medicion y analisis de circuitos electricos_3_guia n1

GUÍA DE ESTUDIO Nº 1 Modulo: Medición y Análisis de Circuitos Eléctricos

Profesor Ramón Flores Pino

Corporación de Capacitación y Empleo de la Sociedad de Fomento Fabril, SOFOFA

Liceo Industrial “Vicente Pérez Rosales” San Pablo 4660 Quinta Normal

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GUÍA Nº Profesor/a(s) Ramon Flores Pino

Nivel o Curso/s 3º D Electricidad

Unidad/Sub Unidad 1.- Variables Eléctr icas y circuitos resist ivos en Corriente Continua.

Contenidos 1.- Variables y magnitudes eléctricas en un circuito simple

2.- Ley de ohm, Potencia Eléctrica 3. Circuitos eléctricos ( Serie ,Paralelo y Mixto).

Aprendizajes Esperados 1.- Identifica las magnitudes eléctricas presentes en un circuito simple

2. -Aplica ley de Ohm y formulas de potencia en ejercicios de circuito simple

3.- Identifica tipos de conexión, las Variables presentes y relación entre ellas

INSTRUCCIONES:

1. Todos los contenidos aquí tratados si los quieres complementar, estan disponibles en la web 2. En el buscador de tu preferencia siempre realiza la pregunta como te gustaria hacerla, ejemplo: ¿Qué es la ley

de ohm? encontraras muchas alternativas de respuestas.- 3. Es conveniente que siempre desarrolles los ejercicios y preguntas propuestos para que aumentes

significativamente tu aprendizaje 4. No olvides que siempre debes tener una calculadora cientifica porque vas a tener que realizar calculos 5. Lee detenidamente los aprendizajes esperados ya que de estos se hara tu prueba final 6. Tendras la opcion de aclarar dudas en forma ONLINE o Presencial según las circunstancias

APOYO PARA EL LOGRO DEL PRIMER APRENDIZAJE ESPERADO: PRIMER APRENDIZAJE ESPERADO

1.- Identifica las magnitudes eléctricas presentes en un circuito simple

CONTENIDO

1.- Variables y magnitudes eléctricas en un circuito simple

DESARROLLO

TIPOS DE ENERGIA

“La Energía es algo que esta presente en la naturaleza y que jamás se pierde solo se transforma”.

La Energía se puede encontrar en varios tipos :

Energía Química, Energía Atómica , Energía Solar , Energía Eólica , Energía Cinética , Energía

Mareomotriz , Energía Hidráulica , Energía fotovoltaica , Energía Mecánica , Energía Termo solar ,

Energía Eléctrica , etc. .-

ELECTRICIDAD:

“ Es una fuerza natural que tiene su origen en la materia y que se manifiesta a

través de algún efecto como por ejemplo . Luz , Calor , Movimiento .-”

La materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y que tiene peso volumen y masa.- La

materia esta compuesta por moléculas y las moléculas por átomos.- Un átomo esta compuesto por dos

partes principales un núcleo y una envoltura.- En el núcleo están los protones que tienen carga eléctrica

positiva y en la envoltura los electrones que tienen carga eléctrica negativa .-





2

Por principio la materia tiende siempre a estar en equilibrio eléctrico , es decir que en sus átomos

exista la misma cantidad de electrones que protones ( Estado neutro ).- El fundamento de la electricidad

es entonces desequilibrar la materia a través de algún método que permita obtener átomos que le falten

electrones (ión positivo ) y átomos que le sobren electrones ( ión negativo ).- De acuerdo a lo anterior se

tienen entonces tres tipos de átomos ( o iones ) : Átomo neutro ( ión neutro ), Átomo positivo ( ión

positivo ), y Átomo negativo ( ión negativo ).-

Considerando lo anterior si se juntan en un solo lugar átomos negativos se crea un polo eléctrico

negativo, y en otro lugar átomos positivos se creará un polo positivo .- En el polo negativo sobran

electrones en el positivo faltan por lo que habrá entre ambos una diferencia de cargas eléctricas que se

denomina voltaje eléctrico.-

Como ya se sabe la materia tiende a esta siempre neutra ( igual N° de electrones que protones )

por lo que cualquier conductor eléctrico que una estos dos polos hará que los electrones del polo negativo

que sobran circulen hacia el polo positivo hasta quedar ambos neutros .-Esta circulación de electrones

desde el polo negativo al positivo da origen a una corriente eléctrica lo cuál es posible mientras exista

diferencia de cargas ( Voltaje ) entre ambos polos .-





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Pero de nada serviría unir los dos polos mediante un conductor ya que se produciría una gran

corriente eléctrica pero que no prestaría ningún beneficio.- Es por esto que entre ambos polos se conecta

un elemento que se oponga al paso de la corriente y que produzca algún beneficio, por ejemplo una

ampolleta ( produce luz ) , una estufa ( produce calor ) o un motor ( produce movimiento ) .- Cualquier

elemento que se oponga al paso de la corriente eléctrica pasa a ser una Resistencia eléctrica .-

Conclusión, En electricidad siempre se tendrán presentes tres magnitudes básicas :

Voltaje Eléctrico ; Fuerza eléctrica que hace posible que circule la corriente en un circuito.-

Corriente eléctrica : Es la circulación de electrones a través de un conductor en un circuito

eléctrico.

Resistencia eléctrica : Es la oposición de un cuerpo al paso de la corriente eléctrica a través de él .-

Todas estas magnitudes tienen una unidad de medida y se identifican con alguna letra :

El voltaje se mide en Volts y se identifica en un circuito con la letra V o también con la E.

La corriente se identifica con la letra I y se mide en Amperes

La resistencia se mide en Ohms y se identifica con la letra R.-

Cada Unidad de medida tiene a su vez múltiplos y submúltiplos

Múltiplos Unidad de

referencia

Submúltiplos

megaAmperes

( MA)

kiloAmperes

( kA)

Amperes

( A )

miliAmperes

(mA)

microAmperes

( µA )

nanoAmperes

( nA )

picoAmperes

( pA )

megaVolts

( MV)

kiloVolts

( kV) Volts

( V )

miliVolts

(mV)

microVolts (

µV )

nanoVolts

( nV )

picoVolts

( pV )

megaohms

( M Ω)

kiloOhms

( k Ω)

Ohms

( Ω )

miliOhms

(m Ω)

microOhms

( µ Ω )

nanoOhms

( n Ω )

picoOhms

( p Ω )

Ejercicios Propuestos

1.- ¿ A cuantos mA equivalen 2,35 A ?





4

2.- ¿ A cuantos mA y cuantos pA equivalen 55,8 nA?

3.- 220 Ω equivalen a ……………. kΩ

4.- Si una red de transmisión tiene 13,2 kV ¿ a cuantos volts equivale esta cantidad?

CIRCUITO ELECTRICO

Es un conjunto de elementos conectados entre si a través de los cuales circula una corriente

eléctrica.- Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:

1.- Fuente de alimentación : Es la que le entrega voltaje al circuito

2.- Interruptor : Es el que abre o cierra el circuito ( on – off )

3.- Fusible de protección : Es el que protege de sobrecargas de corriente al circuito

4.- Consumo o carga : Es el que transforma la Energía eléctrica en otra forma de

Energía

5.- Conductores : Son los que unen los diversos elementos del circuito y a

través de los cuales circula la corriente.-

El esquema de un circuito eléctrico utilizando los símbolos que representan a los cinco elementos que lo

componen es el siguiente:

Para efectos teóricos este circuito se puede representar en forma más simple

APOYO PARA EL LOGRO DEL SEGUNDO APRENDIZAJE ESPERADO: SEGUNDO APRENDIZAJE ESPERADO

2. -Aplica ley de Ohm y formulas de potencia en ejercicios de circuito simple

CONTENIDO





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2 . - Ley de ohm, Potencia Eléctr ica DESARROLLO

LEY DE OHM

“Es una ley que relaciona entre si las tres magnitudes eléctricas que están presentes en un circuito

eléctrico permitiendo saber el valor de una de ellas si se conoce

el valor de las otras dos.-”

Esta relación es a través de fórmulas matemáticas muy sencillas que son las siguientes:

Esta fórmula sirve para calcular el Voltaje en un circuito

Esta fórmula sirve para calcular la Intensidad de corriente en un circuito

Esta fórmula sirve para calcular la Resistencia en un circuito eléctrico

1.- Si en un circuito que tiene aplicado un voltaje de 220 v circula una corriente de 2 ( A ). ¿Que

resistencia tiene conectada? .-

Respuesta





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V = 220 V

I = 2 A

Para este caso se aplica la fórmula que permite calcular la resistencia:

V 220

R = -------- = ------- = 110 Ohms

I 2

2.- Si en un circuito que tiene aplicado 100 v esta conectada una Resistencia de 200 Ohms. ¿ Que

corriente circula por él ? .-

Respuesta

V = 100 V

R = 200 Ohms

Para este caso se aplica la fórmula que permite calcular Intensidad de corriente:

V 100

I = ---------- = ----------- = 0, 5 ( A )

R 200

3.- ¿ Que voltaje tendrá aplicado un circuito por el cuál circula una corriente de 3 ( A ) y tiene

conectada una Resistencia de 60 Ohms ?.-

Respuesta

I = 3 ( A )

R = 60 Ohms

Ahora se utiliza la fórmula que permite calcular el Voltaje:

V = I * R = 3 * 60 = 180 ( V )

POTENCIA ELECTRICA

“ Es la relación de conversión de Energía eléctrica en otra forma de Energía, como por ejemplo : en

Luz , Calor , movimiento etc ” .- La potencia eléctrica se mide en Watts .-

La fórmula para calcularla es la siguiente





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Ejemplo : En un circuito hay conectada una ampolleta a 220 v y por la cual circula una

Corriente de 0,5 A ¿ Que potencia tiene esta ampolleta ? .-

Solución : P = V * I = 220 * 0,5 = 110 Watts

De la fórmula anterior se pueden obtener dos fórmulas más que permiten calcular

Corriente y voltaje .-

a) . Para calcular Corriente :

Ejemplo : ¿ Que corriente circulará por una estufa de 1500 w que está conectada a

220 v ?.-

P 1500

Solución : I = ------ = ---------- = 6,81 A

V 220

b) Para calcular Voltaje :

Ejemplo: ¿A que voltaje estará conectada una ampolleta de 100 w, por la cuál circula una

corriente de I = 2 A ? .

P 100

Solución: V = --------- = ---------- = 50 ( v )

I 2

EL HP

El Hp es una unidad de medida que también suele utilizarse para expresar la potencia

Eléctrica en máquinas eléctricas.- HP viene del idioma Inglés Horse Power que significa en

Español Caballo de Fuerza.-





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Esta unidad tiene una equivalencia en Watts que es la siguiente :

Esta equivalencia permite calcular el consumo de corriente de una máquina eléctrica cuando

su potencia esta dada en HP, ejemplo :

¿ Que corriente consumirá un motor monofásico de 2 Hp conectado a 220 v ? .-

Respuesta :

Dado que un Hp = 746 Watts , 2 Hp tienen el equivalente en watts de :

HP = 746 * 2 = 1492 Watts

Con este valor se puede calcular la corriente del motor a partir de la fórmula

P 1492

I = --------- = ---------- = 6,78 ( A )

V 220

1HP = 746 Watts





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La siguiente es una tabla de equivalencias de algunos valores típicos de HP :

HP

Watts

1

=

746

3 / 4

=

559 , 5

1 / 2

=

373

1 / 4

=

186 , 5

1 / 8

=

93 , 25

1 / 1

=

46 , 62

1 / 32

=

23 , 31

1 / 64

=

11 , 65

/ 128

=

5 , 82

POTENCIA Y LEY DE OHM

La potencia, la Corriente, el Voltaje y la Resistencia, también se pueden calcular a partir de otras

fórmulas si se hace una relación matemática entre las ya conocidas, de la siguiente forma:

Por Potencia se sabe:

a). b ). c).

Por ley de Ohm ;

d). ( Volts e). f).

Si se reemplaza el valor de V por ley de Ohm ( fórmula d ) , en la de Potencia , se tiene ;





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P = I * R * I g)

Se obtiene otra fórmula para calcular potencia .-

Si ahora se reemplaza el valor de I por ley de Ohm, en la fórmula de potencia se obtiene

V h).

P = V . ------

R

Otra fórmula para calcular potencia .-

De estas dos últimas fórmulas se obtienen otras de las ya conocidas para calcular: Voltaje , Corriente y

Resistencia

Si de la fórmula g, se despeja la Resistencia R

i ).-

Se obtiene otra forma de calcular Resistencia Eléctrica .

De esta fórmula ( i ) si se despeja la Corriente I

j ).-

Nace otra fórmula para calcular Corriente Eléctrica.-

Siguiendo, si ahora se despeja de la fórmula ( h ) la Resistencia R , se tiene :

k ).

Otra forma de calcular Resistencia Eléctrica





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Finalmente de esta última fórmula ( k ) se despeja el Voltaje :

l ) .

Se obtiene otra fórmula para calcular Voltaje eléctrico

RESUMEN DE FORMULAS

PARA CALCULAR VOLTAJE ELECTRICO

PARA CALCULAR INTENSIDAD DE CORRIENTE

PARA CALCULAR RESISTENCIA ELECTRICA

PARA CALCULAR POTENCIA ELECTRICA





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Ejercicios Propuestos

1.- ¿Que corriente consumirá un motor eléctrico de 3,53 Hp, monofásico conectado a 220 V?

2.- ¿Que resistencia tendrá un consumo conectado a 28 v y por el cual circulan 75 mA?

3.-¿ Que potencia disipara una resistencia de 100 Ω conectada a 0,05 kV?

APOYO PARA EL LOGRO DEL TERCER APRENDIZAJE ESPERADO:

TERCER APRENDIZAJE ESPERADO 3.- Identifica tipos de conexión, las Variables presentes y relación entre ellas CONTENIDO 3. Circuitos eléctr icos ( Serie ,Paralelo y Mixto). DESARROLLO

CIRCUITO SERIE

“Es aquel en que los consumos eléctricos

Están conectados uno a continuación del otro”. -

Ejemplo

Figura - 1 –

Para resolver un circuito serie se aplican las siguientes leyes :

1.- La Intensidad de corriente es la misma en todo el circuito .-

2.- Rt = R1 + R2 + R3 + .......... (Según las R que tenga el circuito en este caso

el circuito tiene tres ) .-

3.- Vt = V1 + V2 + V3 + .......... (Según las caídas de voltaje, en este caso son

tres caídas ) .-

4.- Pt = P1 + P2 + P3 + ……..

Observaciones

-- Rt = Es la resistencia total del circuito

-- V1 , V2 , V3 = Son caídas de voltaje en el circuito

-- Caída de voltaje = Es el voltaje que se produce cada vez que una corriente pasa

por una resistencia .-





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-- Pt = Potencia total que se produce en el circuito .-

-- En este circuito cuando un consumo (cualquiera de ellos) falla, se interrumpe el circuito.

Ejercicio: En el circuito de la figura - 1 - se tienen los siguientes valores:

R1 = 20 Ohms

R2 = 40 Ohms

R3 = 60 Ohms

Vcc = 20 V

Se pide calcular :

a).- Rt d).- Comprobar el Vt

b).- It e).- P1 , P2 , P3 , Pt

c).- V1 , V2 , V3 ,

Solución :

a). Rt ; se calcula a partir de la fórmula:

Rt = R1 + R2 + R3 = 20 + 40 + 60 = 120

b).- It : Se calcula por ley de Ohm con la fórmula de corriente :

V 20

I = ---- = ----- = 0,1666 ( A )

Rt 120

c).- Las caídas V1,V2,V3, se calculan por ley de Ohm con la fórmula de voltaje :

V1 = It * R1 = 0,16666 * 20 = 3,33 ( v )

V2 = It * R2 = 0,16666 * 40 = 6,66 ( v )

V3 = It * R3 = 0,16666 * 60 = 9,99 ( v )

Es decir no funciona





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d).- Vt ; Para comprobar el Vt se aplica la ley que dice “ la suma de las caídas de

voltaje en un circuito es igual al voltaje total ” , o sea :

Vt = V1 + V2 + V3 = 3,33 + 6,66 + 9,99 = 19,98 ( v ) (debería ser

20 v pero es solo por los decimales).-

e).- Las potencias parciales y la total se calculan en este caso con la fórmula

de potencia

P1 = V1 * It = 3,33 * 0,16666 = 0,5549 (w)

P2 = V2 * It = 6,66 * 0.16666 = 1,1099 (w)

P3 = V3 * It = 9,99 * 0.16666 = 1,6649 (w)

Pt = P1 + P2 + P3 = 0,5549 + 1,1099 + 1,6649 = 3,3297 (w)

O también Pt = Vt * It = 20 * 0,16666 = 3,3332 (w)

Ejercicio Propuesto

En un circuito serie con cinco ( 5 ) resistencias donde cada una tiene los siguientes valores :

R1 = 40 , R2 = 100 , R3 = 330 R4 = 60 R5 = 270

y la fuente es Vcc = 50 (v)

Se pide :

a).- Dibujar circuito d).- V1, V2, V3, V4, V5

b).- Rt e).- Comprobar el Vt

c).- It f).- P1, P2, P3, P4, P5, Pt

P = V * I





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CIRCUITO PARALELO

“ Es aquel donde los consumos eléctricos , en uno de sus extremos (Terminales) está conectado a un punto común y el otro extremo a otro punto común” .-

Ejemplo

Figura -2-

Para resolver un circuito paralelo se aplican las siguientes leyes : 1.- El Voltaje es igual para todos los consumos

2.- It = i1 + i2 + i3 + .......... (según los consumos que tenga el circuito )

3.- La Resistencia equivalente

4.- Si el circuito tiene solo dos ( 2 ) resistencias :

5.- Pt = P1 + P2 + P3 + ……..

Req. = En un circuito paralelo se habla de Resistencia equivalente que

corresponde a la resistencia que presenta el circuito y su valor

es siempre

“ Menor que la menor de las resistencias que tenga el circuito ”





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-- i1 + i2 + i3 = Son las corrientes parciales que tiene el circuito

--En este circuito si algún consumo falla no afecta a los demás consumos

es decir ;

Ejercicio Si en el circuito de la figura –2- se tienen los siguientes valores : R1 2 3 y el voltaje Vcc = 40 v Se pide calcular : a).- Req. b).- i1 , i2 , i3 , It c).- P1 , P2 , P3 , Pt Solución : a).- Para calcular la Req. Se utiliza la fórmula respectiva que nos dan las leyes de este circuito :

b),. Las corrientes parciales: estas se calculan por ley de Ohm ;

c).- Las potencias: En este caso se aplica la fórmula de potencia ya conocida :

P1 = V * i1 = 40 * 0,4 = 16 w

Sigue funcionando .-





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P2 = V * i2 = 40 * 0,2 = 8 w

P3 = V * i3 = 40 * 0,1 = 4 w

Pt = P1 + P2 + P3 = 16 + 8 + 4 = 28 w

Ejercicio propuesto :

En un circuito paralelo de cinco Resistencias , se tienen los siguientes valores :

R1 = 60 R2 = 100 R3 = 20 R4 = 80 R5 = 150

y por este circuito circula una corriente total de 2 A .-

Se pide :

a).- Dibujar circuito

b).- Req.

c).- i1 , i2 , i3 ,i4 , i5

d).- P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , Pt

CIRCUITO MIXTO

“ Es aquel donde los consumos están conectados en serie y paralelo ”

Ejemplo :

Figura -1-

En este circuito R1 y R4 están en serie con R2 y R3 pero a su vez R2 con R3 están en paralelo entre si , es decir los consumos están conectados en forma mixta :- Leyes para resolver un circuito mixto :

Como es un circuito que tiene conexiones en serie y en paralelo se aplican las leyes

ya conocidas para resolver estos circuitos .-





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Ejercicio : En el circuito de la figura -1- se tienen los siguientes datos : R1 = 40 R2 = 20 R3 = 30 R4 = 28 y un Vcc = 120 v Se pide calcular : a).- Rt b). It c). V1, V23, V4

d). i1 , i2 e) . P1 , P2 , P3 , P4 , Pt Solución : a). Para calcular Rt primero se debe resolver la Req. Entre R2 y R3 y de estas dos obtener una R. Como están en paralelo y son solo dos se aplica la fórmula respectiva :

Con este cálculo el circuito se transforma en un circuito serie , quedando de la siguiente

forma

Ahora se aplica la fórmula de Rt para circuito serie :

Rt = R1 + R23 + R4 = 40 + 12 + 28 = 80 b) . It Para calcular It se aplica la ley de Ohm

c) . El valor de las caídas de voltaje V1 , V23, V4 : Nuevamente se aplica la ley de Ohm con la fórmula de voltaje : V1 = It x R1 = 1,5 x 40 = 60 v

V23 = It x R23 = 1,5 x 12 = 18 v

V4 = It x R4 = 1,5 x 28 = 42 v





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También debe cumplirse que

Vt = V1 + V23 + V4 = 60 + 18 + 42 = 120 v

d) . Las corrientes parciales i1 , i2 : Se calculan a partir de la ley de Ohm ;

e) . las potencias : para este caso se utiliza la fórmula de potencia respectiva :

P1 = V1 x It = 60 x 1,5 = 90 w

P23 = V23 x It = 18 x 1,5 = 27 w

P4 = V4 x It = 42 x 1,5 = 63 w

Pt = P1 + P23 + P4 = 90 + 27 + 63 = 180 w Ejercicio propuesto : Dado el siguiente circuito;

Si los valores son : R1 = 30 , R2 = 200 , R3 = 100 , R4 = 400 , R5 = 300 , , R6 = 470 , R7 = 180 , Vcc = 500 v Se pide calcular : a) . Rt b) . It c) . V1 , VAB , V67 d) . i1 , i2 , i3 , i4 , i5 d) . V3 , V4 e) . P1 , P2 , P3

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