manual de instalaciones electricas en bt

7/17/2019 Manual de Instalaciones Electricas en BT

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Manual

tcnicode instalaciones elctricas en bajatensin

nterruptor

escalera

Lmpara

Receptculos

Interruptorescalera

Lmpara


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Receptculos


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Manual tcnico

de instalaciones elctricas

en baja tensin


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Primera edicin, 2003Segunda edicin, agosto2005 Tercera edicin, abril2006 Cuarta edicin, marzo2007 Quinta edicin, junio200

! 200Ser"icios Condume#, S$%$ deC$&$ 'iguel de Cer"antesSaa"edra 255 Col$ (ranada))520 '*#ico, +$$

+erec-os reser"ados con.orme a la le/S1 64774)34

Queda ro-ibida la reroduccin total o arcial, directa o indirecta delcontenido de la resente obra, sin contar re"iamente con la autorizacine#resa / or escrito de los editores, en t*rminos de la e/ ederal del+erec-o de %utor /, en su caso, de los tratados internacionales alicables$ a

ersona ue in.rinja esta disosicin se -ar8 acreedora a las sanciones legalescorresondientes$

'P9:S; : ' P9T:+ ':=C;


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Manual tcnico

de instalaciones elctricas

en baja tensin

CABLES

Mxico 2009


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Introduccin

ruo Condume#, emresa de (ruo Carso, es uno de los conglomerados industriales m8simor4tantes de '*#ico$ Con la "ocacin ermanente de "anguardia tecnolgica, articia demanerarele"ante en mu/ di"ersos 8mbitos de la manu.actura? desde conductores el*ctricos / de

telecomuni4caciones -asta autoartes, asando or trans.ormadores de energ@a, comonenteselectrnicos / una

amlia gama de roductos de cobre, aluminio / l8stico$%dem8s, su en.oue de ser"icio integral le -a ermitido realizar con *#ito mAltiles

instalaciones de sistemas de energ@a / redes ara "oz, datos / "ideo, as@ como entregar ro/ectoslla"e en mano a satis.accin del cliente$

+esde )5B, ao en ue inici sus oeraciones, se con"irti r8idamente en el rincial.abricante de conductores el*ctricos del a@s / se -a distinguido siemre or la alta calidad / el

desarrollo tecnolgico de sus roductos$ %simismo, -a sido reconocido or el ser"icio a susclientes, al roorcionarles -erramientas ara mejorar su desemeo / resultados$Dna clara muestra de ello es elManual tcnico de instalaciones elctricas en baja tensin ue a-ora

tiene usted en sus manos$ Se trata de una recoilacin de in.ormacin r8ctica ara el diseo /realizacin de instalaciones el*ctricas de baja tensin$

+os caracter@sticas distinguen a este manual? en rimer lugar, su contenido es de .8cilcomrensin ara los interesados en arender a realizar instalaciones el*ctricas, ues sus temasson e#uestos con un lenguaje sencillo, sin abusar de la terminolog@a t*cnica$

:n segundo t*rmino, cabe resaltar ue la in.ormacin resentada est8 basada en la nue"a orma;.icial 'e#icana de nstalaciones :l*ctricas ;'400) S:+: 2005, or lo ue este 'anual ser8una "aliosa a/uda ara las ersonas ue, sin tener una carreta t*cnica en electricidad, uieren

ejecutar una instalacin el*ctrica con.iable / segura, aegada a la normati"idad nacional$

G


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Captulo

1

Ncleopor neutrones

7

Conceptos bsicosde la electricidad

ElEctricidad

a electricidad es un conjunto de .enmenos .@sicos re.erentes a los e.ectos roducidos or lascar4 gas el*ctricas tanto en reoso como en mo"imiento$

ue 1enjam@n ranElin uien denomin a los dos tios de cargas, positiva / negativaF dedujoue cuando una carga se roduce, siemre otra de magnitud id*ntica ero de carga ouesta secrear@a$a electricidad uede de.inirse como el mo"imiento de cargas el*ctricas llamadas electrones$ os8tomos de la materia contienen electrones, ue son art@culas con cargas negati"as$ os electronesse mue"en alrededor del nAcleo de su tomo, el cual contiene art@culas cargadas ositi"amentellamadasprotones$ormalmente las cargas ositi"as / las negati"as se encuentran en euilibrio enla materia$ Cuando los electrones se mue"en de su osicin normal en los 8tomos, se obser"ane.ectos el*ctricos$

Or

igEn

dE l

a

El

Ectr

icidad

tomo

a materia est8 .ormada or mol*culas, las cuales est8n comuestas a su "ez or 8tomos$os 8tomos son estructuras eueas / comlejas$ Son tan diminutos ue el microscoio m8s

otente slo uede darnos una ligera idea de ellos$Todos los 8tomos tienen estructuras similares, ero di.ieren en tamao / eso$ Todos, e#ceto el

-idrgeno, est8n .ormados or trespartculasb8sicas Guna art@cula es una eue@sima arte dela materiaH$ +os de esas art@culas, los protones / los neutrones, siemre est8n contenidas en elcentro del 8tomo, donde .orman un eueo nAcleo interior denso / esado$

a tercera clase de art@culas, los electrones, son e#cesi"amente eueas / mu/ ligeras, siemre

est8n girando alrededor del nAcleo .ormando una nube de electrones$'uc-os de estos electrones son de enlace, orue no ueden seararse del nAcleo a menos ueuna gran .uerza los obligue$ Si se aumentara el tamao del 8tomo "arios millones de "eces,arecer@a un cuero es4 .*rico ue no odr@a comrimirse .8cilmente a un tamao menor$ 'uc-assustancias uras o elementos est8n constituidos or interminables .ilas mu/ arecidas de 8tomosid*nticos, colocados en -ileras sobre -ilera, en eueas zonas de esacio "ac@o entre ellos$

Electrones

L


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:l movimiento desordenado e irregular de los electrones libres es causado or la energa calorfica, ueest8resente aun a mu/ bajas temeraturas$ Cada 8tomo de metal contiene un cierto nAmero de

8

formadoy protones tomo


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Manual tcnico de instalaciones elctricas en baja

:ste tio de arreglo es llamado estructura cristalinaF / es t@ico del estado slido de muc-osmateriales$ as sustancias mi#tas o compuestas est8n constituidas or "arias clases de 8tomos$ os8tomos .orman racimos GmolculasH ue se mantienen unidos or grandes .uerzas de atraccinentre los 8tomos$ :stas mol*culas a su "ez .orman el slido$

Estructura interna de los metalesTodos los metales tienen una estructura cristalina semejante$ 'illones de millones de 8tomos seagruan mu/ juntos, tan juntos como sea osible, como naranjas en un cesto$ :ste arreglo deja unm@nimo de esacio "ac@o entre los 8tomos del metal$

tomos

Los tomos estn acomodadoscomo naranjas en un cesto

Si amli.icamos m8s los cristales de metal, "eremos ue los esacios entre los 8tomos no est8ntotalmen4 te "ac@os$ Ia/ art@culas e#tremadamente eueas, llamadas electrones libres, ue aarecenen ellos con un mo"imiento irregular? ara atr8s / adelante, ara arriba / abajo, -acia todos lados,sin una tra/ectoria de.inida$ 'uc-os metales tienen un electrn libre or cada 8tomo de suestructura cristalina$

Electrones libres

tomos de metal


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Electrones fijosdentro de los

tomos!

Electrones libresentre lostomos!

maginemos ue contamos con un microscoio tan otente ue nos ermitiera "er los 8tomos /mi4 r8ramos los ue -a/ en un alambre de cobre$ ;bser"ar@amos ue el electrn gira a una"elocidad tan ele"ada ue casi no lo "er@amos, / ue su giro se realiza en todas direcciones, de.orma tal ue su tra4 /ectoria .ormar@a una esecie de es.era$

&eamos el 8tomo ue est8 junto al ue /a se obser" / encontramos ue el electrn del segundo8tomo tambi*n gira, ero en sentido contrario con resecto al rimero$ %dem8s, obser"amos uelas dos es.eras ue .orman con sus rbitas est8n unidas entre s@ en un solo unto$

:n ese unto de contacto asa un electrn, miles / cientos de miles or segundo, / el electrnue .orma el 8tomo tambi*n asa or el mismo unto, sin ue en ningAn momento se encuentren /c-o4 uen entre s@, sino ue siemre ermiten el aso uno del otro$

tomos unidos en un solo punto" con los electrones #irando en sentido contrario

Si seguimos obser"ando los dem8s 8tomos ue est8n a continuacin, nos daremos cuenta de ue"an .ormando una esecie de cadena, cu/os eslabones ser@an las rbitas de los electrones, loscuales se toca4 r@an en un solo unto / adem8s sus tra/ectorias son contrarias una con resecto a

otra, .ormando una esecie de tren de engranes$Dna de las caracter@sticas imortantes del 8tomo es ue es estable, es decir, no uede romerseni cambiar sus caracter@sticas$


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tomos formando una especie de cadena" similar a un tren de en#ranes


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G

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:n condiciones naturales / normales de un 8tomo, no odemos agregarle o uitarle electrones, esdecir, si un 8tomo tiene tres electrones en sus rbitas, no odemos agregar otro ara ue seancuatro o "ice4 "ersa$ :sto uede lograrse a tra"*s de m*todos [email protected] mu/ comlejos, como larutura del 8tomo ofisin nuclear$

Si nosotros gole8ramos al electrn del rimer 8tomo de la cadena de tal .orma ue *ste se

saliera de su rbita / se metiera en la rbita del segundo 8tomo, este Altimo, como no uedeadmitir dos electrones en su rbita, tendr8 ue mandar su roio electrn a la siguiente rbita / as@sucesi"amente, -asta ue el Altimo 8tomo tu"iera en su rbita dos electrones$

Para ue esto ueda lograrse, es necesario cerrar los e#tremos del conductor o del alambre,.ormando lo ue se conoce como un circuito cerrado$

:lgenerador "a a imulsar a los electrones ara ue asen de una rbita a otra, ero ara ueesto suceda es necesario ue el circuito est* cerrado, en caso contrario, e#istir@a la .uerza ue tratede -acer correr a los electronesF ero si el circuito est8 abierto, no -abr8 corriente, .lujo continuo/ controlado de electrones de rbita a rbita$

$parato con el %ue #olpeamos o empujamos los electrones" al %ue llamamos #enerador

:l .lujo de electrones reuiere una .uerza o resin ue emuje los electrones en .ormacontinua, ue se le conoce con el nombre de voltaje o tensin$ Cuando el circuito est8 cerrado, a lacirculacin de electrones ue .lu/en or el conductor se le conoce como corriente o intensidad decorriente$

%-ora bien, -emos -ablado de un alambre de cobre, ero si -ubi*ramos -ec-o el an8lisis con unalam4 bre de .ierro, "er@amos ue la di.erencia estriba en ue los electrones del metal de .ierro sonm8s erezosos ue los del metal de cobre, es decir, se mue"en con ma/or di.icultad al seremujados or el voltaje$

Se dice ue el alambre de .ierro tiene m8s resistencia ue el alambre de cobre, orue o.recem8s re4 sistencia al aso de la corriente el*ctrica$

Estructura de los no metales

'uc-os materiales no met8licos tienen una estructura interna absolutamente distinta a la de losmetales$ :n muc-as de esas sustancias, los 8tomos se juntan ara .ormar molculas$ :stos racimosde 8tomos o mol*culas se agruan en -ileras o cadenas ara .ormar la sustancia, aun cuando uneueo edazo de "idrio tiene millones de millones de mol*culas$

a estructura interna del "idrio es un ejemlo t@ico de un no4metal cristalino$ as mol*culas de"idrio se agruan ellas mismas con un atrn r@gido, dejando entre los 8tomos / las mol*culasesacios "ac@os relati"amente grandes$ Si se amli.icara una mol*cula de "idrio, "er@amos ue no


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-a/ electrones libres ue ocuen los esacios "ac@os entre los 8tomos$ :sto sucede con muc-oselementos / comuestos no met8licos$


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Fuerza invisileatra!en"o el papel

Dnos ocos comuestos similares al "idrio en su estructura interna, / ue no contienenelectrones libres en condiciones normales, son? orcelana, l8sticos, -ule, mica, etc*tera$

Cargas elctricas

Electricidad esttica

a electricidad est8tica es electricidad sin mo"imiento Gest8tica J estacionarioH$ Ka ue laelectrici4 dad se de.ine como una .orma de energ@a, se conclu/e ue la electricidad est8ticadebe ser energa elctrica potencial$

9oma un ael en edazos, desarrame *stos sobre un 8rea de su mesa$ uego ase su eineentre sus cabellos "arias "eces / acerue el eine a los edazos de ael$ ;bser"e cuidadosamentelo ue asa cuando el eine se acerca aro#imadamente a )>3 de cent@metro de los edazos deael$ a .riccin entre su elo / el eine -a dado a este Altimo la caacidad de atraer$ :stesencillo e#erimento .ue co4 nocido or los griegos -ace m8s de 2 000 aos, aunue en lugar delos l8sticos modernos ellos usaban entonces la sa"ia etri.icada de los inos, ue encontraban en.orma de -ue"ecillos o de ramitas diser4 sas a lo largo de la orilla del mar %dri8tico$ :sta resinaetri.icada, a-ora llamada 8mbar, atra@a eueos edazos de materia cuando era .rotada conieles$

%lrededor del ao )600 dC, el cirujano ingl*s Lilliam (ilbert intent or rimera "ezencontrar la "erdadera naturaleza de la .uerza misteriosa de atraccin del 8mbar .rotado$ (ilbertencontr en su in"es4 tigacin ue muc-as otras sustancias tambi*n od@an cargarse con esasfuerzasde atraccin al .rotarlas con ieles o seda$


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tocarlo$ Cuando la dis4 tancia entre su elo / el eine cargado es corta, su elo se le"anta debido aue es atra@do or el eine$ uestro inter*s realmente est8 en lo ue sucede en el interior del eine/ del cabello$


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#eine

Caello

$lectrones

a siguiente es una e#licacin de este .enmeno bas8ndose en los descubrimientos [email protected] dos en el siglo ==? la estructura molecular del cabello / del eine no tiene electroneslibres$ a .riccin entre cabello / eine desrende electrones de las nubes de electrones de los8tomos del cabello / los -ace asar al eine$ :sta .riccin obliga al cabello a uedar con unadeficiencia de electrones / al eine con un exceso de electrones$ i en el eine ni en el cabello sigue

resente el nAmero normal de electrones$

'eine y pelo car#ados(ransporte de electrones

mediante friccin

:ste e#erimento muestra ue e#iste una .uerza de atraccin entre el eine / el cabello cargados$Como slo -ubo transorte de electrones al cargarse estos objetos, debemos concluir ue uncuero ue -a erdido electrones trata de reonerlos, mientras ue el ue tiene e#ceso deelectrones trata de des-acer4 se de ese e#ceso, / ue tanto el eine como el cabello -an recibidouna carga elctrica$ Para distinguir entre las dos clases de cargas se usan s@mbolos matem8ticos$

a carga debida a una .alta de electrones es llamada carga positiva$ a carga debida a une#ceso de electrones es llamada carga negativa$

Comportamiento de los cuerpos cargados

a resencia de la .uerza in"isible ue ejercen los cueros cargados sobre cada uno de los otrosuede "erse al acercar dos cueros cargados$ Si los cueros cargados se cuelgan de -ilos delgados,se atraer8n o rec-azar8n de acuerdo con la naturaleza de sus cargas$ os objetos con cargas diferentesse atraen, mien4 tras ue los cueros con cargas iguales se rechazan$ a .igura muestra todas lasosibles combinaciones de cargas / las .uerzas ue actAan de acuerdo con cada combinacin$

Ia/ tres osibles combinaciones de cargas di.erentes?M eutro>ositi"o

M eutro>negati"oM egati"o>ositi"o

Electronese)tra&dos

Electronesintroducidos


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tomo tomo


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neutro

neutro

Ia/ dos combinaciones osibles de cargas iguales?M Positi"a>ositi"aM egati"a>negati"a

Si los dos cueros son el*ctricamente neutros, o sea, no est8n cargados, no -a/ .uerzas el*ctricasentre ellos$ :stos resultados se e#resan en una le/ b8sica de la electricidad llamadaLe de cargas?

*ar#as i#uales se rec+a,an" car#as diferentes se atraen

-e repelen

-e repelen

-e atraen

-e atraen

-e atraen

Cargas inducidas en cuerpos neutros

%nteriormente se "io ue un cuero neutro es atra@do or los cueros cargados tanto en .ormaosi4 ti"a como negati"a$ :sto arece "iolar la segunda arte de la Le de cargas, en la cual seestablece ue solamente los cueros con diferentes cargas se atraen$ Dna bre"e e#licacin de lo uesucede dentro del cuerpo neutro eliminar8 la con.usin$ Cuando se acerca un cuero cargadoositi"amente a un cuero neutro, la carga ositi"a atrae los electrones del cuero neutro dando

una carga negati"a al lado ue da .rente al cuero cargado$:n esta condicin se cumle lo establecido en la segunda arte de la Le de cargas? cargasdi.erentes se atraen$ :l cuero neutro comleto ermanece neutro, /a ue ni -a ganado ni -aerdido electronesF slo -a ocurrido un cambio de posicin de electrones$ Cuando se acerca una "arillacon carga negati"a a un cuero neutro, los electrones del cuero neutro son rec-azados or la cargaigual de la "arilla$

:sta accin deslaza los electrones al otro lado del cuero neutro, el cual ueda cargadotemoralmen4 te en los dos lados$ a carga negati"a de la "arilla / la temoralmente ositi"a delcuero neutro se atraen una a la otra$ %l alejar la "arilla cargada, los electrones deslazados "uel"en asu osicin original$

.arilla con car#a positi/adeficiencia de electrones!

.arilla car#ada

ne#ati/amente E)cesode electrones!

*uerponeutro

*uerponeutro

Este lado

%traccinEste lado ad%uiere

%traccin

Este lado resulta


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Este lado

resultacar#ado

ne#ati/amente

(raslado deelectrones

una car#a positi/atemporal

con car#a positi/a(raslado deelectrones

ad%uiere unacar#a positi/a

temporal


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Como la carga el*ctrica ositi"a dentro del cuero neutro .ue ro"ocada o inducida or laresencia de la "arilla cargada, se le llama carga inducida$ %unue el cuero mismo ermaneceneutro Gno se -an .orzado electrones en su interior ni se los -an uitadoH, su distribucin internade electrones -a sidoerturbada temoralmente$

Medidas de las cargas

+e.inimos la carga como un exceso o deficiencia de electrones en un cuerpo$ % la .alta de electrones sele llam arbitrariamente una carga positiva / a un e#ceso de electrones se le llam carga negativa$ :nlos dos casos se cambi el nAmero normal de electrones en el cuero$

a mejor manera de medir la cantidad de carga en un objeto ser@a contar el nAmero de electrones.or4 zados a entrar o sacados de ese objeto$ :l tamao incre@blemente eueo de los electrones -aceue este m*todo sea imosible$ a cantidad de carga en un cuero es medida en gruos de 6,25millones de mi4 llones de millones Go trillonesH de electrones$ :sta cantidad de electronesreresenta una unidad de carga$ Para -onrar a C-arles %$ Coulomb, [email protected] .ranc*s del siglo=&, la unidad de carga .ue llamada coulomb o culombio$

) coulomb J unidad de carga el*ctrica GcH

Cantidad de carga originada or un e#ceso o de.iciencia de 6,25 trillones de electrones$:n los c8lculos matem8ticos, se usa la !ara reresentar la carga$ :l nombre de la unidad de

carga abre"iada es c$

Corriente elctrica y campos magnticos asociados

a corriente el*ctrica es la electricidad en mo"imiento, es decir, un .lujo continuo / controlado deelectrones$

%nteriormente se "io ue los cueros con carga el*ctrica ejercen una fuerza sobre los objetosue los rodean$

:sta .uerza el*ctrica tiene como caracter@stica ue reele cueros con la misma carga / atrae

cuer4 os con carga di.erente$ a Le de atraccin repulsin electrosttica establece ue uncuero cargado el*ctricamente ejerce una .uerza de atraccin / reulsin sobre las cargas de loscueros ue se en4 cuentran a su alrededorF la zona en ue se mani.iestan estas .uerzas se llamacampo elctrico$

:sta .uerza in"isible .ue llamadafuerza electromotriz G:'? trabajo e.ectuado ara mo"er unacarga entre dos untos determinadosH$

Si un objeto tiene m8s electrones de los normales, se dice ue tiene carga elctrica negativa$:ste -ec-o establecido e#erimentalmente lle"a a dos conclusiones? cada electrn tiene carganegati"a ermanente, / la lle"a con *l a donde uiera ue "a/aF la carga negati"a de los electronesen un cuero sin carga es balanceada or una carga ositi"a en este cuero$ :stas conclusiones-an sido robadas e#erimentalmente or .@sicos$ :l nAcleo de cualuier 8tomo contieneart@culas mu/ eueas / a la "ez oderosas llamadas protones$ Cada rotn tiene una carga

ositi"a ermanente Glos rotones no tienen libertad ara mo"erseF no ueden abandonar el nAcleodel 8tomoH$ :n un ion ositi"o, el total de carga ositi"a de los rotones en el nAcleo es ma/or uela carga total negati"a de la nube de elec4 trones, -aciendo ue el ion atraiga electrones$ :n un ionnegati"o la carga negati"a total de la nube de electrones es ma/or ue la carga ositi"a en losnAcleos, / como resultado el ion reele los electrones$ a .uerza de atraccin Go reulsinH entreart@culas cargadas se llamafuerza electromotriz G:'H$

Carga y FEM


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Para encontrar la relacin ue e#iste entre la cantidad de carga / la "#M resultante ue actAa enlos electrones deslazados, e.ectuemos un e#erimento imaginario, en el ue comaremos lascondiciones de los cueros electri.icados, con las condiciones de un sistema mec8nico$


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$s%eras "e &etal

'arillas "e vi"rio Masa (M)

-istema Mecnico -istema Elctrico

Comencemos el e#erimento obser"ando las condiciones en los cueros sin carga / los resorteslibres de tensin$ as es.eras no ueden mo"erse, slo ueden mo"erse los electrones de unaes.era a la otra$ os resortes est8n .irmemente sujetos al soorte$ a masa M uede mo"erse alestirar un resorte / comri4 mir el otro$ Si ueremos transortar electrones de una es.era izuierdaa la otra Go mo"er la masaMH, debemos -acer trabajo$

Carguemos las es.eras uitando electrones de la es.era izuierda / oblig8ndolos a introducirse en laes.era de la derec-a, contra la .uerza atra/ente de la es.era / la .uerza reelente de la es.era$ :lsistema mec8nico se carga mo"iendo la masa M de izuierda a derec-a contra la .uerza deatraccin del resorte estirado / la .uerza de reulsin del resorte comrimido$ as cargas de laes.era originan esta .uerza electromotriz$ :sta :' tiende a mo"er electrones de la es.eranegati"a a la ositi"a$ a tensin en el resorte origina una .uerza mec8nica, la cual tiende a mo"erla masaM de derec-a a izuierda$

Esferas *ar#adas Resortes *ar#ados

0alar la masa ' Empujar la masa '

:'

1ireccin de la fuer,aelctrica actuando en los

electrones transportados

'

1ireccin de la fuer,amecnica actuando en

la masa '

Campo elctrico entre cuerpos cargados$ :#isten l@neas in"isibles de .uerzas el*ctricas entre lasdos es.eras cargadas$ :sas l@neas -ar8n ue los electrones ue est*n libres "iajen de la es.eranegati"a a la o4 siti"a$ a magnitud de la .uerza ue actAa entre las es.eras cargadas deende dela cantidad de carga en cada una de ellas / de la distancia ue las seara Glas l@neas de .uerza sedebilitan al aumentar la distancia entre ellasH$ a energ@a ue originalmente se us ara trasladarelectrones a la es.era negati"a es almacenada como energ@a otencial or los electrones deslazados$:stos electrones ueden -acer trabajo cuando re4 gresen a la es.era ositi"a$ a unidad de medidade la :' es el volt o voltio en -onor a %lessandro &olta, [email protected] italiano ue -izo imortantes


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aortaciones al estudio de la electricidad$ :n el lenguaje t*cnico, a la :' la llamamos voltaje,t*rmino deri"ado del nombre de la unidad$


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F$M

*neas "e %uerza invisiles "ei"o a la car+a

2uer,a electromotri, entre cuerpos car#ados

2alta de electronescar#as de protonesbalanceadas!

E)ceso de electronescar#as de electrones

desbalanceadas!

.oltio J unidad de :') /oltio J :' %ue da un joule de ener#&a a una car#a de un coulomb

Electricidad y magnetismo:n )) un ro.esor dan*s de @sica, Ians C-ristian ;ersted, descubri ue la corriente a tra"*sde un conductor ejerce una .uerza magn*tica sobre los objetos de -ierro cercanos$

:l e#erimento de ;ersted es mu/ simle e ilustrati"o$ os materiales necesarios son una ilaseca, alambre de cobre aislado calibre 20 %L( G0 cmH / una brAjula magn*tica$ Ponga la brAjulaen su mesa / coloue la ila a 30 B0 cm de ella$ Quite oco m8s de ) cm de aislante de ambose#tremos del alambre / conecte un e#tremo a la terminal negati"a de la ila$ Pase el alambreaislado or encima de la car8tula de la brAjula, alineada con la aguja Gla aguja estar8 orientada ensu osicin normal norte4surH$ +esu*s, manteniendo el alambre en su lugar con una mano, con laotra conecte el e#tremo libre a la terminal ositi"a de la ila durante un instante / obser"e elcomortamiento de la aguja de la brAjula durante este tiemo$

La fuerza magntica de los electrones viajeros. %l cerrar el circuito el*ctrico en el e#erimento,la aguja .ue bruscamente des"iada de su orientacin normal de sur a norte$ Como la aguja es unim8n ermanente, la .uerza ue lo mo"i debe ser una fuerza magntica Gcamo magn*ticoH$ :lalambre de cobre Gmaterial no magn*ticoH no udo causar este magnetismo, el cual aarece slocuando .lu/e una corriente de electrones a tra"*s del conductor$ :ntonces la Anica resonsable dela .uerza magn*tica es la corriente el*ctrica G.lujo de electronesH$

:sto es una rueba .uera de toda duda de ue la .uerza magn*tica alrededor de un conductor enel cual est8 .lu/endo una corriente es causada or los electrones ue .lu/en$ a .uerza magn*ticaroducidaor los electrones "iajeros se llama electromagnetismo$

Si el conductor de cobre del e#erimento descrito anteriormente se asa a tra"*s de una -oja decartn / se esarcen limaduras de -ierro en *ste, se obtiene un atrn de limaduras de -ierro uese .ormar8n de manera conc*ntrica Gcentro comAnH al conductor$ a .uerza magn*tica causada orla co4 rriente de electrones actAa a lo largo de l@neas de .uerza circulares / conc*ntricas ue tienensu centro en el .lujo de electrones$

as l@neas de camo magn*tico actAan en un 8ngulo recto GerendicularesH al conductor decorriente / e#isten a lo largo de todo el circuito el*ctrico or el ue .lu/e la corriente$

a direccin del camo magn*tico deende de la direccin del .lujo de electrones$


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Regla de la mano izquierda para conductores simples. Si el ulgar de su mano izuierdaaunta en la direccin del .lujo de electrones, los dedos rodean al alambre en la direccin delcamo magn*tico$


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$lectrones lires en un &etal

Regla de la mano derecha. NCogiendo el conductor con la mano derec-a de .orma ue el ulgarseale la direccin de la corriente, los restantes dedos sealar8n la direccin de las l@neas de.lujoO$

Conductores, semiconductores y aislamientos

+esde el unto de "ista el*ctrico, odemos clasi.icar todas las sustancias conocidas or el -ombrede acuerdo con su comortamiento$ %uellas ue conducen la electricidad con .acilidad sonllamadas conductores, es decir, ue sus electrones ueden mo"erse con .acilidad uesto ue susuniones con el nAcleo son d*biles, lo ue ermite el intercambio de electrones Gtodos los metalesest8n incluidos en este gruoH$ os materiales ue o.recen gran resistencia al .lujo de electronesson llamados aislantes$ :n este gruo est8n muc-os comuestos no met8licos$ :#iste un tercergruo de materiales ue actAan de manera di.erente cuando son conectados a un circuito el*ctrico,son conductores bajo ciertas cir4 cunstancias / actAan como aislantes bajo otrasF estos materialesson llamados semiconductores$

Conductores

:l .lujo de electrones necesita un material, como el cobre o el aluminio, ue ermita or su medioun .8cil deslazamiento de los electrones$ :ste material, el cual "a a soortar el .lujo deelectrones, es lla4 mado conductor$

Si la caracter@stica e"idente de todo buen conductor de electricidad es el ser metal, es lgicoensar ue los metales tienen una caracter@stica comAn ue les -ace ser buenos conductores$ Todoslos metales est8n constituidos or auetes comactos de 8tomos de metal con eue@simoselectrones libres .lotan4 do en los esacios entre los 8tomos, libres ara "iajar a lo largo de todo elmetal$ :stos electrones libres siemre est8n resentes en el metal sin imortar su temeratura$

a resencia de esos electrones libres -ace a todos los metales buenos conductores$ o todos los

metales conducir8n la electricidad con la misma .acilidad$ :l mejor conductor de electricidad es lalata, seguida mu/ de cerca or el cobre, oro / aluminio$ :l cobre es el m8s utilizado en lama/or@a de los conductores el*ctricos, or sus caracter@sticas el*ctricas / mec8nicas$

$islamiento de P&C *onductor de Cu

:l alambre de cobre es .abricado en muc-as .ormas / tamaos$ %lgunos alambres son de cobreslido, mientras otros deben ser .le#ibles / son -ec-os con alambre de cobre cableado$ :n muc-asalicaciones industriales, "arios alambres de cobre son reunidos / osteriormente aislados ara


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.ormar cables$ :stos cables ueden ser aislados con materiales elastom*ricos G-ulesH otermol8sticos$ :n algunos casos se


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Cale "e alto volta,e

-isla"ores "e porcelana

reAnen "arios cables ara .ormar un cable muticonductor, el cual es encerrado or una cubiertaara rotegerlo contra la accin de los agentes e#ternos$

:n los motores, trans.ormadores, balastros / aaratos electrnicos se usan tios eseciales dealambres$:l alambre uede ser tan delgado como un cabello o tan grueso como una rama$ :st8

cubierto oruna delgada caa aislante, la cual no se daa o rome cuando el alambre se dobla$ :lnombre t*cnico

ara este tio de conductor es alambre magneto$os malos conductores son materiales ue conducen la electricidad mejor ue los aislantes,

ero no con la .acilidad de los metales$ +e este tio de materiales o sustancias odemos citar latierra mojada, la madera -Ameda, el carbn, el ael mojado, entre otros$

Aisladores

Dn aislador es un material ue no conduce electricidad bajo condiciones normales$ 'uc-oscomuestos no met8licos son aisladores$ a rincial caracter@stica de los aisladores es ue tienenmu/ ocos o carecen de electrones libres bajo condiciones normales$ Sin electrones libres nouede -aber .lujo de electrones$ Todos los electrones de un aislador est8n unidos a sus tomos

mediante .uerzas de gran magnitud$ os aisladores tienen ocos o ningAn electrn libre$ aausencia de electrones libres imide ue se genere una corriente de electrones en un materialaislante$

Son materiales aisladores? mica, orcelana, cer8mica, "idrio,plstico$ hule, ael seco, bauelita,seda$o todos los aisladores son iguales en sus cualidades aisladores$ os mejores aisladores no tienen

electro4nes libres$ os aisladores no tan er.ectos contienen ocos electrones libres, con los ue esosible generaruna corriente el*ctrica mu/ euea$ aporcelana es uno de los mejores aisladores

usados actualmenteFse usa sin e#cecin ara aislar las l@neas de transmisin de alto "oltaje / noierde sus cualidades aislantesa esar de los altos "oltajes usados en tales l@neas G)00 a B00 E&H?

como consecuencia, la corriente sigue.lu/endo a tra"*s de los cables$

Ka ue los l8sticos son sua"es / .le#ibles .recuentemente, adem8s de e#celentes aisladores, se usancomo aislamientos o cubiertas de los conductores el*ctricos$ % ma/or esesor, m8s e.ecti"o es elaislamiento$

$isladores de porcelana en las torres de transmisin de potencia

'uc-os aislamientos no deben llegar a temeraturas cr@ticas orue comienzan a degradarse Gsederri4 tenHF or esta imosibilidad de soortar altas temeraturas se les llama termoplsticos$ Dn-ec-o imor4 tante de los aislamientos termol8sticos es ue ueden igmentarse / .abricarse en


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muc-os colores Geste -ec-o .acilita a los t*cnicos el rastreo de alambres en circuitos comlicadosH$os aisladores de cermica son arecidos a los materiales de orcelana$ :stos aisladores sone#tremadamente e.icientes, ero mu/ uebradizos$


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Semiconductores

:l t*rminosemiconductoresuede mal interretarse con .acilidad$ o son conductores a mediascomo el nombre lo sugiere$

Dn semiconductor uede tener las caracter@sticas de un conductor o de un aislador, deendiendode su temeratura / la :' alicada$ :l silicio uro, un material gris de aariencia met8lica, es un

semi4 conductor$ % la temeratura normal no tiene electrones libres$ Todos sus electrones est8nunidos a sus resecti"os 8tomos$ :l silicio uro a la temeratura normal es un aislador$ Si sutemeratura se ele"a -as4 ta cierto "alor cr@tico, se "uel"e conductor$ Cuando el cristal de silicioalcanza una temeratura cr@tica, los electrones eri.*ricos son desrendidos de sus 8tomos or laenerg@a [email protected] / .lotan en los esacios de cristal$ Tan ronto como la temeratura alcanza esteni"el, el silicio ser8 conductor$ :n el instante en ue la temeratura est8 or debajo del ni"elcr@tico, los electrones libres "ol"er8n a sus 8tomos$ :l silicio tendr8 nue"amente su cualidadaislante$

Tambi*n es osible lograr ue el silicio sea conductor a la temeratura normal, si se le alica un"ol4 taje$ Si el silicio uro se conecta a una .uente de alto "oltaje, las .uertes l@neas de :' ueactAan entre las terminales negati"a / ositi"a de la .uente desrender8n electrones eri.*ricos.uera de los 8tomos de silicio$ :l silicio ser8 conductor cuando el alto "oltaje actAe sobre *l$Cuando el alto "oltaje cesa, los electrones libres "ol"er8n a los 8tomos$ :l silicio "ol"er8 acomortarse como aislador$ :#isten slo tres elementos ue ueden clasi.icarse comosemiconductores reales% carbono$ germanio$ silicio&

ParmEtrOs ElctricOs,dE!inici"n,analOg#as y unidadEs

$olta%e

:l .lujo de electrones reuiere mantener una .uerza o resin G"oltajeH ue emuje los electronesen .orma continua$ :sta .uerza generalmente se conoce con el t*rmino de fuerza electromotriz o"#M$ :l "oltaje o la :' es la di.erencia de la carga el*ctrica entre dos untos$ Con el .in demantener esta di.erencia, debe e#istir un e#ceso de electrones en un cierto lugar / una de.icienciao .alta de electrones en otro lugar$

:l "oltaje es la resin o di.erencia de otencia el*ctrica de una carga entre dos untos en uncircuito el*ctrico o camo el*ctrico, es decir, el trabajo realizado or una .uerza e#terna Gin"isibleHara mo"er la carga de un unto a otro$

a unidad de medida es el volt o voltio$ :l aarato ue usamos ara medir este ar8metroel*ctrico es el voltmetro o voltmetro, el cual se conecta en aralelo a la l@nea ara e.ectuar lamedicin$

:l "oltaje es comAnmente reresentado or los s@mbolos # o ' / se le conoce como tensin,otencial / :' G.uerza electromotrizH$

Corriente directa y corriente alterna

a corriente el*ctrica es el .lujo continuo / controlado de electrones en un circuito el*ctrico$Cuando se tiene una .uente de "oltaje conectada a tra"*s de conductores a un disositi"o, las

cargas el*ctricas .lu/en desde un olo -acia otroF a este .lujo se le llama corriente el*ctrica / es elindicador de la cantidad de .lujo -acia algAn unto$ a intensidad de corriente se conoce como la


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"ariacin de carga con resecto al tiemo / su intensidad se mide en coulombs or segundoF estaunidad se denomina ampere o amperio$


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$ ' car+a

$ car+a

-

I= Qt

+onde?Q J Incremento de la car#a cRt J Incremento del tiempo sR J Intensidad de corriente elctrica %R

:l aarato ue se utiliza ara medir la corriente el*ctrica es el amermetro oamer@metro$

a corriente el*ctrica generalmente es clasi.icada en dos tios? corriente directa / corriente alterna$

Corriente directa

a corriente directa GccH, tambi*n conocida como corriente continua, siemre .lu/e en la mismadirec4 cin$ os electrones .lu/en en una sola direccin ues la olaridad del "oltaje o de la .uentede la :' es la mismaF una de las terminales o olos de la bater@a es siemre ositi"a / la otranegati"a$

La corriente directa nunca cambia de direccin

os electrones .lu/en desde la terminal negati"a Gpolo negativoH de la .uente de "oltaje, recorren elcircui4 to / retornan a la terminal ositi"a Gpolo positivoH$%lgunos ejemlos claros de .uentes de corriente continua son? la ila seca, el acumulador de un

auto4 m"il, un generador de cc o un recti.icador de corriente$

Corriente alterna

Dna .uente de corriente alterna roduce un "oltaje ue regularmente se "a alternando, aumentandodesde cero -asta un m8#imo ositi"o / decreciendo desde este m8#imo -asta cero, ara "ol"er aau4 mentar -asta un "alor m8#imo negati"o / decrecer -asta llegar nue"amente a ceroF a esta


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"ariacin comleta se le llama ciclo$ a corriente alterna GcaH es un tio de corriente cu/aolaridad se in"ierte eridicamente$


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N.N.

Corriente directa vs. corriente alterna

a corriente directa siemre .lu/e en una sola direccin$ Si obser"amos en el gr8.ico de la antallade un osciloscoio, la corriente directa siemre aarece de un solo lado del eje de las ordenadas odel cero, ues su olaridad nunca cambia$

M cc establea corriente directa ue nunca cambia en magnitud Go ni"el de corrienteH sede nomina cc estable$ as bater@as roducen cc estable$

M cc ulsantea cc ulsante GpulsatingH cambia de magnitud, ero en el osciloscoiosiemre aarece sobre el mismo lado del eje del cero o de las ordenadas, /aue su olari4 dad siemre es constante$

M Corriente alternaa corriente alterna cambia tanto en magnitud como en su direccin$ :n el

oscilos coio , el "oltaje / la corriente aarecen a ambos lados del eje del ceroo de las or4 denadas, segAn la olaridad del "oltaje se alterne / la corrientecambie de direccin$

Induccin electromagntica

a corriente alterna se genera mediante un e.ecto el*ctrico llamado induccin electromagntica$a induccin electromagn*tica es la caacidad ue tiene un camo magn*tico de generar una

:' ue origina una corriente en un conductor, sin necesidad del contacto .@sico$%unue el conductor / el camo magn*tico no se encuentren .@sicamente conectados, el "oltaje

es inducido en el conductor cuando *ste se mue"e or el camo magn*tico, o cuando el camo

magn*tico se mue"e a lo largo del conductor$Cuando el conductor se "uel"e arte del circuito, la corriente .lu/e en este Altimo$os generadores trans.orman el mo"imiento rotatorio en .lujo de corriente$ :l "oltaje se genera

cuan4 do se rota una bobina dentro de un camo magn*tico$os motores de ca deenden tambi*n de la induccin electromagn*ticaF trans.orman el .lujo de

la corriente en mo"imiento$

.oltios

/oltaje inducido$mperes

2lujo de la corriente


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Ciclo

#ico

-&plitu" /M. 0707 "elvalor pico

3ie&po

'olta,epico a pico

$,e "el cero-&plitu"

#ico

4n"a sinusoi"al

Onda sinusoidal de ca

a rotacin de un im8n .rente a una bobina origina en *sta una corriente alterna$ a corrienteel*ctrica inducida obtenida tiene una .orma llamadasinusoidal$

:l "oltaje / corriente alternas roducidos or el mo"imiento rotatorio de un generador asumenla .or4 ma de una onda o cur"a sinusoidal? *sta es la .orma m8s comAn de "oltaje / corriente

alterna$ Cuando el conductor gira dentro de un camo magn*tico, corta, segAn una roorcin"ariable, las l@neas magn*4 ticas de .uerza$ :n consecuencia de lo anterior, el "oltaje "ar@a segAnun esuema regular / reetiti"o$

.oltios

as ondas sinusoidales son medidas / comaradas de acuerdo con ciertas caracter@sticas$)$ a amplitud de la onda sinusoidal nos indica el m8#imo "alor de corriente o de "oltajeF *ste

uede ser ositi"o o negati"o$2$ Dn ciclo es una reeticin comleta de la .orma de la onda$ :sto lo roduce una re"olucin

G"ueltaH comleta G360H del conductor dentro del camo magn*tico$ :n cada ciclo se dan dosin"ersiones / dos m8#imos$a cur"a sinusoidal logra el m8#imo en la direccin ositi"a a los 0, atra"iesa el eje de lasordenadas o del cero a los )0, alcanza el m8#imo negati"o a los 270, desu*s alcanza el cerouna "ez m8s a los 360$


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3$ a frecuencia es el nAmero de ciclos or segundo$ :ntre ma/or sea el nAmero de ciclos orsegundo, ma/or ser8 la .recuencia$ :ntre ma/or sea la .recuencia, menor ser8 la cantidad detiemo or ciclo$


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a ma/or@a de la corriente alterna se genera a los 60 50 ciclos or segundo$a amlitud / la .recuencia son "alores indeendientes$ +os cur"as ueden tener la mismaamlitud / la misma .recuencia, la misma amlitud ero di.erente .recuencia, amlituddi.erente ero la mis4 ma .recuencia, amlitud di.erente / .recuencia di.erente$

B$(ertz es el t*rmino emleado ara los ciclos or segundo? 60 -ertz J 60 ciclos>segundo$5$ 'oltaje pico a pico es el "oltaje medido entre los untos m8#imo ositi"o / m8#imo negati"o

de una onda sinusoidal$ :s igual al doble de la amlitud de onda$6$ 'oltaje o corriente de )M* G"alores e.ecti"os o cuadrado de la media de "alores icoH es una

media est8ndar al medir la corriente o el "oltaje alterno$ 9'S J )>2 or el "alor del ico Glaamlitud de la onda sinusoidalH$

7$ a l@nea -orizontal ue atra"iesa el centro de la onda sinusoidal se llama eje del cero$aHTodos los "alores or encima del eje del cero son "alores ositi"osF todos los "alores or

debajo del eje del cero son "alores negati"os$bHTanto el "oltaje como la corriente negativa realizan el mismo trabajo ue la corriente /

"oltaje ositi"o$ a Anica di.erencia es ue la olaridad del "oltaje es ouesta / ue lacorriente .lu/e en la direccin contraria$ Producen la misma cantidad de energ@a ue el"oltaje / la corriente ositi"a$

&esistencia

:l .lujo de electrones necesita un material ue ermita or su medio un .8cil deslazamiento delos elec4 trones$ a oosicin ue resenta un material al .lujo de electrones es conocida comoresistencia$

:n algunos aisladores, como la cer8mica / los l8sticos, los electrones est8n .uertemente amarradosa sus 8tomos$ 'ientras el "oltaje no sea mu/ alto Ugeneralmente miles de "oltiosU, no se mue"eningAn electrn$ :n todo conductor, el m8s m@nimo "oltaje mue"e electrones, sin embargo, en

auellos materia4 les con una gran resistencia, se mo"er8n mu/ ocos$ :n materiales con mu/oca resistencia se mo"er8n muc-os electrones con mu/ oco "oltaje$a corriente o .lujo de electrones libres en un circuito el*ctrico encuentra oposicin a su movimiento

en todas las artes del circuito$ :sta oosicin es llamada resistencia, / uede comararse a lafriccin entre una bola ue rueda / las aserezas de la suer.icie sobre la cual lo -ace$ %l "enceresta resistencia la bolaierde "elocidad Generg@a cin*tica, la cual es con"ertida en energ@a [email protected]$

Masa en mo/imiento

*alor #enerado -uperficie spera Los electrones c+ocan

Resistencia al mo/imiento por friccinLos tomos de metal /ibran

*+o%ues entre electrones y tomos


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a .riccin Gresistencia al mo"imientoH de un objeto deende del tio de suer.icie sobre la ue semue"e$ +e manera arecida, los di.erentes metales o.recen distinta cantidad de oosicin a lacorrien4 te de electrones$


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(ran arte de la resistencia se debe a los cho+ues entre electrones ue .lu/en / los 8tomosestaciona4 rios$ os electrones ierden energ@a cin*tica Gde mo"imientoH al .luir a tra"*s de unaresistencia$ :sta energ@a es con"ertida en calor$ as "ibraciones mec8nicas de los 8tomos de metalGoriginados or los c-oues entre electrones / 8tomosH son ercibidas or nuestros sentidos comocalor$

Siemre ue el .lujo de electrones encuentra resistencia, su energ@a cin*tica Gde mo"imientoH secon4 "ierte en energ@a [email protected] GcalorH$

Corriente o .lujo de electrones a tra"*s de una resistencia J calor

% una gran cantidad de resistencia amontonada en un "olumen relati"amente eueo se le llamaresistencia concentrada$ a resistencia concentrada de cualuier carga G.oco, elemento calentador,motor, etc*teraH$ a resistencia de un conductor distribuida a todo lo largo del alambre se llamaresistencia distribuida$

La l&nea %uebrada indica la mayor oposicin alflujo de electrones3

-&mbolo es%uemtico para la resistencia

Factores que afectan la resistencia

a cantidad de oosicin o resistencia ue encuentra la corriente de electrones dentro de un metalGu otro materialH deende de los siguientes .actores?M El tipo de metal. %lgunos metales tienen una baj@sima resistencia interna debido al arreglo de

sus 8tomos G/ otros .actoresH$ os cuatro metales con resistencia m@nima entre todas lassustancias son lata, cobre, oro / aluminio$ +e los cuatro, la lata tiene menor resistencia,seguida or el cobre, luego el oro / desu*s el aluminio$

M La longitud del alamre. a resistencia de un alambre de metal aumenta con su longitud$ %

ma/or longitud de un alambre de metal -abr8 m8s colisiones entre 8tomos / electrones, con loue se con4 "ierte en calor m8s energ@a de los electrones$

*obre $luminio

% mayor lon#itud GH" la resistencia aumenta


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M El !rea de secci"n transversal de un conductor. % ma/or amlitud en el camino de lacorriente de electrones, m8s .acilidad ara su .lujo a tra"*s del metal$ % ma/or 8rea de laseccin trans"ersal del alambre, menor resistencia$


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$ Car+a

M La temperatura del metal. % una temeratura normal, la energ@a [email protected] resente en todaslas sus4 tancias origina una sua"e "ibracin o agitacin de sus 8tomos, sin ue *stos ierdansu osicin en el cristal de metal$ Si se aumenta la temeratura, los 8tomos se agitan m8s /-abr8 ma/or nAmero de c-oues entre los electrones ue .lu/en / los 8tomos$ a resistenciaaumenta con la tem4 eratura en los metales$

rea deseccin

trans/ersal 2r&o J poca resistencia

(ibio J mayor resistencia

La resistenciadecreceal aumentar

laseccin trans/ersal

*aliente J muc+aresistencia Resistencia contra

temperatura

Medida de la resistencia

a resistencia siemre causa una prdida de energa en los electrones Gue es con"ertida en calorH$%simismo, la energ@a transortada or los electrones deende de la :' o "oltaje ue actAa sobreellos$ Consideran4 do estas dos roosiciones, llegamos a una conclusin? si los electrones ierdenenerg@a al .luir en contra de una resistencia, entonces esta *rdida de energ@a imlica una prdidade "#M o voltaje debido a la resistencia$ os t*cnicos se re.ieren a esta *rdida de energ@a o"oltaje como cada de voltaje a travs de una resistencia$ a euea *rdida de "oltaje a lo largode cada resistencia se suma ara dar la *rdida total de "oltaje a tra"*s de toda la resistencia$

a energ@a erdida / la *rdida de "oltaje resultante son usadas ara de.inir la unidad deresistencia? una unidad de resistencia es la cantidad de resistencia ue causa una ca@da de "oltajede ) "oltio a una corriente de ) amerio$ a unidad de resistencia es el ohm u ohmio, llamado as@ara -onrar a (eorg S$ ;-m, [email protected] alem8n del siglo ==$ :l o-mio J unidad de resistenciaue causa una ca@da de "oltaje de ) "oltio a una corriente constante de ) amerio$ :l aarato ara

medir la resistencia es el ohmetro / se conecta en los e#tremos de la resistencia or medir$


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Resistencia de un conductor elctrico

a resistencia a la corriente directa o continua de un conductor el*ctrico, .ormado or un alambrede cualuier metal, est8 e#resada or la .rmula?

Rcc =L# $ohms%

:n donde? J longitud del conductor% J 8rea de la seccin trans"ersal del conductor

J resisti"idad "olum*trica del material del conductor en unidades comatibles con /%$

os "alores de la resisti"idad en "olumen, ara el cobre, ue -a normalizado la nternational%nnealed Coer Standards G%CSH a 20 C / )00V de conducti"idad son?

)0,37) o-m4cmil>ie)7,2B) o-m4mm2>Em

os "alores ara el aluminio en "olumen con 6)V de conducti"idad a 20 C, segAn la %CS,

son? )7,002 o-m4cmil>ie2,2 o-m4mm2>Em

Efecto de caleado$ Cuando se trata de conductores cableados, su resistencia es igual a laresistencia de cada uno de los alambres di"idida entre el nAmero de ellos$

Rcc= R &= ' Ln n #&

:n donde?9W / %W son la resistencia / el 8rea de la seccin trans"ersal de cada alambre, resecti"amente$ Sinem4 bargo, esta .rmula ser@a "8lida slo si todos los alambres tu"iesen la misma longitud$ Comoen realidad esto no es e#acto, /a ue los alambres de las caas sueriores tienen una longitudma/or, el incremento de la resistencia or e.ecto de cableado, ara .ines r8cticos, se uedesuoner?

Rcc = L ( )*+c ,#

:n donde?+c es elfactor de cableado, / los "alores corresondientes ara di"ersos tios de cuerdas se encuentranen la siguiente tabla$

(ipo de cableado 4c


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9edondo normal9edondo comactoSectorial

0,0200,0200,0)5


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6C

32

31 /

3/1 /2 o&

Efecto de la temperatura en la resistencia. +entro de los l@mites de oeracin de losconductores el*ctricos, los Anicos cambios areciables en los materiales usados son losincrementos en la resistencia / la longitud ue *stos su.ren, en "irtud de cambios de sutemeratura$ :l m8s imortante, en cables aislados, es el cambio en el "alor de su temeratura$

Si e.ectu8ramos mediciones de la resistencia en un conductor, a distintas temeraturas, /situ8ramos los "alores obtenidos en una gr8.ica, obtendr@amos la cur"a siguiente?

.ariacin de la resistencia de un conductorelctrico metlico con la temperatura

a resistencia G92H, a una temeratura cualuiera T2, en .uncin de la resistencia G9)H, a unatemeratura T) distinta de cero, estar@a dada or?

R- = R) $)* (-/ ),%

J Coe.iciente de "ariacin de la resistencia con la temeratura$

:n donde?se denomina coeficiente de correccin por temperatura / sus dimensiones son el rec@roco de grados

cent@grados$

J )> 23B,5 J 0,00B27, a 0 C ara el cobre recocidoJ )> 22 J 0,00B3, a 0 C ara el aluminioJ )>22,) J 0,00B3 Galuminio duro estiradoH

&elaci"n entre 'olta%e, corriente y resistencia( Ley de O)m

%l alicar un "oltaje a un circuito el*ctrico cerrado, se roduce una corriente de electrones atra"*s de todas las artes del circuito$ :l "oltaje alicado da una .uerza Generg@a cin*ticaH a loselectrones libres, ue es con"ertida en calor Generg@a [email protected] or la resistencia del circuito$ ama/or arte de la con4 "ersin ocurre en la carga$

+urante muc-o tiemo se sosec- de la e#istencia de una @ntima relacin entre el "oltaje, lacorriente de electrones / la resistencia de un circuito el*ctrico$ :n el ao de )27 el ro.esoralem8n de .@sica (eorgS$ ;-m ublic una ecuacin sencilla ue e#lica la e#acta relacin entre "oltaje, corriente /resistencia$ :sta ecuacin, conocida como la Le de ,hm, se -a con"ertido en una oderosa


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-erramienta ara los t*cnicos electricistas$ Permite redecir lo ue suceder8 en un circuito el*ctricoantes de construirlo$


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-&peres

/

Dsando la e/ de ;-m, los t*cnicos conocen e#actamente cu8nta corriente de electrones .luir8a tra"*s de una resistencia, cuando se conoce el "oltaje alicado$ +e -ec-o, las tres cantidadesel*ctricasUcorriente, "oltaje / resistenciaU ueden determinarse usando la e/ de ;-m$Relaci"n entre corriente 0 voltaje aplicado. Para un "alor .ijo de resistencia, cuando se dulicael "ol4 taje alicado a un circuito, la corriente de electrones se dulica tambi*n Glos electrones semue"en dos "eces m8s arisaH$

Cualuier aumento en el "oltaje o la :' da or resultado un aumento roorcional en lacorriente a tra"*s del circuito$

Cualuier disminucin en el "oltaje o la :' da or resultado una disminucin roorcional enel .lujo de electrones a tra"*s del circuito$

1ota2 uando dos cantidades estn ntimamente relacionadas$ de tal manera +ue un aumento en unatienepor resultado un aumento proporcional en la otra$ se dice +ue son directamente proporcionales&

Podemos e#resar la relacin entre "oltaje alicado / la corriente de electrones resultante en una

ro4 osicin .ormal? la corriente en un circuito de resistencia constante es directamenteproporcional alvoltaje aplicado.:sta relacin uede e#resarse gr8.icamente dibujando a. contra el "alor de ', como se

muestra en la .igura siguiente?

I

3

2

)

0)0 20

30 3&olts

La Ley de 5+m en su forma #rfica

Relaci"n contra corriente 0 resistencia del circuito. Para un "alor .ijo de "oltaje, cuando se doblala resis4 tencia de un circuito, -aciendo dos "eces m8s di.@cil el aso de los electrones a tra"*s del

circuito, la canti4 dad de corriente de electrones es reducida a la mitad de su "alor Gel "oltajealicado no cambiaH$Cualuier aumento en la resistencia del circuito causa una disminucin roorcional en la

cantidad de corriente de electrones a tra"*s del circuito$Cualuier disminucin del "alor de la resistencia roduce un aumento roorcional en la

cantidad de corriente de electrones$

1ota2 uando dos cantidades estn relacionadas de modo +ue un aumento en el valor de una de ellasproduce una disminucin proporcional en la otra$ se dice +ue son inversamente proporcionales una a

la otra&


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uestra conclusin uede e#resarse .ormalmente como? la corriente que fluye en un circuitoelctri-co con un voltaje constante es inversamente proporcional a la resistencia del circuito.


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Ley de Oftm

a e/ de ;-m nos dice ue? la corriente es directamente roorcional al "oltaje alicado ein"ersamen4 te roorcional a la resistencia del circuito$

a e#resin escrita de esta le/ uede reresentarse mediante la siguiente ecuacin algebraica?

I = 3R

:n donde? J intensidad del .lujo de electrones, o corriente de electrones, medida en ameres %R$& J "oltaje Gtambi*n conocido como : J tensin o :' J .uerza electromotrizH en "olts&R$ 9 J :s la resistencia del circuito, medida en ;-ms XR$

4ormas derivadas de la Le0 de 5hm. a e#resin b8sica de la e/ de ;-m ermite determinarla corriente ue .lu/e en un circuito el*ctrico, cuando conocemos el "oltaje alicado / laresistencia$ Sin embargo, -a/ ocasiones en ue conocemos el "oltaje alicado / la corriente

resultante, / tenemos la necesidad de calcular la resistencia del circuito, o bien, uede conocersela corriente / la resistencia del circuito, / debe encontrarse el "oltaje alicado$ :n estos casos sedebe oerar algebraicamente con la ecuacin original de la e/ de ;-m ara obtener ecuacionesderi"adas ara el "oltaje / la corriente$

Pasemos a-ora de la .orma b8sica de la e/ de ;-m a la .rmula ara el "oltaje?

I =3R Gecuacin b8sicaH

Se multilican ambos miembros de la igualdad or)

I ' R =3 ' R

R

Se eliminan .actores iguales

I ' R =3 ' R

R

orma deri"ada de la e/ de ;-m

$$$ 3 = I ' R

:sta nue"a ecuacin nos ermite calcular el "oltaje alicado, cuando conocemos la resistencia / laco4 rriente ue .lu/e a tra"*s de ella$

Pasemos a-ora de la .orma b8sica de la e/ de ;-m a la .rmula ara la

resistencia? orma deri"ada de la e/ de ;-m

3 = I ' R


51/404

'

/ 8

2

:

;'

+i"idimos ambos lados entre.

3 = I ' RI I

Se eliminan .actores iguales

3 = RI

Segunda .orma deri"ada de la e/ de ;-m

$$$ R =3

I

:sta segunda ecuacin deri"ada de la e/ de ;-m nos ermite calcular la resistencia de uncircuito, cuando conocemos el "oltaje alicado / la corriente resultante$

Para .acilitar el trabajo con las tres ecuaciones, -acemos uso del /ringulo de memoria$ :sta

.igura no es la e/ de ;-m, solamente sir"e ara recordar u* oeracin se -ace ara calcular"oltajes, corrientes o resistencias$ Para usarlo, se cubre la cantidad ue se busca, / las artes"isibles del tri8ngulo dicen u* .orma de la e/ de ;-m debe usarse$

I J3R

3 J I '

R R J 3I

Ejercicios prcticos:

)H YCu8l ser8 la corriente ue circula a tra"*s del circuito de la .igura, si el "oltaje es de 6 "olts / laresis4 tencia de 2 o-msZ

6oluci"n2 Taamos las letra. en el tri8ngulo / nos ueda$

I =3

R

:n donde?9 J 2o-ms & J6 "olts JZ

$$$ I = 7 volts - ohms


52/404

I= 8 amperes


53/404

:

< -

15 '

20

< -

:

2H YQu* resistencia tiene el circuito de la .igura, el cual tiene alicado un "oltaje de ),5 "olts / or *lcircula una corriente de 3 ameresZ

6oluci"n2 Taamos la letra) en el tri8ngulo / nos ueda?

3

R =I

:n donde?9 J Z& J ),5 "olts

J 3ameres

$$$ R = )9: volts8 amperes

R= ;9: ohms

3H Calcular el "oltaje necesario ara ue en el circuito de la .igura circulen 3 ameres, si laresistencia del circuito es de 20 o-ms$

6oluci"n2 Taamos la letra ' en el tri8ngulo / nos ueda?

3 = I ' R

:n donde?9 J 20o-ms & J Z J 3 ameres

$$$ 3 = 8 amperes ' -; ohms 3 = 7; volts

Potencia, prdidas de energ#a y energ#a

Potencia


54/404

:l trabajo en un sistema el*ctrico lo estaremos realizando cuando se alica un "oltaje / se roduceunacorriente de electrones$


55/404

8&pulso rotativo

a gran utilidad de la energ@a el*ctrica est8 en ue uede ser trans.ormada .8cilmente en otrotio de energ@a, como la mec8nica o la t*rmica$ a energ@a el*ctrica es trans.ormable debido a uela di.erencia de otencial es lo su.icientemente .uerte ara ro"ocar c-oues entre los electronesen mo"imiento / los 8tomos del conductor$

Potencia? a potencia o energ@a el*ctrica es la raidez o "elocidad con ue la energ@a el*ctricaasume otra .orma$ :n un sistema mec8nico, la otencia es la raidez con la ue se realiza untrabajo, es decir, la cantidad de trabajo ue uede -acerse en una cantidad [email protected] de tiemo$

:n un molino de agua, entre m8s agua .lu/e, ma/or ser8 la "elocidad de las "ueltas del molinoFo entre ma/or sea el imulso rotati"o ejercitado or su eje Generg@a cin*ticaH, ma/or ser8 el trabajoue realiza en un tiemo determinado$ gualmente, mientras ma/or sea la otencia o energ@ael*ctrica ue "a a un motor, ma/or ser8 el trabajo ue el motor realice en un determinado tiemo$

Molino de $#ua Motor Elctrico

apotencia elctrica, o sea, el orcentaje en el cual la energ@a el*ctrica se con"ierte en otra .ormade ener4 g@a, simlemente es la corriente multilicada or el "oltaje$

a unidad de medida de la otencia el*ctrica es el 0att GLH, en -onor a [ames Latt$Dn "oltaje de ) "olt, al emujar una corriente de ) amere, roduce ) \att deotencia$

otencia = corriente ' voltaje

= I ' 3

:n donde?P J Potencia en \atts LR J Corriente el*ctrica en ameres%R & J &oltaje o tensin en "olts&R

4ormas derivadas de la f"rmula de potencia (Le0 de >att,. a e#resin b8sica de la e/ deLatt er4 mite determinar la raidez con la ue se realiza el trabajo el*ctrico cuando conocemos el"oltaje alicado / la corriente el*ctrica$ Sin embargo, -a/ ocasiones en ue conocemos la otencia/ la corriente el*ctrica / tenemos la necesidad de calcular el "oltaje alicado, o bien, uedeconocerse la otencia / el "oltaje alica4 do / debe encontrarse la corriente el*ctrica$ ue"amentese debe oerar algebraicamente con la ecuacin original de la e/ de Latt ara obtenerecuaciones deri"adas ara el "oltaje / la corriente$

I = 3


56/404

3

=I

:stas .rmulas no son correctas ara toda clase de circuitos$


57/404

#

' 8

Iacemos nue"amente re.erencia al uso del /ringulo de memoria, el cual nos sir"e ara recordaru* oeracin debemos realizar ara calcular otencias, "oltajes o corrientes$ Para usarlo, se cubrela canti4 dad ue se busca / las artes "isibles del tri8ngulo dicen u* .orma de la e/ de Lattdebe usarse$

= I ' 3

I =3

3 =I

Ejercicios prcticos:)H YCu8l es la corriente ue circula or el .ilamento de una l8mara de )00 \atts, conectada a unaali4 mentacin de )20 "oltsZ

6oluci"n2 Taamos la letra. en el tri8ngulo / nos ueda la .rmula?

I =3

:n donde?P J )00

\atts & J)20 "olts JZ

$$$=

);;?atts)-; volts

I= ;9@8 amperes

2H Dna lanc-a demanda B ameres de un contacto de alimentacin de )27 "olts, calcular la otenciaconsumida$

6oluci"n2 Taamos la letra1 en el tri8ngulo / nos ueda la .rmula?

= I ' 3

:n donde?P J Z& J )27"olts J Bameres


58/404

$$$ = A amperes ' )-B voltios = :;@ ?atts

3H YQu* "oltaje deber8 alicarse a un tostador de )270 \atts, si en su laca indica ue toma una co4rriente de )0 ameresZ


59/404

1 =# > 550 %t?l@se+o

1 =# > 7A; N?&@s

550

6oluci"n2 Taamos la letra ' en el tri8ngulo / nos ueda la .rmula?

3 =I

:n donde?P J ) 270\atts & J Z J )0 ameres

$$$I =

) -B; ?atts); amperes

3= )-B volts

Caallos de potencia (,. :l trabajo mec8nico ue realiza un motor se mide en t*rminos decaballos de otencia$ Dn caballo de otencia se de.ine como 550 libras alicadas durante unadistancia de un ie en un segundo$ :n otras alabras, se necesita ) IP ara le"antar 550 lb a la

distancia de un ie en un segundo$ :n el sistema m*trico, ) IP es una .uerza de 7B6 ne\tons,alicados a lo largo de un metro durante un segundo$

550 lb

) .t>seg

) caballo de potencia J ) IP J 7B6 \atts

Prdidas de energa

Cuando e#iste oosicin o resistencia al mo"imiento, arte de la energ@a cin*tica de estemo"imiento se trans.orma en energ@a [email protected] GcalorH sin oder recuerarseF de igual maneraocurre en el mo"i4 miento de los electrones ante la resistencia? arte de la energ@a el*ctrica secon"ierte en calor$ :l calor es roducido or la .riccin de los electrones libres en mo"imiento /los 8tomos ue obstru/en el aso de los electrones$

as *rdidas de energ@a or el calor generado en la conduccin se describen or medio del e.ectojoule$


60/404

V2R

PV

VIVR

I2 R#8

potenciacorriente

PR

V2P

/resistencia

'volta,e

PR

VI IRPI2

PI

as *rdidas de energ@a generalmente se calculan or medio de la .rmula de la e/ de [oule?

= I- ' R

:n donde?P J otencia en \atts LR J corriente el*ctrica en ameres%R 9 J resistencia el*ctrica eno-ms XR

:l calor generado es una clara e"idencia de ue la otencia se usa ara roducir la corriente

el*ctrica$ +e la e/ de ;-m, conocemos ue?

I =3R

:sta e#resin la odemos sustituir en la .rmula anterior, de modo ue?

=3R

Relacin entre voltaje, corriente, resistencia y potencia

Si se conocen dos de los ar8metros el*ctricos b8sicos U"oltaje, corriente, resistencia / otenciaUes o4 sible calcular los otros dos$ :l siguiente diagrama resume las relaciones$

:n donde?9 J resistencia eno-ms J corriente enameres

-


61/404


62/404

Energa

a energ@a es un trabajo el*ctrico, es decir, la otencia consumida en un laso determinado$a energ@a roducida o utilizada or cualuier sistema se determina or medio de la siguiente.rmula?

>=

' t

:n donde?L J energ@a en \atts4s L4sR P J otencia en \attsLRt J tiemo en segundos sR

:l \att4s es una cantidad demasiado euea ara .ines r8cticos GSistema de PotenciaH, or loue se emlea el \att4-ora o Eilo\att4-ora$ :l aarato ue utilizamos ara medir la energ@aconsumida es llamado 0atthormetro$


63/404

Captulo

2

#are" "el tuo Corriente "e a+ua

sHR$

5rificio del tubo

igura 2$)$ Tubo de agua$

a corriente el*ctrica Gmo"imiento de cargas el*ctricasH se transmite de un lugar a otro a tra"*sde cables el*ctricos$ os cables el*ctricos tienen un conductor met8lico Ggeneralmente de cobre oaluminioH, ue es el ue transorta la corriente el*ctrica$ a cantidad de corriente transmitida est8relacionada con el 8rea trans"ersal del metal conductor? a ma/or 8rea, ma/or corriente el*ctricatransmitida$ :l aislamiento del cable tiene la .uncin de e"itar ue la corriente el*ctrica se salga

P


64/404sH, a lo ue se le llama ampereR$


65/404

-isla&iento "el cale Corriente elctrica

Manual tcnico de instalaciones elctricas en baja

3uo

Corriente "e a+ua

Cale3ensin 2 32

*onductor metlico

igura 2$2$ Cable el*ctrico$

Para ue el agua se transmita de un lugar a otro, se reuiere ue e#ista una di.erencia de resinentre los dos lugares / ue est*n unidos mediante un tubo o manguera$ as unidades ue seemlean ara medir la resin sonfuerza entre rea ne\tons or metro cuadrado G>m2H, a lo uese le llamapascalR$

'resin 6 '6! '6 mayor %ue '7 'resin 7 '7!

igura 2$3$ +i.erencia de resin en un tubo de agua$

Para ue la corriente el*ctrica se transmita de un lugar a otro, se reuiere ue e#ista una di.erenciade tensin o "oltaje entre los dos lugares / ue est*n unidos mediante un cable$ as unidades uese emlean ara medir la tensin el*ctrica son los "olts$

(6 mayor %ue (7

(ensin 6 (6!

*orriente elctrica


66/404

*onceptos bsicos de circuitos elctricosigura 2$B$ +i.erencia de tensin en un cable el*ctrico$

Tomando en cuenta lo anterior, odemos -acer una comaracin entre un circuito cerrado de agua/ un circuito el*ctrico$


67/404

(ubo.l/ula (ubo

2lujo de a#ua

(urbina mo/ida pora#ua o car#a

Re#reso de a#ua a baja presin

omba dea#ua

(ubo

igura 2$5$ Circuito cerrado de agua$

*able

Interruptor

*able

*orriente elctrica

2oco ocar#a

2uente de /oltajebater&a" #enerador!

Re#reso de corriente a tensin baja

*able

igura 2$6$ Circuito el*ctrico$

:n las .iguras 2$5 / 2$6, ueden areciarse las siguientes semejanzas?M :n el circuito de agua, la resin del agua es ele"ada or medio de una bomba$

M :n el circuito el*ctrico, el "oltaje es ele"ado or la .uente$M :n el circuito de agua, *sta es transmitida or medio de tubos$M :n el circuito el*ctrico, la corriente es transmitida or medio de cables$M :n el circuito de agua, la resin es usada ara mo"er una turbina$M :n el circuito el*ctrico, el "oltaje es usado ara alimentar una carga, or ejemlo ara encender un

.oco o ara mo"er un motor$M :n el circuito de agua, *sta ierde resin desu*s de asar or la carga$M :n el circuito el*ctrico, la corriente ierde tensin desu*s de asar or la carga$M :n el circuito de agua, *sta tambi*n ierde resin al asar or los tubos$ a *rdida de resin

en el tubo deende del 8rea trans"ersal del ori.icio / de la longitud del tubo? a menor 8rea

bombaa

altap

resin

uentea

tensinalta


68/404

trans"ersal del ori.icio del tubo, ma/or *rdida o ca@da de resinF a ma/or longitud del tubo,ma/or *rdida o ca@da de resin$


69/404

l1 l2

M :n el circuito el*ctrico, la corriente tambi*n ierde tensin al asar or los cables$ a *rdidade tensin en el cable deende del 8rea trans"ersal del conductor met8lico / de la longitud delcable? a menor 8rea trans"ersal del conductor met8lico, ma/or *rdida o ca@da de tensinF ama/or longitud del cable, ma/or *rdida o ca@da de tensin$

M Para interrumir el .lujo, en el circuito de agua se emlea una "8l"ula$M Para interrumir la corriente, en el circuito el*ctrico se emlea un interrutor$

:n la .igura anterior se resentan algunas de las rinciales artes de un circuito el*ctrico, ueson?M a .uente generadora de tensin o electricidad$


70/404

l), l

2, l

3, l

BJ *orrientes elctricas %ue entran o salen de un punto en un circuito


71/404

Corriente elctrica

Foco ocar+a

Segunda Ley o Ley de Conser'aci"n de la +ensi"n

#n cual+uier circuito cerrado$ la suma de las tensiones elctricas de los elementos pasivos de un circuito$

como son los conductores las cargas$ es igual a la tensin elctrica del elemento activo o fuente&

*able )

2uente

*able 2

3f= 3

)* 3

-* 3

c

igura 2$$ e/ de Conser"acin de la Tensin$

+onde?&

.J Tensin de la

.uente &) J Tensin decable )&

cJ Tensin de la carga o

.oco &2J Tensin del cable 2

:n corriente directa, la tensin de un cable o una carga est8 dada or la e/ de ;-m, ue see#lic con anterioridad / la cual se e#resa en la siguiente .rmula?

3 = RI(-.),

+onde?& J Tensin del cable o carga en "olts &R9 J 9esistencia el*ctrica del cable o carga en o-ms XR J Corriente el*ctrica ue asa or el cable o carga en ameres %R

:n corriente alterna se emlea una .rmula mu/ arecida a la anterior ara la tensin de un cableo carga, reemlazando la resistencia)or la imedancia2?

3 = DI (-.-,


72/404

R+2

XL2

+onde?& J Tensin del cable o carga en "olts^ J medancia el*ctrica del cable o carga en o-msPara el caso de los cables, est8 dada or la siguiente .rmula?

D = (-.8,

+onde?9 J 9esistencia el*ctrica del cable a la corriente alterna eno-ms =

J 9eactancia inducti"a del cable en o-ms

Dn an8lisis ro.undo de la imedancia se sale de los alcances de este documento$ Por el momentoslo "amos a analizar circuitos ara los cuales la imedancia es igual a la resistencia, es decir, uecumlen con la e/ de ;-m / ueden ser tratados como circuitos de corriente directa$ &amos adejar el asecto de la imedancia ara un ca@tulo osterior Anicamente ara calcular las ca@das de

tensin en cables de circuitos de corriente alterna$

clculO dE tEnsiOnEs ycOrriEntEs EncircuitOs

:n esta seccin "amos a calcular las corrientes / tensiones de algunos circuitos emleando la e/de ;-m / las le/es de _irc-o..$

Circuitos en serie

Se le llama circuito en serie a un circuito como el de la .igura 2$, en el cual la corriente ue asaor todas las resistencias es la misma, debido a la Primera e/ de _irc-o..$ :n esta .igura las

resistencias 9) / 93ueden reresentar a los cables ue conectan una carga Uor ejemlo un .ocoU/ la carga ser@a la resistencia 9

2$ % continuacin, "amos a calcular la corriente / las tensiones de

cada una de las resistencias de la .igura 2$?M Por la Segunda e/ de _irc-o.., tenemos ue la suma de las tensiones de cada resistencia

debe ser igual a la tensin de la .uenteF / or la e/ de ;-m, la tensin de cada resistencia esigual a la corriente ue asa or ella, multilicada or su resistencia?

3f= 3

)* 3

-* 3

8

+onde?&

)J Tensin de la resistencia 9

)J

9) &2 J Tensin de la resistencia 92 J 92&

3J Tensin de la resistencia 9

3

J 93

3f= I R

)* I R

-* I R

8

3f= I (R

)* R

-* R

8,

8: 3 = I (- * ); * - ,


73/404

8: 3 = I ()A ,


74/404

'% >


75/404

3f= 3

)= 3

-= 3

8


76/404

81 82

'% >


77/404

Eui'alentes de resistencias en serie y en paralelo

Cuando e#isten "arias resistencias en serie o en aralelo es osible sustituirlas or una solaresistencia eui"alente, ara simli.icar el circuito / .acilitar los c8lculos$ Por ejemlo, en los dosc8lculos anterioresueden sustituirse las resistencias or la eui"alente, lo ue da como resultadoun circuito, ue se muestra en la .igura 2$))$ :l "alor de la resistencia eui"alente se obtiene enlas dos .rmulas siguientes, deendiendo de si las resistencias est8n en serie o en aralelo$

M rmula ara la resistencia eui"alente de resistencias en serie?

Req

= R)* R

-* R

8* ...* R

n (-.A,

+onde?9

), 9

2, 9

3, 9

nJ 9esistencias ue est8n en serie en o-m$

9e

J 9esistencia eui"alente a las resistencias en serie en o-m$

M rmula ara la resistencia eui"alente de resistencia en aralelo?

Req

= )

)*

)*

)* ... *

)

(-.:,

R) R- R8 Rn

+onde?9

), 9

2, 9

3, 9

nJ 9esistencias ue est8n en aralelo en o-m$

9e

J 9esistencia eui"alente a las resistencias en aralelo en o-m$

% modo de ejemlo "amos a "ol"er a calcular la corriente ue roorciona la .uente en loscircuitos de las .iguras 2$ / 2$)0 emleando las resistencias eui"alentes?aH Circuito de la .igura 2$?

Req

= - * ); * - = )A

;bser"ando el circuito de la .igura 2$), or la Segunda e/ de _irc-o.. / la e/ de ;-m,tenemos?

3f= I R

eq

+esejando I? 3f

I =R

eq


78/404

35 VI = = 2,5 A

14


79/404

I =35 V

= 14,88 A2,352

'%

Como se uede obser"ar, se obtiene el mismo resultado ue el calculado anteriormente$bH Circuito de la .igura 2$)0?

)Req = = -98:-

)F(: E, * )F(); E, * )F(@ E,

;bser"ando el circuito de la .igura 2$)), or la Segunda e/ de _irc-o.. / la e/ de ;-m,tenemos?

3f= I R

eq

+esejando ? 3f

I =R

eq

Como se uede obser"ar, se obtiene el mismo resultado ue el calculado anteriormente$

9e

9e

J Resistencia e%ui/alente&

.J (ensin de la fuente

J *orriente proporcionada por la fuente

igura 2$))$ Circuito eui"alente de resistencias en serie o en aralelo$

Dsando las resistencias eui"alentes, ueden simli.icarse circuitos m8s comlicados, como elue se muestra en la .igura 2$)2$ % modo de ejemlo, "amos a obtener la corriente ueroorciona la .uente en este circuito, emleando resistencias eui"alentes$M Primero calculamos la resistencia eui"alente del aralelo de las resistencias 9

3, 9

B/ 9

5/ la

llamamos 9e)?

)Req) = = )9)A8

)F(A E, * )F(- E, * )F(@ E,


80/404

50 V

I = = 6,14 A8,143

/2 > 5

'% > 50 '

/< > A /A > 2

'% > 50 '

M :l circuito eui"alente se muestra en la .igura 2$)3$ :n este circuito las resistencias 9), 9

2/

9e)

se encuentran en serie$ Calculamos la resistencia eui"alente de este circuito, a la cualllamamos 9

e2, / da como resultado?

Req-

= - E * : E * )9)A8 E = @9)A8 E

M:l circuito eui"alente se muestra en la .igura 2$)B$ Para calcular la corriente ue roorciona la.uente, emleamos la Segunda e/ de _irc-o.. / la e/ de ;-m?

+esejando ?3

f= I R

eq-

3f

I =R

eq-

9)

J 2 X

95

J X


igura 2$)2$ Circuito con cincoresistencias$

9)

J 2 X

9

2J 5 X

9e)

J ),)B3 X



81/404

igura 2$)3$ Circuito con la resistencia eui"alente del aralelo de la .igura 2$)2$


82/404

8

'% > 50 '

Corriente elctrica

Foco ocar+a

3ie&po

Dn ciclo

9e2

J ,)B3 X

9 *orriente proporcionada por la fuente

igura 2$)B$ 9esistencia eui"alente del circuito de la .igura 2$)2$

circuitOs mOnO!sicOs y tri!sicOs

:n corriente alterna los circuitos ueden ser de una o m8s .ases$ Cuando son de una .ase se les

llama monofsicos / cuando son de tres .ases se les llama trifsicos$ :n la .igura 2$)5 se muestraun circuito mono.8sico$ Se reemlazaron los signos ositi"o / negati"o de la .uente or el signode onda senoidal, /a ue en corriente alterna la olaridad cambia de ositi"o a negati"oconstantemente$ :n la .igura 2$)6 se muestra cmo "ar@a con el tiemo el "oltaje o la corrientesenoidal en el circuito mono.8sico$

*able )

2uente

*able 2

igura 2$)5$ Circuito mono.8sico de corriente alterna$

(ensin ocorriente

igura 2$)6$ &oltaje o corriente en un circuito mono.8sico$


83/404

Cale %ase E8E

Fuente%ase E

8

- EN

Fuente%ase -

Cale neutro

Fuente%ase C Cale %ase C

8C

C

:#isten dos tios de circuitos tri.8sicos? con cone#in en estrella, como el de la .igura 2$)7, / concone#in en delta, como el de la .igura 2$)$ Como se uede areciar en las .iguras, un circuitotri.8sico es como tener tres circuitos, cada uno con una .uente de "oltaje / una carga, / conectadosentre s@$ Para di.erenciar a los cables de los circuitos tri.8sicos, se les da el nombre de .ase %, .ase1 / .ase C$ os "oltajes de cada .uente son de la misma magnitud / est8n des.asados como semuestra en la .igura 2$)$ :l signi.icado de las cur"as en la .igura 2$) es el siguiente?

M Cur"a )?o Circuitos con cone#in en estrella? "oltaje de la .uente de la.ase %$o Circuitos con cone#in en delta? "oltaje de la .uentede la .ase %1$

M Cur"a 2?o Circuitos con cone#in en estrella? "oltaje de la .uente de la.ase 1$o Circuitos con cone#in en delta? "oltaje de la .uentede la .ase 1C$

M Cur"a 3?o Circuitos con cone#in en estrella? "oltaje de la .uente de la .ase C$o Circuitos con cone#in en delta? "oltaje de la .uente de la .aseC%$

:n esta .igura, la gr8.ica tambi*n uede reresentar las corrientes en los cables de cada .ase, tantoen la cone#in en estrella como en delta, siemre / cuando el circuito est* balanceado, es decir,ue las tres cargas sean iguales$

%

*able fase %

^%, ^

1/ ^

CJ *ar#as de las fases %, 1 y C

%,

1,

CJ *orrientes de los cables de las fases %, 1 y

C

J *orriente del cable del neutro

igura 2$)7$ Circuito tri.8sico de corriente alterna con cone#in en estrella$


84/404

EC

Cale %ase -

Fuente %ase C- Fuente %ase -E

C- -E

Fuente %ase EC

8CCale %ase C

Cale %ase E

8E

1 2 ltimosdispositi/os deproteccin

contrasobrecorriente!3

$limentadores

*ircuitosderi/ados

-alidas

$cometida


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igura 2$2$ Circuitos alimentadores / deri"ados$


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gEnEraci"n,transmisi"n y distri-uci"n Elctrica

Para ue ueda usarse la energ@a el*ctrica en nuestros -ogares, en comercios / en industrias, sereuiere de un sistema ue comrende la generacin, transmisin / distribucin de esta .orma deenerg@a$ :n la .igura 2$2 se resenta un diagrama con las artes rinciales de este sistema, lascuales "amos a describir a continuacin?a, eneraci"n2 a electricidad es generada de di"ersas .ormas con"irtiendo di.erentes tios

de energ@a en electricidad$ as m8s comunes de estas .ormas son?M Iidroel*ctrica? Se aro"ec-a la ca@da del agua en resas ara mo"er turbinas, ue a su

"ez mue"en generadores de electricidad$M T*rmica? Con "aor de agua se mue"en turbinas ue a su "ez mue"en generadores

de electricidad$ :l "aor de agua uede generarse con combustibles .silesGtermoel*ctricaH, con energ@a nuclear Gnucleoel*ctricaH, con energ@a de la tierraGgeot*rmicaH$

M Solar? Se usa la radiacin del sol ara roducir electricidad, generalmente con celdas.oto"oltaicas ue con"ierten la luz del sol en electricidad$

M :lica? Se emlea la energ@a del "iento ara mo"er "entiladores, ue a su "ez mue"engeneradores de electricidad$

:l "oltaje de generacin es "ariable, ero lo m8s comAn en '*#ico es de )3,E&$

,LJnea de transmisi"n2 (eneralmente las lantas generadoras de electricidad se encuentran lejos delos untos de uso, como las ciudades o los centros industriales, or lo ue es necesariotransmitir la electricidad -asta esos untos$ a siguiente .rmula nos roorciona la otenciael*ctrica transmitidaor una l@nea$

= 3I(-.@,

+onde?P J Potencia el*ctrica transmitida en\atts$ & J &oltaje de transmisin en"olts$ J Corriente transmitida en ameres$

Como uede areciarse en la .rmula 2$, ara una otencia transmitida constante? a ma/or"oltaje de transmisin, menor corriente transmitida /, or lo tanto, menores *rdidas de energ@a en.orma de calor en las l@neas de transmisin, or e.ecto [oule G"*ase la .rmula 2$6? Q J 2 9H$ :staes la razn or la cual el "oltaje tiene ue ser ele"ado a "alores ma/ores ue el de generacin aratransmitirlo a distancias ue ueden ser del orden de cientos de Eilmetros$ os lugares donde seele"a el "oltaje ara transmitirlo se llaman subestaciones, / b8sicamente est8n comuestas deeuios llamados trans.ormadores ue incrementan el "oltaje$ os "oltajes m8s comunes detransmisin de electricidad en '*#ico son 230 E& / B00 E&$

c, 6istema de distriuci"n primaria regulada2 Cuando las l@neas de transmisin llegan a los lugaresde consumo, el "oltaje es reducido en subestaciones ara oder distribuirlo de manera m8ssegura$ :n '*#ico los "oltajes m8s comunes de distribucin rimaria regulada son )3, E&Gen Comisin ederal de :lectricidadH / 23 E& Gen uz / uerza del CentroH$ assubestaciones mencionadas est8n comuestas b8sicamente or trans.ormadores ue reducen el"oltaje de transmisin$


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d,6istema de distriuci"n secundaria2 Para oder utilizar la energ@a el*ctrica, el "oltaje de distribucinrimaria es reducido a "alores seguros ara su uso$ a reduccin del "oltaje se lle"a a cabomediante trans.ormadores$ :l "oltaje m8s comAn en '*#ico ara distribucin secundaria esde 220 & de .ase


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-co&eti"a

-li&enta"or -li&enta"or

a .ase$ Como son sistemas en estrella, el "oltaje de .ase a neutro es de 220 &>),73 J )27 &G"*ase la .igura 2$20H, ue es el ue llega a nuestras casas or medio de la acometida$ +esu*sde la acometida se encuentran los circuitos alimentadores / los deri"ados, descritosanteriormente, / estos Altimos alimentan a los euios de utilizacin$

*entral de#eneracin L&nea de

transmisin230 E& B00 E&

-istema dedistribucin

primario re#ulado

)3, E& -ubestacin -ubestacin)3, 23 E&

-istema dedistribucinsecundario

)27>220 &

(ransformador dedistribucin

-istema dedistribucin

(ransformador dedistribucin

secundario )27>220 &$cometida

$limentador $limentador

*ircuitosderi/ados

*ircuitosderi/ados

E%uipo deutili,acin

E%uipo deutili,acin

igura 2$2$ Sistema el*ctrico t@ico ara la generacin, transmisin, distribucin / utilizacin de energ@a el*ctrica$

POtEncia rEal y POtEncia aParEntE EncircuitOs dE cOrriEntE altErna

%nteriormente "imos ue la otencia en circuitos est8 dada or la siguiente .rmula?

= 3I(-.@,

+onde?

P J Potencia el*ctrica en\atts & J &oltaje en "olts J Corriente en ameres

:sta .rmula nos roorciona la otencia, consumida o roducida, en circuitos de corrientedirecta$ :n corriente alterna, tenemos ue introducir un nue"o conceto conocido como potenciaaparente, ue est8 dado or las siguientes .rmulas?

M :n circuitos mono.8sicos?


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# = 3I(-.G,


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M :n circuitos tri.8sicos?

# =K8 3I(-.);,

+onde?

P% J Potencia el*ctrica aarente en &% "olts4ameresR& J &oltaje en "olts$ Para circuitos mono.8sicos es igual al "oltaje de .ase a neutro / ara circuitostri.8sicos es igual al "oltaje de .ase a .ase J Corriente de l@nea en ameres

Para obtener la otencia real en circuitos de corriente alterna, tenemos?

= #4p(-.)),

+onde?

P J Potencia el*ctrica real en \attsP% J Potencia el*ctrica aarente en &% "olts4ameresR J actor de otencia$ :sta cantidad no tiene unidades / su "alor siemre es menor o igual auno / ma/or o igual a cero$ Para cargas comuestas Anicamente or resistencias, como en el casode las l8maras incandescentes, el .actor de otencia es igual a uno$

+e acuerdo con esto, ara calcular la corriente en circuitos de corriente alterna, tenemos lassiguientes .rmulas?

M :n circuitos mono.8sicos?

#I =

3 (-.)-,

+onde? J Corriente de l@nea en ameresP% J Potencia el*ctrica aarente en &% mono.8sica "olts4ameresR& J &oltaje de .ase a neutro en "olts

M :n circuitos tri.8sicos?

#I =

K8 3(-.)8,

+onde? J Corriente de l@nea en ameresP% J Potencia el*ctrica aarente tri.8sica en &% "olts4ameresR& J &oltaje de .ase a .ase en "olts


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Captulo

3

;2

Componentes de las

instalaciones elctricas

ara la realizacin .@si

manual de instalaciones electricas en bt

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