INSTITUTO TECNOLOGICO DE PARRALING. INDUSTRIAL ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA INDUSTRIAL UNIDAD I ELECTRICIDAD BASICA UNIDAD I ELECTRICIDAD BASICA 1.1 INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD 1.2 CONCEPTOS DE MAGNITUDES ELECTRICAS 1.3 CIRCUITO ELECTRICO 1.4 MEDICIONES DE MAGNITUDES ELECTRICAS 1.5 CONCEPTOS BASICOS DE LAS LEYES DE OHM, KIRCHHOFF, LENZ, FARADAY Y WATTS. 1.6 APLICACIÓN DE LOS CONCEPTOS BASICOS DE ELECTRICIDAD. Introducción Como Ingenieros Industriales, es de suma importancia conocer de manera optimizada el funcionamiento de diferentes aparatos y dispositivos electrónicos industriales, además de conocer la estructura y funcionamiento básico de maquinaria, herramientas, equipos e instrumentos de medición y control, convencionales y de vanguardia. Ahora bien, es totalmente necesario saber como instalar y poner en marcha la maquinaria y equipo que se usa en las diferentes fábricas, maquilas, entre otras. Por consiguiente, es de gran importancia determinar la relación existente entre la corriente, el voltaje y la potencia, ya que esto es como la base para aprender a manejar y conocer totalmente el funcionamiento de un circuito eléctrico, por lo tanto, en esta materia se encontrará el desarrollo de las leyes de kirchhoff y la ley de ohm, así como las aplicaciones de dichas leyes para que, de esta manera, se comprenda más clara y objetivamente los temas dados a conocer. 1.1 INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD. La Electricidad es la base de todo lo que existe. Nuestro mundo es un mundo eléctrico. Existen fenómenos naturales que dan origen a la electricidad y a sus efectos muy importantes como la luz eléctrica, el calor, el movimiento en las máquinas y vehículos, etc. Fenómenos que son difíciles de entender porque suceden al interior de las partículas tan pequeñas como el átomo que el ser humano no puede captar, y solo con ilustraciones podemos explicarlas. sin la electricidad el campo del transporte y las comunicaciones no serian lo que son en la actualidad. puede decirse que la electricidad se usa en todas partes. servicio telefónico. . Además.La electricidad es una de las principales formas de energía usadas en el mundo actual. De hecho. ni comunicaciones de radio y televisión. y las personas tendrían que prescindir de aparatos eléctricos que ya llegaron a constituir parte integrante del hogar. Sin ella. no existiría la iluminación. de donde se ha derivado el nombre de electricidad. . Se cargaba con una fuerza misteriosa. después de frotarlo contra ciertos materiales. El ámbar cargado atraía a cuerpos livianos tales como hojas secas y viruta de madera. Los griegos llamaban al ámbar elektron. Observaron que un material que nosotros conocemos como ámbar. los griegos ya la habían descubierto desde hace 2000 años.HISTORIA Aunque solo en los tiempos modernos la electricidad empezó a ser útil. Benjamín Franklin llamó a estas dos clases de electricidad positiva y negativa. pero que repelía a otros objetos cargados. Hacia la mitad del siglo XVIII. En 1773. . según se comportaban como ámbar o no.Alrededor del año 1600. William Gilbert clasificaba los materiales en eléctricos y no eléctricos. Charles Dufay. Concluyo entonces que existían dos tipos de electricidad. observó que un trozo de vidrio eléctricamente cargado atraía algunos objetos también cargados. un francés. . pero actualmente.¿QUE ES LA ELECTRICIDAD? En la época de Franklin. Estas partículas son demasiado pequeñas para verlas. . pero existen en todos los materiales. electricidad la se ciencia produce considera por que la muy partículas pequeñas llamadas electrones y protones. los hombres de ciencia consideraban que la electricidad era un "fluido" que podía tener cargas positivas y negativas. . 2 CONCEPTOS DE MAGNITUDES ELECTRICAS Magnitudes Básicas de un circuito eléctrico: .1. Podemos cargar un cuerpo positivamente (potencial positivo) si le robamos electrones a sus átomos y podemos cargarlo negativamente (potencial negativo) si le añadimos electrones. entre estos dos cuerpos tenemos una diferencia de potencial (d. .) Los cuerpos tienden ha estar en estado neutro. es decir a no tener carga.CARGA ELÉCTRICA y CORRIENTE Es la cantidad de electricidad almacenada en un cuerpo. es por ello que si conectamos los dos cuerpos con un conductor los electrones del cuerpo con potencia negativo pasan por el conductor al cuerpo con potencial positivo.p.d. Si tenemos un cuerpo con potencial negativo y otro con potencial positivo. Los átomos de un cuerpo son eléctricamente neutros. es decir la carga negativa de sus electrones se anula con la carga positiva de sus protones. para que los dos cuerpos tiendan a su estado natural. es decir neutro. d.Acabamos de generar corriente eléctrica. La diferencia de carga de los dos cuerpos será la causante de mas a menos corriente. . Esta carga de un cuerpo se mide en culombios (C). Luego es necesario una d.p entre dos puntos para que cuando los conectemos con un conductor se genere corriente eléctrica. ya que este movimiento de electrones es lo que se llama corriente eléctrica. Se suelen emplear dos múltiplos de esta unidad que son el kilovoltio (kV) y el megavoltio (mV) y también dos submúltiplos como son el milivoltio (mV) y el microvoltio (µV).Tensión o Voltaje ( V ) La Tensión es la diferencial de potencial entre dos puntos. Para medir el voltaje se utiliza un aparato llamado Voltímetro. Solo cuando conectemos el circuito al enchufe empezará a circular corriente (electrones) por el circuito y eso es gracias hay que hay tensión Su unidad es el Voltio (V). . Se conecta en paralelo al elemento cuyo voltaje queremos medir. pero OJO no hay corriente. Como ya sabemos por el estudio de la carga eléctrica la tensión es la causa que hace que se genere corriente por un circuito. En un enchufe hay tensión. 25 trillones de electrones que han pasado e n un segundo. se conecta en serie para efectuar la medida.000.000 mA 1 A= 1. Normalmente se emplean de unos submúltiplos de esta unidad que son miliamperio (mA) y el microamperio (µA) 1 A= 1.000 µA Para medir la intensidad de corriente que circulan por un circuito se utilizan un aparato llamado Amperímetro. Se mide en Amperios (A). . Por ejemplo una corriente de 1 A (amperio) equivale a 6.Intensidad o Corriente Eléctrica ( I ) Es la cantidad de electrones que pasan por un punto en un segundo. 000 . La unidad de resistencia es el ohmio ().000 El instrumento de medición usado para este parámetro es el Ohmímetro. de su longitud y de su sección. 1 k = 1.000. 1 M = 1. A mayor longitud mayor resistencia y por el contrario a mayor sección de conductor menor resistencia. más resistencia tendrá. Cuanto más se opone un elemento de un circuito a que pase por él la corriente. . Normalmente se emplean de esta unidad como son kilo ohmios (K ) y el megohmio (M).Resistencia Eléctrica (R) Es la oposición o dificultad al paso de la corriente eléctrica. La resistencia de un conductor depende del tipo de material de el que esta compuesto. es decir. la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. por tanto. La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo. La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”. y se representa con la letra “W”. Un J/seg equivale a 1 watt (W). La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.POTENCIA ELÉCTRICA Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. . estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo. ENERGÍA ELÉCTRICA La energía eléctrica es la potencia por unidad de tiempo. La energía se consume. Su unidad es el w x h (vatio por hora) pero suele usarse un múltiplo que es el Kw x h (Kilovatios por hora) . es decir a más tiempo conectado un receptor más energía consumirá. la potencia del receptor y del tiempo que este conectado. También un receptor que tiene mucha potencia consumirá mucha energía. Como vemos la energía depende de dos cosas. Aquí tenemos una tabla con las principales magnitudes eléctricas y sus fórmulas: . Un circuito eléctrico consiste en un conjunto de elementos u operadores que. para aprovechar la energía eléctrica. por el que se desplazan las cargas eléctricas. . unidos entre sí.3 CIRCUITO ELECTRICO El circuito eléctrico es el recorrido preestablecido.1. permiten establecer una corriente entre dos puntos. llamados polos o bornes. Todo circuito eléctrico se compone de los siguientes elementos mínimos: • Generador • Receptor • Conductor . Los generadores son los elementos que proveen al circuito de la necesaria diferencia de cargas entre sus dos polos o bornes y que. además. son capaces de mantenerla eficazmente durante el funcionamiento del circuito. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías y las fuentes de alimentación. . calorífica.Los receptores son los elementos encargados de convertir la energía eléctrica en otro tipo de energía útil de manera directa. las resistencias eléctricas y los motores . etc. Los receptores eléctricos más usuales en nuestro taller serán las lámparas o bombillas. la mecánica (movimiento). como la lumínica. Los conductores están fabricados con materiales que conducen bien la electricidad (metales como cobre y aluminio.Los conductores o cables son los elementos que nos sirven para conectar todos los demás elementos que forman el circuito. recubiertos de materiales aislantes normalmente plásticos.) . Con ellos estableceremos el camino que deban recorrer los electrones desde el polo negativo hasta el positivo del generador. Además de los anteriores. Estos son: . hay otros elementos que forman parte de un circuito y. sí que en la mayoría de los casos se hacen imprescindibles por una u otra razón. aunque no son estrictamente necesarios para establecer dicho circuito. El interruptor es un elemento básico de cualquier circuito. manipular el paso de la corriente.Elementos de maniobra. los conmutadores y pulsadores son otros dos tipos muy usuales de elementos de maniobra usados en el taller de Tecnología. . que permiten. de manera fácil. ya que permitirá abrir o cerrar el circuito sin necesidad de separar los hilos conductores del generador. están presentes de manera obligatoria en todos los edificios y viviendas . que. sirven para proteger a las personas o a los elementos del circuito.Elementos de protección. del riesgo de manipulaciones inadecuadas o variaciones imprevistas en la corriente. El fusible es un elemento de protección presente en la mayoría de los aparatos eléctricos. como indica su nombre. o magneto térmicos y los interruptores diferenciales. y los interruptores automáticos. REPRESENTACION DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS Cuando dibujamos planos eléctricos. para representar los diferentes elementos que componen nuestro circuito no usamos un dibujo realista del él -esto sería lento y costoso. en su lugar empleamos una seria de símbolos que ayudan a que el plano se realice de forma más rápida y además evita que los dibujos se malinterpreten independientemente de dónde se lea el plano. Nosotros usaremos los siguientes símbolos: . . . . A este tipo de corriente se le conoce como corriente continua (cc) o corriente directa (cd). Su polaridad es invariable y hace que fluya una corriente de amplitud relativamente constante a través de una carga.Tipos de corrientes en un circuito Corriente continua: Es aquella corriente en donde los electrones circulan en la misma cantidad y sentido. que fluye en una misma dirección. . es decir. y es generada por una pila o batería. ya que puede acarrear daños irreversibles en el equipo. 6 voltios. Los suministros comunes son 1.5 voltios. 12 voltios y 24 voltios. .Este tipo de corriente es muy utilizada en los aparatos electrónicos portátiles que requieren de un voltaje relativamente pequeño. Generalmente estos aparatos no pueden tener cambios de polaridad. 9 voltios. . haciendo que la corriente fluya alternativamente en una dirección y luego en la otra. Se conoce en castellano por la abreviación CA y en inglés por la de AC. volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.Corriente alterna: La corriente alterna es aquella que circula durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto. Su polaridad se invierte periódicamente. la cual convierten energía mecánica en eléctrica. Este tipo de corriente puede ser generada por un alternador o dinamo.ar .Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y sin ella no podríamos utilizar nuestros artefactos eléctricos y no tendríamos iluminación en nuestros hogares. éstos pueden ser montados de diferentes maneras: • En serie • En paralelo • Mixtos .Conexiones de varios receptores en un mismo circuito Cuando se instalan varios receptores. Circuitos en Serie En un circuito en serie los receptores están instalados uno a continuación de otro en la línea eléctrica. . En los circuitos en serie se cumplen las siguientes condiciones: • La corriente que circula por el circuito es siempre la misma. • El voltaje total del circuito es la suma de los voltajes de cada receptor. de tal forma que la corriente que atraviesa el primero de ellos será la misma que la que atraviesa el último. Para instalar un nuevo elemento en serie en un circuito tendremos que cortar el cable y cada uno de los terminales generados conectarlos al receptor. • La resistencia total del circuito es la suma de las resistencias de los receptores. . . Circuito en Paralelo En un circuito en paralelo cada receptor conectado a la fuente de alimentación lo está de forma independiente al resto. Para conectar un nuevo receptor en paralelo. cada uno tiene su propia línea. añadiremos una nueva línea conectada a los terminales de las líneas que ya hay en el circuito. aunque haya parte de esa línea que sea común a todos. . ya que atraviesa caminos distintos. • El voltaje es el mismo en todo el circuito. • La inversa de la resistencia total del circuito es igual a la suma de las inversas de las resistencias de cada operador.En los circuitos en paralelo se cumplen las siguientes condiciones: •La corriente que circula por el circuito no es la misma. . . . . Para la solución de estos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y en paralelo para finalmente reducir a un circuito puro. bien sea en serie o en paralelo.Circuito Mixto Es una combinación de elementos tanto en serie como en paralelos. . . 1.4 MEDICIONES DE MAGNITUDES ELECTRICAS Las mediciones eléctricas son los métodos. fuerza. flujo. que pueden ser convenientemente registradas y medidas. propiedades físicas como la temperatura. presión. y muchas otras pueden convertirse en señales eléctricas. La medición de cantidades eléctricas puede hacerse al medir parámetros eléctricos de un sistema. dispositivos y cálculos usados para medir cantidades eléctricas. Usando transductores. . La mayoría son aparatos portátiles de mano y se utilizan para el montaje. . voltímetro. que operen de un modo rápido y preciso y que ofrezcan resultados durante la medición. sobre todo.Instrumentos de medida Se denominan instrumentos de medidas de electricidad a todos los dispositivos que se utilizan para medir las magnitudes eléctricas y asegurar así el buen funcionamiento de las instalaciones y máquinas eléctricas. La obtención de datos cobra cada vez más importancia en el ámbito industrial. multimetro. Existen muchos tipos de instrumentos diferentes siendo los más destacados los amperímetro. instrumentos de medida prácticos. profesional y privado. óhmetro. Se demandan. 5 CONCEPTOS BASICOS DE LAS LEYES DE OHM. estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: • Tensión o voltaje “V".1. LA LEY DE OHM La Ley de Ohm. LENZ. KIRCHHOFF. en ampere (A). • Intensidad de la corriente " I ". . • Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito. es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica. postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm. FARADAY Y WATTS. en volt (V). una resistencia o carga eléctrica "R" y la circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila. .V Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1.5 volt. es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado. e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.Postulado general de la Ley de Ohm El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado.¨ Fórmula matemática general de representación de la Ley De Ohm Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm: V . . . Rama: Es un elemento o grupo de elementos conectados entre dos nodos. Malla: Todo recorrido cerrado en un circuito. Conceptos previos: Nodo: Intersección de dos o más conductores.Leyes de Kirchhoff Son útiles para encontrar las corrientes que circulan por las diferentes partes de un circuito o las caídas de potencial que existen entre dos puntos determinados de dicho circuito. . . . LEY DE WATT La ley de Watt dice que la potencia (P) entregada o absorbida por un circuito eléctrico se pude determinar por medio de la tensión (V) que se le aplica y la corriente (I) que atraviesa por el circuito. P=I*V En unidades del Sistema internacional: I = Intensidad en Amper (A) V = Voltaje en Volt (V) P= Potencia en watts (W) 1caballo de fuerza equivale a 746watts 1caballo vapor equivale a 735watts . Cuando se conoce. El voltaje y la corriente.Hay tres formas de calcular la potencia: Cuando se conoce la resistencia y la corriente: P = I ² * R. el voltaje y la resistencia: P = V ² / R. Cuando se conoce. . P = V * I.