espectro solar. Cuando los
fotones inciden sobre un dispositivo especial (clula fotovoltaica,
que se estudiar a continuacin), pueden ser reflejados o absorbidos,
o pueden pasar a su travs. nicamente los fotones absorbidos generan
electricidad. Cuando un fotn es absorbido, la energa del fotn se
transfiere a un electrn de un tomo de la clula. Con esta nueva
energa, el electrn es capaz de escapar de su posicin normal
asociada con un tomo para formar parte de una corriente en un
circuito elctrico.
Para saber ms:
Animacin sobre el efecto fotoelctrico:
Http://www.walter-fendt.de/ph14s/photoeffect_s.htm
Animacin sobre el efecto fotoelctrico:
Http://www.ifae.es/xec/phot2.html
Animacin sobre el efecto fotoelctrico:
Http://translate.google.com/translate?U=http%3A%2F%2Fwww.ifae.es%2Fxec%2Fphot2.html&langpair=en%7Ces&hl=en&ie=UTF8
Animacin sobre el efecto fotoelctrico:
Http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap28/photoeffect/photo.htm
Animacin sobre el efecto fotoelctrico:
Http://translate.google.com/translate?U=http%3A%2F%2Flectureonline.cl.msu.edu%2F%7Emmp%2Fkap28%2fphotoeffect%2Fphoto.htm&langpair=en%7Ces&hl=en&ie=UTF8
Animacin sobre el efecto fotoelctrico:
Http://www.walter-fendt.de/ph11s/photoeffect_s.htm
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
-
Celdas (o clulas) fotovoltaicas (o fotoelctricas)
Los elementos que hacen uso del efecto fotoelctrico son
dispositivos que transforman en energa elctrica la luz natural del
Sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre stas a
partir del llamado efecto fotoelctrico.
Llamados tambin celdas solares, son dispositivos elctricos
sensibles a la luz que, a partir de sta, son capaces de producir
electricidad.
Un grupo de clulas fotoelctricas conectadas en serie, para
obtener una tensin ms alta que la que proporciona una sola celda,
recibe el nombre de panel fotovoltaico.
Adems de su uso como generadores de CC, que tiene grandes
ventajas frente a otras soluciones convencionales (combustible fsil
y energa nuclear) dado el nulo impacto medioambiental del uso de la
energa solar, lo que la convierte en una de las llamadas energas
renovables, tienen mltiples aplicaciones:
Encendido automtico de las luces del alumbrado pblico en las
ciudades.
Suministro de pequeas cantidades de energa elctrica para
satisfacer diferentes necesidades en zonas apartadas hasta donde no
llegan las redes de distribucin de las compaas elctricas.
-
Fuente principal de abastecimiento de energa elctrica en los
satlites y mdulos espaciales.
Junto con las anteriores celdas voltaicas, son los nicos medios
de producir corriente elctrica que se utilizan en produccin
continua de energa elctrica. Aunque existen otros principios
fsicos, que se vern a continuacin (par termoelctrico, efecto
piezoelctrico,...), no se utilizan a este nivel por su escasa
aportacin energtica, reservndose su uso a la necesidad de energa
elctrica continua para aplicaciones puntuales.
Animaciones:
Sobre las placas solares: placasolarSobre los paneles
fotovoltaicos: Energa-solar
Para saber ms:
Animacin sobre los paneles
fotovoltaicos:http://www.sunenergy.es/swf/animacion_interior.swf
Experimento sobre Energa Solar
:http://www.cnice.mec.es/profesores/asignaturas/fisica_y_quimica/1prf_asg_fis_energ_solar/
Energa solar:
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/portadaframeset.html
Fotoelectricidad:
http://solarfotovoltaica.galeon.com/ARCHIVOS/INICIO.htm
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Unidad Didctica II
Piezoelectricidad
La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar")
es un fenmeno presentado por determinados cristales que al ser
sometidos a tensiones mecnicas adquieren una polarizacin elctrica
en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas
elctricas en su superficie.
El efecto piezoelctrico es normalmente reversible: al dejar de
someter los cristales a una tensin exterior o campo elctrico,
recuperan su forma.
Pueden distinguirse dos grupos de materiales:
Los que poseen carcter piezoelctrico de forma natural
(cuarzo)
-
Los llamados ferroelctricos, que presentan propiedades
piezoelctricas tras ser sometidos a una polarizacin.
Una de las aplicaciones ms extendidas de este tipo de cristales
son los encendedores piezoelctricos: En su interior llevan un
cristal piezoelctrico que es golpeado de forma brusca por el
mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada
corriente elctrica capaz de crear un arco voltaico o chispa que
encender nuestro mechero.
Para saber ms:
Piezoelectricidad:http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/indiceG.htm
Otras aplicaciones de un cristal piezoelctrico son:
SensoresActuadoresReloj de cuarzoFiltrosMotores
piezoelectricosTransductores ultrasnicosAltavoces de agudos
(Tweeters), pequeos altavoces.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Termoelectricidad
La termoelectricidad es la conversin de diferenciales del calor
a electricidad o viceversa.
Se logra en una de varias maneras, siendo la ms importante el
llamado efecto Thomson, basado a su vez en los efectos Peltier y
Seebeck, que se describen a continuacin:
Efecto Seebeck: tambin conocidocomo efecto termoelctrico, es una
propiedad termoelctrica por la cual se puede convertir una
diferencia de calor en electricidad. En dos metales o
semiconductores A y B diferentes unidos, o soldadas por un extremo,
cuando se calientan (unin caliente, T1), y se mantienen los otros
dos extremos a una misma t inferior (unin fra, T2) induce una
diferencia de potencial V. La fem. Depende de la diferencia de t
entre ambas uniones.Efecto Peltier: Este efecto realiza la accin
inversa al Efecto Seebeck. Consiste en la creacin de una diferencia
de temperaturas a partir de una diferencia de potencial elctrico.
Una corriente elctrica que circule a travs de dos metales o
semiconductores A y B, conectados entre s en dos uniones (uniones
Peltier) T1 y T2, da lugar a una transferencia de calor desde una
unin hasta la otra. Una unin se enfra mientras que la otra se
calienta.
Efecto Thomson: propiedad termoelctrica en la que se relacionan
el efecto Seebeck y el efecto Peltier. As, un material sometido a
un gradiente trmico y recorrido por una intensidad intercambia
calor con el medio exterior. Recprocamente, una corriente elctrica
es generada por el material sometido a un gradiente trmico y
recorrido por un flujo de calor.
La diferencia fundamental entre los efectos Seebeck y Peltier
con respecto al efecto Thomson es que ste ltimo existe para un solo
material y no necesita la existencia de una soldadura.
Para saber ms:
Para saber ms sobre la
termoelectricidad:http://www.unavarra.es/ets02/Introduccion%20a%20TE(c).htm#j
Para saber ms sobre la
termoelectricidad:http://www.sistelec.com.ar/termoelectricidad.htm
-
Introduccin a la Termoelectricidad
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Termopares y termopilas
Los elementos que hacen uso del efecto termoelctrico son los
termopares o termocuplas, que son circuitos formados por dos
metales distintos que producen una tensin siempre y cuando los
metales se encuentren a temperaturas diferentes.
Los termopares funcionan bajo el efecto Seebeck visto
anteriormente. Si bien casi cualquier par de metales pueden ser
usados para crear un termopar, se usa un cierto nmero debido a que
producen tensiones predecibles y amplios gradientes de
temperatura.
En la siguiente figura se muestra el principio de funcionamiento
del termopar:
Como los termopares generan tensiones muy pequeas (decenas de
microvoltios por grado), es difcil conseguir resoluciones exactas
de menos de un grado centgrado. Adems la linealidad entre la
temperatura y la tensin de salida en muchos termopares no es muy
buena, aunque predecible y repetible, por lo que si se desea la
relacin temperatura-tensin se puede aproximar por lo general
mediante el empleo de tcnicas de linealizacin que permiten hacer
correcciones a la tensin de salida dando como resultado curvas de
tensin que son lineales dentro del uno por ciento..
Hay dos leyes empricas de los termopares que permiten el anlisis
de la mayora de los circuitos prcticos de termopar:
La tensin de salida de un termopar no se afecta por la
temperatura del conductor entre la unin del termopar y la unin de
referencia.
Este principio permite que los conductores entre la unin del
termopar y la unin de referencia puedan pasar a travs de regiones a
varias temperaturas en la planta, sin afectar la tensin de
salida.
Se puede conectar un tercer metal a cualquier lado de un
termopar sin afectar la tensin de salida, siempre que ambas uniones
se encuentren a la misma temperatura.
Esto permite que un dispositivo de medicin, como por ejemplo, un
voltmetro con terminales y alambre de cobre se conecte en un
circuito de un termopar de hierro-constantan, sin afectar la
indicacin de tensin. Esto tambin establece que la unin misma del
termopar puede estaarse con un tercer metal, o bien soldarse y no
se afectar la tensin de salida.
En la siguiente tabla se muestran los principales tipos de
termopares y algunas de sus caractersticas principales:
Materiales de unin Rango tpico de temperatura de
aplicacin
(C)
Variacin
de tensin
en el rango
(mV)
Designacin
ANSI
Platino-6% rodio/platino-30% rodio 30 a 1820 13.6 B
Tungsteno-5% renio/tungsteno-26% renio 0 a 2300 37.0 (C)
Cromel/constantan -270 a 1000 75.0 E
Hierro/constantan -210 a 760 50.0 J
Cromel/alumen -270 a 372 56.0 K
Platino/platino-13% rodio -50 a 1768 18.7 R
Platino/platino-10% rodio 0 a 1538 16.0 S
Cobre/constantan -270 a 400 26.0 T
-
En caso de que sea necesario conectar un termopar con un
instrumento lejano se hace uso de los llamados conductores de
extensin, fabricados especficamente para cada tipo de termopar. En
su designacin aparece, por lo general un sufijo X. (Por ejemplo,
EPX es el conductor positivo de extensin para un termopar tipo
E).
La siguiente tabla muestra el cdigo de colores empleado para los
aislamientos de termopares. Se puede ver que el conductor negativo
es totalmente rojo o rojo con una lnea del color del conductor
positivo.
El diagrama inferior muestra un termopar del tipo K (el ms
popular), que producir 12,2mV a 300C:
El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de
termopila
En electrnica, los termopares son ampliamente usados como
sensores de temperatura. Son baratos, resistentes, intercambiables,
tienen conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de
temperaturas con un tiempo de respuesta muy pequeo. Su principal
limitacin es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores
a un grado centgrado son difciles de obtener.
Tanto los termopares como las termopilas son muy usados, adems,
en aplicaciones de calefaccin a gas.
Para saber ms:
Pgina de una empresa especializada en termopares:
Http://www.tc-sa.es/
Termopares
Tipos de termopares
Cmo hacer una termopila caserac
Termopares:
http://materiales.eia.edu.co/ciencia%20de%20los%20materiales/articulo-termopares.htm
Autoevaluacin
1 Completa la siguiente expresin:
Completa la siguiente expresin: En una celda voltaica, el polo
positivo se denomina
-
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
2 Los acumuladores son:
a) Generadores secundarios.
b) Generadores primarios.
c) Generadores de corriente alterna.
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
3 Las pilas son:
a) Recargables.
b) Desechables.
c) Generadores secundarios.
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
4 La electricidad obtenida mediante ciertos cristales se
denomina:
a) Termoelectricidad.
b) Fotoelectricidad.
c) Piezoelectricidad.
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
5 Para construir un termopar se necesitan:
a) Dos hilos de metales diferentes.
b) Dos hilos del mismo metal.
c) Dos pares de hilos diferentes.
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
6 Los termopares se utilizan en electrnica principalmente
para:
a) Medir temperatura.
b) Suministrar corriente contnua.
c) No se utilizan.
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Receptores de CC
Los receptores empleados en circuitos de corriente continua
pueden ser muy variados, desde resistencias calefactores, a
bombillas, pequeos electrodomsticos y aparatos electrnicos,..
Todos estamos habituados a los receptores que requieren de CC
para funcionar: linternas, reproductores de msica, telfonos mviles,
calculadoras, juguetes elctricos...
Esa corriente en la gran mayora de los casos es suministrada por
alguno de los tipos de bateras que hemos visto o por corriente
alterna rectificada.
Pueden ser puramente elctricos (bombillas, linternas,...) o
electrnicos (mviles, ordenadores porttiles).
Es imposible abarcarlos todos ellos en un tema tan genrico como
este.
Animaciones:
BombillaMotorCircuitos abiertos y cerrados Receptores.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Conductores elctricos
Se dice que un cuerpo es conductor elctrico cuando puesto en
contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite sta a
todos los puntos
-
de su superficie.
Generalmente es un elemento metlico capaz de conducir la
electricidad cuando es sometido a una diferencia de potencial
elctrico. Para que ello sea efectuado eficientemente, se requiere
que posea una baja resistencia para evitar prdidas desmedidas y
cada de tensin.
Actualmente los materiales empleados para como conductores
elctricos son:
Cobre (Cu), fcilmente reconocible por su color naranjaAluminio
(Al), fcilmente reconocible por su color gris
Aunque ambos metales tienen una conductividad elctrica
excelente, el cobre constituye el elemento principal en la
fabricacin de conductores por sus notables ventajas mecnicas y
elctricas:
Es ms eficiente porque posee menor resistividad. (El aluminio
tiene una conductividad elctrica del orden del 60% de la del
cobre.)Las prdidas por calentamiento son un 58% menor con respecto
al aluminio.Los conductores de cobre no necesitan el uso de
"manguitos" bimetlicos o conectores, para evitar efectos de
electrlisis.La presencia de cobre en los conductores garantiza la
eliminacin de probables fallos originadas por falsos contactos
debido a xido no conductivo (como ocurre con el aluminio).La
utilizacin de conductores de cobre proporciona una mayor facilidad
en el empleo de soldaduras terminales y/o empalmes.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Cables elctricos
Los cables elctricos estn formados a partir de un material
conductor, pero rodeado de un material aislante para protegerlo y
evitar el riesgo de electrocucin.
En las aplicaciones corrientes slo se emplean cables sin
recubrimiento protector cuando es imposible un contacto accidental
con ellos (lneas areas por ejemplo).
Los conductores elctricos, en general, se componen de tres
partes muy diferenciadas:
El alma o elemento conductorEl aislamiento o elemento
aislanteLas cubiertas protectoras
El alma o elemento conductor
Su objetivo es servir de camino a la energa elctrica desde las
fuentes de energa elctrica hasta los elementos pasivos.
De la forma cmo est constituida esta alma depende la
clasificacin de los conductores elctricos. As tenemos:
Segn su constitucinAlambre: Conductor elctrico cuya alma
conductora est formada por un solo elemento o hilo conductor.
Cable: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por
una serie de hilos conductores o alambres de baja seccin, lo que le
otorga una gran flexibilidad.
Segn nmero de conductoresMonoconductor: Conductor elctrico con
una sola alma conductora, con aislante y con o sin cubierta
protectora.
-
Multiconductor: Conductor de dos o ms almas conductoras aisladas
entre s, envuelta cada una por su respectiva capa de aislante y con
una o ms cubiertas protectoras comunes.
Aislantes
El objetivo del aislante en un conductor es evitar que la energa
elctrica que circula por l, entre en contacto con las personas o
con objetos. Adems sirve para evitar que conductores de distinta
tensin puedan hacer contacto entre s.
Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido
polmeros (materiales formados por la unin de muchas molculas
idnticas, para formar una nueva molcula ms gruesa.)
Entre los materiales usados como aislantes de conductores
podemos mencionar el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno
reticulado (XLPE) y el etileno-propileno (EPR). Si el diseo del
conductor no necesita otro tipo de proteccin se le denomina
aislante integral, porque el aislamiento cumple su funcin y la de
revestimiento a la vez.
Cubierta Protectora
Cuando los conductores tienen una proteccin adicional de un
polmero sobre la aislante, esta ltima se llama cubierta. Su
objetivo fundamental es proteger la integridad de la aislante y del
alma conductora.
Se clasifican en:
Proteccin mecnica contra daos tales como raspaduras, golpes,
etc. Son de acero, latn u otro material resistente, y se les
denomina "armaduras". Puede ser de cinta, alambre o alambres
trenzados.Proteccin elctrica formada por cintas de aluminio o
cobre. Se le denomina "pantalla".
Para saber ms:
Animacin sobre el proceso de fabricacin de un
cable:Http://www.topcable.com/visitavirtual_ESP/visitavirtual.php
Por qu el cobre es tan utilizado ele02recurso07.pdf
Para quitar el aislante y/o la cubierta de los cables elctricos
se utilizan fundamentalmente los pelacables (pelahilos), y las
tijeras de electricista,
-
como las que se muestran en las figuras:
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Elementos de unin
En muchos casos se emplean en los circuitos elementos que
facilitan la conexin entre los distintos integrantes del mismo. Son
los elementos de unin: Regletas, terminales, bornes,...
La variedad de elementos para unir los distintos componentes de
los circuitos elctricos es enorme.
Sealaremos nicamente algunos de los ms destacables:
En los experimentos en taller es frecuente acudir al uso de
regletas de conexin, para uniones amovibles, baratas y fciles de
instalar, pues solo requieren de un destornillador:
Para uniones fijas se suele acudir a la soldadura blanda con
estao mediante soldador elctrico. Requiere algo de experiencia para
su empleo. Adems necesita material complementario: estao,
desoldador, soporte,...
Para facilitar la insercin de los conductores en los contactos,
se acude a los terminales, para unir dos conductores entre s se
emplean uniones, y para hacer empalmes, los terminales ciegos.
-
La diversidad es enorme, tanto por la forma como por la seccin
(codificada segn el color del aislante),...
Herramientas hidralicas para terminales LCT
Herramientas manuales para terminales LCT
Morsetos LCT
Terminales preaislados LCT
Terminales de aluminio LCT
Terminales de cobre LCT
Terminales y conectores de latn LCT
La soldadura
Para saber ms:
Fabricante de regletas:
http://www.gaestopas.com/productos2.htm
http://www.cintubex.com/prod02.htm
http://www.baseconex.com/index_2.html
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Elementos de maniobra y mando
Los elementos de mando y maniobra empleados en los circuitos
elctricos pueden ser muy diversos, y no se detallarn, pues se ven
en profundidad en los mdulos "Automatismos y Cuadros Elctricos" e
"Instalaciones Elctricas de Interior".
En circuitos de corriente continua, los ms usuales son:
Interruptor: elemento que permite abrir o cerrar un circuito,
cortando o permitiendo el paso de corriente.
Habitualmente, estn compuestos de una caja cerrada, en cuyo
interior se hallan los bornes metlicos que reciben los terminales
de los cables conductores.
Los interruptores utilizan diversos medios mecnicos para
conectar y desconectar, estando normalmente constituidos por dos
contactos, uno fijo y otro mvil sobre un soporte aislante.
Tienen dos posiciones:
Abierto: en la que no dejan pasar la corriente y se comportan
como una resistencia infinitaCerrado: en la que s dejan pasar la
corriente y se comportan como una resistencia cero
Su caracterstica es que las una vez actuado, ambas posiciones
son permanentes en el tiempo, hasta que se vuelva a actuar.
Pulsador: muy semejante al interruptor, con la diferenciacin de
que ahora la posicin no es permanente en el tiempo, sino tan solo
mientras se acte sobre l.
El retorno a la posicin de reposo se suele hacer por medio de un
muelle antagonista. Hay dos tipos de posiciones de reposo:
Normalmente abierto (NA)Normalmente cerrado (NC)
-
Conmutador: semejante al interruptor solo que en vez de dos
contactos tiene tres, uno mvil y dos fijos. Al actuar sobre el se
cambia el contacto movil de uno de los contactos fijos al otro.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Esquemas elctricos
En los ltimos aos (1996 al 1999) se han visto modificados los
smbolos grficos para esquemas elctricos, a nivel internacional con
la norma IEC 60617, que se ha adoptado a nivel europeo en la norma
EN 60617 y que finalmente se ha publicado en Espaa como la norma
UNE-EN 60617.
Esta norma, est dividida en una serie de partes, siendo la
aplicable a esta unidad la norma UNE-EN 60617-3: Conductores y
dispositivos de conexin.
A continuacin se extractan algunos de los smbolos de los
elementos vistos:
Conductores, componentes pasivos, elementos de control y
proteccin bsicos
Los smbolos ms utilizados en instalaciones elctricas son los
siguientes:
Smbolo Descripcin
Objeto(contorno de un Objeto)
Por ejemplo:
Equipo
Dispositivo
Unidad funcional
Componente
Funcin
Deben incorporarse al smbolo o situarse en su proximidad otros
smbolos o descripciones apropiadas para precisar el tipo de
objeto.Si la representacin lo exige se puede utilizar un contorno
de otra forma
Conductor
Conductores (unifilar)
Las dos representaciones son correctasEjemplo: 3 conductores
Conexin flexible
Conductor apantallado
Unin
Punto de conexin
Terminal
Regleta de terminales
Se pueden aadir marcas de terminales
Conexin en T
-
Unin doble de conductores
La forma 2 se debe utilizar solamente si es necesario por
razones de representacin.
Caja de empalme, se muestra con tres conductores con T
conexiones.
Representacin multilineal.
Caja de empalme, se muestra con tres conductores con T
conexiones.
Representacin unifilar.
Corriente continua
Polaridad positiva
Polaridad negativa
Conector a presin
Lmpara, smbolo general.
Resistencia, smbolo general.
Fotorresistencia
Resistencia variable
Resistencia variable de valor preajustado
Potencimetro con contacto mvil
Resistencia dependiente de la tensin (Varistor)
Elemento calefactor
Interruptor normalmente abierto (NA).
Cualquiera de los dos smbolos es vlido.
Interruptor normalmente cerrado (NC).
Interruptor. Unifilar.
-
Interruptor con luz piloto. Unifilar.
Interruptor unipolar con tiempo de conexin limitado.
Unifilar.
Interruptor graduador. Unifilar.
Regulador de intensidad luminosa.
Interruptor bipolar. Unifilar.
Conmutador
Conmutador unipolar. Unifilar.
Por ejemplo, para los diferentes niveles de iluminacin.
Interruptor unipolar de dos posiciones. Conmutador de vaivn.
Unifilar.
Conmutador con posicionamiento intermedio de corte.
Conmutador intermedio.Conmutador de cruce. Unifilar.
Diagrama equivalente de circuitos.
Pulsador normalmente cerrado
Pulsador normalmente abierto
Pulsador. Unifilar.
Pulsador con lmpara indicadora. Unifilar.
Animacin: Esquemas circuitos elctricos
-
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Ley de Ohm:
Ley de Ohm:
Hay una expresin que nos permitir, para la mayora de los
receptores utilizados en circuitos en Electrotecnia, relacionar la
tensin a la que estn sometidos con la intensidad que circula por
ellos. Es la famosa ley de Ohm, que nos permitir operar y
simplificar dichos circuitos elctricos.
Ya sabemos que cuando se mantiene una ddp a travs de un
conductor se establecen una densidad de corriente J y un campo
elctrico E. Si esta ddp es constante, la corriente en el conductor
tambin lo es.
Pero adems, es frecuente que la densidad de corriente en un
material sea proporcional al campo elctrico en l, y su
comportamiento se rija por la expresin:
J = E
Siendo:
J la densidad de corrienteE el campo elctrico la conductividad
del material.
Los materiales cuyo comportamiento se ajusta a esta ecuacin, se
dice que siguen la Ley de Ohm.
Ms concretamente, la ley de Ohm afirma que, "para muchos
materiales (incluyendo la mayora de los metales), la razn de la
densidad de corriente y el campo elctrico es una constante, , la
cual es independiente del campo elctrico que produce tal
corriente".
Pero suele ser ms cmodo, en las aplicaciones prcticas, emplear
valores de tensin e intensidad y no de densidad y campo elctrico.
Se puede demostrar, para los materiales que siguen la ley de Ohm,
la relacin anterior es equivalente a:
V = I R
donde, empleando unidades del Sistema internacional:
I = Intensidad en amperios (A)V = Diferencia de potencial en
voltios (V)R = Resistencia en ohmios ().
Es importante puntualizar dos cuestiones:
La ley de Ohm, es una propiedad especfica de ciertos materiales,
y no una ley general del electromagnetismo. Es decir, no es una ley
fundamental de la naturaleza, sino una relacin emprica vlida
nicamente para ciertos materiales.
Se dice que los materiales que obedecen a la ley de Ohm, y por
consiguiente muestran ese comportamiento lineal, son hmicos: por el
contrario, se dice que los materiales que no obedecen la ley de Ohm
son no hmicos (ej. Los semiconductores, que se vern en la unidad
10).
La relacin V = IR no es un enunciado de la ley de Ohm, como se
suele malinterpretar frecuentemente: Un material conductor cumple
con la ley de Ohm slo si su curva V-I es lineal; esto es si R es
independiente de V y de I.
La relacin R = V/I sigue siendo la definicin general de la
resistencia de un conductor, independientemente de si ste cumple o
no con la ley de Ohm. La intensidad de la corriente elctrica que
circula por un dispositivo es directamente proporcional a la
diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la
resistencia del mismo, segn expresa la frmula siguiente: I =
V/R
Animacin Ley de Ohm
Anmaciones:
Ley de Ohm SMLey de Ohm 1Ley de Ohm 2Ley de Ohm 3Ley de Ohm
4
Aplicacin: proyectoleyohm.exe
Animacin Ley de Ohm:
http://www.walter-fendt.de/ph11s/ohmslaw_s.htm
Animacin Ley de
Ohm:http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/ohm/ohm_ita.htm
Animacin Ley de
Ohm:http://fem.um.es/Fislets/CD/II5Circuitos/II25CircuitosCC/il25_3.html
Video sobre la ley de
Ohm:http://www.acienciasgalilei.com/videos/corrientecontinua/1leyohm.wmv
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
-
Unidad Didctica II
Potencia elctrica y Energa elctrica
Ahora veremos una expresin muy utilizada en Electrotecnia, para
calcular la potencia elctrica entregada por un generador o
consumida por un receptor, as como la energa elctrica que ello
representa a lo largo del tiempo.
Para comprender estos conceptos, acudiremos al caso ms sencillo
visto hasta el momento:
Un generador de energa elctrica (supondremos una batera) cuyo
terminal (o polo) positivo se conecta mediante un conductor a una
receptor resistivo (resistencia) R (el terminal positivo de una
batera es aquel que se encuentra al potencial ms alto) y el
terminal negativo se conecta, mediante otro conductor, al otro
extremo de la resistencia
Imaginemos que seguimos una cantidad positiva de carga Q a lo
largo de todo el circuito: desde el terminal positivo de la batera
a la resistencia, a su travs y al terminal negativo y a travs de la
batera desde el terminal - al +.
Segn atraviesa la batera, su energa potencial elctrica aumenta
en una cantidad W = VQ (siendo V el potencial en el terminal
positivo de la batera), en tanto que la energa potencia qumica de
la batera disminuye en la misma cantidad.
No obstante, segn se mueve la carga a travs de la resistencia,
pierde esta energa potencial elctrica W en virtud de las colisiones
que experimenta contra los tomos de la resistencia, produciendo
energa trmica.
(Despreciamos la resistencia de los alambres de interconexin,
para que no haya prdida de energa en ellos aunque se los podra
considerar como resistencias en serie)
Cuando la carga regrese al terminal negativo de la batera, debe
tener la misma energa potencial que tuviera al partir. Si este no
fuera el caso, la carga ganara energa durante cada viaje alrededor
del circuito, lo cual sera una violacin de la conservacin de la
energa.
La rapidez con que la carga Q pierde energa potencial al pasar
por la resistencia se obtiene de W/t, pero esa expresin se puede
desarrollar y adoptar otra forma ms interesante:
siendo
W la energa potencial elctricat el tiempo trascurridoQ la
cantidad de carga puesta en juegoV el potencial de energa de la
bateraI la intensidad de corriente
Naturalmente, la carga vuelve a ganar esta energa al pasar por
la batera.
Adems, en Fsica a la variacin de la energa en el tiempo, en
general, se le denomina potencia P, por tanto a la variacin de la
energa potencial elctrica (W) en el tiempo, en particular, se le
denomina potencia elctrica P, y representa la velocidad a la que se
consume la energa elctrica
Es fcil ver que si se iguala esta expresin con la anterior, se
tiene que:
P = IV
Donde:
P es la potencia elctricaI es el valor de la corrienteV es el
valor de la tensin.
Si I se expresa en amperios (A) y V en voltios (V), P estar
expresada en vatios (W).
(Amperio Voltio = Coulomb / Segundo Julio / Coulomb = Julio /
Segundo = Vatio)
Adems, con la ecuacin P = I V y el hecho de que V = I R para una
resistencia, puede expresarse la potencia disipada en un receptor
(o en un conductor en general) de las formas:
-
Frmulas empleadas para calcular la potencia consumida por un
conductor o un receptor a veces denominada simplemente prdida
I2R
Para el caso de los generadores, despreciando su resistencia
interna, la ddp entre sus terminales es igual a la fem E de la
batera (V = V+-V- = E), por lo que la expresin de la potencia
entregada por los generadores se escribe como:
Resultado que nos demuestra que la potencia entregada por el
generador, es igual a la potencia perdida en el resistor (P = I2 R
en ambos casos), ya que se tiene que cumplir el principio de
conservacin de la energa.
Como se ve ambas expresiones son similares, y por tanto sirven
para calcular tanto la potencia suministrada por un generador como
la consumida por un receptor conectado a l. En general se emplea
para determinar la potencia transferida a cualquier dispositivo que
lleve una corriente I y tenga una ddp V entre sus terminales:
La potencia elctrica desarrollada en un cierto instante por un
dispositivo de dos terminales (P) es el producto de la diferencia
de potencial entre dichos terminales (V) y la intensidad de
corriente (I) que pasa a travs del dispositivo.
Animacin: Potencia elctrica 2
Aplicacin proyectopotencia
Circuitos Elctricos De Corriente Continua
Efecto Joule
A partir de las expresiones vistas anteriormente, podemos
deducir otra que nos permita obtener la energa calorfica producida
por una corriente elctrica. Es la denominada Ley de Joule.
A la expresin de la potencia perdida como calor vista
anteriormente:
tambin se la denomina calor Joule o prdida por efecto Joule,
Si a los miembros de la expresin anterior (potencia), los
multiplicamos por el tiempo, obtendremos la expresin del trabajo: W
= Pt = VIt = I2Rt conocido como Ley de Joule, que viene a ser el
efecto trmico que produce el paso de la corriente por un conductor,
ya que parte de la energa cintica de los electrones se transforma
en calor debido al choque que sufren con las molculas del conductor
por el que circulan, elevando la temperatura del mismo.
Este efecto, denominado Efecto Joule se define de la siguiente
manera: "La cantidad de energa calorfica producida por una
corriente elctrica, depende directamente del cuadrado de la
intensidad de la corriente, del tiempo que sta circula por el
conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la
corriente".
Matemticamente se expresa como
Q = I2Rt
siendo:
Q = Energa calorfica producida por la corriente, en JI =
Intensidad de la corriente que circula, en AR = Resistencia
elctrica del conductor, en t = Tiempo, en s.
A veces, cuando el trabajo elctrico se manifiesta en forma de
calor, se expresa en Caloras.
Sabiendo que 1 J = 0,24 cal (equivalente calorfico del trabajo)
( 1 cal = 4,18 J (equivalente mecnico del calor), se tiene que:
Q = 0.24I2Rt
La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una
sustancia depende directamente de la masa, del calor especfico y
del incremento de temperatura:
Q = m c (t2-t1)
Se entiende por calor especfico (c) de una sustancia la cantidad
de calor necesaria para elevar en 1 C la cantidad de un gramo de la
sustancia de que se trate.
CALOR ESPECFICO
Sustancia Cal/gC
Agua 1
-
Aceite 0,44 Aluminio 0,22
Cobre 0,09
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes
electrodomsticos como los hornos, las tostadoras y las
calefacciones elctricas, calentadores de agua, planchas, secadores
de pelo,... y algunos aparatos empleados industrialmente como
soldadoras, etc., en los que el efecto til buscado es,
precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la
corriente.
Sin embargo, en la mayora de las aplicaciones es un efecto
indeseado y la razn por la que los aparatos elctricos y electrnicos
necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el
calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.
Animacin: Energa elctrica
Aplicacin proyectoenergia
Aplicacin ohm.exe
Animacin ley de Joule:
http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/joule/heat_ita.htm
Vdeo sobre la ley de
Joule:http://www.acienciasgalilei.com/videos/corrientecontinua/4leyjoule.wmv
Autoevaluacin
1 El cable elctrico est formado por:
a) Conductor ms aislante.
b) Conductor
c) Aislante
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
2 En los pulsadores hay dos tipos de posiciones de reposo:
a) NA y NO
b) NA y NC
c) NC y NO
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
3 Si en un circuito quieres seleccionar que funcione una
bombilla o un timbre, qu elemento de mando emplearas?
a) Interruptor
b) Pulsador
c) Conmutador.
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
4 Cul es la expresin correcta?
a) V=I x R
b) V=I/R
c) V=R/I
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
5 Cul es la expresin correcta?
a) P = V x I
b) P=V/I
c) P=I/V
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
6 Q = I2Rt es una expresin que representa a:
a) La ley de Joule
b) La ley de Ohm
c) Ninguna de las anteriores.
CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.
Circuitos Elctricos De Corriente Continua