Electric Id Ad Industrial

8/3/2019 Electric Id Ad Industrial

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Edicin Ndiciembre 20

Lugar de EdiciINACAP Capacitaci

Especialista TcniHernn Alvarado Palaci

Nmero de SeMAT-0100-07-0

ElectricidadIndustria

EDUCACI

NCON

TINUA


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REA ELECTRICIDAD,LECTRNICA Y TELECOMUNICACION

UNIDAD IGeneralidades de la ingeniera 3PRINCIPIOS DE GENERACIN DE LA ELECTRICIDAD 3

UNIDAD IIProceso de produccinde electricidad en centrales elctricas 5TIPOS DE CENTRALES 5ETAPAS DE UN SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA 7

UNIDAD IIIPrincipios de la electricidad y ley de Ohm 8TENSIN ELCTRICA O DIFERENCIA DE POTENCIAL 8CORRIENTE ELCTRICA 9RESISTENCIA ELCTRICA 12LEY DE OHM 14DENSIDAD DE CORRIENTE 18TRABAJO, POTENCIA Y RENDIMIENTO 18LA FUERZA 18ENERGA CINTICA 19ENERGA TRMICA 19POTENCIA 20ENERGA ELCTRICA 22

UNIDAD IVCircuitos elctricos serie y paralelo 22CIRCUITO SERIE EN CORRIENTE CONTINUA 22CIRCUITO PARALELO EN CORRIENTE CONTINUA 23

NDICE

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UNIDAD IGeneralidades de la ingeniera elctrica

PRINCIPIOS DE LA GENERACIN DE LA ELECTRICIDAD

Como definicin de la electricidad es un tipo de Energa invisible capaz de realizar un trabade transformacin en luz calor movimiento, etc.

El nombre Electricidad, se supone, es debido a que este tipo de energa se produce debida la separacin o movimiento de ciertas partes constituyentes del tomo, denominadaelectrones.

La electricidad puede ser producida por diferentes procesos segn sea el grado de utilizaci

que se le quiera dar. Entre los principios de produccin se encuentran:

Electricidad producida por frotamiento

Al frotar materiales con determinadas caractersticas se obtiene una tensin elctrica productde un desequilibrio de cargas.

Electricidad producida por traccin o presin en cristales

Al variar la traccin o la presin aparece una diferencia de cargas entre las superficies ddeterminados cristales, por ejemplo el cuarzo, El valor de la diferencia de cargas depende dla intensidad del esfuerzo exterior.

Electricidad producida por calor

Al calentar el punto de contacto de dos metales diferentes aparece una pequea tensin. valor de esta tensin depende de la temperatura. Este fenmeno se utiliza para efectuar medidade temperatura, usando lo que se denomina par termo elctrico o termocupla

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Electricidad producida por luz

Cuando la luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio, selenio), provoca un

separacin de cargas. Este fenmeno se utiliza, por ejemplo, en los fotmetros, y para la obtencide tensin en los satlites artificiales.

Electricidad producida por procesos qumicos

Cuando se sumergen dos conductores diferentes en un lquido conductor, tambin se producuna separacin de cargas, fenmeno que se utiliza en todas las fuentes de tensin electroqumica

La celda voltaica

Una pila qumica voltaica es una combinacin de materiales que se usan para convertirenerga qumica en energa elctrica. La pila qumica consiste de dos electrodos de distintaespecie de metal o de compuesto metlico y un electrolito, que es una solucin capaz deconducir corriente elctrica. Se forma una batera cuando se conectan dos o ms celdas.

Electricidad producida por electromagnetismo

Se obtiene al mover una bobina en un campo magntico, o la mover un imn en una bobinafija. Este procedimiento se utiliza, por ejemplo, en los generadores de las centrales elctricas,como tambin en la dnamo de una bicicleta.

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UNIDAD IIProceso de produccin de electricidad en centrales elctrica

La produccin de energa elctrica tiene como objetivo, disponer de un potencial de valodeseable para alimentar determinados sistemas industriales y/o consumos tales como vivienda

Para producir la energa es necesario disponer de una mquina motriz que se mueva a travde un eje a una mquina giratoria que produce tensin alterna, denominada alternador. Estalternador puede ser movido, por ejemplo, a travs de un motor de explosin

Otro sistema muy utilizado es el sistema hidrulico, en donde el agua cumple la funcin dmover turbinas, las cuales las encargadas de generar el potencial alterno, ya sea por un efectde presin de agua o por cada de agua.

El otro mtodo para mover a un alternador, es disponer de una turbina del tipo trmica, la cuaes movida por vapor de agua que circula a elevada a presin.

Los alternadores en general, son mquinas de grandes potencias, preparadas para productensiones que fluctan entre 5KV. a 13,8KV. Aproximadamente.

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Tipos de centrales

Una central elctrica esta constituida por una mquina motriz que mueve a un generador dtensin alterna del tipo trifsico, cuyas tensiones generadas estn desfasadas entre s, en ungulo de 120.

Como se ndico anteriormente, existen diferentes tipos de centrales, dentro de las cuales spueden destacar las hidrulicas y las trmicas.

En el caso de la central del tipo hidrulica se distinguen, entre las mas utilizadas, las siguiente

a) Una que funciona por efecto de una cada de agua de gran altura, donde un tubometlico sirve de conductor al agua, y la lleva hacia un par de turbinas colocadas en losextremos del eje que mueve al alternador. Este tipo de turbina se denomina Pelton y se disponen forma horizontal.

La turbina pelton (tipo cuchara), dispone de dos entradas de agua de iguales volmenes, estimplica que para cada unidad existen dos vlvulas de acceso, y en cada vlvula el agua sedivide a travs de dos inyectores, los cuales hacen girar la turbina en un sentido anti horario.

Todo generador del tipo alterno necesita mantener una frecuencia constante, y para estepropsito cada unidad deber llevar un regulador de frecuencia que normalmente es del tipmecnico denominado taqumetro, el cual funciona montado en el eje de la misma mquinaoperando por efecto de la fuerza centrfuga.

Cada unidad lleva en un extremo del eje un componente denominado excitatriz, el cual, esgenerador de C.C. que enva su energa generada a los polos inductores del rotor de la mquina

b) El otro tipo de central hidrulica es la denominada de presin de agua, la cual disponde un embalse de grandes dimensiones, y bajo el nivel del agua se ubica una tubera por dondentrar con una elevada presin hacia las tuberas. Segn lo anterior, este tipo de central quedgeneralmente ubicada aguas abajo del muro que contiene el agua, y en muchos casos, estetipo de central queda ubicada en el interior del muro.

La tubera utilizada en este tipo de centrales es la denominada Francis, si se dispone de un gravolumen de agua, en cambio si el volumen de agua disponible es bajo, se emplea una tuberadenominada Kaplan. Tanto la tubera Francis como la Kaplan, normalmente trabajan dispuestaverticalmente.

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Diagrama en bloques de una central hidroelctrica

Etapas de un sistema elctrico de potencia

En forma general, existen siete etapas en un sistema elctrico de potencia, las cuales se detallaen la siguiente figura.

A: Bocotoma.B: Tunel de Aduccion.C: Desarenador.D: Sifn.E: Cmara de Carga.F: Tubera de Presin.G: Chimeneas de Equilibrio.H: Turbinas.I: Alternador.J: Patio de Alta.

Gerenacin Patio de Alta Transmicin

ReduccinDistribucinReduccin

Consumidor

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UNIDAD IIIPrincipios de la electricidad y ley de Ohm

TENSIN ELCTRICA O DIFERENCIA DE POTENCIAL

Debido a la fuerza de su campo elctrico, una carga elctrica tiene la capacidad de efectuaun trabajo al mover a otra carga por atraccin o repulsin. La capacidad de una carga pararealizar un trabajo se llama potencial. Cuando dos cargas no son iguales, debe haber entrellas una diferencia de potencial.

Una forma prctica de definir el concepto de tensin elctrica es:Tensin elctrica es la fuerza o presin que se ejerce sobre los electrones para que se desplacea travs de un circuito elctrico

La unidad de medida de la tensin o diferencia de potencial es el Volt. (V), se mide con uninstrumento denominado Vltmetro o Voltmetro.

Unidades de Medida

1 Mega Volt (MV) 1000000 (V) / 1 x 106 (V)

1 Kilo Volt (KV) 1000 (V) / 1 x 10 (V)

1 Volt (V) 1 (V)

1 mili Volt (mV) 0,001 (V) / 1 x 10-3 (V)

1 micro Volt (uV) 0,000001 (V) / 1 x 10-6 (V)

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CORRIENTE ELCTRICA

Flujo de electronesEn un conductor, los electrones libres son cargas que podemos poner en movimiento con facilidarelativa aplicando una diferencia de potencial. Si entre los extremos de un alambre de cobrse aplica una diferencia de potencial, el voltaje aplicado hace que los electrones se desplace

Movimiento de electrones producido por una diferencia potencial

El movimiento o flujo de electrones, orientados en un slo sentido, a travs de un conductor, sdenomina Corriente Elctrica.

Flujo Conversal

Flujo de electrones

ConductorElectrones Libres en

Movimiento

Batera1.5 (v)

- +

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Intensidad de corriente elctrica

La cantidad de electrones (carga elctrica) que se desplazan por un cuerpo conductor en tiempo de un segundo se denomina Intensidad de Corriente Elctrica. Se designa por I, sunidad de medida es el Amper y se mide con un instrumento denominado amprmetro

ampermetro.La definicin de corriente puede expresarse por la siguiente ecuacin:

I=

Donde: I : Intensidad de corriente en amperes Q : Carga Elctrica en coulomb

T : Tiempo en segundos

Efectos de la corriente elctrica

Efecto calrico

En los aparatos tales como calefactores, cautines, planchas, hornos a resistencia, etc. Se utilizel efecto calrico de la corriente elctrica que circula por un delgado hilo metlico, y provocun calentamiento de ste.

TQ

1 Mega Amper (MA) 1000000 (A) / 1 x 106 (A)

1 Kilo Amper (KA) 1000 (A) / 1 x 103 (A)

1 Amper (A) 1 (A)

1 mili Amper (mA) 0,001 (A) / 1 x 10-3 (A)

1 micro Amper (mA) 0,000001 (A) / 1 x 10-6 (A)

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Efecto Lumnico

Los gases tambin pueden conducir una corriente elctrica en determinadas condiciones. Elos fluorescentes y en las lmparas de vapor de sodio se utiliza para la obtencin de la luz

Efecto Magntico

Todo conductor por el que circula una corriente, crea en la periferia de este un campo magnticoEste efecto puede aumentarse enrollando los conductores de algn ncleo

Efecto Fisiolgico

Se presenta cuando circula la corriente a travs del cuerpo humano o de animales, dando lugaa convulsiones de la musculatura.

RESISTENCIA ELCTRICA

La resistencia es la oposicin al flujo de corriente. Para aumentar la resistencia en un circuitose usan componentes denominados resistores o resistencias. Un resistor es un objeto cuyresistencia al paso de la corriente tiene un valor especfico conocido. La resistencia se mide eOhms y en las ecuaciones representa con el smbolo R. Un ohm se define como la cantidad dresistencia que limita la corriente en un conductor a un Amper cuando el voltaje aplicado aconductor es de un volt.

Resistores fijos

Un resistor fijo es el que tiene un slo valor de resistencia, y permanece constante en condicionenormales.

Los dos tipos principales de resistores fijos son los que tienen alguna composicin de carbon

y los de alambre tipo devanado.

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Cdigo de colores

1 Franja 3 Franja

2 Franja Tolerancia

Color 1 Franja 2 Franja 3 Franja Tolerancia

Ninguno --- --- --- 20%

Plata --- --- 0-2 10%

Oro --- --- 0-1 5%

Negro --- 0 00 ---

Caf 1 1 01 1%

Rojo 2 2 0 2%Naranja 3 3 0 ---

Amarillo 4 4 04 ---

Verde 5 5 05 0,5%

Azul 6 6 06 --

Violeta 7 7 07 ---

Gris 8 8 08 ---

Blanco 9 9 09 ---

Datos para la interpretacin del cdigo de colores de un resistor fijo.

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Para utilizar esta tabla, se debe disponer el resistor de tal manera que las franjas que se encuentramas juntas queden a la izquierda.

Ley de OHM

La intensidad de la corriente elctrica ( I ) es directamente proporcional a la diferencia dpotencial aplicado ( V ) e inversamente proporcional a la resistenc ia ( R

Lo anterior se puede expresar como:

Resistencia y caida de tensin en los conductores

Coeficiente de Resistividad [ r ]

Los distintos materiales presentan un diferente grado de oposicin al paso de la corrienteteniendo todos el mismo largo y seccin.

El coeficiente se define como el grado de oposicin que presenta un determinado materiaconductor, al paso de la corriente elctrica por unidad de largo y seccin. Tambin en conocidcomo resistividad especfica.

En la electrotcnica suele emplearse tambin el inverso de la resistividad, la cual sdenomina conductividad.

I=R

V

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Resistividad y conductividad de algunos materiales

Resistencia de los conductores

La resistencia de los conductores depende del largo, de la seccin y del tipo de material decual esta constituido.

Cada de tensin en los conductores (Vp)Debido a que los conductores presentan un determinado nivel de resistencia al paso de lcorriente elctrica, existir entonces una cada de tensin o diferencia de potencial en sto

Lo anterior toma importancia en el caso de las instalaciones elctricas, debido a que segn lnormativa elctrica chilena este no debe ser mayor a un 3%, ni mayor a un 5% en el punto mdesfavorable de la instalacin.

Rc = p L

S

Resistividad y conductividad de materiales

Resistividad Conductividad

Material x

Plata 0,016 62,000

Cobre 0,018 56,000

Oro 0,022 44,000

Aluminio 0,028 36,000

Zinc 0,060 16,700

Latn 0,070 14,300Hierro 0,100 10,000

Platino 0,106 9,400

Estao 0,110 9,100

Plomo 0,208 4,800

Carbn 66,667 0,015

x

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AL analizar la situacin anterior, podemos por simple inspeccin darnos cuenta, que la tensi

que llega a la carga o voltaje final, est definida por la diferencia de tensiones que existe entrela fuente (Voltaje inicial), y la cada de tensin existente en el conductor o voltaje de prdida

c = I - p

Donde:c : Voltaje final en la carga.I : Voltaje inicial.p : Voltaje de prdida.

Al realizar el anlisis mediante l ley de Ohm, el voltaje de prdida quedar definido por lasiguientes ecuaciones:

Segn la ley de Ohm:

= I x R

Inicial Final

Perdida

CARGA

0

0

0

0

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Transformando la expresin anterior en trminos del voltaje de prdida, se tiene

p = I x Rc

Dondep : Tensin de Prdida.

I : Intensidad de Corriente de Carga.Rc : Resistencia del Conductor.

Reemplazando en la expresin anterior, se tiene:

Densidad de Corriente

La densidad de corriente indica cuantos amperes circulan por cada mm2 de seccin dconductor:

Donde :d:Densidad de corriente en [A / mm]I :Intensidad en [A]S :Seccin del conductor en mm

Antes de construir una instalacin elctrica, se debe calcular la densidad de la corriente elctricade modo que las lneas cumplan con los siguientes requisitos para impedir su calentamient

Id=

S

p= I x p LS

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Densidad de corriente admisible para algunos conductores.

Trabajo Potencia y Rendimiento

Los aparatos y mquinas elctricas llevan a cabo muchos trabajos. Todos los trabajos debepoder medirse, ya que debemos pagar los costos y por lo tanto necesitamos una base para eclculo. A tal fin nos ocuparemos en principio de la forma mas elemental de trabajo: el delevantar cargas.

Para construir las pirmides, puentes y catedrales, ya en tiempos antiguos haba que levantacargas muy pesadas. Esto se realizaba con fuerza humana y animal, y frecuentemente, senecesitaban varias dcadas para construir la edificacin. Laingeniosidad del hombre inventmquinas simples, como son las palancas, el aparejo y a polea, para que el trabajo fuera menoduro. Esto fue posible por que el ser humano comprendi que parra un trabajo determinadose necesita menos fuerza si al mismo tiempo se aumenta el trayecto y/o el tiempo (regla de orde la mecnica).

La fuerza

Para levantar una carga se requiere de una fuerza que debe ser tanto mayor cuanto ms pesadsea la carga. La fuerza F(llamada tambin peso), necesaria para levantar una masa, es iguaal producto de la masa m de la carga y la aceleracin de gravedad. En nuestro planeta estmagnitud tiene un valor aproximado de 9,81% m/s2, aunque vara con la altura sobre el nivedel mar y la latitud.

Seccin ( mm ) Corriente ( A ) Cobre Corriente ( A ) Aluminio

1,0 12 ---

1,5 16 ---

2,5 21 16

4,0 27 21

6,0 35 27

10,0 38 38

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Donde:F PE : Fuerza o peso en Newtonm : Masa del cuerpo en kg.g : Aceleracin de gravedad

Donde:W :Trabajo en JoulesF : Fuerza de Newtond : Distancia es metros

Energia potencial

Al elevar un cuerpo a una altura determinada, este cuerpo, al volver a bajar y mediante udispositivo adecuado, puede levantar a otro cuerpo. Debido a su posicin, el cuerpo ha adquiridla capacidad para efectuar un trabajo.

La capacidad para efectuar un trabajo se llama Energa.

Un Cuerpo levantado dispone, debido a su posicin, de la denominada energa potencia

Energa cintica

La energa potencial no es la nica clase de energa. Con el impulso adquirido en una llanuraun ciclista puede subir un trecho determinado, sin necesidad de aplicar fuerza. Tan slo debida su movimiento ha adquirido la capacidad efectuar trabajo. Esta clase de energa debidal movimiento se denomina energa cintica.

Lo anterior puede expresarse por la siguiente ecuacin:

Trabajo

El trabajo W es directamente proporcional a la fuerza y la distancia, es deci

W = F c d

F = PE =mcg

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Energa Trmica

El calor tambin es una forma de energa. Por ejemplo, el sol evapora el agua y eleva el vapoa grandes alturas. All se condensa para caer en forma de lluvia que se recoge en embalse

y vuelve a precipitarse para accionar una mquina. Las mquinas y turbinas a vapor somquinas motrices trmicas que transforman energa trmica en otras formas de energa

Potencia

Para cualquier trabajo, no slo es importante que el trabajo como tal se efecte, sino tambiel tiempo empleado y la calidad de este. Al efectuar mas trabajo en un tiempo dado, aumentla productividad o potencia.

La potencia P es el cociente del trabajo y del tiempo, es decir:

Donde :

P : Potencia en WattW : Trabajo en Joulest : Tiempo en segundos

Potencia elctricaSegn sabemos el trabajo es el producto de la fuerza por la distancia. La distancia es el productde la velocidad por el tiempo.

Ecuaciones:

W = F x d

Reemplazando:

P = Wt

W Fxd d t t t=FxP=

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Donde:

F(fuerza mecnica ) : corresponde a la tensin Elctrica V

d(desplazamiento / tiempo) : corresponde a la Intensidad de Corrientet

Segn lo anterior podemos decir que la potencia elctrica ser:

La Potencia Elctrica se designa por la letra P, su unidad de medida es el Watt, y se mide coun instrumento denominado Wattmetro

En la prctica la potencia utiliza las siguientes conversiones:

Energa elctrica

El trmino de Energa Elctrica es el que corresponde al normalmente utilizado en la fsicclsica, y significa la cantidad de potencia o trabajo que desarrolla un elemento en un periodde tiempo.En el caso de la electricidad la energa se determina por las siguientes expresiones

E =P x t

O tambin:

E = V x I x t

La Unidad de medida utilizada en forma prctica es el Kilo Watt hora.

P = V x I (w)

1 KW = 1000 Watt 1 HP = 746 Watt 1 CV = 736 Watt

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Rendimiento

En vista de las inevitables prdidas de energa en conductores, bobinados, etc., prdidas pofriccin, como por ejemplo en los cojinetes del eje de un motor, siempre se pierde parte de lenerga generada por la fuente; slo la otra parte de esta energa se convierte en trabajo t

La relacin entre la Potencia o Energa absorbida y la Potencia o Energa til, se denominRendimiento.

Donde:

:RendimientoWv :Energa til WattWq :Energa consumida en Watt

Puesto que la energa til es siempre menor que la energa absorbida, el rendimiento siemprser menor que uno.

W v=

W q

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UNIDAD IVCircuitos elctricos serie y paralelo

Circuito serie en corriente continua

Un circuito serie es un circuito en el que slo hay un camino por el que fluye la corriente

En los circuitos serie se cumplen las siguientes propiedades:

1.-La intensidad de corriente I es la misma en todas partes del circuito. Esto significa que lcorriente que fluye por R1 es la misma que por R2, por R3 y es igual a la corriente que proporcionla batera.

IT = I1 = I2 = I3 =...= In

2.-De acuerdo a la ley de Kirchhoff de los voltajes, se afirma que el voltaje aplicado a ucircuito cerrado es igual a la suma de las cadas de voltaje en ese circuito

V

R1

R2

R3

=

V

R1 | V1

R2 | V2

R3 | V3

=

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De acuerdo al circuito anterior se tiene que:

VT = V1 + V2 + V3Para un circuito de n cargas:

VT = V1 + V2 + V3 + ... + Vn

3.- La resistencia total de un circuito serie es igual a la suma de las resistencias individuales qulo conforman. En un circuito de n cargas conectadas se tiene que:

Circuito Paralelo en corriente continua

Un circuito paralelo es un circuito en el que hay varios caminos por los que se reparte en formproporcional a la resistencia, la corriente total entregada por la fuente de alimentacin

RT = R1 + R2+ R3+ ... + Rn

Vt R1 R2

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En los circuitos paralelos se cumplen las siguientes propiedades:

1.-El voltaje entregado por la fuente de alimentacin VT es el mismo en todas las partes decircuito. Esto signif ica que el voltaje en R1 es el mismo que en R 2 y en R

Si el circuito en de n cargas conectadas, se tiene que:

VT= V1 = V2= V3= ........ = Vn

2.- Aplicando la ley de Kichhoff de la corriente se puede afirmar que la suma de las corrientede las ramas de un circuito paralelo es igual a la corriente entregada a dicho circuito por lfuente de alimentacin, o corriente total.

| 1 | 2

R2R1Vt

| t

=

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C C

De acuerdo a este circuito se tiene que:

IT = I1 + I2 + I3

Para un circuito de n cargas:

IT = I1 + I2 + I3 +............ + In

3.-La resistencia equivalente de un circuito paralelo es igual a la suma de los recprocas de laresistencias parciales.

Para n receptores conectados, se tiene que:

Resolviendo la expresin anterior se demuestra que los circuitos paralelos La resistencia total equivalente es menor que la menor de las resistencias parciales conectadas

I I I I I RT R1 R2 R3 R n= + + +

I + I + I + I R1 R2 R3 Rn

RT =I

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