Electrotecnia

        Antes de iniciar a desarrollar este punto, conviene realizar una breve definición de términos:

Corriente: Flujo de electrones dentro un conductor.

Voltaje: Fuerza que impulsa los electrones.

Circuito Eléctrico: Un circuito o red eléctrica es una interconexión de elementos unidos entre sí en una trayectoria cerrada de tal forma que pueda fluir una corriente eléctrica. La Siguiente imagen es un ejemplo de un circuito simple.[pic 1]

Elementos de un circuito: se clasifican en activos y pasivos.

a. Elementos activos: son aquellos capaces de suministrar energía a una red o circuito eléctrico, por ejemplo, las fuentes electroquímicas (pilas y baterías), fotoceldas, generadores de Corriente Alterna (CA), las Fuentes de Alimentación de Tensión y de Corriente.

b. Elementos pasivos: son aquellos que consumen la energía producida por los elementos activos (resistor, capacitor e inductor).

Comentario: Los elementos eléctricos pueden ser de tipo General o Simple. Un elemento general puede componerse de más de un elemento simple; en cambio, un elemento simple no puede ser subdividido en elementos de un circuito más simple.

CIRCUITO ELÉCTRICO EN CORRIENTE CONTINUA (CC)

A la corriente continua también se le llama Corriente Directa, que en inglés se escribe Direct Current (DC), esta sigla se ha hecho común para la designación de los circuitos eléctricos.

Se define como la corriente eléctrica que fluye de forma constante en una dirección. Para obtener una CC de una Fuente de Alimentación o Fuente de Poder se requiere de un proceso óptimo de regulación ya que el regulador es el que impide las variaciones de tensión. Las fuentes electroquímicas y las celdas fotoeléctricas siempre proporcionan una CC.

                   Esquema Físico                                        Esquema Simbólico[pic 2]

[pic 3]

Parámetros fundamentales en CC

Corriente o intensidad eléctrica (I): es el flujo o movimiento de cargas eléctricas en un circuito, originado por una presión conocida como fuerza electromotriz, tensión o voltaje. Su unidad de medida en el SI es Amperios (A). I=q/t

[pic 4][pic 5]

El voltaje (V): se define como la magnitud encargada de establecer la diferenciación de potencial eléctrico que existe entre dos puntos. Es por esto que también se le conoce como tensión eléctrica, o diferencia de potencial eléctrica. Su unidad de medida en el SI es Voltio (V). [pic 6]

Potencia eléctrica (P): La potencia eléctrica es la velocidad a la cual la energía se utiliza, almacena o transporta. Su símbolo es la letra P y su unidad es el Vatio o Watt [W]:   P = V ∙ I

Energía eléctrica: La energía eléctrica o trabajo se produce cuando una fuente de energía eléctrica hace mover una carga eléctrica, desde un punto a otro entre los que hay una diferencia de potencial. Se representa por la letra E y su unidad es el Julio [J]. Es decir:   E = q ∙ V

Ahora, como se sabe I = q ⁄ t, entonces q = I ∙ t , si se remplaza este resultado en la ecuación de la energía, se obtiene: Por lo tanto,  E = P ∙ t

Es decir, que la energía también puede tener unidades de [W∙s] ó [kW∙s] ó [kW∙h], que son las unidades en las que se mide la energía en la facturación que normalmente llega a la casa de cada usuario, a la industria o comercio.

Gráfica de la Corriente Continua

        Se puede observar que es una función constante, como se indicó anteriormente, el voltaje no varía en el tiempo a medida que la carga se mueve en el circuito; lo mismo sucede con la intensidad. Es decir, el flujo de electrones no cambia de dirección, ni magnitud; por lo tanto, esta corriente tiene polaridad fija, tal es el caso de las baterías o pilas.

[pic 7]

[pic 8]

En los instrumentos de medición se simboliza la CC como:  

Es importante destacar, que la CC se puede obtener a partir de la corriente alterna mediante el uso de un Rectificador. [pic 9]

Corriente Continua (CC)

A la corriente alterna se escribe en inglés Alternating Current (AC), y esta sigla se han hecho común en la designación de los circuitos eléctricos y aparatos de medición eléctrica.

Se define como un tipo de corriente eléctrica cuyo valor de tensión o corriente varía y cambia de polaridad en intervalos regulares de tiempo.

El tipo de CA que utilizamos en Venezuela, tiene una frecuencia de 60 Hz (60 ciclos por segundo), está asociada a las funciones matemáticas senoidales o cosenoidales y el valor de tensión y de corriente varía dependiendo de su aplicación (alta o baja tensión), para alumbrado y equipos eléctricos del hogar se usa baja tensión (110 o 220 V), monofásica o bifásica y para los procesos industriales se usan sistemas polifásicos (dos o más fases) en alta tensión (220, 440 V o más).

                   Esquema Físico                                        Esquema Simbólico         [pic 10]

[pic 11]

Parámetros fundamentales en CA

        Los parámetros mencionados en la CC son aplicables a los de la CA, la diferencia radica en que los valores en CA son mayores que en la CC, por ejemplo, en la CA la intensidad de corriente viene en Amperios (A) y en CC, en mili-amperios (mA).

Al generador de corriente alterna, se llaman alternadores, estos entregan una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) cuya polaridad se va alternando regularmente en el tiempo.

        Debido a que la gráfica de la corriente alterna no es constante, es decir, que tanto el voltaje como la intensidad de corriente cambia en el tiempo, nos centraremos a describir los parámetros en función de su gráfica.

Gráfica de la corriente alterna

Además de la tensión, una corriente alterna hay que definirla diciendo además cuánto dura, es decir, cuanto tiempo transcurre hasta que vuelve a repetirse una onda completa. Para ello, vamos a definir dos nuevas magnitudes: ciclo y frecuencia.

Por otra parte, como su tensión varía a lo largo del tiempo, también definiremos una serie de valores de voltaje.[pic 12]

CICLO. Se llama así a la parte de curva que se repite constantemente. Dicho de otra forma, una onda completa.

Un ciclo está formado por dos semiciclos iguales, que para distinguirlos entre sí se llaman positivo y negativo. Tanto el semiciclo positivo como el negativo alcanzan el mismo valor máximo.

Un ciclo tiene 360°; medio ciclo o un semiciclo, 180°; un cuarto de ciclo, 90°, etc.

FRECUENCIA. La frecuencia de una corriente alterna es el número de ciclos que hay en un segundo. En Europa la frecuencia de la CA. que se distribuye suele ser en general de 50 ciclos por segundo, o 50 hercios, que se simbolizan por 50 Hz.

PERIODO Es el tiempo T que dura un ciclo. Si, por ejemplo, la frecuencia es de 50 Hz, un ciclo durará 1/50 segundos.

La frecuencia y el período están relacionadas por las siguientes fórmulas:

F=1/T   ;    T=1/F

VOLTAJE PICO (Vp): Es el mayor valor que se alcanza durante el ciclo de esa corriente.

Vp=Vrms/0,707

Ejemplo:

[pic 13]

VOLTAJE PICO PICO (Vpp): Es la amplitud de la onda, Valor de tensión que va desde el máximo al mínimo o de una "cresta" a un "valle".

Vpp=2*Vp

VOLTAJE EFICÁZ (Vrms): Es el voltaje medido con el voltimétro. Se estima como el 70,7% del valor pico. Vrms=0,707*Vp

El valor eficaz también se puede relacionar a través de la expresión:

Vrms = Vp/√2

 VELOCIDAD ANGULAR O PULSACIÓN (ω): está relacionada con la frecuencia f a través de la relación: ω = 2· π·f . ω se mide en rad/s.

FASE: Es la fracción de ciclo transcurrido desde el inicio del mismo, su símbolo es la letra griega φ. Se mide en unidades angulares (radianes o grados).

LEYES FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD

Ley de Coulomb: dice que la intensidad de la fuerza electroestática entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Viene expresada por la siguiente fórmula:

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