Tema2 electrotecnia.pdf

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IEA_electrotecnia02

Unidad Didctica II

Para ponernos en situacin:

Maite Rivilla, la chica de Recursos Humanos de "Chispazos y Porrazos" est que trina: hoy no le ha arrancado su coche, un Ford Focus TDCi 2.0 y le ha tenido que llevar su marido al trabajo.

Ella no entiende nada de coches y le ha preguntado a Alberto, uno de los instaladores de la empresa que a qu se ha podido deber.

Alberto, sonriendo, le ha preguntado que cunto tiempo tiene la batera y si ha comprobado si est descargada.

Maite se ha quedado alucinada. -Es que se pueden descargar las bateras de los coches?-

Alberto le ha dicho que mida la resistencia de su batera y si est mal, que compruebe los Ah de su batera vieja para comprar una similar, a lo que ella, furiosa le ha dicho -t crees que yo s algo de electricidad, o qu?.

Circuitos Elctricos De Corriente Continua

Corriente elctrica Continua (CC)

La corriente continua (CC en espaol, en ingls DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a travs de un conductor entre dos puntos de distinto potencial.

Cuando la corriente es continua, las cargas elctricas circulan siempre en la misma direccin del punto de mayor potencial al de menor potencial.

Aunque comnmente se identifica la corriente continua con la corriente continua constante (por ejemplo la suministrada por una batera, como se ver ms adelante), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad (el mismo sentido), aunque su valor no sea constante.

En las figuras se muestra la forma que tiene la onda de intensidad a lo largo del tiempo en ambos casos.

En unidades posteriores se estudiar la corriente alterna (CA en espaol, en ingls AC, de Alternate Current), que se caracteriza porque el flujo de electrones circula en ambos sentidos. En este caso pueden darse varios tipos de corriente de los cuales el ms importante es la corriente alterna senoidal. Se muestra en la figura:

Animacin Tipos de corriente elctrica

Hasta el descubrimiento de la corriente alterna, se emple para la transmisin de energa elctrica, (actualmente se est retomando la idea de volver a hacer la transmisin a AT) pero su principal aplicacin es para hacer funcionar un sin fin de aparatos de pequea tensin, (cmaras fotogrficas, reproductores de msica, linternas,...), aunque hay otras como ya se ver.

Transporte de energa en AT en CC


Generadores elctricos

La generacin de energa elctrica, en trminos generales, consiste en transformar alguna clase de energa no elctrica, sea esta qumica, mecnica, trmica, luminosa, etctera, en energa elctrica. Dicho proceso se lleva a cabo en los generadores elctricos.

Ya sabemos que la energa ni se crea ni se destruye, por lo que, en trminos rigurosos, hablar de "generadores" de energa es incorrecto, pero se emplea ese trmino para designar todos los "convertidores" de energa.

Tambin es frecuente e impreciso emplear el trmino "generador elctrico" para referirse slo a los generadores electromecnicos (que se vern en las unidades 8 y 9)

Es importante ver que hasta el momento no hemos distinguido entre tipos de corriente (CC, CA,..), por lo que los conceptos anteriores son genricos a todos ellos.

Los generadores de CC se representan con dos lneas paralelas, una ancha y fina, que representa el polo positivo y una lnea estrecha y gruesa que representa el polo negativo, y perpendicularmente a ambas una lnea fina, que representa los dos terminales de conexin.


ClasificacinComo ya adelantamos anteriormente, la energa elctrica puede proceder de muy distintas formas de energa, lo cual no ser til para hacer una clasificacin de los numerosos tipos que hay de generadores elctricos.

Una primera clasificacin nos da lugar a dos tipos fundamentales de generadores:

Generadores primarios: son los que convierten en energa elctrica la energa de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente,Generadores secundarios: son los que entregan una parte de la energa elctrica que han recibido previamente.

Pero segn el proceso fsico (la energa puesta en juego) que les sirve de fundamento se pueden subclasificar segn la tabla siguiente:

TIPOS ENERGA DENOMINACIN ELEMENTOS

Generadores elctricos primarios

Energa mecnicaTriboelectricidad

Cuerpos frotadosMquinas electrostticas

Piezoelectricidad Cristal piezoelctrico

Energa magnetomecnicaCorriente continua DinamoCorriente alterna Alternador

Energa qumica Celda voltaica primaria Pila

Radiacin electromagnticaFotoelectricidad

Celda fotovoltaica

Energa trmica Termoelectricidad Termopar

Generadores elctricos

secundarios

Polarizacin dielctrica CondensadorCampo magntico Transformador

Energa qumica Celda voltaica secundariaAcumuladorCondensador electroltico


Fuerza electromotriz y diferencia de potencialHay dos conceptos que se deben analizar, cuando se habla de generadores elctricos, porque suele ser frecuente confundirlos y es importante distinguirlos: la fuerza electromotriz y la diferencia de potencial.

En los generadores elctricos el polo positivo recibe los electrones en su polo positivo y genera una fuerza capaz de impulsarlos hasta el polo negativo, "despegndolos" del polo positivo que tiende a reternerlos por atraccin (al ser polos distintos).

A la fuerza elctrica necesaria para llevar los electrones de un polo a otro es lo que se conoce como "fuerza electromotriz" (fem)

Eso crea una diferencia de cargas entre ambos polos, por lo que tambin se podra denominar diferencia de potencial (ddp) (como se vio en la unidad anterior).

Se suele emplear el trmino fem para los generadores y el trmino ddp para los receptores. Incluso a los generadores a veces se los denomina "fuentes de fuerza electromotriz"

La expresin fuerza electromotriz no es muy apropiada y a veces induce a error, ya que en realidad no describe una fuerza, sino una ddp en voltios.

Se puede decir, por tanto, que la fem es la ddp que aparecer en los bornes de los generadores, sin conectar a ningn elemento y que es capaz de elevar las cargas elctricas de un potencial a otro ms alto.

Una diferencia de potencial origina una corriente elctrica, y una f.e.m. mantiene la diferencia de potencial.

Como en ambos casos es una tensin elctrica , ambas se miden en voltios. aunque la letra para designarlos es distinta:

Elemento Magnitud Letra Unidades

Generadores F.e.m. E Voltios (V)

Receptores D.d.p V Voltios (V)

Con mayor rigurosidad se dice que un generador elctrico es todo dispositivo capaz de generar una fuerza electromotriz (fem) E, o de mantener una diferencia de potencial (ddp) V entre sus polos.

Ms adelante puntualizaremos la diferencia entre ambos conceptos, porque hasta ahora hemos considerado que el generador es ideal y no tiene prdidas en su interior.

Animacin Generador elctrico

Animacin Simil Tensin

Para saber ms:

Articulo sobre las diferencias entre ddp y fem:http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/vol9/n3/v9_n3_a5.htm

http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas1.htm


Elementos elctricosPara que se establezca el paso de corriente elctrica lo primero es generar dicha energa, pero adems se tiene que conectar fsicamente a algn tipo de receptor que haga uso de ella. A todos los elementos que permitan esa situacin es a lo que se denomina elementos elctricos

De lo dicho anteriormente ya se puede hacer una clasificacin de los elementos elctricos, desde el punto de vista de su comportamiento:

Elementos activos (generadores):

Son las fuentes de potencia elctrica, es decir, las fuentes de tensin y de intensidad.

Como la mayor parte de los procesos fsicos son reversibles, el elemento activo puede absorber o bien suministrar potencia elctrica. En consecuencia, y de forma ms precisa, se podra decir que un elemento activo es aquel que es capaz de convertir alguna otra forma de energa en energa elctrica, y cuyo proceso de conversin puede ser, o no, reversible. Aqu se incluyen todos los tipos de generadores elctricos vistos anteriormente.

Elementos pasivos (receptores):

Son los que almacenan o disipan la energa suministrada por los elementos activos. Por ejemplo, las resistencias, los condensadores, vistos en la unidad 1 y las bobinas, que se vern en la unidad 4. Tambin son pasivos los transformadores, que se vern en la unidad 9.

Los elementos pasivos que disipan la energa (resistencias) se llaman elementos resistivos, mientras que los elementos pasivos que almacenan la energa (bobinas y condensadores) se llaman elementos reactivos.

Animacin Receptor resistivo

Conductores elctricos

Se suele considerar un tercer grupo que seran los conductores elctricos, que son los que realizan la unin entre los elementos activos y pasivos, aunque realmente son componentes pasivos, pues al tener una cierta resistencia elctrica, disipan parte de la energa que transportan.

Elementos de los circuitos elctricos

Por qu el cobre es tan utilizado


Circuitos elctricosCon los conceptos vistos en el apartado anterior, ahora s podemos pasar a definir circuito elctrico

Se denomina circuito elctricoa una serie de elementos o componentes elctricos pasivos, (de los estudiados hasta ahora: resistencias y condensadores) conectados elctricamente a algn tipo de fuente de alimentacin (elementos elctricos activos) por medio de conductores elctricos.

En esta situacin, en la que los tres tipos de elementos estn unidos formando el circuito se dice que ste est "cerrado"

Sin alguno de estos tres elementos, sea del tipo que sea, es imposible que circule la corriente elctrica. Si el circuito se interrumpe por algn motivo (rotura del receptor o generador, eliminacin del conductor,...) los conductores pierden continuidad y deja de circular la corriente elctrica. Se dice que el circuito est "abierto".

Para poder gobernar esta accin de "apertura" o "cierre" del circuito, se suele aadir al circuito algn tipo de elemento de mando y control (interruptores, pulsadores,...).

De donde se deduce que la corriente elctrica existe solamente a travs de circuitos cerrados.

Por tanto si:

El interruptor se abre ( el circuito est abierto ( la corriente no circulaEl interruptor se cierra ( el circuito est cerrado ( la corriente circula

Y en muchos casos adems se aaden elementos de proteccin (fusibles, interruptores automticos, interruptores diferenciales,...). Se estudiarn con detalle en los mdulos Automatismos y Cuadros Elctricos e Instalaciones Elctricas de Interior

Por ltimo tambin se pueden aadir aparatos de medida para obtener los valores de las principales magnitudes del circuito (intensidad, tensin,...) Se ver en la siguiente unidad

En resumen:

Todo circuito elctrico consta de:

Generador: Es el que genera o produce la electricidad.Cables, conectores y terminales: Son los materiales que permiten el paso de la electricidad y unir los elementos entre s.Receptor: Es el artefacto o dispositivo elctrico que queremos hacer funcionar, en el se transforma la energa elctrica en algn otro tipo de energa.

Y opcionalmente:

Elementos de Control: Para controlar el paso de la electricidad.Elementos de Proteccin: Para proteger al circuito de efectos no deseados (sobrecargas o cortocircuitos) y a las personas de descargas elctricas.Aparatos de Medida: Para medir las magnitudes elctricas del circuito.

Animaciones:

Circuito electricoCircuito electrico 2Circuito electrico 3Circuito electrico - LinternaCircuito linternaCircuito elctrico de una linternaCircuito con bombillaConductores y aislantesVideo cuchara metlicaVideo goma de borrar

Animacin: Interruptor del Circuito

Animacin: Construccin de un circuito elctrico CC


Clasificacin

Como es fcil imaginar, debido a la diversidad de formas de onda de la corriente, la cantidad de elementos distintos que intervienen en los circuitos elctricos,... nos resultar til y didctico hacer una clasificacin de los mismos antes de seguir avanzando.

Una manera de clasificar los circuitos elctricos puede ser como se ve en la siguiente tabla (aunque muchos de estos tipos todava no han sido

desarrollados en los contenidos):

Por el tipo

de Seal

Por el tipo

de Rgimen

Por el tipo

de Elementos

Por el tipo

de Configuracin

De corriente continua

De corriente alterna

Mixtos

Peridico

Transitorio

Permanente

Elctricos:

Resistivos

Inductivos

Capacitivos

Mixtos

Electrnicos:

Digitales

Analgicos

Mixtos

Serie

Paralelo

Mixtos

Es importante introducir ahora tres conceptos que nos servirn ms adelante, que son los que surgen de los tipos de circuitos segn su configuracin (ver tabla anterior):

El circuito serie es una configuracin de conexin en que los bornes o terminales de los dispositivos se conectan secuencialmente: el terminal de salida de un dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivo siguiente, como se ve en la figura. Se puede conectar de manera serie bien receptores, bien generadores, bien ambos.En ellos la intensidad que circula es comn a todos los elementos

Animaciones:

Circuito serieCircuitos serie SMCircuitos serie 2 SMAsociacin serieVideo bombillas serie1

El circuito paralelo es una conexin de dispositivos tal, que los bornes o terminales de entrada de todos los dispositivos conectados coinciden entre s, lo mismo que sus terminales de salida.Nuevamente se pueden conectar de manera paralela bien receptores, bien generadores, bien ambos.En estos circuitos la intensidad se reparte por cada uno de los elementos. (En la unidad siguiente se ver cmo)

Animaciones:

Circuito paraleloAsociacin paralelo

Circuitos paralelo SMCircuitos paralelo 2 SMVideo bombillas paralelo1

Elcircuito mixto consta de receptores y/o generadores conectados de forma serie y paralelo conjuntamente.

Animacin: Circuitos serie y paralelo

Para saber ms:

Hacer circuitos elctricos online:

http://gwydir.demon.co.uk/jo/elect/

Autoevaluacin

1 La siguiente figura corresponde a qu tipo de corriente?:

a) Alterna

b) Continua

c) Pulsante

CorrectoIncorrectoTu respuesta ha sido guardada.

2 La fuerza necesaria para llevar las cargas del polo + al - se llama:

a) fcem

b) fem

c) ddp


3 Los receptores son elementos:

a) Activos

b) Pasivos

c) Ninguno de los anteriores



Generadores de CCDe la tabla de generadores que se vio en el apartado "Generadores elctricos", slo algunos elementos pueden generar esa fem en forma continua

Los generadores elctricos que pueden hacerlo en forma de CC se clasifican, segn su principio de funcionamiento en:

Generadores electromecnicos: Dinamos

Celdas voltaicasPrimarias: PilasSecundarias: Acumuladores

Generadores piezoelctricosGeneradores fotoelctricosGeneradores termoelctricos

El primer tipo se estudiar en la unidad 8, dentro del bloque de Mquinas Elctricas.

Describiremos a continuacin los otros tipos.


Celdas voltaicas (o galvnicas)

Dentro de los procesos estudiados por la Electroqumica, se pueden encontrar los cambios qumicos causados por una corriente elctrica y la produccin de energa elctrica por medio de reacciones qumicas.

Lo primero es definir algunos conceptos:

Por su naturaleza, la Electroqumica exige alguna manera de introducir una corriente de electrones en un sistema qumico y tambin de retirarlos: los elementos qumicos reaccionantes se denominan electrolitos y el recipiente donde se hallan se denomina celda (electroqumica). Los terminales por los que la corriente elctrica entra y sale se denominan electrodos (o polos). Uno de ellos es el polo positivo o nodo (representado por "+") y el otro es el polo negativo o ctodo (representado por "-").

Esto ltimo hace que haya que precisar algunas cuestiones acerca de la polaridad de este tipo de generadores:

Generalmente los aparatos que funcionan con CC continua no suelen incorporar protecciones frente a un eventual cambio de polaridad, lo que puede acarrear daos irreversibles en el aparato.Para evitarlo, y dado que la causa del problema es la colocacin inadecuada de las bateras, es comn que los aparatos incorporen un diagrama que muestre cmo deben colocarse.As mismo, los contactos se distinguen emplendose convencionalmente un muelle metlico para el polo negativo y una placa para el polo positivo.Otra posibilidad es que laconexin con el aparato slo pueda hacerse de una manera, impidiendo as la inversin de la polaridad (Sistema Poka Yoke)

Segn los dos tipos de procesos que se pueden dar, hay dos tipos de celdas:

Celdas electrolticas, que son aquellas en las que la corriente elctrica hace que se produzcan reacciones no espontneas.Celdas voltaicas, que son aquellas en las que un proceso espontneo hace que se produzca energa elctrica, la cual se puede suministrar a un circuito exterior.

Son estas las que nos interesan, y las podemos subdividir en dos grandes grupos:

Primarias: son celdas en las cuales no es posible ninguna reaccin, una vez que se han consumido las especies qumicas de partida. Las propiedades de los electrlitos y de los electrodos deben ser tales que no puedan ser regenerados al invertir el paso de corriente a travs de la celda, por medio de una fuente externa de CC.

Tambin se denominan pilas o bateras desechables

Los ejemplos ms familiares son las pilas secas, las pilas alcalinas y las pilas de botn.

Secundariasoreversibles son celdas en las cuales pueden regenerarse los reactivos originales al hacer pasar una CC en sentido opuesto al que se produce cuando la celda se descarga y produce energa elctrica. Este proceso se denomina carga o recarga de la celda o batera.

Tambin se denominan acumuladores o bateras recargables

El ejemplo ms comn de estas celdas son las bateras de acumuladores de plomo utilizadas en los automviles

Los trminos "batera" y "pila" provienen de que muchas veces, se conectan varios de ellos en serie, para aumentar la tensin suministrada, es decir, "en batera" o "apilados". As la batera de un automvil est formada internamente por 6 elementos acumuladores del tipo plomo-cido, cada uno de los cuales suministra electricidad con una tensin de unos 2 V, por lo que el conjunto entrega los habituales 12 V o por 12 elementos, con 24 V para los camiones.

Adems es frecuente e impreciso emplear el trmino "batera" para referirse exclusivamente a las recargables (acumuladores) no hacerlo extensivo a las desechables (pilas elctricas)


Acumuladores (bateras recargables)

La caracterstica que define los acumuladores es que permiten revertir la reaccin qumica en la que est basado su funcionamiento.

Los acumuladores son dispositivo que almacena energa elctrica por procedimientos electroqumicos y que la devuelve posteriormente casi en su totalidad. Este ciclo puede repetirse determinado nmero de veces.

Se trata de un generador elctrico secundario; es decir, de un generador que no puede funcionar a no ser que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga.

Es decir, tienen fases de carga y descarga:

Descarga: Cuando se conectan por medio de los electrodos a una carga externa suministran a esta electrones y por tanto generan una corriente elctrica (continua)Carga: Cuando se le aplica a sus electrodos una corriente elctrica procedente de un generador externo, almacenan energa al revertir la reaccin qumica que se produjo durante la descarga.

Tambin se las denomina bateras secundarias al ser celdas voltaicas secundarias.

En las siguientes figuras se muestran algunos ejemplos:


Funcionamiento bsico

El funcionamiento de un acumulador est basado esencialmente en algn tipo de proceso reversible, es decir, un proceso cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente se transformen en otros, que a su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas.

Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicacin de una corriente, igualmente externa, durante el de carga.

Los acumuladores constan en general de dos electrodos, del mismo o de distinto material, sumergidos en un electrolito. El procedimiento interno que tiene lugar en los acumuladores, y en el que se basa su posibilidad de ser recargados se denomina electrolisis.

Electrolisis

El trmino Electrlisis procede del trmino Elektro (electricidad) y lisis (rotura), lo que nos puede dar una idea de lo que significa: la electrlisis o electrolisis es un mtodo de separacin de los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad

A diferencia de las reacciones que convierten la energa qumica en energa elctrica, en la electrlisis se utiliza la energa elctrica para inducir una reaccin qumica que no es espontnea. Se basa en los mismos principios en los que se fundamentan los procesos que se llevan a cabo en celdas electroqumicasEl proceso electroltico es como sigue:

1. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, con el fin de que los iones que constituyen dicha sustancia estn presentes en la disolucin.

Esas sustancias, (cidos, hidrxidos, sales y algunos xidos metlicos disueltos o fundidos) que son conductores de electricidad y se descomponen al paso de la corriente elctrica, son los electrolitos.

2. Se aplica una corriente elctrica a un par de electrodos conductores colocados en la disolucin.3. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta:

1. Los iones positivos, (cationes), son atrados al ctodo,

2. Los iones negativos, (aniones), son atrados al nodo.

La energa necesaria para separar a los iones e incrementar su concentracin en los electrodos, proviene de un generador de energa elctrica que mantiene la diferencia de potencial en los electrodos.

En los electrodos, los electrones son absorbidos o emitidos por los iones, formando concentraciones de los elementos o compuestos deseados.

Para saber ms:

Video sobre Electrlisis:http://www.acienciasgalilei.com/videos/baterias/6electrolisis.wmv

Video de una electrlisis:http://pservicios.qf.uclv.edu.cu/infoLab/practics/practicas/Electrolisis/video.htm


Tipos

La variedad de acumuladores utilizados en la industria es enorme. Nosotros las clasificaremos segn su naturaleza interna.

Sin entrar en detalle en cuanto a la composicin de los electrolitos, las celdas y las reacciones que tienen lugar en ellas, se resumen los siguientes tipos:

Batera de plomo.Batera alcalina.Bateras Nquel- Metal Hidruro (Ni-MH).Bateras Nquel-Cadmio (Ni-Cd)Bateras Litio-In (Li-ion):Pilas de combustible: funcionan con Hidrgeno, Metano o Metanol.Condensador de alta capacidad: Aunque no constituyen un acumulador electroqumico en la actualidad se estn consiguiendo capacidades lo suficientemente altas para su uso como batera.

Funcionamiento de diversos tipos de bateras


Parmetros

Puesto que son fuentes de energa, las bateras tienen dos parmetros fundamentales a tener en cuenta, la tensin y la capacidad.

Si bien hay otros parmetros (dimensiones, peso, tiempo de carga, nmero de recargas,...), los ms importantes, que sirven para definir la batera, son:

La tensin del electrolito y de los electrodos utilizados. Generalmente comprendida entre 1,2 y 2 voltios.La capacidadutilizable, medida en amperios-hora. Indica la cantidad de electricidad que puede producir en la descarga.

Por ejemplo, 1 Ah indica que se puede obtener una intensidad de un amperio durante una hora (o dos amperios durante media hora) antes de que se agote la batera.

Esta relacin no es lineal, pues una corriente ms elevada hace que se acorte la vida de la batera, mientras que una corriente ms suave puede alargar la duracin de la misma.

As, en el arranque de un automvil, para capacidades de entre 55 - 75 Ah, puede suministrar del orden de 500 a 700 A.

En la siguiente tabla se muestran, comparativamente los diferentes tipos de acumuladores

Tipo Energa / peso Tensin por elemento (V)Duracin(nmero de recargas)

Tiempo de cargaAuto-descargapor mes (% del total)

Plomo 30-50 Wh/kg 2 V 200-300 8-16h 5 %

Ni-Cd 48-80 Wh/kg 1,25 V 1500 1h 20 %

Ni-H 60-120 Wh/kg 1,25 V 300-500 2h-4h 30 %

Li-ion 110-160 Wh/kg 3,6 V 500-1000 2h-4h 10 %

Animaciones:

Baterias de cochePilas de combustible

Smbolos en acumuladores de automocin

Para saber ms:

Multitud de animaciones, videos y informacin sobre los acumuladores de plomo:

http://www.dte.uvigo.es/recursos/baterias/

Pagina con documentacin de muchos fabricantes de acumuladores: Http://www.americanbattery.com.ar/

Pgina de Varta, uno de los principales fabricantes de bateras de automocin:Http://www.es.varta-automotive.com/

Documento sobre la evolucin de las bateras y Vocabulario tcnico:Http://www.es.varta-automotive.com/index2.php?P=5&s=1&t=0&content=knowhow

Pgina especializada en el mundo de las bateras y sus accesorios:Http://www.todobaterias.com/index.html

Curiosidades sobre las bateras:

Http://www.buchmann.ca/newarticles-spanish.asp

Arrancar el motor de un coche o vehculo automotor empleando la batera de otro:

Http://www.asifunciona.com/practico/pr_bateria/conex_bat_1.htm

Rellenado de los vasos de la batera con agua destilada:

Http://www.asifunciona.com/practico/pr_bateria/conex_bat_2.htm

Carga y mantenimiento de bateras:

http://www.carbi.net/tecnica/newpage13.html

Pila de combustible:

Http://www.ballard.com/be_informed/fuel_cell_technology/how_the_technology_works#


Pilas elctricas (bateras desechables)Las pilas elctricas son dispositivos que generan energa elctrica por un proceso qumico transitorio, tras de lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus caractersticas resultan alteradas durante el mismo.

Se trata de un generador primario y no permiten revertir la reaccin qumica en la que est basado su funcionamiento por lo que una vez descargadas han de ser desechadas. Es decir, solo tienen fase de carga y son no recargables.

Tambin se las denomina bateras primarias al se celdas voltaicas primarias.

En las siguientes imgenes se muestran algunos ejemplos:

En los siguientes apartados veremos su principio de funcionamiento, los tipos y sus parmetros caractersticos


Funcionamiento bsico

El funcionamiento de una batera desechable se basa en el llamado potencial de contacto entre un metal y un electrolito, es decir, el potencial elctrico que se produce al poner en contacto un metal con la disolucin de una de sus sales.

El agua que tenga sales disueltas, es decir, agua ordinaria o agua con sal aadida, es un ejemplo de electrolito, pues el agua pura es prcticamente un aislante. El electrolito es conductor porque contiene iones libres, partculas dotadas de carga elctrica que pueden desplazarse por su interior. Si se sumergen en l dos electrodos y se hace pasar una corriente elctrica por el circuito as formado, se producen reacciones qumicas entre las sustancias del conjunto. Este proceso es el conocido fenmeno de la electrlisis, visto en el apartado de los acumuladores.

Pero en las pilas se da el proceso inverso de la electrlisis, es decir, la reaccin qumica que se produce entre sus constituyentes cuando se cierra el circuito genere una diferencia de potencial en los electrodos, de modo que se pueda suministrar corriente elctrica a una carga externa, pero segn se entrega esa energa al circuito, la pila se descarga, ya que la concentracin de iones disminuye y los electrodos pierden conductividad

Animacin: Pila Voltaica

Funcionamiento de distintos tipos de pilas

Para saber ms:

Video YouTube: Pila con vinagre y un sacapuntas:http://es.youtube.com/watch?v=1v4DmIOfl0M

Video: Pila con Pia

Cmo fabricar una pila con limn:http://www.acienciasgalilei.com/videos/baterias/1pilalimon.wmv

Cmo fabricar una pila con limn y funcionamiento de la pila Daniell:

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/indiceG.htm

Fundamento terico de las pilas voltaicas:http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/fisicayquimica/lentiscal/1-lecciones/Q2/2-6-reaccionesredox/lecciones/fem/fundamnetopilas.htm

Varios Experimentos con pilas:

http://www.oaq.uba.ar/Labescuela/Exp-7alu.htm


TiposAl igual que con los acumuladores, la variedad de tipos de pilas distintas es enorme.

Las clasificaremos desde dos puntos de vista:

Por su naturaleza interna: segn los elementos que intervengan en reaccin qumica (nodo, ctodo y electrolito):Pila DaniellPila de Volta: Similar a la anterior.Pila Leclanch.docPilas secas: las utilizadas normalmente.

Por su tamao y otras caractersticas externas: Las pilas elctricas, al igual que algunos acumuladores, se presentan en unas cuantas formas normalizadas, como las que se ven en las figuras:

Caractersticas de los tipos de pilas normalizados


Parmetros

Nuevamente, al ser al igual que los acumuladores fuentes de energa, las pilas tienen dos parmetros fundamentales a tener en cuenta, la tensin y la capacidad. Aunque hay otros...

As se tienen los siguientes parmetros:

Tensin: en la mayora de las pilas est ajustada a 1,2 -1,5 V, (tambin hay algunas de 9 V)Capacidad de la pila: viene medida en amperios hora, o ms generalmente en el caso de pilas pequeas en miliamperios hora (mAh).

Por ejemplo, 100 mAh indica que es posible obtener una corriente de 100 mA durante una hora (o 200 mA durante media hora) antes de que se agote la pila, aunque como ya se dijo para los acumuladores, esta relacin no es lineal.

Animacin: Tensin de una pila

Dependencia de la temperatura: Como todas las reacciones qumicas, las que se producen dentro de una pila son sensibles a la temperatura. As:

Las reacciones se aceleran normalmente cuando la temperatura aumenta, lo que se traducir en un pequeo aumento de la tensin.Si se almacenan las pilas refrigeradas, se prolongar su buen estado.Pero si se alcanza la temperatura de congelacin, muchas pilas pueden dejar de funcionar o hacerlo defectuosamente, cosa que suelen advertir los fabricantes.

Duracin fuera de servicio: Las pilas se deterioran por el mero transcurso del tiempo, aunque no se usen, pues los electrodos resultan atacados en lo que se conoce con el nombre de accin local. Puede considerarse que una pila pierde unos 6 mV por mes de almacenamiento, influyendo mucho en ello la temperatura.

Por eso es importante mirar la fecha de fabricacin, aunque como son productos muy utilizados, su consumo es casi inmediato. Algunos fabricantes imprimen en los envases la fecha de caducidad de las mismas

Algunas animaciones:

PilasPilas Voltaicas

Para saber ms:

Animacin sobre pila qumica:http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/indiceG.htm

Animacin sobre pila qumica:http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/fisicayquimica/lentiscal/1-lecciones/Q2/2-6-reaccionesredox/lecciones/fem/determinacionpotencial.htm

Animacin sobre el empleo de una pila para determinar si un material es conductor o aislante:

http://www.ucm.es/info/diciex/programas/quimica/pelis/conductores.swf

Vdeo sobre pilas:

http://www.acienciasgalilei.com/videos/baterias/7pilavolta-bateria.wmv

Experimento para hacer una pila casera:Http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Practica/PR-11/PR-11.htm

Cmo hacer una pila casera:

Http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicainteractiva/sacalee_M2/Volta/pilalimoncuzn.htm

Pgina de un fabricante de pilas: Duracell

Http://www.professional.duracell.com/start.asp?Lang=spanish

La pila qumica:

Http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicainteractiva/sacalee_M2/Volta/Pila_Volta.htm


Tensin generada por una batera

La tensin (diferencia de potencial) que produce una celda electroqumica queda definida por la naturaleza de las sustancias de los electrodos y del electrolito, as como por su concentracin.

Y es evidente que esta tensin no es siempre la misma, y, como todos sabemos, tarde o temprano acaban por no funcionar correctamente.

Para representar elctricamente una batera, puede considerarse, de manera general, como una fuente de tensin ideal (con resistencia interna nula)

Aunque es muy frecuente no idealizarlo y considerarlo en serie con una resistencia que representa la resistencia interna.

Aunque su esquema elctrico real es algo ms complejo esta aproximacin es suficiente para la mayora de los anlisis de circuitos, como se ver en la unidad siguiente

Conforme la batera se va gastando, su resistencia interna va aumentando, lo que hace que la tensin disponible para alimentar la carga vaya disminuyendo, hasta que resulte insuficiente para los fines deseados, momento en el que es necesario reemplazarla.

Para dar una idea, una pila nueva de las ordinarias de 1,5 V tiene una resistencia interna de unos 0,35 , mientras que una vez agotada puede tener varios M. (Esta es la razn de que la mera medicin de la tensin con un voltmetro no sirva para indicar el estado de una pila; en circuito abierto incluso una pila gastada puede indicar 1,4 V, dada la carga insignificante que representa la resistencia de entrada del voltmetro, pero, si la medicin se hace con la carga que habitualmente soporte, la lectura bajar a 1,0 V o menos, momento en que esa pila ha dejado de tener utilidad.) Las actuales pilas alcalinas tienen una curva de descarga ms suave que las antiguas de carbn, es decir, su resistencia interna aumenta proporcionalmente ms despacio.

Para saber ms:

Proyectotensionbornes ele02recurso43.exe

Medir la resistencia interna para comprobar la capacidad de una batera:http://www.buchmann.ca/article25-page1-spanish.asp

Artculo sobre las pilas:

http://www.angelfire.com/id/todoesposible/pilas.htm


Fotoelectricidad

El efecto fotoelctricoo fotovoltaico consiste en la emisin de electrones por un material cuando se lo ilumina con radiacin electromagntica (luz visible o ultravioleta, en general).

La luz solar est compuesta por fotones, o partculas energticas. Estos fotones son de diferentes energas, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. Cuando los fotones inciden sobre un dispositivo especial (clula fotovoltaica, que se estudiar a continuacin), pueden ser reflejados o absorbidos, o pueden pasar a su travs. nicamente los fotones absorbidos generan electricidad. Cuando un fotn es absorbido, la energa del fotn se transfiere a un electrn de un tomo de la clula. Con esta nueva energa, el electrn es capaz de escapar de su posicin normal asociada con un tomo para formar parte de una corriente en un circuito elctrico.

Para saber ms:

Animacin sobre el efecto fotoelctrico:

Http://www.walter-fendt.de/ph14s/photoeffect_s.htm


Http://www.ifae.es/xec/phot2.html


Http://translate.google.com/translate?U=http%3A%2F%2Fwww.ifae.es%2Fxec%2Fphot2.html&langpair=en%7Ces&hl=en&ie=UTF8


Http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap28/photoeffect/photo.htm


Http://translate.google.com/translate?U=http%3A%2F%2Flectureonline.cl.msu.edu%2F%7Emmp%2Fkap28%2fphotoeffect%2Fphoto.htm&langpair=en%7Ces&hl=en&ie=UTF8


Http://www.walter-fendt.de/ph11s/photoeffect_s.htm


Celdas (o clulas) fotovoltaicas (o fotoelctricas)

Los elementos que hacen uso del efecto fotoelctrico son dispositivos que transforman en energa elctrica la luz natural del Sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre stas a partir del llamado efecto fotoelctrico.

Llamados tambin celdas solares, son dispositivos elctricos sensibles a la luz que, a partir de sta, son capaces de producir electricidad.

Un grupo de clulas fotoelctricas conectadas en serie, para obtener una tensin ms alta que la que proporciona una sola celda, recibe el nombre de panel fotovoltaico.

Adems de su uso como generadores de CC, que tiene grandes ventajas frente a otras soluciones convencionales (combustible fsil y energa nuclear) dado el nulo impacto medioambiental del uso de la energa solar, lo que la convierte en una de las llamadas energas renovables, tienen mltiples aplicaciones:

Encendido automtico de las luces del alumbrado pblico en las ciudades.

Suministro de pequeas cantidades de energa elctrica para satisfacer diferentes necesidades en zonas apartadas hasta donde no llegan las redes de distribucin de las compaas elctricas.

Fuente principal de abastecimiento de energa elctrica en los satlites y mdulos espaciales.

Junto con las anteriores celdas voltaicas, son los nicos medios de producir corriente elctrica que se utilizan en produccin continua de energa elctrica. Aunque existen otros principios fsicos, que se vern a continuacin (par termoelctrico, efecto piezoelctrico,...), no se utilizan a este nivel por su escasa aportacin energtica, reservndose su uso a la necesidad de energa elctrica continua para aplicaciones puntuales.

Animaciones:

Sobre las placas solares: placasolarSobre los paneles fotovoltaicos: Energa-solar

Para saber ms:

Animacin sobre los paneles fotovoltaicos:http://www.sunenergy.es/swf/animacion_interior.swf

Experimento sobre Energa Solar :http://www.cnice.mec.es/profesores/asignaturas/fisica_y_quimica/1prf_asg_fis_energ_solar/

Energa solar:

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/portadaframeset.html

Fotoelectricidad:

http://solarfotovoltaica.galeon.com/ARCHIVOS/INICIO.htm


Unidad Didctica II

Piezoelectricidad

La piezoelectricidad (del griego piezein, "estrujar o apretar") es un fenmeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecnicas adquieren una polarizacin elctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas elctricas en su superficie.

El efecto piezoelctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a una tensin exterior o campo elctrico, recuperan su forma.

Pueden distinguirse dos grupos de materiales:

Los que poseen carcter piezoelctrico de forma natural (cuarzo)

Los llamados ferroelctricos, que presentan propiedades piezoelctricas tras ser sometidos a una polarizacin.

Una de las aplicaciones ms extendidas de este tipo de cristales son los encendedores piezoelctricos: En su interior llevan un cristal piezoelctrico que es golpeado de forma brusca por el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada corriente elctrica capaz de crear un arco voltaico o chispa que encender nuestro mechero.

Para saber ms:

Piezoelectricidad:http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/sacaleE_M2/indiceG.htm

Otras aplicaciones de un cristal piezoelctrico son:

SensoresActuadoresReloj de cuarzoFiltrosMotores piezoelectricosTransductores ultrasnicosAltavoces de agudos (Tweeters), pequeos altavoces.


Termoelectricidad

La termoelectricidad es la conversin de diferenciales del calor a electricidad o viceversa.

Se logra en una de varias maneras, siendo la ms importante el llamado efecto Thomson, basado a su vez en los efectos Peltier y Seebeck, que se describen a continuacin:

Efecto Seebeck: tambin conocidocomo efecto termoelctrico, es una propiedad termoelctrica por la cual se puede convertir una diferencia de calor en electricidad. En dos metales o semiconductores A y B diferentes unidos, o soldadas por un extremo, cuando se calientan (unin caliente, T1), y se mantienen los otros dos extremos a una misma t inferior (unin fra, T2) induce una diferencia de potencial V. La fem. Depende de la diferencia de t entre ambas uniones.Efecto Peltier: Este efecto realiza la accin inversa al Efecto Seebeck. Consiste en la creacin de una diferencia de temperaturas a partir de una diferencia de potencial elctrico. Una corriente elctrica que circule a travs de dos metales o semiconductores A y B, conectados entre s en dos uniones (uniones Peltier) T1 y T2, da lugar a una transferencia de calor desde una unin hasta la otra. Una unin se enfra mientras que la otra se calienta.

Efecto Thomson: propiedad termoelctrica en la que se relacionan el efecto Seebeck y el efecto Peltier. As, un material sometido a un gradiente trmico y recorrido por una intensidad intercambia calor con el medio exterior. Recprocamente, una corriente elctrica es generada por el material sometido a un gradiente trmico y recorrido por un flujo de calor.

La diferencia fundamental entre los efectos Seebeck y Peltier con respecto al efecto Thomson es que ste ltimo existe para un solo material y no necesita la existencia de una soldadura.

Para saber ms:

Para saber ms sobre la termoelectricidad:http://www.unavarra.es/ets02/Introduccion%20a%20TE(c).htm#j

Para saber ms sobre la termoelectricidad:http://www.sistelec.com.ar/termoelectricidad.htm

Introduccin a la Termoelectricidad


Termopares y termopilas

Los elementos que hacen uso del efecto termoelctrico son los termopares o termocuplas, que son circuitos formados por dos metales distintos que producen una tensin siempre y cuando los metales se encuentren a temperaturas diferentes.

Los termopares funcionan bajo el efecto Seebeck visto anteriormente. Si bien casi cualquier par de metales pueden ser usados para crear un termopar, se usa un cierto nmero debido a que producen tensiones predecibles y amplios gradientes de temperatura.

En la siguiente figura se muestra el principio de funcionamiento del termopar:

Como los termopares generan tensiones muy pequeas (decenas de microvoltios por grado), es difcil conseguir resoluciones exactas de menos de un grado centgrado. Adems la linealidad entre la temperatura y la tensin de salida en muchos termopares no es muy buena, aunque predecible y repetible, por lo que si se desea la relacin temperatura-tensin se puede aproximar por lo general mediante el empleo de tcnicas de linealizacin que permiten hacer correcciones a la tensin de salida dando como resultado curvas de tensin que son lineales dentro del uno por ciento..

Hay dos leyes empricas de los termopares que permiten el anlisis de la mayora de los circuitos prcticos de termopar:

La tensin de salida de un termopar no se afecta por la temperatura del conductor entre la unin del termopar y la unin de referencia.

Este principio permite que los conductores entre la unin del termopar y la unin de referencia puedan pasar a travs de regiones a varias temperaturas en la planta, sin afectar la tensin de salida.

Se puede conectar un tercer metal a cualquier lado de un termopar sin afectar la tensin de salida, siempre que ambas uniones se encuentren a la misma temperatura.

Esto permite que un dispositivo de medicin, como por ejemplo, un voltmetro con terminales y alambre de cobre se conecte en un circuito de un termopar de hierro-constantan, sin afectar la indicacin de tensin. Esto tambin establece que la unin misma del termopar puede estaarse con un tercer metal, o bien soldarse y no se afectar la tensin de salida.

En la siguiente tabla se muestran los principales tipos de termopares y algunas de sus caractersticas principales:

Materiales de unin Rango tpico de temperatura de

aplicacin

(C)

Variacin

de tensin

en el rango

(mV)

Designacin

ANSI

Platino-6% rodio/platino-30% rodio 30 a 1820 13.6 B

Tungsteno-5% renio/tungsteno-26% renio 0 a 2300 37.0 (C)

Cromel/constantan -270 a 1000 75.0 E

Hierro/constantan -210 a 760 50.0 J

Cromel/alumen -270 a 372 56.0 K

Platino/platino-13% rodio -50 a 1768 18.7 R

Platino/platino-10% rodio 0 a 1538 16.0 S

Cobre/constantan -270 a 400 26.0 T

En caso de que sea necesario conectar un termopar con un instrumento lejano se hace uso de los llamados conductores de extensin, fabricados especficamente para cada tipo de termopar. En su designacin aparece, por lo general un sufijo X. (Por ejemplo, EPX es el conductor positivo de extensin para un termopar tipo E).

La siguiente tabla muestra el cdigo de colores empleado para los aislamientos de termopares. Se puede ver que el conductor negativo es totalmente rojo o rojo con una lnea del color del conductor positivo.

El diagrama inferior muestra un termopar del tipo K (el ms popular), que producir 12,2mV a 300C:

El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila

En electrnica, los termopares son ampliamente usados como sensores de temperatura. Son baratos, resistentes, intercambiables, tienen conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas con un tiempo de respuesta muy pequeo. Su principal limitacin es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a un grado centgrado son difciles de obtener.

Tanto los termopares como las termopilas son muy usados, adems, en aplicaciones de calefaccin a gas.

Para saber ms:

Pgina de una empresa especializada en termopares:

Http://www.tc-sa.es/

Termopares

Tipos de termopares

Cmo hacer una termopila caserac

Termopares:

http://materiales.eia.edu.co/ciencia%20de%20los%20materiales/articulo-termopares.htm

Autoevaluacin

1 Completa la siguiente expresin:

Completa la siguiente expresin: En una celda voltaica, el polo positivo se denomina


2 Los acumuladores son:

a) Generadores secundarios.

b) Generadores primarios.

c) Generadores de corriente alterna.


3 Las pilas son:

a) Recargables.

b) Desechables.

c) Generadores secundarios.


4 La electricidad obtenida mediante ciertos cristales se denomina:

a) Termoelectricidad.

b) Fotoelectricidad.

c) Piezoelectricidad.


5 Para construir un termopar se necesitan:

a) Dos hilos de metales diferentes.

b) Dos hilos del mismo metal.

c) Dos pares de hilos diferentes.


6 Los termopares se utilizan en electrnica principalmente para:

a) Medir temperatura.

b) Suministrar corriente contnua.

c) No se utilizan.



Receptores de CC

Los receptores empleados en circuitos de corriente continua pueden ser muy variados, desde resistencias calefactores, a bombillas, pequeos electrodomsticos y aparatos electrnicos,..

Todos estamos habituados a los receptores que requieren de CC para funcionar: linternas, reproductores de msica, telfonos mviles, calculadoras, juguetes elctricos...

Esa corriente en la gran mayora de los casos es suministrada por alguno de los tipos de bateras que hemos visto o por corriente alterna rectificada.

Pueden ser puramente elctricos (bombillas, linternas,...) o electrnicos (mviles, ordenadores porttiles).

Es imposible abarcarlos todos ellos en un tema tan genrico como este.

Animaciones:

BombillaMotorCircuitos abiertos y cerrados Receptores.


Conductores elctricos

Se dice que un cuerpo es conductor elctrico cuando puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite sta a todos los puntos

de su superficie.

Generalmente es un elemento metlico capaz de conducir la electricidad cuando es sometido a una diferencia de potencial elctrico. Para que ello sea efectuado eficientemente, se requiere que posea una baja resistencia para evitar prdidas desmedidas y cada de tensin.

Actualmente los materiales empleados para como conductores elctricos son:

Cobre (Cu), fcilmente reconocible por su color naranjaAluminio (Al), fcilmente reconocible por su color gris

Aunque ambos metales tienen una conductividad elctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricacin de conductores por sus notables ventajas mecnicas y elctricas:

Es ms eficiente porque posee menor resistividad. (El aluminio tiene una conductividad elctrica del orden del 60% de la del cobre.)Las prdidas por calentamiento son un 58% menor con respecto al aluminio.Los conductores de cobre no necesitan el uso de "manguitos" bimetlicos o conectores, para evitar efectos de electrlisis.La presencia de cobre en los conductores garantiza la eliminacin de probables fallos originadas por falsos contactos debido a xido no conductivo (como ocurre con el aluminio).La utilizacin de conductores de cobre proporciona una mayor facilidad en el empleo de soldaduras terminales y/o empalmes.


Cables elctricos

Los cables elctricos estn formados a partir de un material conductor, pero rodeado de un material aislante para protegerlo y evitar el riesgo de electrocucin.

En las aplicaciones corrientes slo se emplean cables sin recubrimiento protector cuando es imposible un contacto accidental con ellos (lneas areas por ejemplo).

Los conductores elctricos, en general, se componen de tres partes muy diferenciadas:

El alma o elemento conductorEl aislamiento o elemento aislanteLas cubiertas protectoras

El alma o elemento conductor

Su objetivo es servir de camino a la energa elctrica desde las fuentes de energa elctrica hasta los elementos pasivos.

De la forma cmo est constituida esta alma depende la clasificacin de los conductores elctricos. As tenemos:

Segn su constitucinAlambre: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por un solo elemento o hilo conductor.

Cable: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja seccin, lo que le otorga una gran flexibilidad.

Segn nmero de conductoresMonoconductor: Conductor elctrico con una sola alma conductora, con aislante y con o sin cubierta protectora.

Multiconductor: Conductor de dos o ms almas conductoras aisladas entre s, envuelta cada una por su respectiva capa de aislante y con una o ms cubiertas protectoras comunes.

Aislantes

El objetivo del aislante en un conductor es evitar que la energa elctrica que circula por l, entre en contacto con las personas o con objetos. Adems sirve para evitar que conductores de distinta tensin puedan hacer contacto entre s.

Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido polmeros (materiales formados por la unin de muchas molculas idnticas, para formar una nueva molcula ms gruesa.)

Entre los materiales usados como aislantes de conductores podemos mencionar el policloruro de vinilo (PVC), el polietileno reticulado (XLPE) y el etileno-propileno (EPR). Si el diseo del conductor no necesita otro tipo de proteccin se le denomina aislante integral, porque el aislamiento cumple su funcin y la de revestimiento a la vez.

Cubierta Protectora

Cuando los conductores tienen una proteccin adicional de un polmero sobre la aislante, esta ltima se llama cubierta. Su objetivo fundamental es proteger la integridad de la aislante y del alma conductora.

Se clasifican en:

Proteccin mecnica contra daos tales como raspaduras, golpes, etc. Son de acero, latn u otro material resistente, y se les denomina "armaduras". Puede ser de cinta, alambre o alambres trenzados.Proteccin elctrica formada por cintas de aluminio o cobre. Se le denomina "pantalla".

Para saber ms:

Animacin sobre el proceso de fabricacin de un cable:Http://www.topcable.com/visitavirtual_ESP/visitavirtual.php

Por qu el cobre es tan utilizado ele02recurso07.pdf

Para quitar el aislante y/o la cubierta de los cables elctricos se utilizan fundamentalmente los pelacables (pelahilos), y las tijeras de electricista,

como las que se muestran en las figuras:


Elementos de unin

En muchos casos se emplean en los circuitos elementos que facilitan la conexin entre los distintos integrantes del mismo. Son los elementos de unin: Regletas, terminales, bornes,...

La variedad de elementos para unir los distintos componentes de los circuitos elctricos es enorme.

Sealaremos nicamente algunos de los ms destacables:

En los experimentos en taller es frecuente acudir al uso de regletas de conexin, para uniones amovibles, baratas y fciles de instalar, pues solo requieren de un destornillador:

Para uniones fijas se suele acudir a la soldadura blanda con estao mediante soldador elctrico. Requiere algo de experiencia para su empleo. Adems necesita material complementario: estao, desoldador, soporte,...

Para facilitar la insercin de los conductores en los contactos, se acude a los terminales, para unir dos conductores entre s se emplean uniones, y para hacer empalmes, los terminales ciegos.

La diversidad es enorme, tanto por la forma como por la seccin (codificada segn el color del aislante),...

Herramientas hidralicas para terminales LCT

Herramientas manuales para terminales LCT

Morsetos LCT

Terminales preaislados LCT

Terminales de aluminio LCT

Terminales de cobre LCT

Terminales y conectores de latn LCT

La soldadura

Para saber ms:

Fabricante de regletas:

http://www.gaestopas.com/productos2.htm

http://www.cintubex.com/prod02.htm

http://www.baseconex.com/index_2.html


Elementos de maniobra y mando

Los elementos de mando y maniobra empleados en los circuitos elctricos pueden ser muy diversos, y no se detallarn, pues se ven en profundidad en los mdulos "Automatismos y Cuadros Elctricos" e "Instalaciones Elctricas de Interior".

En circuitos de corriente continua, los ms usuales son:

Interruptor: elemento que permite abrir o cerrar un circuito, cortando o permitiendo el paso de corriente.

Habitualmente, estn compuestos de una caja cerrada, en cuyo interior se hallan los bornes metlicos que reciben los terminales de los cables conductores.

Los interruptores utilizan diversos medios mecnicos para conectar y desconectar, estando normalmente constituidos por dos contactos, uno fijo y otro mvil sobre un soporte aislante.

Tienen dos posiciones:

Abierto: en la que no dejan pasar la corriente y se comportan como una resistencia infinitaCerrado: en la que s dejan pasar la corriente y se comportan como una resistencia cero

Su caracterstica es que las una vez actuado, ambas posiciones son permanentes en el tiempo, hasta que se vuelva a actuar.

Pulsador: muy semejante al interruptor, con la diferenciacin de que ahora la posicin no es permanente en el tiempo, sino tan solo mientras se acte sobre l.

El retorno a la posicin de reposo se suele hacer por medio de un muelle antagonista. Hay dos tipos de posiciones de reposo:

Normalmente abierto (NA)Normalmente cerrado (NC)

Conmutador: semejante al interruptor solo que en vez de dos contactos tiene tres, uno mvil y dos fijos. Al actuar sobre el se cambia el contacto movil de uno de los contactos fijos al otro.


Esquemas elctricos

En los ltimos aos (1996 al 1999) se han visto modificados los smbolos grficos para esquemas elctricos, a nivel internacional con la norma IEC 60617, que se ha adoptado a nivel europeo en la norma EN 60617 y que finalmente se ha publicado en Espaa como la norma UNE-EN 60617.

Esta norma, est dividida en una serie de partes, siendo la aplicable a esta unidad la norma UNE-EN 60617-3: Conductores y dispositivos de conexin.

A continuacin se extractan algunos de los smbolos de los elementos vistos:

Conductores, componentes pasivos, elementos de control y proteccin bsicos

Los smbolos ms utilizados en instalaciones elctricas son los siguientes:

Smbolo Descripcin

Objeto(contorno de un Objeto)

Por ejemplo:

Equipo

Dispositivo

Unidad funcional

Componente

Funcin

Deben incorporarse al smbolo o situarse en su proximidad otros smbolos o descripciones apropiadas para precisar el tipo de objeto.Si la representacin lo exige se puede utilizar un contorno de otra forma

Conductor

Conductores (unifilar)

Las dos representaciones son correctasEjemplo: 3 conductores

Conexin flexible

Conductor apantallado

Unin

Punto de conexin

Terminal

Regleta de terminales

Se pueden aadir marcas de terminales

Conexin en T

Unin doble de conductores

La forma 2 se debe utilizar solamente si es necesario por razones de representacin.

Caja de empalme, se muestra con tres conductores con T conexiones.

Representacin multilineal.

Caja de empalme, se muestra con tres conductores con T conexiones.

Representacin unifilar.

Corriente continua

Polaridad positiva

Polaridad negativa

Conector a presin

Lmpara, smbolo general.

Resistencia, smbolo general.

Fotorresistencia

Resistencia variable

Resistencia variable de valor preajustado

Potencimetro con contacto mvil

Resistencia dependiente de la tensin (Varistor)

Elemento calefactor

Interruptor normalmente abierto (NA).

Cualquiera de los dos smbolos es vlido.

Interruptor normalmente cerrado (NC).

Interruptor. Unifilar.

Interruptor con luz piloto. Unifilar.

Interruptor unipolar con tiempo de conexin limitado. Unifilar.

Interruptor graduador. Unifilar.

Regulador de intensidad luminosa.

Interruptor bipolar. Unifilar.

Conmutador

Conmutador unipolar. Unifilar.

Por ejemplo, para los diferentes niveles de iluminacin.

Interruptor unipolar de dos posiciones. Conmutador de vaivn. Unifilar.

Conmutador con posicionamiento intermedio de corte.

Conmutador intermedio.Conmutador de cruce. Unifilar.

Diagrama equivalente de circuitos.

Pulsador normalmente cerrado

Pulsador normalmente abierto

Pulsador. Unifilar.

Pulsador con lmpara indicadora. Unifilar.

Animacin: Esquemas circuitos elctricos


Ley de Ohm:

Ley de Ohm:

Hay una expresin que nos permitir, para la mayora de los receptores utilizados en circuitos en Electrotecnia, relacionar la tensin a la que estn sometidos con la intensidad que circula por ellos. Es la famosa ley de Ohm, que nos permitir operar y simplificar dichos circuitos elctricos.

Ya sabemos que cuando se mantiene una ddp a travs de un conductor se establecen una densidad de corriente J y un campo elctrico E. Si esta ddp es constante, la corriente en el conductor tambin lo es.

Pero adems, es frecuente que la densidad de corriente en un material sea proporcional al campo elctrico en l, y su comportamiento se rija por la expresin:

J = E

Siendo:

J la densidad de corrienteE el campo elctrico la conductividad del material.

Los materiales cuyo comportamiento se ajusta a esta ecuacin, se dice que siguen la Ley de Ohm.

Ms concretamente, la ley de Ohm afirma que, "para muchos materiales (incluyendo la mayora de los metales), la razn de la densidad de corriente y el campo elctrico es una constante, , la cual es independiente del campo elctrico que produce tal corriente".

Pero suele ser ms cmodo, en las aplicaciones prcticas, emplear valores de tensin e intensidad y no de densidad y campo elctrico. Se puede demostrar, para los materiales que siguen la ley de Ohm, la relacin anterior es equivalente a:

V = I R

donde, empleando unidades del Sistema internacional:

I = Intensidad en amperios (A)V = Diferencia de potencial en voltios (V)R = Resistencia en ohmios ().

Es importante puntualizar dos cuestiones:

La ley de Ohm, es una propiedad especfica de ciertos materiales, y no una ley general del electromagnetismo. Es decir, no es una ley fundamental de la naturaleza, sino una relacin emprica vlida nicamente para ciertos materiales.

Se dice que los materiales que obedecen a la ley de Ohm, y por consiguiente muestran ese comportamiento lineal, son hmicos: por el contrario, se dice que los materiales que no obedecen la ley de Ohm son no hmicos (ej. Los semiconductores, que se vern en la unidad 10).

La relacin V = IR no es un enunciado de la ley de Ohm, como se suele malinterpretar frecuentemente: Un material conductor cumple con la ley de Ohm slo si su curva V-I es lineal; esto es si R es independiente de V y de I.

La relacin R = V/I sigue siendo la definicin general de la resistencia de un conductor, independientemente de si ste cumple o no con la ley de Ohm. La intensidad de la corriente elctrica que circula por un dispositivo es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo, segn expresa la frmula siguiente: I = V/R

Animacin Ley de Ohm

Anmaciones:

Ley de Ohm SMLey de Ohm 1Ley de Ohm 2Ley de Ohm 3Ley de Ohm 4

Aplicacin: proyectoleyohm.exe

Animacin Ley de Ohm:

http://www.walter-fendt.de/ph11s/ohmslaw_s.htm

Animacin Ley de Ohm:http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/ohm/ohm_ita.htm

Animacin Ley de Ohm:http://fem.um.es/Fislets/CD/II5Circuitos/II25CircuitosCC/il25_3.html

Video sobre la ley de Ohm:http://www.acienciasgalilei.com/videos/corrientecontinua/1leyohm.wmv


Unidad Didctica II

Potencia elctrica y Energa elctrica

Ahora veremos una expresin muy utilizada en Electrotecnia, para calcular la potencia elctrica entregada por un generador o consumida por un receptor, as como la energa elctrica que ello representa a lo largo del tiempo.

Para comprender estos conceptos, acudiremos al caso ms sencillo visto hasta el momento:

Un generador de energa elctrica (supondremos una batera) cuyo terminal (o polo) positivo se conecta mediante un conductor a una receptor resistivo (resistencia) R (el terminal positivo de una batera es aquel que se encuentra al potencial ms alto) y el terminal negativo se conecta, mediante otro conductor, al otro extremo de la resistencia

Imaginemos que seguimos una cantidad positiva de carga Q a lo largo de todo el circuito: desde el terminal positivo de la batera a la resistencia, a su travs y al terminal negativo y a travs de la batera desde el terminal - al +.

Segn atraviesa la batera, su energa potencial elctrica aumenta en una cantidad W = VQ (siendo V el potencial en el terminal positivo de la batera), en tanto que la energa potencia qumica de la batera disminuye en la misma cantidad.

No obstante, segn se mueve la carga a travs de la resistencia, pierde esta energa potencial elctrica W en virtud de las colisiones que experimenta contra los tomos de la resistencia, produciendo energa trmica.

(Despreciamos la resistencia de los alambres de interconexin, para que no haya prdida de energa en ellos aunque se los podra considerar como resistencias en serie)

Cuando la carga regrese al terminal negativo de la batera, debe tener la misma energa potencial que tuviera al partir. Si este no fuera el caso, la carga ganara energa durante cada viaje alrededor del circuito, lo cual sera una violacin de la conservacin de la energa.

La rapidez con que la carga Q pierde energa potencial al pasar por la resistencia se obtiene de W/t, pero esa expresin se puede desarrollar y adoptar otra forma ms interesante:

siendo

W la energa potencial elctricat el tiempo trascurridoQ la cantidad de carga puesta en juegoV el potencial de energa de la bateraI la intensidad de corriente

Naturalmente, la carga vuelve a ganar esta energa al pasar por la batera.

Adems, en Fsica a la variacin de la energa en el tiempo, en general, se le denomina potencia P, por tanto a la variacin de la energa potencial elctrica (W) en el tiempo, en particular, se le denomina potencia elctrica P, y representa la velocidad a la que se consume la energa elctrica

Es fcil ver que si se iguala esta expresin con la anterior, se tiene que:

P = IV

Donde:

P es la potencia elctricaI es el valor de la corrienteV es el valor de la tensin.

Si I se expresa en amperios (A) y V en voltios (V), P estar expresada en vatios (W).

(Amperio Voltio = Coulomb / Segundo Julio / Coulomb = Julio / Segundo = Vatio)

Adems, con la ecuacin P = I V y el hecho de que V = I R para una resistencia, puede expresarse la potencia disipada en un receptor (o en un conductor en general) de las formas:

Frmulas empleadas para calcular la potencia consumida por un conductor o un receptor a veces denominada simplemente prdida I2R

Para el caso de los generadores, despreciando su resistencia interna, la ddp entre sus terminales es igual a la fem E de la batera (V = V+-V- = E), por lo que la expresin de la potencia entregada por los generadores se escribe como:

Resultado que nos demuestra que la potencia entregada por el generador, es igual a la potencia perdida en el resistor (P = I2 R en ambos casos), ya que se tiene que cumplir el principio de conservacin de la energa.

Como se ve ambas expresiones son similares, y por tanto sirven para calcular tanto la potencia suministrada por un generador como la consumida por un receptor conectado a l. En general se emplea para determinar la potencia transferida a cualquier dispositivo que lleve una corriente I y tenga una ddp V entre sus terminales:

La potencia elctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales (P) es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales (V) y la intensidad de corriente (I) que pasa a travs del dispositivo.

Animacin: Potencia elctrica 2

Aplicacin proyectopotencia


Efecto Joule

A partir de las expresiones vistas anteriormente, podemos deducir otra que nos permita obtener la energa calorfica producida por una corriente elctrica. Es la denominada Ley de Joule.

A la expresin de la potencia perdida como calor vista anteriormente:

tambin se la denomina calor Joule o prdida por efecto Joule,

Si a los miembros de la expresin anterior (potencia), los multiplicamos por el tiempo, obtendremos la expresin del trabajo: W = Pt = VIt = I2Rt conocido como Ley de Joule, que viene a ser el efecto trmico que produce el paso de la corriente por un conductor, ya que parte de la energa cintica de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las molculas del conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo.

Este efecto, denominado Efecto Joule se define de la siguiente manera: "La cantidad de energa calorfica producida por una corriente elctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que sta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente".

Matemticamente se expresa como

Q = I2Rt

siendo:

Q = Energa calorfica producida por la corriente, en JI = Intensidad de la corriente que circula, en AR = Resistencia elctrica del conductor, en t = Tiempo, en s.

A veces, cuando el trabajo elctrico se manifiesta en forma de calor, se expresa en Caloras.

Sabiendo que 1 J = 0,24 cal (equivalente calorfico del trabajo) ( 1 cal = 4,18 J (equivalente mecnico del calor), se tiene que:

Q = 0.24I2Rt

La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustancia depende directamente de la masa, del calor especfico y del incremento de temperatura:

Q = m c (t2-t1)

Se entiende por calor especfico (c) de una sustancia la cantidad de calor necesaria para elevar en 1 C la cantidad de un gramo de la sustancia de que se trate.

CALOR ESPECFICO

Sustancia Cal/gC

Agua 1

Aceite 0,44 Aluminio 0,22

Cobre 0,09

En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomsticos como los hornos, las tostadoras y las calefacciones elctricas, calentadores de agua, planchas, secadores de pelo,... y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto til buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.

Sin embargo, en la mayora de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razn por la que los aparatos elctricos y electrnicos necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.

Animacin: Energa elctrica

Aplicacin proyectoenergia

Aplicacin ohm.exe

Animacin ley de Joule:

http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/joule/heat_ita.htm

Vdeo sobre la ley de Joule:http://www.acienciasgalilei.com/videos/corrientecontinua/4leyjoule.wmv

Autoevaluacin

1 El cable elctrico est formado por:

a) Conductor ms aislante.

b) Conductor

c) Aislante


2 En los pulsadores hay dos tipos de posiciones de reposo:

a) NA y NO

b) NA y NC

c) NC y NO


3 Si en un circuito quieres seleccionar que funcione una bombilla o un timbre, qu elemento de mando emplearas?

a) Interruptor

b) Pulsador

c) Conmutador.


4 Cul es la expresin correcta?

a) V=I x R

b) V=I/R

c) V=R/I


5 Cul es la expresin correcta?

a) P = V x I

b) P=V/I

c) P=I/V


6 Q = I2Rt es una expresin que representa a:

a) La ley de Joule

b) La ley de Ohm

c) Ninguna de las anteriores.



Documents

Tema2 electrotecnia.pdf