Corriente
Se denomina corriente eléctrica al
flujo o movimiento de electrones por un conductor. Los electrones se desplazan
de un átomo a otro, en la misma dirección según el conductor. Ejemplo: en un
alambre, los electrones se mueven a lo largo del mismo.
Una manera de entender el comportamiento de la electricidad, es comparándola
con el caudal de un rió. El agua corre por el caudal, del sitio más alto, al
más bajo gracias a su inclinación. Entre mas inclinado sea, mas fuerte será la
corriente del rió. La corriente eléctrica tiene un comportamiento similar. Los
electrones se desplazan del punto con mayor voltaje, al de menor voltaje. La potencia
de esta corriente es mayor, entre más grande sea la diferencia entre los
dos puntos.
La unidad de corriente, también llamada Intensidad, es el AMPERIO. (A). Los submúltiplos del
amperio son miliamperios (mA)
(1/1000 de amperio), y microamperios (uA)
(1’000.000 de amperio).
Los
sinónimos de corriente son: Caudal, Potencial o Intensidad. Se representa con
una (I) o
una (A). El
instrumento con el que se miden los amperios es el Amperímetro.
Voltaje
Para producir un flujo de agua,
se necesita presión y esto se puede lograr con un tanque lleno de agua en el
que el nivel o altura del líquido determina la presión. En electricidad, la
presión seria el voltaje. La unidad de medida es el VOLTIO(V). Los submúltiplos del voltio
son milivoltios (mV) (1/1000
de voltio), y micro voltios (uV)
(1’000.000 de electrones por voltio). El instrumento con el que se mide el
voltaje es el Voltímetro.
Potencia
H = Altura del Chorro – Potencia. H1 > H2
En la
figura se pude ver como la potencia se compara con dos tanques que
producen un chorro de agua. El chorro más alto equivale a la mayor potencia. La
unidad de potencia es el Vatio (W).
Un vatio (W), es igual a un voltio
multiplicado por un amperio.
La ley de watt, puede
recordarse con el siguiente diagrama.
P = Potencia – Vatios (W)
V = Voltaje – Voltios (V)
I = Corriente – Amperios (A)
Hay tres formas de calcular la
potencia:
Cuando se
conoce la resistencia y la corriente: P = I ² * R.
Cuando se
conoce, el voltaje y la resistencia: P = V ² / R.
Cuando se
conoce, El voltaje y la corriente. P
= V * I.
Corriente alterna
La corriente
alterna tiene como principio fundamental que su magnitud y dirección varían
cíclicamente, es decir; se invierte la polaridad periódicamente en ciclos por segundo,
llamados hercios (hertz). Sin embargo, a pesar de este constante cambio de
polaridad, la corriente siempre fluye del polo negativo al positivo, de la
misma manera que en la corriente directa.
Las formas mas conocidas de generar electricidad son: Mecánica, Térmica Química
o Luminosa (cristales).
El método más usado en Colombia para generar electricidad es mecánicamente a
partir de un dinamo o turbina, que es impulsado por un caudal de agua y por
inducción electromagnética, este produce grandes cantidades de electricidad. A
este sistema se le llama hidroeléctrica.
Una hidroeléctrica,
tiene generadores que entregan voltajes de hasta 26.000 voltios, aunque esto
cambia dependiendo del país y su poder tecnológico. No se suelen generar
voltajes superiores a estos, debido a las dificultades que se presentan a la
hora de aislar estos voltajes y por los riesgos de posibles
cortocircuitos. El voltaje generado se eleva mediante transformadores a
voltajes muy altos, para su fácil transporte, ya que
entre más alta es la tensión, menor es la corriente y menores
son las pérdidas al momento de trasportarla. Luego llega a una subestación en
la que el voltaje se baja a unos 13.000 voltios por línea, para así llevarlo a
las ciudades. Al momento de entregarle la electricidad al consumidor, esta se
baja a tensiones entre 380 y 415 voltios, para la industria y 220 y 240 voltios,
para las viviendas. En algunos países, como Colombia, el voltaje
entregado a las viviendas es entre 110 y 125 voltios.
Se entregan 4 líneas; tres líneas vivas, o fases y un neutro que es un polo a
tierra. Los tres sistemas de producción, distribución y consumo de energía
eléctrica son:
Los alambres
conductores que toman la corriente desde el poste que está frente a nuestra
casa son gruesos. Tienen como mínimo un calibre número 8, según la tabla AWG y están en capacidad de
transportar aproximadamente unos 35amperios (I). Significa que en nuestro hogar podemos
disponer de esa cantidad de corriente.
La cantidad
de I que consumimos a diario en nuestra casa es regulada por un contador que
esta instalado a la entrada por la empresa de energía. Los contadores miden en
kilovatios por hora. (KWH).
Corriente
monofásica: Está formada por una fase y un neutro.
Corriente bifásica:
Utiliza dos fases y un neutro. Tiene uso semi industrial.
Corriente trifásica:
Utiliza las tres fases y el neutro. Su uso es industrial.
Funcionamiento
de un dinamo
Al hacer girar una
espira cuadrada dentro de un campo magnético, en la cual las líneas de fuerza
apuntan hacia abajo, se induce en la espira, o bobina una tensión alterna
senoidal como indica la figura.
En el punto
inicial (0 grados), la bobina no corta ningún flujo magnético (flechas rojas de N a S), pues se encuentra
paralela al flujo. En ese momento, el voltaje es cero voltios. Al girar 90
grados, (giro al contrario del reloj), el voltaje o la tensión es máxima
y positiva. Cuando la bobina gira hasta los 180 grados, el voltaje vuelve a ser
cero, pues al igual que al comienzo, no corta las líneas de flujo. Y en los 270
grados, la tensión será máxima y negativa, pues vuelve a cortar el flujo
en su punto máximo como en los 90 grados, pero ahora la tensión inducida es
negativa debido a que el flujo es cortado en dirección opuesta.
Ciclo,
periodo y frecuencia
Un ciclo es
alternancia completa de la onda senoidal correspondiente a 360 grados o 2 π (pi) radiales.
Valor efectivo o RMS (Root Mean
Square)
Una corriente alterna, tiene un
valor efectivo de 1 amperio, cuando el calor producido en una resistencia
equivale a la misma cantidad, que una corriente continua de 1 amperio.
Un
voltaje de corriente alterna (AC)
es de un voltio, solo cuando este da origen a una corriente efectiva de 1
amperio en una resistencia de 1 ohmio.
Medición de la energía eléctrica
La medición
de corriente alterna se hace colocando el multímetro en la escala de corriente
AC, que se representa con A~.
El Amperímetro se coloca en serie con la carga. Para medir el voltaje alterno
se coloca el multímetro en la escala de voltaje AC que se representa con V~. El multímetro se
coloca en paralelo.
Circuito paralelo
En una instalación eléctrica en
paralelo el voltaje es constante en cualquier parte del circuito. Se encuentra
presente en cualquier parte del circuito, sin sufrir ningún cambio o alteración
considerable.
La corriente (I) la consume
cada elemento que forma parte del circuito y se suman para obtener la corriente
total (It). Dicho de otras maneras, la corriente total se divide entre los
elementos que forman el circuito.
Circuito
paralelo en el hogar o industria
En los
circuitos paralelos se debe tener mucho cuidado ya que requieren de polo a
tierra. El polo a tierra es un sistema de protección al usuario de los aparatos
conectados a la red eléctrica. Consiste en una pieza metálica, conocida como Varilla de cooper Weld,
enterrada en suelo con poca resistencia y en los edificios se conecta a las
partes metálicas de su estructura.
Se conecta y distribuye por la
instalación por medio de un alambre desnudo de cobre y en el cable de los
aparatos es el cable de color verde. Debe llegar a través de los enchufes a
todos los aparatos.
Al conectar el voltímetro en
paralelo, así se prendan o no los bombillos, el voltímetro muestra en su
medición la misma tensión a voltaje que por lo regular es de 120V o 220V. El
amperímetro se conecta en serie y a medida que prendemos cada bombillo, cerrando
el switch correspondiente, nos marca el consumo en amperios. La corriente se
reparte entre los tres elementos, de acuerdo a su potencia. La unidad de
potencia es el vatio (W). El submúltiplo es el milivatio 1/1000W, y su múltiplo
es el KWH que son 1000 vatios.
I
total = I1 + I2 + I3
Potencia
= W
Los bombillos tienen impresa la
unidad de potencia en vatios. (en ingles Watts) y también su tensión en
voltios. Los electrodomésticos como; el televisor, equipo de sonido, licuadora
y la plancha, entre otros, traen impresa una ficha técnica con sus características
de consumo. Damos como ejemplo la ficha de un motor eléctrico.
|
IN 110 VAC
300 Watts
60 Hz
15000 RPM
|
Vatio = W 1.000 vatios son 1
kilovatio hora (KWh)
Kilovatio hora = potencia (W) x
Tiempo KWh = P x t
INSTALACIÓN EN CIRCUITO SERIE
Un circuito en serie es aquel, en el
que sus elementos están interconectados uno a tras otro, como los vagones del
tren. Si estos elementos son de igual potencia, la tensión aplicada en sus
extremos se reparte entre ellos en partes iguales.
Ejemplo:
2 bombillos de 120V c/u a 100W de
potencia, al conectarlos en serie, con una alimentación de 220V, tenemos
que se divide el voltaje en 2 y cada bombillo recibe 110V
Resistencia
La resistencia puede explicarse de
la misma manera, como en un tubo, a través del cual hacemos pasar un chorro de
agua, cuanto más delgado sea el tubo, ofrece mas oposición al paso del agua. De
la misma forma, los alambres, en cuanto más delgados sean, mas oposición
ejercerán al paso de los electrones, es decir, que presentan mayor resistencia
a la corriente. Los materiales ofrecen diferentes grados de resistencia. por
ejemplo: el oro es el mejor conductor de electricidad, esto quiere decir que es
el que opone menos resistencia. Le sigue la plata y luego el cobre, que sin ser
mal conductor, es económico, por lo tanto muy usado para fabricar conductores,
como las pistas de los circuitos impresos.
La unidad de
resistencia es el Ohmio. (Ω).
Un ohmio es la resistencia eléctrica
que hay entre dos puntos de un conductor, al que se le aplica una tensión
de un voltio, produciendo una corriente de un amperio.
Aplicación de la ley de OHM
La ley de ohm es útil cuando
deseamos calcular una corriente (si conocemos el voltaje y la resistencia),
calcular un voltaje (si conocemos la corriente y la resistencia) o calcular la
resistencia (si conocemos el voltaje y la corriente).
Ejemplos
I = V/R , I = 9/39
I = 0.23 Amperios
R = V/I , R = 3/0.3
R = 10 Ohmios
V = I*R , V = 0.5*10
V = 5 Voltios
Las resistencias o resistores
La
resistencia es un componente que hace oposición a la corriente. Se
utilizan para limitar o controlar el paso de corriente en los circuitos. El
símbolo es omega. (Ω)
Composición
Las resistencias electrónicas están
hechas a partir de materiales conductores y resistivos, como carbón prensado,
una película metálica y alambre, recubiertas en cerámica. Ajustando la
proporción entre los componentes, se logran los valores resistivos deseados. Se
tiene en cuanta la forma del resistor para efectos de alta frecuencia.
Las resistencias electronicas,
además de tener un valor en ohmios, tienen una tolerancia al calor producido
por el esfuerzo que realizan al oponerse a la corriente, que es medido en
vatios (W). Comercialmente se utilizan valores que varían desde 1/8w, hasta
20w.
Existen dos tipos de resistencias:
resistencias fijas y resistencias variables. Las resistencias fijas, como su
nombre lo indica, son aquellas que traen un valor fijo de fábrica. Estas pueden
tener una tolerancia entre el 5% y el 10%, de inexactitud, excepto las
resistencias de precisión.
Código
de colores de las resistencias
|
COLOR
|
1a CIFRA
|
2a CIFRA
|
MULTIPLICADOR
|
TOLERANCIA
|
|
|
Negro
|
|
0
|
1
|
|
|
|
Marrón
|
1
|
1
|
10
|
1%
|
|
|
Rojo
|
2
|
2
|
100
|
2%
|
|
|
Naranja
|
3
|
3
|
1000
|
|
|
|
Amarillo
|
4
|
4
|
10.000
|
|
|
|
Verde
|
5
|
5
|
100.000
|
|
|
|
Azul
|
6
|
6
|
1’000.000
|
|
|
|
Violeta
|
7
|
7
|
10’000.000
|
|
|
|
Gris
|
8
|
8
|
100’000.000
|
|
|
|
Blanco
|
9
|
9
|
1000’000.000
|
|
|
|
Plata
|
|
|
0.01
|
10%
|
|
|
Oro
|
|
|
0.1
|
5%
|
|
|
Ninguno
|
|
|
|
20%
|
|
El valor de
una resistencia fija común puede ser afectado por la temperatura a la que esté
expuesta, restándole resistencia. En los termistores la resistencia aumenta en
mayor grado. Los termistores, se aplican en circuitos de control de temperatura.
Las resistencias generan un ruido blanco o de Johnson, por movimiento aleatorio
de electrones, que generan corrientes pequeñas.
Otro tipo de
resistencias son las resistencias
variables, como los potenciómetros, reóstatos LDR’s y
Termistores (resistencias que dependen de la temperatura).
Potenciómetros
Los potenciómetros se clasifican en
logarítmicos y lineales. Los potenciómetros logarítmicos, varían
exponencialmente de acuerdo al movimiento del cursor, estos generalmente se
emplean para control de volumen en audio.
Los potenciómetros lineales, cambian
linealmente cuando se mueve el cursor. Así; Para cada grado de aproximadamente
270 grados de giro el incremento de resistencia es el mismo.
La manera de
identificar si un potenciómetro es logarítmico o lineal, es identificando la
letra que está entes de su valor. Los que están marcados con la letra B (B20K), son lineales y los
marcados con la letra A (A20K),
son logarítmicos. Para verificar si realmente un potenciómetro es lineal se
debe medir colocando el eje en la mitad del recorrido. Se coloca el multímetro
en la escala de ohmios de valor inmediatamente superior al valor del
potenciómetro y se mide entre el pin del centro y cada extremo. Si la medición
es simétrica (valores iguales), entonces es un potenciómetro lineal. Los
potenciómetros logarítmicos son más difíciles de conseguir. Al medirlos con su
eje en la mitad del recorrido da un valor de un lado más que del otro,
aproximadamente la octava parte en el lado izquierdo y el resto en el lado
derecho.
Los
potenciómetros son componentes electrónicos utilizados para ajustar niveles de
resistencia o tensión y en casos especiales, para obtener un valor de
resistencia no comercial o no predecible de antemano y llevar al circuito
dentro de los límites de funcionamiento.
Los potenciómetros de ajuste evitan casi siempre la utilización de componentes
de precisión en el circuito, permitiendo un ahorro en costos. Hace años era
común encontrar resistencias ajustables, actualmente casi no se usan, pues se
utiliza un potenciometro o reóstato dejando sin conectar uno de sus extremos.
Un potenciómetro consiste básicamente en una resistencia con una conexión
intermedia y móvil. Se utilizan como divisores de tensión, o como
resistencias ajustables, cuando no se conecta uno de sus extremos.
Al desarmar un potenciómetro podemos
ver sus diferentes partes. El cursor, contacto móvil, consiste en un
resorte de material conductor que ejerce cierta presión sobre la resistencia
fija para garantizar un buen contacto eléctrico. La parte mas importante es la
resistencia fija, que tiene dos terminales; la otra parte es el cursor que hace
contacto con esta resistencia y está unido al terminal central, este debe hacer
un buen contacto eléctrico, pero debe deslizarse muy suavemente para evitar
desgastar la resistencia sobre la que se mueve, los demás elementos mecánicos
permiten ensamblar todas las partes y facilitan el aislamiento entre el cursor
y los restantes terminales.
Los potenciómetros en tándem, nombre que reciben también los
potenciómetros dobles, se utilizan para variar simultáneamente la tensión, o la
resistencia en dos zonas del circuito o en dos circuitos diferentes. Pueden
conectarse de manera que aumenten su resistencia simultáneamente o invertir las
conexiones extremas de alguno de ellos para que uno aumente y otro disminuya.
Son utilizados en audio para manejar los dos canales del estéreo.
Es normal
encontrar dos potenciómetros independientes desde el punto de vista eléctrico,
pero accionados simultáneamente por el mismo eje. Habitualmente se utilizan en
equipos estereo, de esta manera se puede variar simultáneamente el volumen de
ambos canales.El
potenciómetro se representa como una resistencia con dos contactos en sus
extremos, entre los que se mide su resistencia nominal y una toma intermedia.
Cuando la toma intermedia se desplaza manualmente, es decir por un mando de
accionamiento manual y rápido se suele representar por una flecha, pero cuando
se trata de un elemento de ajuste que normalmente no se vuelve a tocar una vez
ajustado, se representa por un trazo.
Cuando el potenciómetro se utiliza como divisor de tensión, como en el
caso de los controles de volumen de audio, la tensión de salida se calcula
dividiendo la tensión de entrada por R y multiplicándola por R2. De esta manera
se disminuye la amplitud de la señal que el preamplificador entrega al amplificador de potencia
Los potenciómetros más populares son
los usados como controles de tono y volumen. Sin embargo, la parte visible es
en realidad el mando que permite actuar sobre el eje que mueve el cursor del
potenciómetro. A este se le llama perilla.
En el pasado los potenciómetros se
entregaban con un eje largo que se cortaba a la medida requerida del mando
utilizado.
La pista de los potenciómetros puede
ser de diversos materiales, esta debe ser uniforme para que la resistencia varié
también de forma uniforme al mover el cursor, evitando variaciones bruscas de
resistencia. La resistencia al desgaste depende de la utilización, por ejemplo;
un potenciómetro de volumen está diseñado para soportar constantes
manipulaciones, sin embargo, un potenciómetro de ajuste no es sometido a
trabajo pesado, por lo que es suficiente que se diseñe para soportar unas 20
manipulaciones.
No todos los potenciómetros tienen accionamiento
giratorio, los hay de accionamiento longitudinal en los que el curso se
desplaza en línea recta. Hay modelos de uso corriente y modelos para utilizar
en consolas de mezcla profesionales, se trata normalmente de componentes de
gran calidad para evitar ruidos por falsos contactos del cursor, además
permiten tener una imagen gráfica de su posición, lo cual los hace ideales en
los ecualizadores gráficos. A estos potenciometros se las llama faders.
Algunos conceptos básicos
Circuito Serie
En un circuito serie, la corriente
tiene un solo camino y el voltaje se divide. La resistencia total es igual a la
suma de las resistencias individuales:
I T = VT/RT
RT = R1 + R2
+ R3
RT = R1 + R2
+ R3
En el
circuito serie, la resistencia total es mayor a cualquiera de las resistencias
individuales. Además, la suma de las potencias individuales, es igual a la
potencia total.
Cuando circula una corriente a través de una resistencia, se produce una caída
de voltaje en ella, expresada como I x R de acuerdo a la ley de ohm.
En el circuito serie, el voltaje de
divide y la suma de voltajes es:
VT = V1 + V2
+ V3
Circuito
paralelo
I1 = V/R1
I2 = V/R2
I3 = V/R3
En el circuito paralelo, la
corriente toma varios caminos, por tanto, el voltaje se divide y es el mismo
para todo el circuito. Es decir (I) divide y (V) se mantiene. Además, en
el circuito paralelo la resistencia total es igual al inverso de la suma de los
inversos:
1/RT = 1/R1
+ 1/R2 + 1/R3
La
resistencia total RT es
menor que cualquiera de las resistencias
La corriente se divide tomando
caminos paralelos y la corriente total es:
IT = I1 + I2
+ I3
Todo circuito serie o
paralelo, puede reducirse a una sola fuente de voltaje con una sola resistencia
