ELECTROTECNIA Circuitos de Corriente Continua Juan Guillermo Valenzuela Hernández (jgvalenzuela@utp.edu.co) Universidad Tecnológica de Pereira Primer Semestre de 2014 Juan Valenzuela 1
Circuito de Corriente Continua Un circuito de corriente continua es un circuito en el cual el flujo de electrones ocurre en un único sentido. Esto debido a la excitación resultante de una fuente de tensión y/o corriente de magnitud que permanece constante en el tiempo. Las magnitudes de tensión y corriente se mantienen iguales en cualquier instante de tiempo para un elemento de circuito. 2
Conexión de elementos de circuito 3
Conexión entre elementos de circuito Los elementos de circuito pueden conectarse de diferentes formas para conformar un circuito. Conexión Serie: Dos elementos de circuito están conectados en serie, cuando estos comparten un nodo del sistema al cual no está conectado ningún otro elemento. En una conexión en serie, la corriente que fluye por uno de los elementos es siempre la misma que circula por los demás. El voltaje de cada elemento en serie puede ser diferente a los demás, según sus características. 4
Conexión entre elementos de circuito Conexión Paralelo: Dos elementos de circuito están conectados en paralelo cuando estos comparten los dos nodos a los que están conectados. En una conexión en paralelo, la diferencia de potencial que experimenta cada uno de los elementos es siempre la misma, mientras que la corriente que fluye por cada uno de ellos puede ser diferente según las características del elemento. 5
Conexión entre elementos de circuito Conexión Delta o Triángulo: Esta conexión se presenta entre tres elementos de circuito. Es importante notar que ninguna pareja de elementos cumple criterios de las conexiones mencionadas. En una conexión en delta o triángulo, todos los elementos pueden presentar características diferente de tensión y corriente. 6
Conexión entre elementos de circuito Conexión Y o Estrella: Esta conexión se presenta entre tres elementos de circuito. Es importante notar que ninguna pareja de elementos cumple criterios de las conexiones mencionadas. En una conexión en estrella, todos los elementos pueden presentar características diferente de tensión y corriente, según sus características. 7
Conexión entre elementos de circuito Observaciones: A partir de las observaciones realizadas en el análisis de la conexión de elementos, se comprendió por qué estos presentan algunas parámetros similares según el tipo de conexión. Este razonamiento resultará de gran utilidad en el análisis del comportamiento de circuitos. En algunas ocasiones, resulta conveniente reducir la cantidad de elementos de los circuitos con el fin de reducir las variables y simplificar el análisis del mismo. A partir del análisis de la naturaleza y conexión de dichos elementos, se puede llegar a un circuito con menor cantidad de elementos y que presente el mismo comportamiento. Se recomienda NO reducir elementos de circuito que sean el objeto de estudio. 8
Equivalentes de fuentes Cuando dos o más fuentes independientes de voltaje están conectadas en serie, cada una de ellas mantendrá la diferencia de potencial haciendo que entre los extremos de este arreglo se evidencie una tensión diferente. La diferencia de potencial entre a y b, será la suma algebraica de las diferencias de potencial de las fuentes, teniendo en cuenta su polaridad. 9
Equivalentes de fuentes Cuando dos o más fuentes independientes de voltaje están conectadas en paralelo, estas tendrán la misma diferencia de potencial en sus extremos y por lo tanto, pueden ser reducidas así: La diferencia de potencial es la misma para todos los elementos. *Con esta conexión se debe tener especial cuidado, pues si se realiza en la práctica y el voltaje no es el mismo, podrá causar un accidente. 10
Equivalentes de fuentes Cuando dos o más fuentes independientes de corriente están conectadas en serie, tendrán el mismo nivel de corriente circulando por ellas y por lo tanto, pueden ser reducidas así: La corriente de elementos en serie es la misma, pues es el único camino que tienen los electrones. 11
Equivalentes de fuentes Cuando dos o más fuentes independientes de corriente están conectadas en paralelo, estas podrán ser sustituidas por una única fuente de una magnitud equivalente a la corriente entrante a los nodos, así: Si un elemento es conectado al nodo a, está recibirá una corriente equivalente a: 12
Medición de Tensión y Corriente 13
Medición de Tensión y Corriente Para la adquisición de las medidas de corriente y tensión en uno o varios elementos de un circuito se utilizan equipos distintos y se realizan conexiones distintas. El amperimetro debe ser conectado en serie para que el equipo experimente la misma corriente que se desea medir. El voltimetro debe ser conectado en paralelo para que experimente la misma diferencia de potencial que se desea medir. 14
Ley de Ohm y Resistencia Eléctrica 15
Ley de Ohm La ley de Ohm establece que la corriente eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad. Entonces, a partir de la figura se deduce que: V RI 16
Resistencia Eléctrica La resistencia eléctrica de un objeto o elemento, es la medida de la manera como este se opone al flujo de corriente eléctrica, definiendo cuando un elemento es bueno o mal conductor. Este parámetro depende de las propiedades intrínsecas de material (o elemento) y de sus dimensiones físicas. L : Resistividad (Ω*m) Propiedad Intrínseca R S L : S : Longitud (m) Área de sección transversal (m 2 ) Dimensiones Se tiene entonces, que la unidad de medida de la resistencia eléctrica son los Ohms (Ω). 17
Resistencia Eléctrica Algunos parámetros de resistividad de materiales son: Material Poliestileno Silicio Carbono Aluminio Cobre Plata Resistividad (Ω.m) 8 1x10 2.3x10 4x10-3 2.2x10 1.7x10 5-8 -8 1.55x10-8 Se puede ver, que los materiales con alta resistividad son utilizados como aislantes, mientras los materiales con baja resistividad son comúnmente utilizados como conductores en sistemas eléctricos. 18
Resistencia Eléctrica Las resistencias fabricadas para operar a bajos niveles de potencia son identificadas por un código de colores que definen su valor de resistencia. 1 y 2 son los dígitos iniciales. 3 es la cantidad de ceros 4 es la tolerancia 19
Conductancia Eléctrica Un parámetro relacionado con la resistencia es la conductancia, que equivale a su valor inverso. De esta manera, la conductancia representa la afinidad o habilidad de un elemento para permitir el flujo de cargas eléctricas a través de él. 1 S G R L La unidad de medida de la conductancia es el siemens o mho ( ). 20
Ejemplo Si un alambre de cobre con una longitud de medio metro (0.5 m), que posee un diámetro de 3.264 mm (8.366 mm 2 de área) que equivale a un alambre calibre #8, es conectado en los terminales de un toma corriente residencial que tiene una diferencia de potencial entre los terminales de 120v. Calcule el valor de la corriente a través del alambre. 21
Ejercicios Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 22
Resistencia equivalente Un conjunto de resistencias en serie puede ser representado por una única resistencia equivalente de magnitud igual a la suma algebraica de los valores de las resistencias a reducir. R eq n R m 1 m 23
Resistencia equivalente Matemáticamente, la equivalencia de resistencias en serie se evidencia como: V V V V... V ab ab ab 1 2 3 1 2 3... n... V ir ir ir ir V i R R R R n 1 2 3 n m 1 R eq n R m R eq 24
Resistencia equivalente Un conjunto de resistencias en paralelo puede ser representado por una única resistencia equivalente de magnitud igual a la suma algebraica de los inversos de cada una de las resistencias a reducir. n 1 1 R eq m 1 Rm 25
Resistencia equivalente Matemáticamente, la equivalencia de resistencias en paralelo se evidencia como: i i i i... i i i ab ab ab 1 2 3 V ab V ab V ab V ab... R R R R 1 2 3 n 1 1 1 1 Vab... R1 R2 R3 R n n n 1 1 R eq m 1 Rm 1/ R eq 26
Gracias 27