ELECTRICIDAD TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I
CONCEPTO DE ENERGÍA ELECTRICA La materia está formada por átomos y los átomos por partícula subatómicas. El núcleo está formado a su vez por protones, con masa y carga eléctrica positiva y por neutrones con masa pero sin carga eléctrica. Externamente por electrones con carga eléctrica negativa y una masa muy pequeña. El estado normal de los átomos es carga neutra, es decir el mismo número de protones que de electrones. Cuando el átomo pierde un electrón, se convierte en un ion positivo o catión, con carga eléctrica positiva. Cuando gana un electrón, se convierte en un ion negativo o anión, con carga eléctrica negativa. Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).
MAGNITUDES ELÉCTRICAS VOLTAJE, TENSIÓN O DIFERENCIA DE POTENCIAL (ddp): la energía necesaria para transportar la unidad de carga (culombio) desde un punto a otro del circuito. Lo podríamos comparar con la presión de agua que circula por una tubería. Tanto el voltaje como la fuerza electromotriz se mide en voltios (V) o también en kilovolltios (KV) o milivoltios (mv). INTENSIDAD DE CORRIENTE: Es la cantidad de electrones que circulan por un punto de un circuito en la unidad de tiempo (segundo) La unidad de carga eléctrica es el culombio, es decir 6,24 10 18 electrones. I = Q/t I = intensidad en amperios. Q = carga en culombios. t = tiempo en s Se utilizan los submúltiplos del amperio como: el miliamperio ma (la milésima parte del amperio y el microamperio µa (la millonésima parte del amperio).
MAGNITUDES ELÉCTRICAS RESISTENCIA ELÉCTRICA: es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica es decir a los electrones. La resistencia eléctrica se expresa en ohmios (Ω). Dicha resistencia depende del tipo de material (ρ) de la longitud del cable (m) y de la sección S (mm 2 ). R= ρ L/S Además del Ohmio se emplea el Kiloohmio (K Ω) y el Megaohmio (M Ω) Los materiales atendiendo a su conductividad eléctrica se pueden clasificar en: Aislantes: se oponen al paso de los electrones, en menor o mayor grado. Conductores: dejan pasar la corriente en mayor o menor grado. Superconductores: sin apenas resistencia al paso de los electrones. Semiconductores: solo dejan pasar los electrones cuando se dan unas condiciones determinadas (como un voltaje mínimo).
La LEY DE OHM desde el punto de vista matemático, se puede representar por medio de la siguiente fórmula: I = V/R ENERGÍA ELÉCTRICA CONSUMIDA POR UN RECEPTOR: es el producto de la carga que lo atraviesa multiplicado por el voltaje que hay entre sus bornes. E = Q V (julio = culombio voltio) Como I = Q/t E = Q V = I t V Como V = R I E = I t R I = I 2 R t = V 2 t/r POTENCIA CONSUMIDA POR UN RECEPTOR : es la cantidad de energía consumida en un determinado tiempo. P = E/t = I V t /t = V I
EFECTO JOULE Cuando una corriente eléctrica traviesa un cable conductor, parte de su energía se transforma en calor. La cantidad de calor emitido dependerá de la resistencia que ofrezca el cable al paso de los electrones (intensidad de corriente eléctrica al cuadrado) y del tiempo que dure. A la transformación de la corriente eléctrica en calor se le denomina efecto Joule. E = I 2 R t Amperios, ohmios, segundos y julios
ELEMENTOS DE UN CIRCUITO
GENERADORES DE ENERGÍA ELÉCTRICA Son aquellas máquinas que transforman cualquier tipo de energía en electricidad. El circuito interno de los generadores ofrece una cierta resistencia al paso de los electrones, y se le denomina resistencia interna (r i ). fme (fuerza electromotriz) > ddp (diferencia de potencial, voltaje o tensión) En esta resistencia parte de la energía eléctrica se transforma en calor por el efecto Joule. E = I 2 r i t Este valor es muy pequeño y en muchos casos se suele despreciar (r i = 0) Cuando se desprecian estas pérdidas el valor de la fem del generador es igual a la diferencia de potencial (ddp) de los bornes. fem = ddp Dependiendo del tipo de energía obtenida, existen dos tipos de generadores
TIPOS DE GENERADORES DE CORRIENTE ELÉCTRICA DE CORRIENTE CONTINUA (CC). Se caracterizan porque la intensidad de corriente que generan siempre va en el mismo sentido. Los más importantes son: Generador de CC o dinamo: Movimiento muy rápido de un bobinado de cobre dentro de un campo magnético. Placas fotovoltaicas: incidencia de fotones sobre ciertos semiconductores (silicio) Pilas de hidrógeno o pilas de combustible: reacción química del hidrogeno liquido con el oxígeno. Mediante frotación: al frotar una barra de ámbar con un trozo de lana, uno de ellos roba electrones al otro, quedando ambos cargados eléctricamente. DE CORRIENTE ALTERNA (CA). Se caracterizan porque los electrones se mueven a lo largo del conductor en un sentido y en instante siguiente hacia el otro. La polaridad del generador está cambiando constantemente, pasando de un valor positivo a otro negativo y viceversa. Alternadores: un bobinado de cables dentro de un campo magnético variable.
ACOPLAMIENTO DE GENERADORES DE CC + + + G G G + - + - + - - - - G G G EN PARALELO: Todos los polos positivos se conectan entre si y los negativos entre si Solamente se pueden agrupar generadores con la misma fem El voltaje del conjunto es igual al voltaje de uno de ellos y la intensidad el producto de una de las intensidades por el numero de ellos. V = V 1 = V 2 = V 3 + + G G G G G G - - EN SERIE: El polo positivo de un generador se conecta al negativo del siguiente La fuerza electromotriz total del agrupamiento de generadores es la suma de la fem de cada uno de ellos Si alguno está al revés, se resta V = V 1 + V 2 + V 3 MIXTO: la fuerza electromotriz de cada una de las series debe ser igual al resto. Su valor será igual al que proporcione una cualquiera de las series V = V 1 + V 2 + V 3, I = I A + I B
ACUMULADORES DE CORRIENTE ELÉCTRICA Los acumuladores de energía eléctrica son dispositivos que utilizamos para almacenar energía eléctrica. Los más importantes son: + - Pilas y baterías. Acumulan energía, pero no eléctrica, sino química. Al descargarse se vuelve a transformar en eléctrica. Su rendimiento supera el 90%. Su carga y su descarga puede ser completa o incompleta. Condensadores. Se cargan de energía eléctrica en forma de campo electroestático y su descarga es completa. La capacidad de un condensador se mide en faradios (F) milifaradios (mf), microfaradios (µf), nanofaradios (nf) o picofaradios (pf). Aumentan disminuyen de mil en mil.
ASOCIACIÓN DE PILAS Y BATERÍAS I t + + - - V 1 V 2 + + V 1 - V 2 - V 1 V 2 + + - - + + - - V 4 V 5 + - V 3 + V 3 - I a V 3 + + - - V 6 I b EN SERIE: V t = V 1 + V 2 + V 3 I t = I 1 = I 2 = I 3 R t = R 1 + R 2 + R 3 EN PARALELO: V t = V 1 = V 2 = V 3 I t = I 1 + I 2 + I 3 1 R t = ------------------------- 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 MIXTO: V a = V 1 + V 2 + V 3 V b = V 4 + V 5 + V 6 V t = V a = V b I t = I a + I b R a = R 1 + R 2 + R 3 R b = R 4 + R 5 + R 6 1 R t = ------------------------ 1/R a + 1/R b
ELEMENTOS DE CONTROL Y MANIOBRA INTERRUPTORES
ELEMENTOS DE CONTROL Y MANIOBRA PULSADORES Pulsador normalmente abierto NA Pulsador normalmente cerrado NC
ELEMENTOS DE CONTROL Y MANIOBRA CONMUTADORES Conmutador de dos posiciones o de hotel Conmutador de cruce M
ELEMENTOS DE CONTROL Y MANIOBRA CONMUTADORES Conmutador de múltiples posiciones (cuatro)
ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN ELECTRICA El contador
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DE CIRCUITOS El fusible
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DE CIRCUITOS El interruptor de control de potencia ICP
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DE CIRCUITOS Interruptor magnetotérmico (automático)
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DE CIRCUITOS Interruptor diferencial
ELEMENTOS DE PROTECCIÓN DE CIRCUITOS El cuadro general de distribución Toma de tierra
RECEPTORES (Resistencias) En general se dice que ofrece resistencia cualquier cosa que se oponga al flujo de corriente en un circuito. La resistencia la medimos en ohmios. Las resistencias electrónicas son unos elementos muy empleados en cualquier circuito. Según el material empleado en su construcción se oponen más o menos al paso de la corriente eléctrica, o sea tienen diferente resistencia. Estos elementos se fabrican con unos valores de resistencia que cubren, desde unos pocos, hasta millones de ohmios. Según el tipo de dificultad que oponen al paso de la corriente las resistencias se pueden clasificar en fijas, variables y dependientes. Las resistencias fijas tienen un valor constante, dentro de unos márgenes de tolerancia. Para identificar el valor de la resistencia se recurre a unos códigos de colores. La mayoría de las resistencias tienen impresas sobre la cápsula de protección cuatro bandas o franjas de colores. Las tres primeras nos dan su valor óhmico y la cuarta la tolerancia de este valor.
RECEPTORES (Resistencias) Dentro de las resistencias fijas y según la forma de fabricarse, distinguimos las resistencias aglomeradas, las de película de carbón, las de película metálica y las bobinadas. Simbología En actualidad las más utilizadas son las de película de carbón debido a su gran estabilidad térmica.
RECEPTORES (Resistencias) Las resistencias variables tienen la posibilidad de poderse regular dentro de unos márgenes previstos. También se les denomina potenciómetros o reostatos y pueden ser de película de carbón o bobinadas. Las resistencias dependientes están formadas por materiales semiconductores cuyo valor óhmico varia en función de diferentes características, como la luz (LDR), la temperatura (NTC y PTC)) y la tensión (VDR).
ASOCIACIÓN DE RECEPTORES En serie
ASOCIACIÓN DE RECEPTORES En paralelo
ASOCIACIÓN DE RECEPTORES Mixto