Circuitos Eléctricos

UNIVERSIDAD "FERMÍN TORO" SISTEMA INTERACTIVO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA. SAIA

ESCUELA DE INGENIERÍACABUDARE

Apellido y Nombre: Pérez G. José G. C.I.18884212Asignatura: Circuitos Eléctricos I

Nombre del Profesor: José MorilloFecha: 28 de noviembre de 2015

CIRCUITOS ELÉCTRICOS I

CONDENSADORES Y BOBINAS

HISTORIA• El 29 de agosto de 1831, Michael Faraday, gran químico y físico inglés

descubrió la inducción electromagnética, cuando observó que moviendo un imán a través de una bobina de alambre de cobre, se originaba una corriente eléctrica que fluía por el alambre.

• Este experimento originó una serie de conclusiones que llevaba a Faraday al descubrimiento de campos electromagnéticos, los cuales fluyen por los inductores o bobinas que son tan útiles hoy en la fabricación de transformadores y motores eléctricos.

• En el siguiente trabajo, se desarrollan dos elementos sumamente importantes en lo que respecta al almacenamiento de energía de pequeñas y grandes masas. Tal como es la función de carga y descarga de un condensador, el inductor o bobina es capaz de recuperar energía “concatenada” dentro de la superficie de los alambres que esta contiene.

• O como es la de una bobina en un transformador creando campos magnéticos que facilitan el traspaso de energía eléctrica de un polo al otro. Las características de esos tan importantes dos componentes se explicaran detalladamente en este trabajo.

Condensador EléctricoUn condensador eléctrico es un dispositivo de dos terminales que consiste en dos cuerpos conductores separados por un material no conductor. Tal material no conductor se conoce como aislante o dieléctrico. A causa del dieléctrico, las cargas no pueden moverse de un cuerpo conductor al otro dentro del dispositivo. Por tanto, éstas pueden transportarse entre los cuerpos conductores vía sistema de circuitos externos conectados a las terminales del capacitor. Los cuerpos conductores son cuerpos planos y rectangulares que están separados por un material dieléctrico.

CLASIFICACIÓN DE LOS CONDENSADORES

Los condensadores se clasifican en dos grandes grupos: fijos, si mantienen constante el valor de su capacidad y variable, cuando se pueden cambiar entre ciertos límites, mediante el movimiento de ejes. Los condensadores fijos son componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican según el dieléctrico colocado entre sus armaduras. Entre otro tenemos los condensadores de papel, cerámicos, plásticos y electrolíticos.

La capacidad o capacitancia de un condensador

La capacidad o capacitancia de un condensador es la magnitud medida por la relación entre la carga en cualquiera de los conductores la diferencia de potencial entre ellos. La expresión matemática de esta definición se escribe así:

C: capacidad del condensador. V: Diferencia de potencial entre las placas. q: Carga de una de las placas.

¿Cómo almacena la Carga el Condensador?

Para almacenar la carga eléctrica, utiliza dos placas o superficies conductoras en forma de láminas separadas por un material dieléctrico (aislante). Estas placas son las que se cargarán eléctricamente cuando lo conectemos a una batería o a una fuente de tensión. Las placas se cargarán con la misma cantidad de carga (q) pero con distintos signos (una + y la otra -). Una vez cargado ya tenemos entre las dos placas una d.d.p o tensión, y estará preparado para soltar esta carga cuando lo conectemos a un receptor de salida.

¿Qué pasa una vez que el condensador está cargado

completamente?Una vez que el condensador se ha cargado, ya no necesita más carga de la batería y por lo tanto se comportaría como un interruptor abierto. entre los dos extremos del condensador tendríamos una d.d.p, la del condensador, pero no habría circulación de corriente a través de él, es decir la I por el condensador será 0 amperios, pero si tendrá voltaje.

Comportamiento en corriente continuaUn condensador real en CC (DC en inglés) se comporta prácticamente como uno ideal, es decir, como un circuito abierto. Esto es así en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con condensador, suceden fenómenos eléctricos transitorios que inciden sobre la d.d.p.

Comportamiento en corriente alternaEn CA, un condensador ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el nombre de reactancia capacitiva, XC, cuyo valor viene dado por la inversa del producto de la pulsación () por la capacidad, C:

Aplicaciones en la ingenieríaLos condensadores suelen usarse para:• Baterías, por su cualidad de almacenar energía.• Memorias, por la misma cualidad.• Filtros.• Adaptación de impedancias, haciéndolas resonar a una

frecuencia dada con otros componentes.• Demodular AM, junto con un diodo.• El flash de las cámaras fotográficas.• Tubos fluorescentes.• Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.

BobinasUn inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la mencionada corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético el que establece la ley de la mano derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior.

Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de poder), esta tratará de mantener su condición anterior.

Las bobinas se miden en Henrios (H.), pudiendo encontrarse bobinas que se miden en miliHenrios (mH). El valor que tiene una bobina depende de:

• El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).

• El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).

• La longitud del cable de que está hecha la bobina.• El tipo de material de que esta hecho el núcleo si es que lo tiene

¿Qué aplicaciones tiene una bobina?

• Una de la aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte de nuestra vida diaria es las bobinas que se encuentran en los transformadores para reducir o elevar el Voltaje.

• En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama reactor

• En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida.

Construcción de las Bobinas

Un inductor está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo.

Los inductores también pueden estar construidos en circuitos integrados, usando el mismo proceso utilizado para realizar microprocesadores. En estos casos se usa, comúnmente, el aluminio como material conductor. Sin embargo, es raro que se construyan inductores dentro de los circuitos integrados; es mucho más práctico usar un circuito llamado "girador" que, mediante un amplificador operacional, hace que un condensador se comporte como si fuese un inductor.

El inductor consta de las siguientes partes:

Devanado inductor: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina.Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar.Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro.

El inductor consta de las siguientes partes:• Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario,

provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia.

También pueden fabricarse pequeños inductores, que se usan para frecuencias muy altas, con un conductor pasando a través de un cilindro de ferrita o granulado.

Funcionamiento de una bobinaSea una bobina o solenoide de longitud l, sección S y de un número de espiras N, por el que circula una corriente eléctrica i(t).

Aplicando la Ley de Biot-Savart que relaciona la inducción magnética, B(t), con la causa que la produce, es decir, la corriente i(t) que circula por el solenoide, se obtiene que el flujo magnético Φ(t) que abarca es igual a:

Funcionamiento de una bobinaSi el flujo magnético es variable en el tiempo, se genera en cada espira, según la Ley de Faraday, una fuerza electromotriz (f.e.m.) de autoinducción que, según la Ley de Lenz, tiende a oponerse a la causa que la produce, es decir, a la variación de la corriente eléctrica que genera dicho flujo magnético. Por esta razón suele llamarse fuerza contraelectromotriz. Ésta tiene el valor:

Aplicaciones de las bobinas electromagnéticas

El principio de funcionamiento de una bobina electromagnética es el

siguiente: al circular por ella una corriente eléctrica se genera a su

alrededor un campo magnético. Y la inversa: si hacemos que un

campo magnético se mueva a través de la bobina se genera en ella

una tensión eléctrica. Bajo estos dos efectos las aplicaciones

son múltiples:


TimbreUna bobina por la que circula una corriente alterna hace moverse alternativamente a un lado y a otro gracias al campo magnético generado una paleta que golpea una campana.


Electroválvula• Una bobina de tipo solenoide abre o cierra mediante atracción

magnética una válvula que controla el paso de un fluido. Típicamente la válvula se mantiene cerrada por la acción de un muelle, al aplicar corriente al solenoide la abre venciendo la fuerza del muelle y dejando pasar el fluido.


Rele / Contactór• Interruptor controlado eléctricamente. Una bobina por la que circula

una corriente genera un campo magnético que mueve un elemento ferromagnético que a su vez abre o cierra un interruptor eléctrico. Relés y contactores están presentes en todos los automatismos eléctricos.


Motor eléctrico / Generador• Mediante campos magnéticos generados por bobinas se transforma

energía eléctrica en movimiento rotatorio de un eje. Y a la inversa, el movimiento rotatorio de un eje genera energía eléctrica en las bobinas al hacer pasar un campo magnético a través de las mismas.


Bobina de ignición• Formado por dos bobinas, su función es muy similar al de un

transformador. Es el elemento encargado de generar la alta tensión, con la cual se va a alimentar a la bujía en motores de combustión.


Interruptor Diferencial• Dos bobinas colocadas en serie producen un campo magnético

opuesto, si la corriente que circula por las bobinas no es igual (lo cual detecta una fuga de corriente en el circuito) las fuerzas se descompensan y se abre el interruptor.


Sensor inductivo• Una bobina detecta el paso de un elemento ferromagnético por sus

proximidades generando una tensión eléctrica en sus extremos. Muy usados en automóvil y todo tipo de maquinaria ya que al no tener partes móviles nos sufren desgaste.

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