UNIDAD 4: CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS BLOQUE 3: MÁQUINAS Y SISTEMAS TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I

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1 UNIDAD 4: CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS BLOQUE 3: MÁQUINAS Y SISTEMAS TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I

2 ESQUEMA DE LA UNIDAD: 1. CIRCUITOS ELÉCTRICOS 2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO 2.1 GENERADORES Y ACUMULADORES DE CORRIENTE 2.2 RECEPTORES 2.3 ELEMENTOS DE CONTROL 2.4 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN 3. MAGNITUDES ELÉCTRICAS 4. RESOLUCIÓN CIRCUITOS SENCILLOS. 5. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMPLEJOS. LEYES DE KIRCHHOFF 2

3 1. CIRCUITOS ELÉCTRICOS Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos dispuestos en una trayectoria cerrada que tiene como objetivo la transmisión y control de la energía eléctrica desde un generador a un receptor.

4 2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO 2.1 GENERADORES y ACUMULADORES DE CORRIENTE Los generadores son los elementos que producen la energía eléctrica que circulará por un circuito. GENERADORES DE DC PILAS - BATERÍAS DINAMOS PLACAS FOTOVOLTAICAS GENERADORES DE AC ALTERNADORES

5 2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO 2.1 GENERADORES y ACUMULADORES DE CORRIENTE Los acumuladores son los elementos capaces de almacenar una determinada carga eléctrica: CONDENSADORES Capacidad de un condensador: C = Q/V [C] = F (faradios) [Q] = C (culombios) [V] = V (voltios) Dos tipos de condensadores: Electrolíticos (polarizados) Cerámicos (no polarizados)

6 2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO 2.2 RECEPTORES Los receptores transforman energía eléctrica en otro tipo de energía. Química Mecánica Lumínica Energía Eléctrica Calorífica Acústica

7 2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO 2.3 ELEMENTOS DE CONTROL Se utilizan para controlar el flujo de electrones en un circuito: Interruptores, conmutadores, pulsadores, relés...

8 2. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO 2.4 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Elementos que se utilizan para proteger las instalaciones eléctricas (y a las personas) de sobreintensidades, incrementos de voltaje o cortocircuitos: Elementos de protección Fusibles Interruptores magnetotérmicos Interruptores diferenciales Elemento conductor que funde cuando la intensidad del circuito supera un valor Interruptor que abre el circuito cuando la intensidad de la corriente es muy grande Compara la intensidad de la corriente a la entrada y a la salida de un circuito, detectando derivaciones a tierra o hacia personas

9 3. MAGNITUDES ELÉCTRICAS 3.1 INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica es la carga o número de electrones que fluyen por un conductor en un segundo. I = Q/t Q = carga; unidad: culombio (1C = 6, electrones) t = tiempo (s) Unidad de la Intensidad: amperios (A), miliamperio (ma) y microamperio (µa) 3.2 RESISTENCIA La resistencia es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. R = Resistencia del material, en Ω. ρ = Resistividad, en Ω m (Ω m 2 / m) L = longitud del cable (en metros) S = sección del conductor (en m 2 )

10 3. MAGNITUDES ELÉCTRICAS 3.3 VOLTAJE, TENSIÓN o DIFERENCIA DE POTENCIAL Energía necesaria para transportar la unidad de carga (culombio) de un punto a otro del circuito. El elemento encargado de proporcionar esta energía al circuito es el generador. Unidad: voltios (V). Se denomina fuerza electromotriz (fem) a la energía consumida por un generador de corriente para transportar la unidad de carga (un culombio) desde el polo positivo al negativo, por el interior del generador, para mentener en sus bornes una tensión determinada. Se mide también en V. 3.4 LEY DE OHM I = V/R 3.5 POTENCIA ELÉCTRICA Y ENERGÍA Potencia eléctrica, unidades: watios (W), kilowatios (kw) Energía, unidades del SI: julios (J), calorias (cal) y kilowatio-hora (kwh) P = V I E = V I t = P t 1 J = 0,24 cal 1 kwh = 3, J

11 4. RESOLUCIÓN DE CIRCUITOS SENCILLOS CIRCUITOS MIXTOS Algunos elementos se conectan en serie y otros en paralelo: R T = R P + R S ; 1/R p = 1/10 + 1/7; R P = 4,1k; R T = 5k + 4,1k = 9,1k I T = V T /R T ; I T = 9V/9,1k= 0,98 ma V 5k =I T R 5k = 0,98 ma 5k= 4,9 V ; V 7k =V 10k = 9V-4,9V = 4,1 V I 7k = V 7k /R 7k = 4,1V / 7k = 0,58 ma ; I 10k = 4,1V/10k = 0,41 ma (I T = I 7k + I 10k = 0,58mA+0,41mA=0,99mA) R s = =1250Ω; 1/R T = 1/R p = 1/ /1250; R T = 92,6Ω I T = V T /R T ; I T = 9V/92,6Ω = 0,097A; V 100 = 9V; I 100 =V 100 /R 100 = =9V/100Ω=0,09A; I T =I 100 +I 1250 ; I 1250 =0,097A-0,09A=0,007A; V 250 =0,007A 250=1,75V; V 1k = 9-1,75V = 7,25V R s = 10k+10k=20k; 1/R T = 1/R p = 1/20 + 1/10; R T = 6,7k I T = V T /R T ; I T = 9V/6,7k = 1,34mA; V 10k = 9V; I 10k =V 10k /R 10k = =9V/10k=0,9mA; I T =I 10k +I 20k ; I 20k =1,34-0,9=0,44mA; V 10k-10k =0,44mA 10k=4,4V

12 5. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMPLEJOS. LEYES DE KIRCHHOFF Las leyes de Kirchhoff permiten la resolución de problemas más complejos, que no pueden abordarse por aplicación directa de la Ley de Ohm. Este tipo de problemas son los que denominamos de mallas y se caracterizan porque pueden presentar varios generadores y receptores, así como uno o más circuitos cerrados (mallas).

13 5. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMPLEJOS. LEYES DE KIRCHHOFF PRIMERA LEY DE KIRCHHOFF: En cualquier nodo del circuito (punto de la red en el que concurren dos o más conductores), la suma de las intensidades de corriente que llegan es igual a la suma de las intensidades que salen. i=0 I i = 0 Se considerarán positivas las corrientes que entran en un nudo y negativas las que salen. SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF: En todo circuito cerrado, simple, la suma algebraica de las fuerzas electromotrices (tensiones que suministran los generadores) más la suma algebraica de las caidas de tensión (debidas a los receptores) es igual a cero. V malla = 0

14 5. RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS COMPLEJOS. LEYES DE KIRCHHOFF EJEMPLO RESUELTO: Utilizando las leyes de Kirchhoff, calcular las tensiones o diferencias de potencial entre los extremos de cada resistencia, una vez cerrado el interruptor. I I I II Aplicamos la 2ª ley de Kirchhoff en cada una de las ramas: V malla = 0 I I Consideramos dos mallas: I y II Establecemos las corrientes de cada una de las mallas (I I e I II ) suponiendo un determinado sentido de circulación. Las corrientes de las mallas pueden coincidir con las corrientes de algunas de las ramas y en otros casos se calcularan como composición de varias, según la 1ª ley de Kirchhoff. MALLA I: 9V+ 10 I I 3V = 0 MALLA II: 3V+ 10 I II + 20 I II = 0 V R1 = I I R1 = 0.6 A 10 Ω = 6 V V R2 = I II R2 = 0.1 A 10 Ω = 1 V V R3 = I II R3 = 0.1 A 20 Ω = 2 V I I = A (El sentido de corriente propuesto no es correcto) I II = A (El sentido de corriente propuesto no es correcto) I I I II