Electricidad 1 Dispositivos, Circuitos y Materiales 9 Ed. - Thomas Kubala.pdf

ELECTRICIDAD 1 DISPOSITIVOS, CIRCUITOS Y MATERIALES NOVENA EDICIÓN

THOMAS KUBALA

ELECTRICIDAD 1

Autor THOMAS KUBALA

Revisor Técnico ING. SATURNINO FERNÁNDEZ UTN - Facultad Regional Buenos Aires

ELECTRICIDAD 1 DISPOSITIVOS, CIRCUITOS Y MATERIALES

THOMAS KUBALA

NOVENA EDICIÓN

ELECTRICIDAD 1. DISPOSITIVOS, CIRCUITOS Y MATERIALES Novena Edición Thomas Kubala

Revisor Técnico Ing. Saturnino Fernández

Directora General Susana de Luque Coordinadora de Marketing y Producción Luciana Rabuffetti Traducción Studio Dav Diseño Sebastián Escandell Verónica De Luca Traducido del libro ELECTRICITY 1. DEVICES, CIRCUITS, AND MATERIALS Ninth Edition Publicado en inglés por Delmar Cengage Learning © 2009

Copyright D.R. 2009 Cengage Learning Argentina, una división de Cengage Learning Inc. Cengage Learning™ es una marca registrada usada bajo permiso. Todos los derechos reservados.

Rojas 2128. (C1416CPX) Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina. Tel: 54 (11) 4582-0601 Para mayor información, contáctenos en www.cengage.com o vía e-mail a: [email protected] Impreso en Artes Grácas Buschi S.A. Tirada de 2000 ejemplares Impreso en Argentina. 1 2 3 4 5 - 11 10 09 08 07

Kubala, Thomas Electricidad 1: dispositivos, circuitos y materiales / Thomas Kubala; adaptado por Saturnino Fernández 9a ed. - Buenos Aires, Cengage Learning Argentina, 20 11. 188 p.; 18.7 x 23.5 cm. E-Book. ISBN ELECTRÓNICO 978-987-1486-62-5 1. Electricidad. 2. Circuitos. I. Título. CDD 621.319 21 Fecha de Catalogación: 31/05 /2011

División Latinoamérica

Cono Sur Rojas 2128 (C1416CPX) Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina www.cengage.com.ar México Corporativo Santa Fe 505, piso 12 Col. Cruz Manca, Santa Fe 05349, Cuajimalpa, México DF www.cengage.com.mx Pacto Andino Carrera 90 #17b-39, Bodega 27 Bogotá, Colombia www.cengage.com.co El Caribe Metro Ofce Park 3 - Barrio Capellania Suite 201, St. 1, Lot. 3 - Code 00968-1705 Guaynabo, Puerto Rico www.cengage.com

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CONTENIDO 1 2

Prefacio

vii

INTRODUCCIÓN

1 TEORÍA DEL ELECTRÓN Y LEY DE OHM

7

3

CIRCUITOSEN SERIE

15

4

CIRCUITOSPARALELOS

23

5 6ENERGÍA ELÉCTRICA Y POTENCIA

CIRCUITOSMIXTOS

TERÍAS

7 8 9

33 41 49

CONDUCTORES ELÉCTRICOS Y TAMAÑOS DE CABLES

59

CAÍDA DE TENSIÓN EN LOS CONDUCTORES

67

10 RESUMEN DE REVISIÓN DE LAS UNIDADES 1-9

75

io

11 IMANES Y CAMPOS MAGNÉTICOS 12

ELECTROMAGNETISMO

83 89

13GENERACIÓNDE FUERZA ELECTROMOTRIZ

97

14 PRINCIPIOSDE MOTORES DE CORRIENTECONTINUA

107

15

113

RESUMENDE REVISIÓN DE LAS UNIDADES 11-14

16

CIRCUITOSDETIMBRE TÍPICOS

17

119

INTERRUPTORESPAR EL CONTROL DE LOS CIRCUITOSDE ILUMINACIÓN

18

MATERIALESPARA CABLEADO

19

127 137

SISTEMAS DE COMANDO A DISTANCIA PARA CIRCUITOSDE ILUMINACIÓN

20 RESUMEN DE REVISIÓN DE LAS UNIDADES16-19 Anexo

157 165 171

173 175

PREFACIO Esta edición de ELECTRICIDAD 1 se ha actualizado para ref lejar los material es y las técnicas actuales en aplicaciones eléctricas, manteniendo al mismo tiempo las características que lo convirtieron en un texto tan popular a lo largo de las ediciones anteriores. Los resúmenes se encuentran al final de cada unidad y se han incluido varios problemas nuevos en las secciones Revisión de Logros. ELECTR ICIDAD 1 ayuda al estud iante a lograr una comprensión básica acerca de la teoría eléctrica y su aplicación en dispositivos, circuitos y materiales. El conocimiento adquirido a través del estudio de este libro permite al estudiante avanzar en otros estudios. El desarrollo y el estudio del tema de la electricidad son procesos continuos. La industria eléctrica incorpora constantemente dispositivos y materiales nuevos y mejorados, que a su vez y con frecuencia conducen a cambios en las técnicas de instalación. Los códigos eléctricos sufren revisiones periódicas para mejorar la seguridad y la calidad de las instalaciones eléctricas. El libro es de fácil lectura y se presentan los temas en una secuencia lógica. Los problemas proporcionados en el libro requieren el empleo de álgebra simple para su resolución. Se le advierte al estudiante que el movimiento de electrones (de negativo a positivo ) se utiliza en este libro para definir la dirección

de la corriente. Cada unidad comienza con objetivos que advierten a los estudiantes sobre el conocimiento que se espera que aprendan como resultado del est udio de la unidad. Una Revisión de Logros al f inal de cada unidad evalúa la comprensión del estudiante para determinar si se han cumplido los objetivos. A continuación de los grupos seleccionados de unidades (Unidades 1-9, Unidades 11-14 y Unidades 16-19),

se incluye una unidad de revisión que contiene preguntas y problemas adicionales para evaluar la comprensión del estudiante de una bloque de información. Esta combinación de revisiones es fundamental para el proceso de aprendizaje requerido por el libro. Todos los estudiantes de electricidad encontrarán este libro muy útil, en especial aquellos que participan en programas de formación profesional, en escuelas comerciales y técnicas y en diversos programas ocupacionales. Se recomienda tener disponible como referencia la edición más reciente del Código Eléctrico Nacional® (publicado por la Asociación Nacional para la Prevención de Incendios) cuando los estudiantes utilizan ELECTRICIDAD 1. Asimismo deben consultarse las normas locales y estatales aplicables cuando se realizan instalaciones verdaderas, específicamente las NORMAS IRAM.

Las características de la novena edición comprenden: • • • • • •

Soluciones ejemplo en diversas unidades. Problemas desafiantes en las revisiones de logros. Gran cantidad de problemas nuevos para la práctica del estudiante. Validez acorde a la edición más reciente del Código Eléctrico Nacional®. Contenido actualizado en base a las sugerencias propuestas por los profesores. Resúmenes en todas las unidades.

vii

REVISOR TÉCNICO Ing. Fernández, Saturnino. Electrotécnico en E.N.E.T N°1 “Ing. Otto Krause”; Ingeniero en Electrónica en la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Buenos Aires. Docente en las áreas de Eléctrica y Electrónica en ámbitos técnico-secundarios y universitarios desde el año 1980, Electrónica Industrial, I nstalaciones Eléctricas, Teoría de Circuitos, Electrónica Aplicada, Técnicas Digitales, entre otras. Profesional independiente orientado al área de sistemas informáticos: diseño e implementación de redes estructurales, provisión y puesta en marcha de puntos de venta fiscales, instalación de sistemas operativos y aplicaciones cliente-servidor, proyectos “llave en mano”, cursos de perfeccionamiento y capacitación.

viii

ECUACIONES EN BASE A LA LEY DE OHM

E

E = IR I

I

=

R R =

E I

P = IE

P

I I

E R

=

E E =

P E P I

ix

U•N•I•D•A•D

1

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Enumerar las áreas de trabajo con las que trabajó el estudiante de electricidad. • Debatir la ética y las calificaciones necesarias para la formación profesional en electricidad. • Describir el programa educativo y debatir sus valores.

Al comenzar un nuevo programa de estudio, la persona debe conocer perfectamente la naturaleza del programa, sus valores y requisitos. Esto resulta especialmente impor tante cuando el programa implica

la capacitación para una profesión continua y duradera.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMACIÓN PROFESIONAL La formación profesional en electricidad constituye uno de los oficios básicos yendestrezas la industria de la construcción. Se trata de un oficio en el que se reconocen y premian las aptitudes de un individuo. La formación requerida incluye las siguientes áreas: instalación eléctrica en nuevas construcciones, renovación de la instalación eléctrica en construcciones viejas, mantenimiento y reparación eléctrica, localización y solución de problemas en equipos e instalaciones eléctricas. Muchas de estas áreas son comunes a los campos de potencia y electrónica. El trabajo implicado en todos estos campos está estrecha mente relacionado a losconceptos técnicos

y teóricos de la electricidad que sólo una persona capacitada puede realizar. Esto es totalmente cierto en el campo de la electrónica. Debido a que se utilizan cada vez más equipos electrónicos, se espera que el electricista sea capaz de instalar y mantener estos equipos. Por lo tanto, el electricista aprendiz debe adquirir la información técnica relacionada.

CONDICIONES LABORALES DE LA PROFESIÓN El entorno y las condiciones laborales del electricista profesional son favorables. Se puede trabajar

tanto en exteriores como en interiores. Las horas de trabajo y las condiciones le permiten al trabajador eléctrico encontrar placer mientras realiza un trabajo de primera clase. En muchos trabajos, los oficiales

tienen la oportunidad de tratar con los clientes; por lo tanto, la conducta personal del trabajador experi-

1

2

Unidad 1 Introducción ►

mentado afecta el progreso futuro de la profesión y la industria. La formación profesional en electricidad requiere un alto grado de responsabilidad de parte del técnico capacitado ya que esta persona estará a cargo

de interconectar y construir complejos sistemas eléctricos, los cuales están controlados por códigos de construcción locales y estatales, el Código Eléctrico Nacional® y las NORMAS IRAM. Como resultado, el trabajo requiere de técnicos calificados.

OPORTUN IDADES EN LA PROFESIÓN El interés general del público en la construcción de edificios en la actualidad requiere de una mayor

cantidad de electricistas altamente calificados. Mientras que los hogares modernos, las oficinas y las fábricas requieren un mayor nivel de competencia en los trabajos eléctricos. El aumento constante de los nuevos tipos de construcciones, los nuevos equipos eléctricos y sus nuevos usos ofrecen crecientes oportunidades laborales para los electricistas calificados. El uso cada vez más amplio de los equipos electrónicos en el campo de la energía ha demostrado la necesidad de capacitación avanzada por parte de los electricistas. Los avances tecnológicos han generado nuevas mejoras, ideas y procesos. El aprendiz debe estar familiarizado de estos descubrimientos para avanzar en la profesión. El creciente uso de esta información por parte de los electricistas convierte a la profesión en un oficio más interesante y atractivo. El aprendiz

puede convertirse en un oficial de primera clase a través de la comprensión de nuevas fases del campo eléctrico. Un oficial de primera clase puede avanzar hasta alcanzar el puesto de capataz o contratista. La profesión requiere de individuos con un conocimiento total de las fases técnicas y prácticas del oficio, incluidos aquellos que pueden supervisar a los trabajadores durante el trabajo. Algunos de los campos que ofrecen oportunidades son la construcción eléctrica, construcción de líneas, instalación de cables, sistemas de señalización, sistemas de iluminación y energía, mantenimiento

y reparación de motores eléctricos, servicio de reparación de equipos y aparatos en electrónica industrial. Debido a las crecientes demandas de nuestra sociedad, las nuevas oportunidades se desar rollan con rapidez.

ÉTICA PROFESIONAL A los electricistas se los evalúa por la calidad de su trabajo y su actitud para con sus compañeros, empleadores y el público. Un buen electricista se enorgullece por realizar un trabajo de calidad y ofrece un día de trabajo honesto a cambio del pago honesto por dicho día. En cada una de las actividades se espera un trabajo preciso y completo, incluido el manejo seguro de los materiales (Figura 1-1). La mayor parte del trabajo se realiza en forma individual y sin supervisión.

REQUISITOS DE EMPLEO Educativos El estudiante debe ser graduado de la escuela superior o equivalente, y tener ganas de aprender las habilidades y la información necesarias para tener éxito en la profesión. Se espera que el estudiante posea un conocimiento básico de matemática ya que esto ayuda a comprender fórmulas eléctricas importantes y necesarias.

Unidad 1 I ntroducción ►

3

Físicos La persona debe ser lo suficientemente fuerte para llevar a cabo determinadas tareas ya que este oficio requiere una considerable cantidad de movimientos, escalar y trabajar bajo condiciones que demandan fuerza muscular. El estudiante debe tener un buen estado general de salud. Figura 1-1 – Manejo seguro.

Generales Al estudiante debe gustarle trabajar con equipos eléctricos y debe interesarse por la teoría general de la electricidad. Debe gustarle trabajar con otros en forma cooperativa. Los electricistas por lo general

trabajan de a dos y también con personas de otros sindicatos. La profesión requiere una afición tanto por el trabajo en exteriores como en interiores y una buena disposición a compartir el trabajo manual.

EL VALOR DE LOS PROGRAMAS DE APRENDIZAJE • El aprendizaje es una experiencia educativa. • Un programa de aprendizaje proporciona una capacitación organizada. • Un aprendizaje controlado reúne los factores fundamentales necesarios para convertirse en un

técnico calificado. • El aprendizaje es un medio práctico y eficaz para capacitar a un técnico calificado. • Un programa de aprendizaje es beneficioso tanto para el aprendiz, el empleador, el sindicato y la

sociedad ya que todos obtienen trabajos de mejor calidad. • Los electricistas exitosos logran resultados de acuerdo con sus conocimientos y habilidades.

Contar con los requisitos más altos es una ventaja.

4

Unidad 1 Introducción ►

Figura 1-2 – Casco y antiparras protectoras.

RESPONSABILIDADES Los programas educativos asociados con las experiencias laborales le brindan al estudiante la oportunidad de a dquirir el conocimiento y las habilidades necesarias para convertirse e n un técnico calificado. Es responsabilidad del aprendiz aprovechar al máximo estas oportunidades. Se espera que los estudiantes se interesen por su trabajo, que deseen aprender para poder adaptarse

a las necesidades de la organización del empleador, que planifiquen y organicen su trabajo de manera eficiente, que sean emprendedores y sepan cómo conservar los materiales. Se espera además que los estudiantes sean puntuales, que mantengan una buena salud, que desarrollen iniciativas y capacidad de liderazgo, que cooperen de diferentes maneras, sean prolijos en su apariencia y empleen procedimientos de trabajo seguros en todas las ocasiones con el equipo apropiado (Figura 1-2). Se espera que los estudiantes estén actualizados acerca de nuevos hechos, ideas y procedimientos.

Debido a que también se espera la continuación del aprendizaje mientras se avanza, el aprendiz debe prepararse para asistir a la escuela para adquirir la capacitación técnica y específica necesaria.

EL PROGRAMA DE CAPACITACIÓN RELACIONADA Por lo general, un programa de aprendizaje requiere la asistencia del estudiante a clases de temas relacionados por una cantidad mínima de horas. La duración del período de aprendizaje en la profesión de electricista por lo general comprende cinco años. En determinadas localidades, el tiempo dedicado a la capacitación relacionada no se clasifica como tiempo de trabajo y por lo tanto no es pago, mientras que otras localidades, la asistencia a la escuela se considera tiempo de trabajo por lo que el estudiante recibe un pago según la tarifa salarial imperante. El programa de capacitación consiste en cursos en base a las divisiones deltrabajo dentro del oficio, por ejemplo cableado residencial, cableado comercial, cableado de una planta industrial, mantenimiento y reparación. Cada curso incluye información, tal como ciencia del oficio, matemática del oficio y teoría

y práctica del oficio.

Unidad 1 I ntroducción ►

5

Si los estudiantes ingresan a un programa de capacitación relacionada al mismo tiempo en que se dicta el curso, recibirá la capacitación en la forma habitual por medio de la asistencia a clases. Si el curso de capacitación relacionada no se dicta en el momento en que los estudiantes ingresan al programa, la información se adquirirá a través del estudio personal, bajo la supervisión y la asistencia de un instructor.

Se espera que los estudiantes proporcionen sus propios materiales, tales como libros de texto, apuntes y cuadernillos de ejercicios, según la recomendación del instructor.

RESUMEN Los electricistas y los trabajadores eléctricos de toda clase se solicitan con mucha frecuencia hoy en día. El pago se relaciona directamente con el conocimiento y las habilidades de los trabajadores y su

capacidad de mantenerse actualizados acerca de los cambios en la industria. Es fundamental la compren-

sión sólida de los conceptos eléctricos. Los programas de aprendizaje se encuentran en la mayoría de las comunidades en todo el país, además de las oportunidades de capacitación relacionada en las escuelas locales y en los colegios técnicos municipales.

REV ISIÓN DE LOGROS 1. Mencione tres campos que ofrecen oportunidades en la profesión. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Describa brevemente los requisitos educativos y físicos para el empleo. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

3.

A los electricis tas se los evalúa por la __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ de su trabajo y por su __ ___ __ ___ __ __ ___ __ _ para con sus compañeros de trabajo, empleadores y el público.

4. Seleccione la mejor respuesta. El aprendizaje es una experiencia __ __ __ __ __ __ __ __. a. educativa b. desorganizada

c. control codificada d. sin

U•N•I•D•A•D

2

TEORÍA DEL ELECTRÓN Y LEY DE OHM OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • • • •

Enumerar las propiedades fundamentales de la materia. Describir la estructura de un átomo. Explicar los conceptos eléctricos básicos de corriente, tensión, resistencia y polaridad eléctrica. Definir la ley de Ohm.

MATERIA Todo aquello que ocupa un espacio y tiene peso se denomina materia. Todos los líquidos, gases y sólidos son ejemplos de materia en diferentes formas. La materia está constituida por unidades más pequeñas llamadas átomos.

ÁTOMOS Un átomo se parece al sistema solar con el sol como centro alrededor del cual gira una serie de planetas, tal como se muestra en la Figura 2-1. En el átomo, existe una masa relativamente más grande en el centro que se llama núcleo. Los electrones giran con patrones orbitales alrededor del núcleo. Figura 2-1 – Estructura atómica del helio.

ELECTRON ÓRBITAS DE ORBITS ELECTRONES

ELECTRONES ELECTRONS

PROTONS PROTONES Y AND

NUCLEUS NÚCLEO

NEUTRONES NEUTRONS

7

8

Unidad 2

►

Teoría del Electrón y Ley de Ohm

CARGA ELÉCTRICA Se dice que un material tiene carga eléctrica cuando atrae o repele otro material con dicha carga. Un material puede tener una carga eléctrica positiva o negativa. Dos objetos con carga positiva se repelen. Dos objetos con carga negativa también se repelen. Dos objetos con cargas opuestas se atraen entre sí.

PROTONES Y NEUTRONES Parte del núcleo de un átomo está compuesto por protones. Cada protón posee una carga eléctrica positiva y atrae electrones; los neutrones forman la parte restante del núcleo. Los neutrones son eléctricamente neutros. No pueden atraer ni repeler otras cargas.

ELECTRONES Uno o más electrones giran constantemente alrededor del núcleo de un átomo a( sí como los planetas giran alrededor del sol). Los electrones poseen una carga eléctrica negativa y son mucho más livianos en

peso que los protones. Todos los electrones son similares independientemente de los átomos de los que forman parte. Un átomo contiene la misma cantidad de electrones y protones. Por ejemplo, el átomo de aluminio posee trece electrones y trece protones.

CORRIENTE Los electrones en movimiento generan una corriente eléctrica. Los cables de cobre se utilizan con frecuencia para transpor tar la corriente eléctrica (los electrones en movimiento ). Para cada átomo de cobre en el cable, los electrones giran alrededor del núcleo. Cuando se aplica presión eléctrica (tensión) de unadebatería o generador, posible salir del a los electrones de sus trayectos circulares y hacerlos pasar un átomo a otro a loeslargo de lahacer longitud cable (conductor). Cuanto mayor sea la cantidad de electrones que pasen por un punto determinado de un circuito, mayor será la intensidad de la corriente. La intensidad de una corriente eléctrica se mide en amperes (A). El instrumento que se utiliza para medir la corriente se denomina amperímetro tal como se muestra en

la Figura 2-2. El amperímetro debe conectarse en serie con otros dispositivos del circuito. La letra “I” se utiliza para representar la cantidad de corriente de un circuito.

Tipos de corriente Los siguientes tres tipos de corriente se muestran en la Figura 2-3: •

Corriente continua (CC) es el movimiento de los electrones en una única dirección en un con-

ductor. •

•

Corriente continua pulsatoria es la corriente en una única dirección y cuya intensidad varía a

intervalos regulares de tiempo. Corriente alterna (CA) es una corriente que cambia en cuanto a dirección e intensidad a intervalos regulares de tiempo.

Unidad 2 Teoría del Electrón y Ley de Ohm

9

►

Figura 2-2 – Amperímetro en línea.

Figura 2-3 – Tipos de corrientes eléctricas. E T T N N E IE 0 R R U O C

0 TIME TIEMPO

DIRECT CURRENT CORRIENTE CONTINUA

0 TIME TIEMPO

CORRIENTE CONTINUA PULSATING DIRECT CURRENT PULSATORIA

TIME TIEMPO

CORRIENTE ALTERNATING CURRENT ALTERNA

TENSIÓN Un circuito cerrado y una fuente de diferencia de potencial eléctrica son necesarios para producir una corriente eléctrica. La diferencia de potencial eléctrica, conocida como tensión, se obtiene de muchas

fuentes. Los generadores se utilizan ampliamente para instalaciones de CA y CC de alta potencia. Las baterías de almacenamiento son de uso extendido para alimentación de CC en automóviles y aviones. Las células fotoeléctricas convierten la energía de la luz en energía eléctrica. Estas células se utilizan como fuentes de tensión en dispositivos operados por luz. Un termopar, formado por la unión de dos metales diferentes, genera baja tensión al calentarse. De todas las fuentes de tensión mencionadas, el generador es la que se utiliza con mayor frecuencia debido a su adaptabilidad para aparatos comerciales y residenciales. La letra “E” se utiliza para representar la tensión. El volt (V) es la unidad utilizada para expresar la cantidad de diferencia de potencial eléctrica. El instrumento que se utiliza para medir la tensión se llama voltímetro. El voltímetro debe conectarse en paralelo con la carga a medir.

10

Unidad 2

►

Teoría del Electrón y Ley de Ohm

POLARIDAD ELÉCTR ICA Todas las fuentes de CC poseen dos terminales a los que se conectan los dispositivos eléctricos. Estos terminales poseen polaridad eléctrica. Un terminal es el positivo y el otro, negativo. Los electrones

fluyen a través del dispositivo desde el terminal negativo de la fuente al terminal positivo de la fuente. La fuente mantiene un suministro de electrones en su terminal negativo.

RESISTENCIA La propiedad de un material que lo hace oponerse al movimiento de los electrones se denomina resistencia. los materiales poseen algún tipo conductores. de resistencia.Los Losque materiales ofrecen muy poca resistencia alTodos movimiento de electrones se llaman ofrecenque mucha resistencia se

llaman no conductores o aislantes. La resistencia se mide en ohms. El símbolo que representa al ohm es la letra griega omega, En las fórmulas, se utiliza este símbolo para representar los ohms y la letra “R” para representar la resistencia. El instrumento que se utiliza para medir la resistencia se llama óhmetro. La potencia eléctrica debe desconectarse del circuito cuando se utiliza el óhmetro. El medidor que se muestra en la Figura 2-4 se utiliza comúnmente para medir la resistencia, la tensión y la corriente.

Figura 2-4 – Medidor de volts-ohms-miliamperes (Multímetro). (Cortesía de Triplett Corp)

Unidad 2 Teoría del Electrón y Ley de Ohm ►

11

LEY DE OHM Es sumamente importante comprender los métodos utilizados para determinar la cantidad de corriente en un circuito. Se utiliza una fórmula simple, la ley de Ohm, para mostrar la relación de corriente, tensión y resistencia. Laley de Ohm afirma que en cualquier circuito eléctrico la corriente es directamente proporcional a la tensión aplicada al circuito y es inversamente proporcional a la resistencia en el circuito.

Tenga en cuenta que tanto la resistencia como la tensión afectan la corriente. Según la ley deOhm, cuando la resistencia de un circuito es constante, se puede cambiar lacorriente

modificando la tensión: la corriente aumentará cua ndo aumente la tensión, y la corriente disminuir á cuando disminuya la tensión. En forma similar, cuando la tensión es constante, la corriente aumentará cuando disminuya la resistencia y la corriente disminuirá cuando aumente la resistencia. Ohm:

La relación exacta de tensión, corriente y resistencia se expresa mediante la ecuación de la ley de I= E R

En donde

I

= intensidad de la corriente en amperes

E

= diferencia de potencial en volts

R

= resistencia en ohms

A continuación se presentan otras dos formas de la ley de Ohm: E = IR y R =

E I

Ejemplo: Si aparece una tensión de 24 volts a través de una resistencia de 4 ohms, obtenga la corriente a través de la resistencia. I=

E 24 volts = 6 amperes = 4Ω R

Ejemplo: Obtenga la tensión que aparece a través de una resistencia de 8 ohms si la corriente a través de la misma es de 10 amperes. E = IR = (10 amperes) (8

) = 80 volts

RESUMEN La ley de Ohm es la fórmula básica para comprender los fundamentos eléctricos. Las relaciones entre corriente, tensión y resistencia proporcionan la base para comprender varios tipos de circuitos y sistemas eléctricos. La corriente es el movimiento de electrones.

12

Unidad 2

►

Teoría del Electrón y Ley de Ohm

La tensión es la diferencia de potencial eléctrica que provoca el movimiento de los electrones. La resistencia es una propiedad de todos los materiales que tiende a impedir el movimiento de los electrones.

Cuanto menor es la resistencia, mayor es la corriente.

REVISIÓN DE LOGROS 1. Mencione las partículas que giran en patrones orbitales alrededor del núcleo de un átomo. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

2. ¿Los protones atraen o repelen a los electrones? ______________________________________________________________ 3. Una corriente que cambia de dirección e intensidad a intervalos de tiempo regulares se denomina: __________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Explique el significado de tensión, corriente y resistencia.

_______________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Enuncie la ley de Ohm y escriba tres formas de la ley de Ohm que utilizan fórmulas. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

6. ¿Qué instrumentos se utilizan para medir la tensión, la corriente y la resistencia? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

7. ¿Qué unidades de medida se utilizan para la tensión, la corriente y la resistencia? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 2 Teoría del Electrón y Ley de Ohm ►

13

8. Una lámpara eléctrica posee una resistencia de 12 ohms y circula por ella una corriente de 0,5 amperes. ¿Qué tensión debe aplicarse para obtener dicha corriente? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

9.

¿Qué corriente es tomada por un calentador con una resistencia de 24 ohms cuando se conecta

a una fuente de 120 volts? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Determine la resistencia de una lámpara que genera 3 amperes cuando se conecta a una fuente

de 120 volts. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

11. Si la lámpara del problema 10 se conecta a una fuente de 240 volts, ¿cuál es el nuevo valor de la corriente? (Suponga que no hay cambios en la resistencia a medida que cambia la temperatura

de la lámpara.) __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Un resistor de 8 ohms se conecta a un circuito de 120 volts. ¿Qué corriente generará? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Si se aplican 60 volts a un resistor de 8 ohms, ¿cuál es el valor de la corriente en el resistor? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

14. Se conecta una tostadora auna fuente de 120 volts y genera 8 amperes. Encuentre la resistencia. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

15. Un calentador de 5 ohms genera 9 amperes de una fuente de alimentación. ¿Cuál es la tensión de la fuente de alimentación? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

14

Unidad 2

►

Teoría del Electrón y Ley de Ohm

16. Si el calentador de 5 ohms del problema 15 se reemplaza por uno de 15 ohms, ¿qué corriente generará el calentador de 15 ohms conectado a la misma fuente de alimentación? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

17. ¿Qué tensión debe aplicarse a una lámpara incandescente de 6,4 ohms para que desarrolle una

corriente de 20 amperes? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

18. Un amperímetro ubicado en un circuito de iluminación registra una corriente de 3 amperes. Si se aplica una fuente de 24 volts, ¿cuál es la resistencia del circuito? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

19. Si un óhmetro mide la resistencia de una carga en 7 ohms y se aplica una fuente de 28 volts, ¿cuál es la corriente? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

20. Si la resistencia en un circuito se mantiene constante, ¿qué pasará con la corriente si la tensión

aumenta? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

21. Si la tensión en un circuito se mantiene constante, ¿qué pasará con la corriente si la resistencia

aumenta? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

22. ¿Cuál es el término con el que se denomina a todo lo que tiene peso y ocupa un espacio? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

3

CIRCUITOS EN SERIE OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Describir las relaciones básicas de tensión, corriente y resistencia en un circuito en serie. • Aplicar la ley de Ohm para determinar las cantidades desconocidas.

Conocer determina das reglas básicas en la operación de circuitos en serie, paralelos y en serie-

L

L

1

L

2

paralelos resulta importante a la hora de desarrollar una facilidad para localizar fallas en los equipos eléctricos. En realidad, comprender los problemas eléctricos es

I

imposible si no se tiene este conocimiento. –

Un circuito en serie es un circuito en el que los dispositivos se conectan de manera que haya un solo camino para la circulación de corriente. Ladirección

de la corriente en el cable es igual a la dirección del movimiento de los electrones. La Figura 3-1 grafica tres lámparas conectadas en serie con una fuente de tensión.

TENSIÓN

3

A

E

+ B

– Tres lámparas Figura 3-1en conectadas serie.

1

2

3

1

2

3

La tensión total que se aplica a un circuito en ser ie se distribuye a lolargo de los diferentes componentes

del circuito en una serie de caídas de tensión. Los tres resistores iguales que se muestran en la Figura 3-2 están conectados en serie. La tensión a lo largo de los componentes es igual a un tercio de la tensión total. En la Figura 3-3, la tensión en cada

RT = 12 Por lo tanto: Therefore, IT = 0,5 amperes

resistor es proporcional a la resistencia. Cuanto mayor

Figura 3-2 – Distribución de la tensión y corriente:

sea la resistencia, mayor será la caída de tensión en un circuito en serie.

resistores de igual valor en serie.

15

16

Unidad 3

V3

►

Circuitos en Serie

V9 1

2

R1

R2

4

12

12

RT = 16Ω 16 Por lo tanto: Therefore, IT = 0,75 amperes I

= 0.75 ampere

Figura 3-3 – Distribución de la tensión y corriente: resistores de distinto valor, en serie.

Figura 3-4 – Multímetro digital. (Cortesía de Advanced Test Products)

Como se muestra en las figuras anteriores, la suma de las tensiones en los dispositivos individuales

es igual a la tensión total aplicada. Esto resulta en la importante regla a continuación para circuitos en serie: La suma de las caídas de tensión en los resistores de un circuito en serie es igual a la tensión palabras: ET = E1total + E2aplicada. + E3 + … En + Eotras n SEGUNDA REGLA DE KIRCHHOFF

CORRIENTE Debido a que existe una sola ruta de corriente, la corriente en todos los componentes del circuito es igual. Esta afirmación puede expresarse de la siguiente manera: IT = I1 = I2 = I3 = In En donde

IT = corriente total I1 = corriente a través del componente 1 I2 = corriente a través del componente 2 I3 = corriente a través del componente 3 In = corriente a través del componente n

Unidad 3 C ircuitos en Serie ►

17

Figura 3-5 – Resistencia de alambre devanado (Cortesía de PowerRohm Resistors, Inc.)

RESISTENCIA La resistencia total de un circuito en serie es igual a la suma de las resistencias de todos los resistores del circuito. La resistencia total en la Figura 3-1 es la resistencia desde el terminal A al terminal B con la fuente de tensión desconectada. En forma de ecuación: RT = R1 + R 2 + R3 + … + R n En donde

RT = resistencia total del circuito R1 = resistencia del resistor 1 R2 = resistencia del resistor 2 R3 = resistencia del resistor 3 R

= resistencia del resistor n n

Ejemplo: La resistencia total para la Figura 3-3 es RT = R1 + R 2. RT = 4

+ 12

= 16 Ω

Una ruta alternativa de resistencia muy baja en un circuito se denomina cortocircuito (Figura 3-6).

Por ejemplo, si los dos cables que conducen a una lámpara entran en contacto entre sí, se forma una ruta de resistencia prácticamente nula. Cuando esto ocurre, hay una corriente muy grande que circula en los cables

hacia el punto de contacto y así los cables se recalentarán. Un circuito abierto se forma

Lamp Lámpara

Lamp Lámpara

Short Corto

Abierto Open

cuando alguna parte del circuito está

abierta, como ser un inter ruptor, o funciona mal, por ejemplo un fusible

quemado o un cable roto.

E

E

Cortocircuito Short Circuit

Circuito Openabierto Circuit

Figura 3-6 – Cortocircuito y circuito abierto.

18

Unidad 3

►

Circuitos en Serie

No hay corriente en ninguna parte del circuito. Sin embargo, se debe representar la tensión de la fuente. Si se utiliza un voltímetro en un punto abierto de un circuito, indicará la tensión de fuente. Ejemplo: Obtenga la resistencia total, la corriente total y las caídas de tensión del circuito de la Figura 3-7. RT = R1 + R2 + R3 =2

Ω

+3

Ω

+7

2

Ω

= 12 Ω

R2

ET 240 V I T = RT = 12 Ω = 20 amperes

3 1

R1

R3

2

7

3

IT = I1 = I2 = I3 El = ITR1 = (20)(2) = 40 40 volts volts

ET = 240 V

E2 = ITR2 = (20)(3) = 60 60 volts volts

Figure problem. Mismo problema. Figura3-7 3-7 –Sample

E3 = ITR3 = (20)(7) = 140 140 volts volts

Observe que la suma de las caídas de tensión es igual a la tensión total. El + E2 + E 3 = ET 40 + 60 + 140 = 240 volts

Ejemplo: Obtenga la corriente total del circuito de la Figura 3-8. RT = R1 + R2 + R3

I

= 2+6+2 = 10 Ω I T = ET = 120 V = 12 amperes RT 10 Ω

1

2 E

2

120 V

6 R3 2

Figure 3-83-8Sample Figura – Mismoproblem. problema.

RESUMEN En un circuito en serie las cargas resistivas estén conectadas una tras otra. En este tipo de circuitos, la corriente es igual en todas las partes del circuito. Para determinar la corriente, se debe calcular primero

la resistencia total. La resistencia total es la suma de todas las resistencias del circuito. La corriente es entonces la tensión suministrada dividido la resistencia total.

Unidad 3 C ircuitos en Serie ►

19

Reglas de un circuito en serie: ET = E l + E 2 + E 3 + . . . + E n IT = I l = I 2 = I 3 = I n RT = R l + R 2 + R 3 + . . . + R n

REV ISIÓN DE LOGROS 1.

Se conectan cuat ro cargas en ser ie a una f uente de 110 volts de CC. Las cargas fallan. En un voltímetro conectado en forma consecutiva a lo largo de cada dispositivo se lee 0 en las primeras tres cargas y 110 volts en la cuarta carga. ¿Qué falla del circuito se encuentra en la cuarta carga? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

2.

Se conectan cuatro cargas en serie a una de 120volts y hay presente una corriente de 3 amperes.

Una de las cargas falla. La tensión a lo largo de los dispositivos restantes es de 40 volts. ¿De qué falla del circuito se trata? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Enumere tres características de un circuito en serie. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

4.

Obtenga la caída de tensión en un resistor de 10 ohms, si la corriente que circula por el resistor

es de 1,7 amperes. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

5.

Obtenga la resistencia de un resistor si la caída de tensión es de 51 volts y la corriente circulante

es de 3 amperes. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

20

Unidad 3

►

Circuitos en Serie

6. Resuelva los valores desconocidos en el circuito de la Figura 3-9. RT =

________________

R1 = 5

IT =

________________

E1 = ___

E1 =

________________

E2 =

________________

E3 =

________________

R2 = 10

R3 = 15

E2 = ___

E3 = ___

150 V

Figura Circuito circuit. en serie. Figure3-9 3-9– Series

7. Resuelva los valores desconocidos si I T = 10 amperes en la Figura 3-10. E = 80 volts 2

E = 1

E1 =

________________

EG =

________________

RT =

________________

R2 =

________________

R =4 1

R

2

= ___

EG

Tensión total Total Voltage

Figura -10 – Series Circuito en serie. Figure33-10 circuit.

8. Obtenga E1 y E2 en el circuito de la Figura 3-11. Figure Figura 3-113-11 – Obtener tensiones. Finding voltages.

2 2 30

1

1 10

E

= 128 V

9. Obtenga el valor de E T en la Figu ra 3-12 1

Figura 3 -12 – Obtener tensión total.

8 2

E

6 I

= 3A

R3 12

Unidad 3 C ircuitos en Serie

21

►

10. Si E2 = 54 volts, ¿cuál es el valor de E1 en la Figura 3-13? Figura 3 -13 – Obtener tensiones.

2 R2 9 1

R1

R3

3

ET

11. Usando el circuito del problema 10, obtener el valor de E 2 si E1 = 6 V. 12. Obtenga E1 y E3 en la Figura 3-14. R

I

E1

2

= 4A R2

R1

R3

2

5

E

E3

T

Figura 3 -14 – Obtener tensiones. 13. Para el circuito del problema 12, obtener ET si R 2 = 4 Ω 14. Para el circuito del problema 12, I R2 cambia a 6A y R 2 no se conoce, ¿cuál es el valor de E3? 15. En la Figura 3-14, obtener la corriente a través de R 3 si E1 = 18 volts e IR2 no se conoce. 16. En la Figura 3-14,si IR2 no se conoce y E3 es de 15 volts, ¿cuál es el valor de E1?

U•N•I•D•A•D

4

CIRCUITOSPARALELOS OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Describir las características de los circuitos paralelos. • Obtener un procedimiento para la resolución de problemas en circuitos paralelos.

Debido a sus características únicas, los circuitos paralelos se usan con mayor frecuencia que otros tipos de circuitos. La distribución dela energía en una gran ciudad se logra mediante un laber into de líneas

de alimentación todas conectadas en paralelo. Un circuito paralelo posee más de una ruta de corriente.

TENSIÓN El circuito que se muestra en la Figura 4-1 es un ejemplo de un ci rcuito paralelo simple. Observe que cada resistor está ubicado directamente a lo largo de la

R1

R2

R3

3

6

8

E

principal fuente de tensión. Esto hace que cada resistor

T

funcione a la misma tensión que la fuente. Un componente eléctrico nunca debería ubicarse en un circuito paralelo si posee una tensión nominal menor a la de la Figura 4-1 – Resistores desiguales conectados en paralelo. fuente de tensión. El hecho de que todos los componentes en un circuito paralelo funcionen a la misma tensión se expresa en la siguiente ecuación: ET = E1 = E2 = E3 = En En donde

ET = tensión total E1 = tensión en el componente 1 E2 = tensión en el componente 2 E

= tensión en el componente 3

3 En

= tensión en el componente n

23

24

Unidad 4

►

Circuitos Paralelos

CORRIENTE Los componentes de un circuito paralelo funcionan independ ientemente unos de otros. Cada componente toma la corriente de acuerdo con su resistencia. El número de trayectos separados por donde circula corriente es igual al número de componentes en paralelo. La corriente total de un circuito paralelo es igual a la suma de las corrientes en los componentes separados. La ecuación que expresa esta afirmación se presenta a continuación: IT = I1 + I2 + I3 + … + In PRIMERA REGLA DE KIRCHHOFF

En donde

IT = corriente total I1 = corriente a lo largo del componente 1 I2 = corriente a lo largo del componente 2 I3 = corriente a lo largo del componente 3 In = corriente a lo largo de nº de componentes

RESISTENCIA A partir del estudio de la ecuación anterior resulta evidente que agregar más ramificaciones paralelas al circuito aumentará la corriente total. La ley de Ohm (RT = ET/I T) muestra que la resistencia

total del circuito disminuye a medida que aumenta la corriente en

los circuitos paralelos. Por lo tanto, agregar ramif icaciones paralelas resulta en la disminución de la resistencia total.

RT siempre será menor que la R más pe queña del circuito cuando dos o más resistores estén presentes.

Resistore s iguales Como se puede observar en la Figura 4-3, en un circuito para-

lelo compuesto por dispositivos de igual resistencia, la resistencia total del circuito es numéricamente igual a l valor de resistencia de un dispositivo dividido el número de dispositivos conectados en paralelo. Expr esada en forma de ecuación, la af irmación se convierte en:

E T

15

15

15

Figura 4-2 – Pinza amperométrica Figura 4-3 – Resistores iguales conectados en paralelo.

CC-CA. (Cortesía de Advanced Test Products)

Unidad 4 C ircuitos Paralelos ►

25

15 RT = R = = 5 ohms N 3

Endonde

R T = resistencia total en ohms R = resistencia de uno de los resistores de igual valor en ohms N = número de resistores paralelos

Resistenc ia desigual En la práctica, los circuitos paralelos con resistores que poseen valores desiguales se utilizan con mayor frecuencia que los circuitos paralelos con resistores de igual valor. No se aplica ninguna regla simple

en este caso pero cada resistor lleva un valor diferente de corriente para la misma tensión aplicada. Para obtener la resistencia total de un circuito paralelo, aplicar una fuente de tensión conocida al circuito y determinar la corriente total. La ley de Ohm se utiliza entonces para descubrir la resistencia total. RT =

En donde

ET IT

RT = resistencia total del circuito en ohms ET = tensión total en volts I

= corriente total en amperes T

La resistencia total del circuito también puede obtenerse mediante la siguiente fórmula. Esta fórmula puede aplicarse a cualquier circuito paralelo con cualquier número de ramificaciones paralelas. Conocida como la fórmula “recíproca”, se expresa como: 1 RT

En donde

=

1 R1

+

1 R2

+

1 R3

... + 1 Rn

RT = resistencia total R1 = resistencia del resistor 1 R2 = resistencia del resistor 2 R3 = resistencia del resistor 3 R n = resistencia del resistor n

26

Unidad 4

►

Circuitos Paralelos

Ejemplo: Obtener la resistencia total del circuito de la Figura 4-1. 1 = 1 + 1 + 1 RT 3 6 8

El mínimo común denominador es 24

1 = 8 + 4 + 3 RT 24 24 24 1 = 8 + 4 + 3 = 15 RT 24 24 1T = 15 (cross multiply) cruzada) R 24 (multiplicación

Resolver RT

15RT = 24 RT = 24 = 8 = 1.6 , ohms 15 5

Una solución alternativa a este problema es: RT =

1 1/3 + 1/6 + 1/8

RT =

1 0.333 + 0.167 + 0.125

RT =

1 0.625

, ohms RT = 1.6 El método simple para la resolución de circuitos compuestos por sólo dos resistores conectados en paralelo (ya sea con valores iguales o diferentes) se denomina método de “producto sobre la suma”. Ejemplo: Un resistor de 3 ohms y un resistor de 6 ohms están conectados en paralelo. Determinar

la resistencia combinada. RT = R1 × R2 = 3 × 6 = 18 = 2 ohms R1 + R2 3+6 9

Ejemplo: Para el circuito de la Figura 4-4, obtener la corriente total y la corriente en R 2.

Unidad 4 C ircuitos Paralelos ►

E I1

24 V

R1

I2

6Ω

R2 4Ω

IT

Figura 4-4 – Problema de ejemplo.

RT = R1 × R2 = 6 × 4 = 24= 2.4, R1 + R2 6 + 4 10

Ω

I T = ET = 24 = 10 amperes RT 2.4 ET = E1 = E2 I 2 = E2= 24= 6 amperes R2 4

Nota: IT también puede obtenerse sumando las corrientes I1 e I2. E 24= 4 amperes Obtener I1: I 1 = 1= 2 R 6 Por lo tanto, IT = I1 + I2 + = 4 + 6 = 10 amperes.

Ejemplo: Obtener el valor de IT en el circuito que se muest ra en la Figura 4-5. I

E 120 V

R1

R2

R3

6Ω

12 Ω

16 Ω

Figura 4-5 – Problema de ejemplo.

27

28

Unidad 4

►

Circuitos Paralelos 1 1 + 1 + 1 = RT R1 R2 R3 1 = 1 + 1 + 1 RT 6 12 16 1 1 = RT 6

El mínimo común

×

8 1 + 8 12

×

4 1 + 4 16

×

3 3

= 8 + 4 + 3 48 48 48

denominador es 48

1 = 15 RT 48

Multiplicación cruzada

15RT = 48

RT =

IT =

48 15 ET RT

= 3.2 , Ω

=

120 3.2

=37.5,A

RESUMEN Los circuitos paralelos poseen ramificaciones de resistencia. La tensión es la misma a lo largo de cada ramificación, pero la corriente no puede ser equivalente en cada una de ellas. La corriente se determina por la cantidad de resistencia en la ramificación. Si se suman las corrientes de la ramificación, el resultado de dicha suma corresponde a la corriente total. Reglas para circuitos paralelos: ET = E 1 = E 2 = E3 . . . = E n IT = I1 + I2 + I3 . . . + In 1 RT

=

1 R1

+

1 R2

+

1 R3

... + 1 Rn

REVISIÓN DE LOGROS 1.

Cuatro circuito.resistores de 12 ohms están conectados en paralelo. Calcule la resistencia total del __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 4 C ircuitos Paralelos ►

2.

29

Cuatro resistores están conectados en paralelo. Los valores de resistencia son 4 ohms, 8 ohms,

12 ohms y 16 ohms. Calcule la resistencia total del circuito. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

3.

Los resistores mencionados en el problema 2 están conect ados en paralelo a t ravés de un suministro de 120 volts de CC. a. Calcular la corriente en cada resistor. b. Obtener la corriente total. c. Obtener la resistencia total del circuito. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Determine la resistencia total de un circuito compuesto por un resistor de 10 ohms y uno de 30 ohms conectados en paralelo. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Si el circuito del problema 4 está conectado a una alimentación de 150 volts, ¿cuál es el valor de corriente en cada resistor? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Obtenga la tensión total, E T, en el circuito que se muestra en la Figura 4-6. 60

Figura 4-6 – Obtener las tensiones totales.

40 3A

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

30

Unidad 4

►

Circuitos Paralelos

7. Obtener la corriente que circula por R 3 en el circuito que se muest ra en la Figura 4-7. 15 A

Figura 4-7 – Obtener la corriente.

A 3

?

A 6 R1

R2

10 Ω

5Ω

E

R3

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Para el circuito del problema 7, ¿cuál es el valor de R 3? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Obtener el valor de R 2 para el circuito que se muestra en la Figura 4-8, si la resistencia total del circuito es 7,5 ohms. Figura 4-8 – Obtener la resistencia. E 75 volts

R1

R2 =

_

10

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. ¿Cuál es la corriente total en el problema 9? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 4 C ircuitos Paralelos ►

31

11. Los amperímetros del circuito de la Figura 4-9 indican 4 amperes y 9 amperes, tal como se muestra en la imagen. Obtener los valores de R 3 y RT. Figura 4-9 – Obtener la resistencia.

9A E

R

=

4A R2 = 60 Ω

Ω

R3 =

Ω

R1 = 30 Ω

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Para el problema 11, ¿cuál es la tensión total, E? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Obtener IT para el cir cuito de la Figura 4-10. Figura 4 -10 – Obtener la corriente.

10 Ω

100 V

20 Ω

ET

20 Ω

IT

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

14. Utilizando el circuito de la Figura 4-10, ¿cuál es la corriente que circula a través del resistor de 10 ohms? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

32

Unidad 4

►

Circuitos Paralelos

15. En la Figura 4-10, si el resistor de 10 ohms se cambia a 20 ohms, y ET se cambia a 120 volts, ¿cuál es el valor de I T? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

16. En la Figura 4-10, si hay un corte en el resistor de 10 ohms que produce un “circuito abierto” en la ramificación de 10 ohms, ¿cuál será la corriente total, IT? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

5

CIRCUITOS MIXTOS OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Explicar las características de circuitos mixtos. • Demostrar un procedimiento para la resolución de problemas que impliquen circuitos mixtos.

Al combinar los circuitos en serie y paralelo

R

por lo general resulta necesario cumplir los requisitos

eléctricos y agrupar los dispositivos en un circuito para obtener un valor determinado de resistencia. En los circuitos mixtos también es necesario agrupar los dispositivos en los circuitos de control para la iluminación en auditorios y escenarios así como para el control de motores. En muchos casos, es aconsejable agrupar las fuentes de tensión, en especial

baterías, para obtener la tensión y la capacidad de corriente correctas. El circuito que se muestra en la Figura 5-1 es un ejemplo de un circuito mixto. En este circuito,

E

L

L

1

2

Figura 5-1 – Circuito mixto. R 1

R

R

R

2

3

4

las lámparas L1 y L2 constituyen el circuito pa ralelo.

El reóstato R, utilizado para controlar la corriente en este circuito, está conectado en serie con L1 y L2 como un grupo. La Figura 5-2 representa otro circuito mixto. Los resistores R1 y R 2 están conectados en paralelo entre sí. Los resistores R 3 y R4 constituyen otra combinación en paralelo. La combinación en paralelo de

R1 y R2 está conectada en ser ie con la combinación en paralelo de R 3 y R4. En la Figura 5-3, los resistores se agrupan en otra configuración de circuito mixto. En este circuito, R1 y R3 están conectados en serie y R2 y R4 también. Lasdos

ramificaciones en serie ahora están en paralelo.

E

Figura 5-2 – Circuito mixto. R 1 3

R

R

R 4 12

3

6

2

9

E

Figura 5-3 – Circuito mixto.

33

34

Unidad 5

►

Circuitos Mixtos

CIRCUITOS EQUIVALENTES Los métodos utilizados para determinar la corriente, la tensión y la resistencia en circuitos en serie

y paralelos se aplican también en los circuitos combinados. La resolución de problemas en los circuitos mixtos se facilita por la resolución de estos circuitos en circuitos equivalentes. La Figura 5-4 es equivalente a la Figura 5-3. En este caso, R1 y R3 se combinan como una resistencia

simple R A, equivalente en valor a la suma de R 1 y R3. De igual manera, R B reemplaza a R 2 y R4. R A y R B pueden combinarse en un solo resistor, RC, para concluir en el circuito final equivalente de la Figura 5-5. La corriente total en el circuito mixto srcinal, Figura 5-3, es equivalente a la corriente del circuito en serie simple de la Figura 5-5.

R

A

R C 6.3

9

R

B

21

E

E

Figura 5-4 – Circuito equivalente.

Figura 5-5 – Circuito equivalente.

RESOLUCIÓN DE UN CIRCUITO Una vez que se obtiene la resistencia total de un circuito, se puede determinar la corriente total así como la corriente en otras partes del circuito según la ley de Ohm. En la Figura 5-6, la resistencia equivalente de los resistores en paralelo R2 y R3 es de 12 ohms.

R 1 8

R1 8

E E 120 V

R

2 20

Figura 5-6 – Circuito mixto.

120 V R

3 30

I

T 6A

R 2, 3 12

Figura 5-7 – Circuito equivalente.

Unidad 5 C ircuitos Mixtos

35

►

Por lo tanto, la Figura 5-7 es el circuito en serie equivalente de la Figura 5-6, y la resistencia total es la siguiente: RT = R1 + R2 × R3 R2 + R3 RT = 8 + 20 × 30 20 + 30 RT = 8 + 600 = 8 + 12 50 RT = 20 Ω

La corriente total es:

I T = 120 volts = 6 amperes 20 ohms

La tensión a lo largo de R 2, 3 es IT x R2, 3 = 6 amperes x 12 ohms = 72 volts. Dado que R 2, 3 es la resistencia equivalente de la combinación en paralelo de R2 y R3, la tensión a lo largo de estos resistores es 72 volts, como se muestra en la Figura 5-8. Finalmente, la corriente a lo largo de R 2 es

R

1 I

8

I 2 = 72 volts = 3.6 , amperes 20 ohms

Y la corriente a través de R3 es

3

I

T 6A

E

I

120 V

2

R

2

72 V

20

I 3 = 72 volts = 2.4 , amperes 30 ohms

Figura 5-8 – Problema de circuito.

Ejemplo: Obtener la corriente total (I T) en el circuito que se muestra en la Figura 5-9. 8

12

8

12

Figura 5-9 – Mismo problema.

120 V 2

RT = 2 + 8 × 8 + 12 × 12 8 + 8 12 + 12 RT = 2 + 4 + 6 = 12 I T = ET = 120 =10A RT 12

Ω

R

3 30

36

Unidad 5

►

Circuitos Mixtos

RESUMEN En un circuito mixto simple, la corriente total es equivalente a la suma de las corrientes en cada una de las ramas . Esta corriente pasa a través de las resistencias que se encuentran en serie con la fuente de tensión. La corriente total también puede calcularse convirtiendo el circuito mixto en un circuito en serie. Las resistencias de las ramas pueden convertirse en una resistencia simple. Esta resistencia se conecta luego en serie con otras resistencias del circuito, y la resistencia total es la suma. Mediante el empleo de la ley de Ohm, se puede calcular la corriente total.

REVISIÓN DE LOGROS 1. a. En la Figura 5-6, ¿qué componentes del circuito se encuentran conectados en serie? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

1

b. ¿Qué componentes del circuito están conectados en paralelo entre sí? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

2.

Suponer que cada uno de los resistores de la Figura 5-2 posee una resistencia de 100 ohms. Obtener la resistencia total del circuito. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

3. a. En la Figura 5-10, ¿qué componentes del circuito están conectados en serie? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 5 -10 – Conexión en serie y paralelo.

R1

R2

R3

R4

M

V

E G

Unidad 5 C ircuitos Mixtos ►

3

37

b. ¿Qué componentes están conectados en paralelo? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Determinar la corriente total en el circuito de la Figura 5-11. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 5-11 – Obtener la corriente total. 8

3

120 V 6

5. Determinar la corriente a través de un resistor de 6 ohms para el circuito utilizado en el problema 4. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Determinar la resistencia total del circuito de la Figura 5-12 entre los puntos A y B. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Figura 5 -12 – Obtener

B 10

la resistencia total.

5

7

A 4

7.

12

Si 120 volts se conectan a través de los puntos A y B en el circuito que se muestra en el problema

6, ¿cuál es la corriente a lo largo del resistor de 4 ohms? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

38

Unidad 5 8.

►

Circuitos Mixtos

Cinco resistores de 4 ohms están conectados de manera que su resistencia combinada será igual a 5 ohms. Dibujar el diagrama del circuito.

9. Los dos resistores en la ramificación A-B del circuito tienen igual valor. Figura 5 -13 – Obtener la resistencia.

A

8A R

120

240 V

R

B

¿Cuál es el valor de cada resistor si el amperímetro indica 8 amperes? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Para el circuito del problema 9 (Figura 5-13), ¿cuál es la tensión a través de uno de los resistores R? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

11. Si IT = 8 amper es en el circuito de la Figura 5-14, ¿cuál es el valor de Eg e I3? 10

Figura 5 -14 – Obtener la tensión y corriente. Eg

I3

I2

IT 45 V

15

9

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 5 C ircuitos Mixtos ►

39

12. Para el circuito del problema 11 (Figura 5-14), si la tensión a través de las ramas en paralelo pasa de 45 volts a 90 volts, ¿cuál es la corriente total, IT? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Dibujar el diagrama del circuito en serie equivalente para el circuito del problema 11 (Figura 5-14).

14. Obtener la corriente total para el circuito que se muestra en la Figura 5-15. Figura 5 -15 – Obtener la corriente total.

6

8

4

12

IT 72 V

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

15. Utilizando el circuito del problema 14 (Figura 5-15), obtener la tensión a través del resistor de 4 ohms. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

16. ¿Cuál es el valor de la tensión a través del resistor de 8 ohms en el problema 14? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

40

Unidad 5

►

Circuitos Mixtos

17. Obtener la corriente a través del resistor de 6 ohms en el circuito del problema 14. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

18. ¿Cuál es el valor de la corriente a través del resistor de 12 ohms en el diagrama de circuito del problema 14? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

6

ENERGÍA ELÉCTRICA Y POTENCIA OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Debatir la relación del trabajo con la potencia. • Aplicar los conceptos de energía y potencia en problemas prácticos.

Para asegurar una operación correcta, todos los equipos eléctricos son clasificados por el fabricante. Es decir, la tensión y el tipo de corr iente requerida por lo general se especifican en la placa de identificación del componente. Esta información le permite al usuario calcular el costo operativo antes de adquirir el producto. Un generador, por ejemplo, se clasifica según la salida de potencia eléctrica. Los

daños en el generador resultan de un uso con salidas superiores a esta clasificación. Un electricista no puede instalar un motor eléctrico y esperar que funcione correctamente y con seguridad a menos que se conozcan los requisitos de caballos de fuerza de la carga. Es necesario comprender el significado exacto de todos los tipos de clasificaciones eléctricas.

TRABAJO Para que un objeto se mueva, debe existir una fuerza que lo ponga en movimiento. Cuando los electrones circulan en un circuito, una fuerza debe hacerlos circular. La fuerza produce o tiende a producir movimiento o cambios en el movimiento. La energía es la capacidad de generar trabajo. Por lo tanto,

cuando se realiza un trabajo, se utiliza o se consume energía. Para levantar un peso se requiere trabajo. La unidad de trabajo es kilogramo-metro (kgm), que expresa la cantidad de tr abajo realizado cuando se levanta un peso de 1 kilogramo verticalmente a 1 metro, o cuando una fuerza de 1 kilogramo actúa a través de una distancia de 1 metro. La cantidad de trabajo realizado, medida en kgm, es equivalente a la fuerza en kilogramos multiplicada por la distancia en metros, o Trabajo = fuerza x distancia Si se levanta un peso de 2 kilogramos a una distancia de 3 metros, el trabajo realizado es equivalente a 2 x 3, ó 6 kgm.

41

42

Unidad 6

►

Energía Eléctrica y Potencia

El trabajo no es una función del tiempo. Un motor elevador realiza prácticamente la misma cantidad de trabajo al elevar rápidamente un automóvil hacia la parte superior de un edificio que al elevarlo lentamente. Si bien el trabajo es casi el mismo, el motor debe ser mucho más potente en la primera instancia que en la segunda.

POTENCIA La potencia es la tasa a la que se realiza un trabajo. Cuanto más rápido se realice una determinada cantidad de trabajo, mayor será la potencia necesaria. Si se levanta un peso de 2 kilogramos a 3 metros

de altura en 1 minuto, se necesitará más potencia que si se levantara el mismo peso a 3 metros en 5 minutos. La potencia mecánica por lo general se expresa en kilogramo-metro por segundo (kgm/seg.) Potencia (kgm por segundo) =

Trabajo realizado (kgm) Tiempo (segundos)

Una unidad de potencia comúnmente utilizada es caballos de fuerza (hp): 1 caballo de fuerza (hp) = 76,5

kilogramo-metro segundo

El watt (W) se utiliza como la unidad de energía eléctrica. El instru mento que se utiliza para medir

la energía se llama vatímetro (Figura 6-1).

Bobina Voltage de tensión coil Bobina de corriente Current coil

Figura 6-1 – El vatímetro contiene dos bobinas, una para tensión y otra para corriente.

Unidad 6 E nergía Eléctrica y Potencia ►

43

Cuando hay 1 amper en un circuito por la presencia de una fuente de 1 volt, se utiliza 1 watt de potencia en dicho circuito. En los circuitos de CC, la energía eléctrica en watts siempre puede obtenerse a través de una de las siguientes fórmulas, en las que I representa el número de amperes, R es el número de ohms y E es el número de volts: Potencia = I X E

Potencia =

E2 R

Potencia = I

2X

R

El kilowatt (kW) es una unidad de energía eléctrica comúnmente utilizada. 1 kilowatt es equivalente a 1.000 watts. La energía consumida en los circuitos eléctricos se mide en watts -hora (W-h). Si se utiliza 1 watt por 1 hora, la cantidad de energía consumida es 1 watt/hora. El kilowatt/hora (kWh) es equivalente a 1.000 watts/hora. En otras palabras, un kilowatt/hora es la energía consumida cuando se utiliza 1 kilowatt por 1 hora. Cuando abona la boleta de la luz en su hogar, está pagando por la energía utilizada, no la potencia. La energía consumida se mide con un instrumento denominado contador watt/hora. Se puede utilizar una fórmula simple para determinar el costo de energía consumida: Costo =

watts x horas usadas x pesos por kWh 1.000

Ó Es decir, Costo de energía utilizada = kilowatts/hora usados x pesos por kWh Costo = kWh x pesos/kWh Determinar el costo de un televisor que funciona durante 6 horas. El equipo está clasificado a 150 watts y el costo de energía es a una tasa de 5 centavos por kWh. Costo = 150 x 6 x 0,05 = $0,045 ó 4,5 centavos 1.000 La energía eléctrica puede convertirse en energía mecánica a través de un motor eléctrico. Si el motor pudiera proporcionar exactamente la misma cantidad de potencia que la que recibe, entonces por cada 746 watts de potencia eléctrica aplicada al motor, se proporcionará 1 caballo de fuerza de potencia mecánica. 746 watts = 1 caballo de fuerza (hp) En realidad, el motor no es 100 por ciento efectivo. La potencia que proporciona no siempre es equivalente a la potencia suministrad a. Siempre ocurren pérdidas debido a la resistencia interna del motor, la fricción de los rodamientos y la fricción de aire. La potencia suministrada al motor debe ser mayor a la que este proporciona, ya que parte de la potencia entregada es utilizada por las pérdidas que se producen en el motor. Entrada = salida + pérdidas Salida = entrada - pérdidas

44

Unidad 6

►

Energía Eléctrica y Potencia

El porcentaje de rendimiento de una máqui na es la proporción entre la potencia de salida y la potencia de entrada, y siempre es menor al 100 por ciento. Porcentaje de rendimiento =

potencia de salida potencia de entrada

x 100

Ejemplo: En el circuito que se muestra en la Figura 6.2, obtener la siguiente información: a. La potencia proporcionada a la lámpara. b. El costo operativo de la lámpara por 24 horas a 4 centavos por kWh. R1 7Ω

Lámpara Lamp

E

45 V

2Ω

Figuras 6-2 – Mismo problema.

IT =

E = 45 = 5 A R1 + RLAMP 7 + 2 2

a.

Costo = = b.

2

PLAMP = IT RLAMP = 5 (2) = 50 watts watts x horas x costo por kWh 1.000 50 x 24 x 0,04 1.000

= 0,048 ó 4,8 centavos

RESUMEN La energía es la capacidad de generar trabajo. Cuando el trabajo se realiza en un período de tiempo,

se genera potencia. La energía eléctrica es equivalente a la energía mecánica. Si una bombilla indica 60 watts, significa que necesita 60 watts de potencia para hacerla encender. Un caballo de fuerza de potencia

mecánica es equivalente a 746 watts de potencia eléctrica. Cuando adquirimos el servicio de electricidad de una compañía eléctrica, la unidad de energía que

abonamos se expresa en watts-horas. Es decir, pagamos por la potencia en un período de tiempo (watts en cantidad de horas). La compañía eléctrica vende energía en kilowatt-horas.

Unidad 6 E nergía Eléctrica y Potencia ►

45

REV ISIÓN DE LOGROS 1.

Un soldador eléctrico requiere de 5 amperes a 110 volts. ¿Cuál es la potencia utilizada en watts?

¿Y en kilowatts? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

2.

Dispositivo con una especificación de 1.100 watts. ¿Qué corriente se necesita si funciona a 110 volts? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Un motor debe levantar un elevador de autos que pesa 1000 kilogramos a una altura de 400 metros en 4 minutos, a una velocidad constante. ¿Qué especificación en caballos de fuerza se necesita para el motor? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Obtener el costo operativo de 10 lámparas de 100 watts, a tensión nominal, durante 11 horas a una tasa de 10 centavos por kilowatt-hora. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Determinar el rendimiento total de un motor que proporciona 2 hp a una carga si genera 7,5 amperes al conectarse a una fuente de 240 volts. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Tostadora eléctrica con una especificación de 1.000 watts a 120 volts. ¿Qué corriente generará? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

46

Unidad 6

►

Energía Eléctrica y Potencia

7. La tostadora del problema 6 (mismo elemento térmico) se conecta a un circuito de 240 volts. ¿Qué potencia usará? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

8.

Determinar el costo operativo de un reloj eléctrico de 2 watts por 365 días a 3 centavos por kilowatt-hora. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

9. El circuito primario de un transformador (entrada) genera 12 amperes cuando se lo conecta a una fuente de 2.400 volts. Un amperímetro conectado en el circuito secundario (salida) indica

115 amperes a 240 volts. Calcular el porcentaje de rendimiento del transformador. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Un elemento térmico de 5 ohms genera 20 amperes desde la fuente de alimentación. ¿Cuántos

kilowatts de potencia se proporcionan a este elemento? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

11. Determinar la potencia que toma R2 en la Figura 6 -3. Figura 6-3 – Obtener la potencia. R 12 V

4

1

R2 8

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 6 E nergía Eléctrica y Potencia

47

►

12. Para el circuito del problema 11, ¿cuál es la potencia total de los dos resistores combinados? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Obtener la potencia en R 3 en la Figura 6-4. Figura 6-4 – Obtener la potencia.

9A

R 1 10 7A

E

R1 6 T

R R

4

3

3

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

14. Para el circuito del problema 13, obtener la potencia total del circuito. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________

15. ¿Cuál es la potencia que toma R4 en el cir cuito del problema 13? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

7

BATERÍAS OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Describir las características eléctricas de las baterías de plomo-ácido. • Demostrar cómo se prueban y cargan las baterías. • Enumerar los aspectos más importantes acerca del mantenimiento de las baterías.

Miles de baterías se usan para los automóviles, los aviones, las lámparas portátiles y las instalaciones eléctricas de emergencia. La habilidad de instalar, probar, cargar y mantener las baterías es una ventaja importante para cualquier electricista aprendiz bien capacitado.

CELDAS La unidad básica de una batería se llama celda (Figura 7-1). Una batería por lo general está constituida por un grupo de celdas individuales conectadas en serie. El número de celdas utilizadas depende de la tensión total necesaria.

Figura 7-1 – Celdas primarias. (Cortesía de GE Industrial Systems, Fort Wayne, Indiana)

49

50

Unidad 7

►

Baterías

Las celdas primarias y las celdas secundarias son tipos de celdas de uso extendido en el campo de la electricidad. A las celdas primarias se las conoce comúnmente como celdas secas. Este tipo de baterías pueden usarse una sola vez, ya que cuando se descargan, por lo general se desechan. La celda secundaria

puede recargarse mediante el paso de corriente continua en la dirección correcta. Dos tipos comunes de baterías son las de celdas de níquel-cadmio y las de celdas de plomoácido.

BATERÍAS TRA DICIONALES Las características internas de una batería de plomo-ácido tradicional se muestran en la Figura 7-2.

Dos grupos de placas de plomo cubiertas, llamadas electrodos, se sumergen en una solución diluída de ácido sulfúrico conocida como electrolito. Un grupo de placas forma el electrodo positivo, mientras que el restante forma el electrodo negativo. Se utilizan materiales aislantes como vidrio, caucho, etc., como separadores para evitar que los electrodos entren en contacto. El recipiente de cada celda cuenta con una ventilación y una tapa de ventilación. Estos dispositivos permiten la liberación de los gases a t ravés de la

celda durante la carga y la adición de agua destilada que se pierde por evaporación y durante la carga.

Borne

Conector de enlace

Tapón de ventilación

Tuerca hermética

Tubo de llenado

Cinta positiva

Junta del borne Cinta negativa

Placa positiva Separador de cauho (aislante)

Nivel del electrolito

Separador de madera

Placa negativa

Carcasa Espacio para depósitos (sedimentos)

Manija para transportar

Orificio de llenado en la cubierta

Tapón de llenado Borne terminal Conector terminal

Carcasa Cinta de placa Depósito Placa negativa Separador Nervadura

Nervadura

Placa positiva Espacio para depósitos (sedimentos)

Figura 7-2 – Batería de acumuladores tradicional.

BATERÍAS LIBR ES DE MANTENIMIENTO La Figura 7-3 presenta una batería moderna libre de mantenimiento. Este tipo de batería no requiere

agregar periódicamente agua a la solución de electrolitos gracias a su diseño. Un depósito de electroli tos elimina la necesidad de ag regar agua, u na caracter ística que no se encuentra en las baterías tradicionales. La batería libre de mantenimiento debe comprarse con los bornes

ubicados en la parte superior o lateral para cumplir con los diferentes requisitos de instalación.

Unidad 7 B aterías ►

Disponible con bornes superiores o laterales

51

Depósito de electrolitos que no requiere agregar agua

Tapa de colector para evitar fugas de ácido

Conector a través de la pared para proporcionar la ruta conductora más corta Placas positivas y negativas con separadores de vidrio

Figura 7-3 – Batería libre de mantenimiento. (Cortesía de Chloride Battery Division, una división de Chloride Incorporated)

CLASIFICACIONES DE BATERÍAS baterías se clasifican según se la clasifica capacidada 2,0 de tensión y amperes-hora. Cuando cada una (poside las celdasLas de una batería de plomo-ácido volts, con tres celdas conectadas en serie tivas ó negativas), la tensión total de la batería es 6,0 volts. Por lo tanto, las baterías de tensión más alta contienen más celdas. La corriente suministrada por una batería de acumuladores depende de la tensión, las condiciones

físicas y la resistencia del circuito de carga. La salida de corriente máxima se ve limitada por la resistencia interna de la celda, la cual está determinada por el estado del electrolito, y por el tamaño y número de placas. En términos generales, una celda más grande tiene la capacidad de suministrar mayor corriente que una celda más pequeña. La tensión de una celda, no obstante, no depende del tamaño o del número de placas.

CLASIFICACIÓN POR AMPERES-HORA El tiempo necesario para descargar una batería a una corriente de carga determinada se establece por medio de su capacidad de amperes-hora. La clasificación por amperes-hora es función del tamaño y del número de placas en una batería. Por lo general, una batería grande posee una clasificación por amperes-hora alta. Una batería clasificada a 100 amperes-hora se descargará por completo en 100 horas a una tasa de 1 amper por hora, o en 50 horas a una tasa de 2 amperes por hora.

52

Unidad 7

►

Baterías

El número de horas que durará la batería a una corriente de carga determinada puede extraerse a partir de la siguiente fórmula: Horas = amperes-hora Amperes

Por ejemplo, ¿por cuánto tiempo una bater ía totalmente cargad a entregará 10 amperes si está clasificada a 60 amperes-hora? Horas = amperes-hora Amperes Horas = 60 10 Horas = 6

ESTADO DE CARGA Descargar una batería de plomo-ácido por completo antes de recargarla es una mala práctica. Las baterías deben cargarse siempre y cuando su estado descienda por debajo del valor normal. La condición de una batería, conocida como el estado de carga, se mide tomando una lectura de su peso específico

con un hidrómetro de baterías. El estudiante debe tener un conocimiento general como mínimo sobre el significado de peso específico para probar una batería de acumuladores.

Peso específico El peso específico es la proporción entre el peso del vo lumen de una susta ncia y el peso de un volumen equivalente de agua dulce. La ecuación que expresa esta afirmación es la siguiente: Peso específico =

Peso del volumen de una sustancia Peso de un volumen equivalente de agua dulce

Por ejemplo, un litro de ácido sulfúrico concentrado pesa aproximadamente 1,84 Kg. Un litro de agua dulce pesa aproximadamente 1 Kg.). El peso específico se determina de la siguiente manera: Peso específico = 1,84 = 1.84 1 La parte importante del hidrómetro, el instrumento que se utiliza para medir el peso específico, es la boya con la que se marca la balanza de pesos específicos. La boya se sumerge en un líquido hasta un cierto nivel, según el peso específico. Cuanto menos se hunda la boya, menor será el valor de peso específico. Por lo tanto, en el ácido sulfú rico, la boya se hundirá hast a que la superf icie del líquido alcance los 1,84.

Unidad 7 B aterías ►

53

ACCIÓN DE LAS CELDAS DE PLOMO El electrolito líquido de una batería con carga completa está compuesto por ácido sulfúrico y agua.

Cuando la celda se descarga, el ácido deja el electrolito y se combina con el plomo de las placas. Como resultado, el electrolito pierde densidad y el peso específico es menor. El peso específico de una celda con carga completa es aproximadamente 1,28. Una celda normal sin carga posee un peso específico de 1,15.

PRUEBA DE BATERÍAS carga para una tradicional lo del general se mide(Figura abriendo el tapón de baterías ventilación deEllaestado celda ydehaciendo fluir el batería electrolito hacia el por barril hidrómetro 7-4). Para las libres de mantenimiento, se retira la tapa del colector para la prueba con el hidrómetro. La lectura en escala de la boya a nivel del líquido corresponde a la lectura del peso específico.

Figura 7-4 – Hidrómetro.

También se pueden probar baterías med iante el empleo de un multímetro de descargas de alta corriente. Se trata simplemente de un amperímetro combinado con un circuito de carga. Una lectura alta

indica una batería con carga completa y una lectura baja indica que debe ser cargada. El amperímetro en este instrumento por lo general se calibra en términos del estado de carga.

CARGA DE BATERÍAS Las baterías que se utilizan para suministro de energía de emergencia deben cargarse una vez por mes o siempre que su peso específico descienda a 1,15. Las lecturas de pesos específicos bajos son el resultado de descarga normal o que se permitió dejar la batería inactiva. Las baterías descargadas por completo deben recargarse en forma inmediata. Una disminución permanente de la capacidad de amperes por hora, debido al endurecimiento de los químicos en ambos electrodos, se produce a partir de haber dejado la batería sin carga.

54

Unidad 7

►

Baterías

Índice de carga El índice de carga normal, en general, es la corriente especificada en la placa de identificación o en la documentación del fabricante. Para una carga rápida, se puede utilizar un valor unas pocas veces mayor que el valor normal si la temperatura del electrolito se mantiene por debajo de los 40° C.

Corriente de carga Tanto corriente CC o CC pulsatoria pueden utilizarse para cargar las baterías. En cada caso, la dirección de la corriente de carga (movimiento de electrones) debe ser opuesta a la corriente durante la descarga tal como se muestra en la Figura 7-5(A ). Una corriente de carga se produce mediante la conexión

de la batería a un cargador con polaridades eléctricas como se indica en la Figura 7-5(B).

I (Movimiento (electron movement)

(Movimiento (electron movement) de electrones) +

de electrones)

+ R _

DESCARGA (A)(A) DISCHARGE

+

CARGADOR CHARGER _

E _

(B)CARGA +y–a+–)AND – TO –) (B) CHARGE ( (+ + aTO

Figura 7-5 – Corriente de la batería.

El índice de carga depende de la diferencia de tensión entre la tensión de la batería y la tensión de la fuente de carga. En todos los casos, la tensión del cargador debe ser mayor que la tensión total de la batería. Si la tensión del cargador fuese inferior, la batería se descargaría conduciendo electrones hacia el cargador. En los vehículos a motor, las baterías se cargan mediante un alternador que se monta en el vehículo. Cuando se encuentra disponible una fuente CC de alta tensión, las baterías pueden cargarse directamente desde la fuente utilizando un sistema de circuitos limitador de corriente adecuado. Cuando se utiliza una

fuente CA, la tensión debe rectificarse, es decir, cambiarse a CC antes de ser aplicada a la batería.

Sistemas de carga Los cargadores de baterías funcionan en el sistema de corriente constante o tensión constante. En el sistema de corriente constante, el índice de carga permanece igual independientemente del estado de la batería. En un sistema de tensión constante, la tensión del cargador se mantiene consta nte en un valor apenas superior a la tensión de la batería. A medida que se carga la batería, su tensión aumenta ligeramente, reduciendo así el la tensión diferencial entre la batería y el cargador. El resultado es un índice de carga alto al principio y bajo hacia el final, en otras palabras, una carga a tensión constante. Esto es muy conveniente ya que el índice de carga depende del estado de la batería.

Unidad 7 B aterías ►

55

MANTEN IMIENTO DE LA BATERÍA La vida útil de una batería de plomo-ácido depende del uso y el cuidado que se le de. Si recibe un buen cuidado, durará varios años; con poco cuidado o sin él , puede quedar destruida en un mes. Las reglas importantes para el cuidado de una batería se presentan a continuación: 1.

Probar las baterías periódicamente. Siempre utilizar antiparras de seguridad y ropa protectora

para protegerse del ácido de la batería. 2. Si la batería está completamente descargada, recárguela de inmediato. 3.

Al cargar la batería, seleccionar un índice de carga compatible con el tiempo de carga disponi-

ble. Si se dispone de tiempo, utilizar el índice de carga normal indicado en la documentación del fabricante del producto. 4. Si es necesario cargar una batería a un índice de carga muy alto, verificar la temperatura del electrolito y nunca dejar que exceda los 40° C. Si las celdas liberan gas libremente, disminuir el índice de carga al índice normal. 5. Nunca intentar cargar las baterías a un peso específico definitivo. Mantener la carga hasta que la misma lectura de peso específico se indique en tres intervalos consecutivos de media hora. 6. Por medio de la adición regular de agua destilada solamente, mantener el nivel del electrolito por encima de la parte superior de los separadores de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Ocurrirá el deterioro rápido de la batería si se deja mantener el nivel del electrolito

por debajo de la parte superior de los separadores. Por lo general, las baterías libres de mantenimiento no requieren la adición de agua. 7. Agregar agua destilada en forma inmediata antes de recargar una batería de plomo-ácido. En el proceso de carga de una batería tradicional, el agua del electrolito se convierte en gas de hidrógeno y oxígeno que circula a través de los orificios de ventilación. El agua debe rep onerse

para mantener el nivel del electrolito. Las baterías libres de mantenimiento no experimentan esta pérdida de electrolito. 8. Nunca utilizar un fósforo para proporcionar luz mientras se verifica el nivel del electrolito. La combinación de hidrógeno y oxígeno es altamente volátil. El área utilizada para recargas debe estar bien ventilada. 9. Nunca desconectar los conductores a la batería mientras se está cargando. La chispa que se produce en los bornes puede encender el gas y provocar una explosión. En muchas ocasiones, se puede cargar una batería mientras está montada pe rmanentemente en su posición, por ejemplo en un automóvil, donde el terminal negativo se conecta a un bastidor o motor. Para reducir las posibilidades de una explosión, el conductor negativo del cargador debe conectarse

al bastidor en lugar de al terminal. 10. Nunca tomar una lectura de peso específico inmediatamente después de agregar agua destilada a una batería. La adición de agua destilada diluye el electrolito y disminuye el peso específico.

La lectura entonces indicará un estado de la carga por debajo del estado real de la batería. 11. Evitar derramar electrolitos cuando se prueba la batería con el hidrómetro. 12. Nunca agregar electrolitos o ácido a la batería, a menos que se haya determinado definitivamente la pérdida de algún electrolito. Si alguna vez es necesario preparar electrolitos, recordar que el ácido debe agregarse al agua, y debe hacerse lentamente.

13. Al colocar una batería a cargar, no retirar los tapones de ventilación. Éstos evitan que el ácido alcance la superficie superior de la batería y permiten que los gases se liberen como se mencionó en el punto 7 anteriormente.

56

Unidad 7

►

Baterías

14. Retirar los depósitos que se puedan formar en los bornes de una batería para que no se corroa el metal. La presencia de un depósito blanco verdoso en los bornes de la batería indica corrosión. Retirar este material limpiando profundamente las partes afectadas con un cepillo de alambre.

Aplicar una solución potente de bicarbonato de sodio y agua en todas las par tes corroídas para neutralizar el ácido que aún queda. Lavar la batería con agua dulce y secarla con aire comprimido o un paño. Por último, cubrir los bornes con vaselina u otro material adecuado. 15. No generar una corriente de descarga pesada excepto por períodos cortos de tiempo. Si es necesario una corriente alta por un período prolongado, usar baterías adicionales conectadas en paralelo. 16. Probar las baterías con mayor frecuencia en los climas muy fríos que en los más cálidos. Una batería descargada se congela más fácilmente.

Figura 7-6 – Baterías de plomo-ácido. (Cortesía de GNB Industrial Power)

Unidad 7 B aterías ►

57

RESUMEN Hoy en día se utilizan una variedad de tipos de baterías para hacer funcionar juguetes, equipos de audio, lámparas, auriculares, entre otros. Esta unidad en estudio se centra en las baterías que se utilizan para sustituir los sistemas de energía comerciales en situaciones de emergencia en los entornos industriales. Para este propósito se utiliza un banco de baterías como se muestra en la Figura 7-6. Las baterías deben verificarse en forma regular y realizarse las tareas de mantenimiento adecuadas. La clave de la preparación de una batería es el peso específico, no la tensión terminal. Las baterías deben estar cargadas

por completo y estar listas para operar en todo momento.

REV ISIÓN DE LOGROS

En las preguntas 1 a 4, completar las afirmaciones con una palabra o frase para que sean correctas. 1. Las baterías se clasifican según la capacidad de tensión y ___ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __. 2. La información a utilizar para cargar una batería se encuentra en su ___ __ __ __ __ __ __ _. 3. La condición eléctrica de una ba tería se c onoce como su ___ __ __ __ __ de__ __ __ __ __ _. 4. El instrumento que se utiliza para determinar el peso específico es el __ __ __ __ __ __ __ _. En los puntos 5 a 13, seleccionar la mejor respuesta para que cada afirmación sea correcta. Colocar

la letra de la respuesta en el espacio provisto. 5. El estado de carga de una batería se mide con un:

a. voltímetro b. amperímetro c. hidrómetro

d. óhmetro e. termómetro

6. La salida máxima posible de corriente de una celda se determina por:

a. b. c. d. e.

8.

__ __ __ __ __ __ _

la resistencia interna de la celda. el conector de enlace. el índice de carga. el material separador de la batería. la resistencia de carga.

7. Cuando las celdas secundarias están descargadas, por lo general se

a. b. c. d. e.

__ __ __ __ __ __ _

__ __ __ __ __ __ _

recargan. desechan. las deja sin utilizar. descargan más allá de 1.15 ponen en un tester de tiempo.

Cuando se carga una batería a un índice alto, el índice debe disminuirse hasta el índice normal

si

_____________ a. la temperatura del electrolito excede los 40° C. b. la tensión del cargador es menor que la tensión de la batería. c. los bornes no están recubiertos.

58

Unidad 7

►

Baterías

d. la resistencia interna aumenta. e. las celdas liberan gas libremente. 9. Mientras se descarga una celda, el electrolito

a. b. c. d. e.

__ __ __ __ __ __ _

se torna más denso. se torna menos denso. desarrolla un peso específico mayor. debe ser reemplazado. debe verificarse la temperatura del electrolito.

10. El deterioro rápido de una batería ocurrirá si

__ __ __ __ __ __ _

a. se deja que quede descargada. b. se deja que el nivel del electrolito se mantenga por debajo de la parte superior de los separadores. c. se utiliza CC pulsatoria para cargarla. d. se carga a un índice elevado. e. se carga con mucha frecuencia. 11. Una gran celda, en comparación con una pequeña, posee

a. b. c. d. e.

mayor tensión. más vida útil. más capacidad de corriente. menor punto de congelación. mayor resistencia interna.

12. El estado de una batería se determina por

a. b. c. d. e.

__ __ __ __ __ __ _

__ __ __ __ __ __ _

la clasificación de tensión. la clasificación por amperes-hora. la tensión terminal bajo carga. el peso específico del electrolito. la cantidad del electrolito.

13. Las baterías de ac umuladores se clasifican según la ca pacidad amperes-hora y ___ __ __ __

a. b. c. d. e.

la tensión. la corriente. la potencia. la energía. la resistencia interna.

14. Mencione la ecuación para determinar el tiempo necesario para descargar por completo una batería totalmente cargada de 12 volts, 90 amperes-hora, si proporciona una corriente constante

de 15 amperes a una carga. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

8

CONDUCTORES ELÉCTRICOS Y TAMAÑOS DE CABLES OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Describir los factores que determinan la resistencia de un conductor. • Usar las tablas de conductores.

La energía eléctrica se distribuye por un sistema de conductores. La selección e instalación de los conductores es, por lo tanto, una fase práctica importante del trabajo de cualquier electricista.

RESISTENCIA TOTAL DEL CIRCUITO Es importante conocer los factores que contribuyen a la resistencia total de un circuito y los conductores son parte de ella. En cualquier circuito, cinco factores contribuyen a la resistencia total del circuito: 1. El número y tipo de componentes que actúan como circuito de carga. 2. El tipo de disposición dentro del circuito de estos componentes. 3. La resistencia de los componentes de conmutación y control. 4. La resistencia de los conductores que transportan energía a los componentes desde la fuente. 5. La resistencia interna de la fuente de tensión. En general, el primero y el segundo factor determinan la porción principal de la resistencia total de un circuito. La Figura 8-1 representa el efecto que tienen los dispositivos agrupados en la resistencia total del circuito. Observe los diferentes valores de resistencia total. R 1 6

R 1 6

R 2

R = 18 T

6 R 3 6

R =2 T

R 1

R 2

R 3

6

6

6

R 2 6

R 3 6

R =9 T

Figura 8-1 – Resistencia total de circuito.

59

60

Unidad 8

►

Conductores Eléctricos y Tamaños de Cables

Cuando la resistencia del circuito de carga es muy baja, la resistencia de los conductores puede convertirse en una parte apreciable de la resistencia total del circuito. Los grandes conductores utilizados en el circuito del motor de arranque de un automóvil son necesarios debido a la baja resistencia del circuito de carga. Parte de la tensión total aplicada a la carga existe a lo largo del conductor. Es siempre aconsejable mantener esta caída de tensión en la menor proporción posible. La selección del tamaño de cable adecuado

es a menudo un acuerdo entre la caída de tensión permisible y el costo de la instalación de conductores que proporcionarán una caída de tensión menor.

RESISTENCIA La resistencia deCONDUCTORES un conductor depende • • • •

Del tipo de material utilizado para el conductor, por ejemplo cobre o aluminio. La longitud del conductor. La sección transversal del conductor. La temperatura del conductor.

Material La plata es el mejor material para conductores de electricidad, pero es usado en pocas ocasiones por su costo. El cobre es casi tan bueno como el conductor de plata, es relativamente económico y resulta

adecuado para la mayoría de los tipos de cableado. El aluminio se utiliza cuando la liviandad de peso es un factor importante. Las aleaciones de cobre y varios otros metales se utilizan ampliamente en la construcción de elementos térmicos y para otros dispositivos eléctricos.

Longitud La resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud. En un cable particular, 2 metros posee el doble de resistencia que 1 metro; 3 metros tienen tres veces la resistencia de 1 metro. Sección transversal La sección transversal (CSA, son sus siglas en inglés) de un cable es la superficie en el extremo de un cable cortado en ángulo recto al eje del cable. En la Figura 8-2, la sección sombreada es la sección transversal. Cuanto más grande el conductor, menor es la resistencia y la corriente pasa mas fácil.

SECCIÓN TRANSVERSAL (CSA) Figura 8-2 – Sección transversal.

Unidad 8

►

Co nductores Eléctricos y Tamaños de Cables d0.001'' (diámetro)

En términos más precisos, la resistencia de un

cable conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección transversal. Normalmente, la sección transversal se expresa

1' 0''

L (longitud)

en milímetros cuadrados. La sección transversal de cualquier conductor (expresada en milímetros cuadrados) puede obtener-

SECCIÓN TRANSVERSAL

se determinando el radio (la m itad del diámetro = d/2) del cable, elevando al cuadrado este número y multiplicándolo por el número Pi ( 3,14).

Figura 8-3 – Sección transversal.

Ejemplo: Obtener la sección transversal de un cable de 1,5 milímetros de diámetro Radio = diámetro / 2 = 0,75 milímetros Radio al cuadrado = 0,5625 milímetros Sección transversal = radio al cuadrado x Pi ( ∏ )

Sección transversal = 0,5625 x 3,14 Sección transversal = 1,766 milímetros cuadrados Si se conoce la sección de un cable, puede determinarse fácilmente su diámetro. Para obtener la resistencia de un cable conductor, se utiliza la siguiente fórmula: R=

L S

R = resistencia eléctrica en Ohms. L = longitud en metros S = sección transversal en milímetros cuadrados = (letra griega rho) = coeficiente de resistividad,

también llamado resistencia específica en ohms x milímetro cuadrado / metro. Este coeficiente es característico de cada material. M a t e r ia l Aluminio Carbón Cobre Constatan Nicromo Plata

Resistividad( 0,028 40,0 0,0172 0,489 1,5 0,0159

Platino Plomo Tungsteno

0,111 0,205 0,0549

Ω

· mm2 / m ) a 20º C

Figura 8-4 – Tabla del coeficiente de resistividad para distintos materiales.

61

62

Unidad 8

►

Conductores Eléctricos y Tamaños de Cables

Ejemplo: Obtener la resistencia de un cable de cobre de 100 metros de longitud y 4 milímetros cuadrados de sección transversal, a 20° C. De la Figura 8-4 se obtiene el

(coeficiente de resistividad) del cobre a 20° C, igual a 0,0172

R=

0,0172 X 100 = 0,43 ohms 4

Temperatura La resistencia de un circuito o un conductor es por lo general constante y no depende de la corriente

o tensión. No obstante, si la corriente es excesiva, la temperatura puede subir y provocar un aumento en la resistencia. Cuando el filamento decarbono una lámpara estáregla caliente, una resistencia mucho mayor que cuando está frío. El es unaincandescente excepción a esta ya queposee su resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura. Determinadas aleaciones, como la manganina, mantienen casi constante la resistencia a través de amplias variaciones de temperatura. La corriente que circula por un conductor genera calor dentro del mismo. El aumento resultante en la temperatura establece un límite en la cantidad de corriente que puede pasar por un conductor. La resistencia de un conductor también varía si hay una variación en la temperatura del entorno que rodea al conductor. En el caso del cobre, si la temperatura aumenta, la resistencia disminuirá. El calor producido dentro de un conductor se irradia hacia el espacio o se conduce hacia fuera por medio de materiales en contacto con el cable. Si se produce calor más rápido que de lo que se disipa, el conductor podría derretirse. Por razones obvias de seguridad, las Normas IRAM establecen valores de corriente admisibles para distintos valores de sección transversal y factores de corrección para distintas temperaturas (IRAM 2183). S e c c i ó n d e l c o n d u c t o r d e c o b r e s e g ú n I R A M 2 18 3 S (mm2) 1

C o r r i e n t e m á x i m a a d mi si b l e (A) I 9,6

1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95

13 18 24 31 43 59 77 96 116 148 180

Corriente máxima admisible según la sección transversal del conductor Temperatura ambiente hasta °C) ( T 25 30 35 40 45 50 55

Factores de corrección por temperatura

Factor de corrección (Fc) K 1,33 1,22 1,13 1 0,86 0,72 0,5

Unidad 8

►

Co nductores Eléctricos y Tamaños de Cables

Figura 8-5 – Instalación de cables.

63

64

Unidad 8

►

Conductores Eléctricos y Tamaños de Cables

RESUMEN El grosor y la longitud de un cable determinan su resistencia. La temperatura también es un factor determinante. Todos los materiales de cables tienen resistenc ia, y el cobre es un metal común que se utiliza para alambres y cables. La resistencia de un cable resulta en ahorro de energía en términos de la cantidad de kilowatts por hora utilizados. Cuando se realiza la instalación de cables, como en la Figura 8-5, es importante seleccionar el tamaño y la longitud correctos, no sólo hacer el trabajo correctamente sino ahorrar dinero.

REVISIÓN DE LOGROS Seleccionar la mejor respuesta para los puntos 1 a 10 para que cada afirmación sea verdadera, y colocar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 1. La resistencia de un conductor de cobre es inversamente proporcional a

a. b. c. d.

__ __ __ __ __.

la sección transversal la temperatura del entorno. la corriente que circula por el conductor. la longitud.

2. Un conductor tiene una resistencia de 6 ohms. Un conductor del mismo material y longitud pero con el doble de sección transversal tendrá una resistencia de __ __ ___ __ _.

a. b. c. d. e.

1/3 ohms. 2 ohms. 3 ohms. 6 ohms. 12 ohms.

3. Un conductor tiene una resistencia de 10 ohms. Un conductor del mismo material pero con el doble de diámetro tendrá una resistencia de

a. b. c. d. e.

__ __ __ __ __.

1/5 ohms. 2,5 ohms. 5 ohms. 10 ohms. 20 ohms.

4. Un conductor tiene una resistencia de 12 ohms. Un segundo conductor del mismo material y una sección transversal cuatro veces mayor tiene una resistencia de __ __ __ __ __.

a. b. c. d. e.

1/3 ohms. 3 ohms. 6 ohms. 12 ohms. 48 ohms.

Unidad 8

►

Co nductores Eléctricos y Tamaños de Cables

5. La sección transversal de los cables se mide en

65

__ __ __ __ __.

a. milésimas de pulgada. b. milímetros cuadrados. c. milímetros. d. pulgadas cuadradas. 6. Al elevar al cuadrado el valor del radio de un cable, y multiplicarlo por el número Pi, el resultado es

___ __ __ ___.

a. la sección transversal b. la longitud. c. d. la el resistencia. diámetro. e. la conductancia. 7. El número de conductores separados en un caño eléctrico o cable es un factor principal en la determinación de

__ __ __ __ __.

a. la resistencia de cada conductor. b. la tensión de cada conductor. c. el tamaño de los conductores. d. la capacidad de transporte de corriente de los conductores. e. la temperatura a la que los conductores se derriten. 8. La porción más grande de la resistencia total de un circuito se determina por el tipo de disposición de circuito y

___ __ __ ___.

a. la resistencia interna de la fuente de tensión. b. la resistencia de los componentes de control. c. d. la la resistencia resistencia de de carga. los cables. e. la resistencia de los componentes de conmutación. 9. Mencionar los cinco factores que determinan la resistencia total de un circuito. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Mencionar cuatro factores que afectan la resistencia de un conductor. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

66

Unidad 8

►

Conductores Eléctricos y Tamaños de Cables

11. Obtener la sección transversal de un cable con un diámetro de 7 milímetros __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Obtener el diámetro de un cable con una sección transversal de 35 milímetros cuadrados. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Si 300 metros de cable de cobre (a 20 °C) tienen una resistencia de 3,07 ohms, ¿cuál es la su sección transversal? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

14. Un trozo de 1 metro de cobre a 20 °C tiene una resistencia de 0,00777 ohms. Cuál es su sección

transversal? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

15. ¿Cuál es la resistencia de 10 metros del cable utilizado en el problema 14? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

16. Determinar la resistencia de un cable de cobre de 70 milímetros cuadrados de sección transversal a 20 °C si mide 600 metros. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

9

CAÍDA DE TENSIÓN EN LOS CONDUCTORES OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá • Debatir los principios de la caída de tensión en los conductores. • Demostrar las técnicas de resolución de problemas implicadas en la selección de conductores.

La caída de tensión es la pérdida de potencial eléctrico en un conductor debido a su resistencia. Los efectos de la caída de tensión en conductores pueden observarse en la intensidad de las luces cuando

se conecta una tostadora ó una plancha eléctrica. Este efecto se produce cuando un dispositivo de baja resistencia se conecta directamente a la línea de alimentación. Debido a este efecto molesto, las compañías eléctricas limitan las clasificaciones de potencia de los componentes eléctricos que se conectan directamente a la línea de alimentación y especifican controladores limitadores de corriente para que se utilicen en motores y otras cargas de corriente alta. Suponiendo que la fuente de alimentación posee capacidad de energía eléctrica suficiente, este efecto de atenuación puede reducirse mediante el uso de

grandes conductores con baja resistencia y una mayor capacidad de transporte de corriente. La selección

de un conductor es por lo general un acuerdo entre los costos y la caída de tensión permitida. La resistencia de cualquier conductor provoca una caída de tensión que se determina por E = IR. Por ejemplo, si un conductor tiene una resistencia de 5 ohms y transporta una corriente de 7 amperes, la caída de tensión en el conductor es 7 x 5 ó 35 volts. La resistencia en un conductor es función de su longitud y de su sección transversal ó su diámetro. Si la resistencia se otorga por metro de longitud, entonces la resistencia total puede obtenerse multiplicando la longitud total por la resistencia por metro. La longitud de un cable tiene una resistencia de 1,01 ohms por cada mil metros, o bien 1,01/1.000 = 0,00101 ohms por metro. La resistencia de 180 metros de cable sería como se muestra a continuación: 180 metros x 0,00101

ohms = 0,1818 ohms metro

Si hay una corriente de 20 amperes en el cable, tendrá lugar una caída de tensión de 3,6 volts. E = IR = 20 X 0,18 = 3,6 volts

67

68

Unidad 9

►

Caída de Tensión en los Conductores

Si se utiliza el cable en est udio para conecta r un generador c on 180 volts a un motor, como se muestra en la Figura 9-1, la tensión aplicada al motor es la siguiente: V M = EG – V D = 180 – 3,6 = 176,4 volts

E G 180 V G

584metros FT. OFde WIRE 180 cable

M

I=20A

V 176.4V

Figura 9-1 – Tensión aplicada al motor.

Ejemplo: La Figura 9-2 muestra un generador de CC que suministra 50 amperes a un motor ubicado a 80 metros de distancia. Los conductores son cables de cobre de 4 mm 2 .Obtener la tensión que se aplica al motor si el generador funciona a 257 volts.

80250 metros FT

E

I = 50 A G

G

2 Cable cobre 8 mm NO. 4de COPPER WIRE

M

257 V

VM = ?

Figura 9-2 – Caída de tensión.

Se puede utilizar una simple fórmula para determinar la caída de tensión en el cable. Vd = Ρ

En donde

LI S

V d = caída de tensión permisible. En volts S

= sección transversal en mm 2

I

= corriente en amperes

L = longitud del circuito en metros Ρ = coeficiente de resistividad del cobre a 20 °C = 0,0172

Unidad 9 Ca ída de Tensión en l os Conductores ►

69

Por lo tanto, para el ejemplo de la Figura 9-2,

Vd =

0,0172 x 80 x 50 = 8,6 volts (tensión total caída en los cables) 8

V M = EG – Vd = 257 – 8,6 = 248,40 volts en el motor

La Figura 9-3 muestra un motor que funciona a partir de una fuente CC de 220 volts y consume 50 amperes en carga total. Si se permite una caída del 2 por ciento en la tensión de la línea, ¿cuál es el tamaño de conductor más chico a utilizar en una línea de 30 metros de longitud?

30100 metros FT

E G 220 V

G

M

Figura 9-3 – Determinación del tamaño del conductor.

La caída total de la línea es 2 por ciento de 220 ó 4,4 volts.

S=

ΡL

Vd

I=

0,0172x30x50 = 5,86 milímetros cuadrados 4,4

Teniendo en cuenta la Tabla de tamaños de cables IRAM 2183, el tamaño de cable apropiado es el de 6 mm 2 de sección transversal. Siempre utilice un tamaño de cable equivalente o más grande que la respuesta obtenida a partir de la fórmula. Para todos los fines prácticos, la caída de tensión no se v e afectada por el aislamiento en un conductor. Los aislantes se especifican en f unción de la temperatura y de la corriente nominal de los conductores que protegen de acuerdo a las normas IR AM , pero la caída de tensión puede no mantenerse al mínimo. Cuando se ven implicadas grandes distancias, los tamaños de los conductores por lo general se determinan considerando primero la caída de tensión y luego seleccionado un aislamiento apropiado para la temperatura y la ubicación específicas.

70

Unidad 9

►

Caída de Tensión en los Conductores

Figura 9-4 – Tester de tensión. (Cortesía de Advanced Test Products)

RESUMEN Debido a que los conductores eléctricos contienen resistencia, una caída de tensión tendrá lugar en esta resistencia como si se tratara de un resistor de un circuito. En las líneas de distribución de energía, la caída de tensión es una función del material del cable, el grosor del cable, la corriente que pasa a través del

cable y la longitud del cable. Esta caída de tensión debe tomarse en cuenta para proporcionar la energía necesaria a un motor u otro dispositivo similar.

REVISIÓN DE LOGROS 1. Si la corriente en la Figura 9-1 cambia a 35 amperes, obtener la tensión aplicada al motor. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

2.

Obtener la caída de tensión en la línea en la Figura 9-1 si la longitud total del cable es 240 metros en lugar de 180 metros. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 9 Ca ída de Tensión en l os Conductores ►

3.

71

Si el cable de la Figura 9-1 cambia de manera que su resistencia es 0,4 ohms por cada 300 metros, con 180 metros necesarios, ¿cuál es la tensión aplicada al motor? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Un motor de CC consume 100 amperes a carga completa desde una fuente de CC de 220 volts a 100 metros de distancia. Si se permite una pérdida de tensión de línea del 3 por ciento, ¿cuál es la sección del cable a utilizar para los conductores de la línea?

=0,0172.

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

5. En el problema 4, ¿cuál es la tensión en todo el motor? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Una fuente de CC de 110 volts suministra 25 amperes a un circuito de carga a 150 metros de distancia. Se utilizan cables de cobre de 10 mm 2 de sección para los conductores de la línea. =0,0172. Obtener:

a. la caída de potencial de línea.

b. la tensión en la carga.

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Si el circuito del problema 6 usa cables de cobre de 4 mm 2 de sección, ¿cuál es la ten sión en la carga?

= 0,0172.

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

8.

Determinar el t amaño correcto de los conductores de cobre necesarios para abastecer a un grupo paralelo de cinco lámparas de 300 watts que se encuentran a 25 metros del tablero de control. La tensión en el tablero de control es 120 volts. La caída de potencial de la línea permisible es 1,2 volts.

= 0,0172.

__________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

72

Unidad 9

►

Caída de Tensión en los Conductores

9. Si la distancia en el problema 8 es de 80 metros, determinar el tamaño de los conductores. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. La tensión aplicada a un motor es de 238 volts. El motor se encuentra a 70 metros de la fuente de tensión. El tipo de cable que se utiliza es una aleación y se desconoce su sección transversal.

Si la caída de potencial de línea es igual a 2 volts, ¿cuál es el valor de la fuente de tensión? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

En los puntos 11 a 16 seleccionar la mejor respuesta que convierte cada af irmación en verdadera. Ubicar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 11. El efecto molesto de regular las luces en un hogar a veces tiene lugar cuando se desconecta el dispositivo de una línea y tiene un valor de resistencia que es __ __ __ __ __.

a. b. c. d. e.

alto. bajo. medio. más alto que la resistencia de otros dispositivos de la línea. igual a la resistencia de otros dispositivos de la línea.

12. Para una pequeña caída de tensión de la línea, la resistencia de los conductores de la línea deberían ser

a. b. c. d. e.

un pequeño porcentaje de la resistencia total del circuito. un porcentaje mayor de la resistencia total del circuito. igual a la resistencia de carga. igual a la combinación entre la resistencia de carga y la resistencia de fuente. igual a la resistencia de fuente.

13. Cuando se especifica un porcentaje permitido de caída de tensión de línea en un problema, el valor se calcula directamente a partir de

a. b. c. d.

__ __ __ __ __.

__ __ __ __ __.

la tensión de carga. la tensión fuente. la tensión a través de los componentes de control. la tensión a través de los componentes que constituyen la resistencia de carga.

e. las tablas de cables.

Unidad 9 Ca ída de Tensión en l os Conductores ►

14. La tensión que se aplica a la carga es igual a

a. b. c. d. e.

__ __ __ __ __.

la longitud del circuito. la corriente que circula a través de la carga. la sección transversal del conductor. la capacidad de transporte de corriente del conductor. la corriente a través del conductor.

16. Dos importantes factores generales que deben considerarse a la hora de seleccionar conductores son la caída de tensión permisible y

a. b. c. d. e.

__ __ __ __ __.

la tensión fuente. la caída de tensión de línea menos la tensión fuente. la tensión de la línea. la caída de tensión de la línea. la tensión fuente menos la caída de tensión de línea.

15. La caída de tensión de línea es inversamente proporcional a

a. b. c. d. e.

73

la sección transversal. los costos. la resistencia. los componentes de carga. si los conductores deberían ser de plata o cobre.

__ __ __ __ __.

U•N•I•D•A•D

10

RESUMEN DE REVISIÓN DE LAS UNIDADES 1-9 OBJETIVOS • Evaluar el conocimiento y la comprensión adquiridos durante el estudio de las nueve unidades

anteriores.

PUNTOS A R ECORDAR • Las relaciones eléctricas básicas entre corriente, tensión y resistencia se encuentran en la ley de

Ohm. • Los electrones se mueven a lo largo de los cables para crear corriente. El potencial eléctrico se

denomina tensión. Si la tensión se mantiene constante y la resistencia aumenta, la corriente disminuirá. • En un circuito en serie, la corriente es la misma a través de cada uno de los dispositivos, y la suma de las caídas de tensión equivale a la tensión total. • En un circuito paralelo, la tensión es la misma a través de cada ramificación, y la suma de las

corrientes de cada ramificación equivale a la corriente total. • La fuerza a través de la distancia es igual al trabajo. La potencia es la tasa de generar trabajo y se

mide en watts. • El estado de una batería de plomo-ácido sólo puede determinarse verificando el peso específico

del electrolito mediante un hidrómetro. • La resistencia de un cable de cobre es una función de su longitud y de su sección transversal.

En los puntos 1 a 10, agregar la palabra o frase que converti rá cada af irmación incompleta en verdadera. 1. El potencial eléctrico se mide en _____________________________________________ . 2. La corriente eléctrica se mide en _____________________________________________ . 3. El símbolo que representa la resistencia es la letra _______________________________ . 4. Un corriente eléctrica es el movimiento de _____________________________________ . 5. El símbolo que representa la fuente de tensión es la letra __________________________ .

75

76

Unidad 10

►

Resumen de Revisión de las Unidades 1-9

6. La resistencia se mide en ___________________________________________________ . 7. El símbolo que representa la corriente es la letra _________________________________ . 8. La potencia eléctrica se mide en _____________________________________________ . 9. El símbolo que representa la potencia eléctrica es la letra __________________________ . 10. La energía eléctrica se mide en ______________________________________________ .

Para cada una de las afirmaciones incompletas de la izquierda en los puntos 11 a 20, seleccionar la mejor palabra o frase de la derecha para que cada una sea verdadera. Ubicar la letra correspondiente a la palabra o frase en el espacio provisto. 11. La resistencia de un conductor varía directamente con su ___________________________

a. cobre.

12. La energía por unidad de tiempo es ______________________________________

c. potencia.

13. La sección transversal de un cable se expresa por lo general en __________________________

e. un óhmetro.

14. La resistencia de un cable varía inversamente con su _______________________________

g. sección transversal.

15. El conductor de electricidad utilizado con mayor frecuencia es ____________________________

i. en serie.

16. En las tablas de tamaños de cables, el diámetro de un cable se expresa en __________________ 17. Un circuito paralelo tiene más de un trayecto para ________________________________ 18. La resistencia eléctrica se mide con un instrumento conocido como ____________________

b. milímetros cuadrados. d. peso específico. f. longitud. h. paralelo. j. milímetros k. energía. l. oro. m. plata. n. un voltímetro. o. contador watt/hora.

19. Una tensión más alta se obtiene conectando baterías en _____________________________

p. mixto.

20. Al cargar una batería, se debe mantener en carga hasta que no haya ningún aumento en ___________

r. milímetros cuadrados.

q. tensión. s. corriente.

Seleccionar la mejor respuesta para convertir las afirmaciones del punto 21 a 52 en verdaderas y ubicar la letra correspondiente en el espacio provisto. 21.

Para operar correctamente, los componentes eléctricos conectados en un circuito en serie deben tener la misma clasificación con respecto a (a) la tensión (b) la corriente (c) la resistencia

(d) la potencia (e) el aislamiento.

______________________

Unidad 10 Re sumen de Revisión de las Unidades 1-9 ►

77

22. Para operar correctamente, los componentes eléctricos de un circuito paralelo deben tener la misma clasificación con respecto a (a) la tensión (b) la corriente (c) la resistencia (d) la potencia

(e) la energía. 23.

______________________

La parte pri ncipal de la resistenc ia en un circuito eléctrico correct amente cableado por lo general se encuentra en (a) los cables de conexión (b) los componentes del circuito (c) la fuente

de alimentación (d) los instrumentos de medición (e) los interruptores cerrados. ______________________

Remitirse a la Figura 10-1 para los problemas 24 a 30. R C

2.5

A

2.5

R

R

1

2

2.5

R

3

2.5

X

D

4 B

Y

Figura 10-1 – Circuito de resumen de revisión. 24.

La Figura 10-1 es un (a) circuito en serie (b) circuito paralelo (c) circuito mixto (d) circuito derivado (e) circuito recíproco. ______________________

25. La resistencia de una ramificación A-B es (a) 2,5 ohms (b) 5 ohms (c) 20 ohms (d) 0 ohms (e) infinita.

______________________

26. Si se conecta un óhmetro a través de R1, leerá (a) 2,5 ohms (b) 5 ohms (c) 7,5 ohms (d) 10 ohms

(e) menos de 2,5 ohms. (Nota: considerar el circuito entero, no sólo R1.) ______________________

27. Si R1 desarrolla repentinamente un “cortocircuito” (resistencia cero), la resistencia total a lo largo de los puntos X e Y (a) aumentará (b) disminuirá (c) se mantendrá constante (d) equivaldrá

a 2,5 ohms. 28.

______________________

Si R1 desarrolla repentinamente u na “abertu ra”, la resistencia de la ramif icación C-D (a) aumentará (b) disminuirá (c) se mantendrá constante (d) cambiará a cero. ______________________

78

Unidad 10 29.

►

Resumen de Revisión de las Unidades 1-9

Un óhmetro se conecta a t ravés de los puntos X e Y . Presenta u na lectura de inf inito. Esto indica que (a) un resistor está abierto (b) R1 o R2 está abierto (c) R3 o R4 está abierto (d) un resistor de cada ramificación está abierto (e) tanto R1 y R2 están abiertos. ______________________

30. Un óhmetro conectado a través de los puntos X e Ypresenta una lectura de cero. Esto indica que

(a) R1 y R2 hicieron cortocircuito (resistencia cero) (b) un resistor de cada ramificación hizo cortocircuito (c) R2 y R4 hicieron cortocircuito (d) R1 hizo cortocircuito y R4 está abierto. ______________________ Remitirse a la Figura 10-2 para los problemas 31 a 35.

R

1

5

R

3

5

E 20 V

R 5

2

R

4

5

Figura 10-2 – Circuito de resumen de revisión. 31. La tensión a lo largo de R3 es (a) 2 volts (b) 4 volts (c) 5 volts (d) 8 volts (e) 10 volts. ______________________ 32.

La corriente a través de R2 es (a) 1 amper (b) 2 amperes (c) 4 amperes (d) 8 amperes (e) 16 amperes. ______________________

33. La corriente total del circuito es (a) 4 amperes (b) 10 amperes (c) 15 amperes (d) 20 amperes (e) 25 amperes. ______________________ 34. Si un voltímetro conectado a lo largo de R1 presenta una lectura de 20 volts, significa que (a) R1 está abierto (b) R3 hizo un cortocircuito (c) R1 hizo un cortocircuito (d) R2 está abierto (e) R2 y R4 deben estar abiertos. ______________________ 35. Un voltímetro conectado a lo largo de R2 presenta una lectura de cero. Esto significa que (a) R1 hizo cortocircuito (b) R2 hizo un cortocircuito (c) R3 está abierto (d) R2 está abierto (e) ninguna conclusión es posible. ______________________

Unidad 10 Re sumen de Revisión de las Unidades 1-9 ►

79

36. En la Figura 10-3, la resistencia total del circuito es (a) 0,25 ohms (b) 1 ohm (c) 4 ohms (d) 8 ohms (e) 16 ohms. ______________________ 4

4

4

4

R

T

Figura 10-3 – Circuito de resumen de revisión. 37. En la Figura 10-4, la resistencia total a través de los puntos A y B es (a) 5 ohms (b) 10 ohms (c) 15 ohms (d) 20 ohms (e) 25 ohms (f) no se puede obtener. ______________________ 10

5

A

10

B

Figura 10-4 – Circuito de resumen de revisión. 38. Una fuente de alimentación de 40 volts se conecta a través de los puntos A y B de la Figura 10-4. La corriente a través de uno de los resistores de 10 ohms es (a) 1,6 amperes (b) 2 amperes

(c) 4 amperes (d) 8 amperes (e) 16 amperes.

______________________

39. Respecto unas de otras, las tres lámparas de la Figura 10-5 están conectadas (a) en serie (b) en paralelo (c) con desviación (d) en circuito mixto (e) en un circuito Norton. ______________________

80

Unidad 10

►

Resumen de Revisión de las Unidades 1-9 L

L

L

V

A E

Figura 10-5 – Circuito del resumen de revisión. 40. En la Figura 10-5, el voltímetro está (a) en serie con las lámparas (b) en paralelo con las lámpa-

ras (c) en serie con la batería (d) en paralelo con el amperímetro (e) en paralelo con la lámpara central. ______________________ 41. El amperímetro de la Figura 10-5 está (a) en serie con la batería (b) en paralelo con la batería (c) en paralelo con el voltímetro (d) en paralelo con las lámparas (e) en un cortocircuito. ______________________ 42. Cuatro lámparas, con valores de resistencia iguales, están conectadas en paralelo a una fuente

de alimentación de CC de 120 volts. La tensión a lo largo de cada lámpara es (a) 2,5 volts (b) 25 volts (c) 120 volts (d) 400 volts (e) no se puede obtener. ______________________ 43. Cinco lámparas, con valores de resistencia iguales, están conectadas en serie a una fuente de 125 volts. La tensión a lo largo de cada lámpara es (a) 5 volts (b) 25 volts (c) 125 volts (d) 625 volts (e) no se puede obtener. ______________________ 44. Cinco resistores de igual valor están conectados en paralelo a una fuente de CC de 125 volts. Si la corriente total es de 5 amperes, la corriente que circula por uno de los resistores es (a) 1 amper (b) 5 amperes (c) 10 amperes (d) 15 amperes (e) 25 amperes. ______________________ 45. Cuatro lámparas con valores de resistencia diferentes están conectadas en serie a una fuente de 117 volts. Si la corriente fuente total es de 8 amperes, la corriente a través de una de las lámparas es (a) 2 amperes (b) 4 amperes (c) 8 amperes (d) 16 amperes (e) 32 amperes. ______________________ 46. Las palabras “estado de carga” se refiere (a) al costo de carga de la batería (b) la cantidad de horas necesarias para cargar la batería (c) la corriente de carga (d) la tensión de la fuente de carga (e) el costo del cargador de la batería. ______________________ 47.

El térmi no “índice de carga” se refiere (a ) al costo de carga de la batería (b) la cantidad de horas necesarias para cargar la batería (c) la corriente de carga (d) la tensión de la fuente de carga (e) el costo del cargador de la batería. ______________________

Unidad 10 Re sumen de Revisión de las Unidades 1-9 ►

81

48. Una batería de acumuladores grande, en comparación a una pequeña, posee (a) una tensión mayor (b) una vida útil más prolongada (c) una clasificación mayor por amperes-hora (d) un menor punto de congelación (e) una resistencia interna mayor. ______________________ 49. Una batería debe cargarse a un índice de carga alto si (a) el índice se mantiene por debajo de 150 amperes (b) el tiempo de carga es menor a 3 horas (c) la tensión no excede los 7,5 volts (d) la temperatura del electrolito se mantiene por debajo de los 43 °C (e) el nivel de agua es adecuado. ______________________ 50. Una batería debe cargarse hasta que (a) la tensión alcance los 6 volts (b) las celdas comiencen a liberar gas (c) el peso específico alcance los 1,300 (d) la temperatura alcance los 43 °C (e) la

lectura del peso específico deje de aumentar. ______________________ 51. Una batería clasificada en 120 amperes-hora proporcionará una corriente de 5 amperes por aproximadamente (a) 5 horas (b) 12 horas (c) 24 horas (d) 120 horas (e) 600 horas. ______________________ 52. El peligro de permitir que una batería permanezca en un estado de descarga es que (a) resultará

en una reducción permanente de la capacidad de amperes-hora (b) requerirá de más tiempo para recargarse (c) liberará gas en forma violenta al momento de la carga (d) se dañará a bajas temperaturas o altitudes muy altas (e) no llegará a corriente total durante la carga. ______________________ 53.

¿Cuál es la resistencia de una tostadora que consu me 10 amperes cuando se conect a a un circuito de 120 volts? ______________________

54. Determinar la resistencia de un cable de cobre de 400 metros que posee un diámetro de aproxi-

madamente 1 milímetro ( = 0,0172). ______________________ 55. Obtener la resistencia total de 400 metros de cable de cobre de 4 mm 2 a 75 °C si la resist encia del cable por cada mil metros es de 1,01 ohms a dicha temperatura.

______________________ 56. Dos resistores conectados en paralelo tienen una resistencia combinada de 12 ohms. Uno de ellos es un resistor de 48 ohms. ¿Cuál es la resistencia del otro resistor? ______________________ 57. Resistores de 4 ohms, 8 ohms y 12 ohms están conectados en serie. La tensión a lo largo del resistor de 8 ohms es de 80 volts. Determinar la tensión de alimentación. ______________________ 58. Calcular el rendimiento total de un motor de CC que consume 40 amperes desde una fuente de 115 volts y entrega 5 caballos de fuerza a una carga. ______________________ 59. Determinar los conductores de tamaño correcto para una carga de 500 watts que se encuentra

a 30 metros de distancia de un tablero de control de 250 volts. La caída de potencial de línea permisible es 2 volts y Ρ = 0,0172. ______________________

82

Unidad 10

►

Resumen de Revisión de las Unidades 1-9

60. Obtener la tensión que hay en la carga del problema 59.

______________________

61. Determinar la potencia que toma R2 en la Figura 10-6.

______________________

62. Obtener la potencia en R4 en la Figura 10-7.

______________________ R 1 25

R 2 18 E 120 V

Figura 10-6 – Circuito del resumen de revisión.

5A

R1 2Ω

E R2 3Ω

2A

R3 6Ω

Figura 10-7 – Circuito del resumen de revisión.

R4

U•N•I•D•A•D

11

IMANES Y CAMPOS MAGNÉTICOS OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Determinar las propiedades de los imanes. • Discutir los principios básicos del magnetismo. La mayor parte de los equipos eléctricos en la actualidad funcionan por el magnetismo. Los motores

y los generadores funcionan según el principio del magnetismo. Es fundamental que el estudiante de electricidad comprenda este fenómeno.

MATERIALES MAGNÉTICOS hierro y su derivado, acero, se les puede dar la en propiedad atraermenor otras el piezas de elhierro y acero.Al Esta propiedad, conocidaelcomo magnetismo, la posee un gradode mucho níquel, cobalto y el gadolinio. El hierro y el acero combinados con estos y otros materiales magnéticos producirán una aleación con mucha más fuerza magnética. Los efectos magnéticos de los imanes se concentran en áreas llamadas polos. Éstos son de dos tipos y se los ha designado como polos norte y sur debido a que un imán sostenido en el aire libremente alineará su eje en una dirección norte-sur. El extremo del imán que apunta geográficamente al norte se denomina polo norte (N) y el otro extremo se llama polo sur (S). Si bien todos los materiales tienen algún grado de propiedad magnética, la mayoría de los materiales no tienen una cantidad útil de esta propiedad

y, a los fines prácticos, pueden considerarse no magnéticos.

IMA NES PERMA NENTES Y TEMPORALES El acero duro se utiliza para la construcción de imanes permanentes. El acero suave es más fácil de magnetizar, pero retendrá un grado relativamen te débil de magnetismo cuando se extrae la f uerza magnética. Esta pequeña cantidad de magnetismo que es retenida por el acero suave se conoce como magnetismo residual o remanente y es recomendable e importante en el funcionamiento de equipos eléctricos.

83

84

Unidad 11

►

Imanes y Campos Magnéticos

ELECTROIMANES Un imán temporal muy poderoso puede construirse al colocar una barra de acero suave dentro de una bobina de cable que transporta corriente eléctrica. La intensa fuerza magnética creada se reduce a una fuerza residual débil no bien se interrumpe la corriente. Un electroimán también puede utilizarse para magnetizar materiales magnéticos al colocar el material a través de los polos del electroimán como se ve en la Figura 11-1, o bien al colocar el material dentro de la bobina misma. MATERIAL MaterialTO a BE

magnetizar MAGNETIZED

TO DC CHARGER A cargador de CC

Figura 11-1 – Carga magnética.

INDUCCIÓN MAGNÉTICA Los materiales magnéticos también pueden magnetizarse al colocarlos cerca de un imán. El magnetismo que se produce en el material por este método se denomina magnetismo inducido. En el caso del

acero suave, el efecto es sólo temporal. El magnetismo se pierde no bien se extrae el imán.

LA LEY DE LOS IMANES Si se acercan dos imanes entre sí, ocurrirá lo siguiente: iguales seserepelen. •• Los polos opuestos atraen.

Unidad 11 Im anes y Campos Magnéticos ►

REPULSION Repulsión

EPULSION RRepulsión

85

Atracción ATTRACTION

Figura 11-2 – Los polos iguales se repelen, los polos opuestos se atraen.

La Figura 11-2 grafica esta ley. Dos polos N y dos polos S se repelen entre sí. Un polo N y un polo S se atraen.

CAMPOS MAGNÉTICOS Los imanes se influencian entre sí a una distancia sin tener que hacer contacto realmente. El espacio

que rodea a un imán a través del cual actúa esta fuerza invisible se conoce como campo magnético. La fuerza en sí puede representarse por medio de líneas magnéticas de fuerza que se supone que existen en el espacio entre los polos del imán. Estas líneas invisibles, denominadas conjuntamente flujo magnético,

se muestran en el espacio que rodea la barra de imán en la Figura 11-3. Las líneas magnéticas de fuerza no pueden bloquearse o aislarse, atravesarán o pasarán por dentro de cualquier material.

N

S

Figura 11-3 – Patrón de flujo.

Fuerza de campo La concentración de las líneas de fuerza es una indicación de la fuerza magnética en diferentes puntos de un campo magnético. Esta concentración, a menudo conocida como la densidad del flujo, es el número de líneas de f lujo por milímetro cuad rado sección transversal. En otras palabras, a medida que aumenta el número de líneas de flujo a través de la sección transversal, el campo magnético es más potente.

86

Unidad 11

►

Imanes y Campos Magnéticos

Propiedades del flujo magnético Las propiedades del flujo magnético aceptadas que se presenta n a continuación resultan muy útiles para explicar el funcionamiento de una amplia variedad de equipos eléctricos que usan circuitos magnéticos: 1. No hay ningún aislante para el flujo magnético; atraviesa todos los materiales. 2. Las líneas de fuerza son lazos cerrados que atraviesan el imán y el espacio que lo rodea. 3. Los lazos, formados por las líneas de fuerza, tienden a agrandarse y aumentar su longitud a medida que se desarrollan lejos del imán. 4. Las líneas de fuerza tienen dirección. Emergen desde el polo N e ingresan al polo S. 5. Las líneas de fuerza nunca se cr uzan entre sí. 6. Las líneas de fuerza se concentran en los polos y desarrollan la máxima fuerza del campo ahí mismo. 7. Grandes cantidades de líneas de flujo se establecen fácilmente en los materiales magnéticos, pero son difíciles de determinar en los materiales no magnéticos, por ejemplo el aire.

RESUMEN Los imanes contienen polos N y S y establecen campos magnéticos denominados flujos. El flujo magnético es invisible, pero su efecto puede observarse de muchas maneras. El flujo está compuesto por

líneas de fuerza, que se extienden desde los extremos norte a sur de los imanes. Cuanto más potente es un imán, más potente será la cantidad de flujo. La cantidad de flujo se denomina densidad de flujo.

REVISIÓN DE LOGROS Seleccionar la mejor respuesta para que cada u na de las afi rmaciones sea verdadera y ubicar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 1. Cuando se retira la fuerza magnetizante de un material, el tipo de magnetismo que queda se llama

a. b. c. d. e.

______________________

potente. débil. remanente. electromagnetismo. flujo.

2. El tipo de imán que está compuesto por una bobina de cable alrededor de una barra de acero se llama

a. imán permanente. b. electroimán. c. transformador. d. imán de polo.

______________________

Unidad 11 Im anes y Campos Magnéticos ►

3. Las líneas magnéticas de fuerza se conocen como

a. b. c. d.

87

______________________

inducción. polos. inf luencias atrayentes. flujo.

4. La densidad de flujo es una indicación de

______________________

a. repulsión. b. electroimán. c. imán permanente. d. fuerzatemporal. de campo. e. imán 5. El magnetismo presente en una pieza de acero suave que se mantiene cerca de un imán se denomina

a. b. c. d. e.

______________________

magnetismo inducido. magnetismo remanente. magnetismo aislado. electromagnetismo. magnetismo permanente.

6. El número de líneas de fuerza por sección transversal es una medida de

______________________

a. la densidad de flujo magnético. b. la intensidad magnética. c. las leyes de los imanes. d. el flujo. e. los patrones de flujo. 7. Las propiedades magnéticas son una característica

a. b. c. d. e.

del hierro y acero solamente. del níquel, cobalto y gadolinio solamente. de los materiales mencionados en (a) y (b) solamente. del acero duro y suave solamente. de todos los materiales.

8. Las líneas magnéticas de fuerza

a. b. c. d. e.

______________________

______________________

pueden aislarse con aire. atraviesan el imán. forman lazos que se mezclan y se cruzan. aparecen solamente en los imanes temporales. emergen a partir del polo S.

9. ¿Qué tipo de aislante puede usarse para bloquear un flujo magnético? _________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

88

Unidad 11

►

Imanes y Campos Magnéticos

10. ¿A qué se refiere el término “densidad de flujo”? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

11. El acero suave por lo general no se utiliza en imanes permanentes. ¿Por qué? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

12. ¿Cuál será el resultado si dos imanes se acercan entre sí? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Los motores y los generadores funcionan según el principio de ______________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

12

ELECTROMAGNETISMO OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Discutir los principios básicos del electromagnetismo. • Demostrar cómo se determina la dirección de un campo magnético. • Explicar cómo se crea un campo magnético en una bobina de cable. Los circuitos magnéticos se emplean en generadores, alternadores, motores, transformadores, relés

y muchas otras máquinas eléctricas importantes. En casi todas las instancias, la fuerza magnetizante se produce por los efectos de una corriente eléctrica en una bobina con núcleo de hierro.

FLUJO CONDUCTOR Un cable que transporta una corriente eléctrica presenta características magnéticas. Si se lo coloca

cerca de limaduras de hierro, las atraerá, como se muestra en la Figura 12-1. La Figura 12-2 representa el efecto que produce un conductor que transporta cor riente en las limaduras de hierro ubicadas sobre una superficie en ángulo recto al conductor, es decir, perpendicular

al mismo.

+ –

El patrón formado por las limaduras de hierro

indica la presencia de un campo magnético circular alrededor del conductor. Para comprobar que este campo tiene dirección, se deben colocar pequeñas brújulas magnéticas en las proximidades del conductor. La Figura 12-3 muestra que las brújulas magnéticas,

que normal mente apunta n hacia el norte y el sur, se dispondrán en círculo. La Figura 12-3 también muestra que la dirección del flujo magnético (flujo conductor) depende de la dirección de la corriente. Por lotanto, un campo magnético puede determinarse

en cualquier dirección controlando la dirección de la corriente del conductor.

Figura 12-1 – La corriente eléctrica está acompañada por un campo magnético.

89

90

Unidad 12

►

Electromagnetismo

Figura 12-2 – Campo magnético alrededor de un conductor.

LIMADURAS DE IRON FILINGS HIERRO

CONDUCTOR ELECTRICAL CONDUCTOR ELÉCTRICO

Figura 12-3 – Dirección del flujo alrededor

CURRENT CORRIENTE

del conductor.

N

S

CORRIENTE CURRENT

Figura 12-4 – Método de punto y cruz para indicar la dirección de la corriente (dirección del movimiento de electrones). CORRIENTE CURRENT (electrons) HACIA OUT (electrones) FUERA

CORRIENTE CURRENT (electrons) HACIA IN DENTRO (electrones)

Se utilizan determinados símbolos para simplificar la indicación de la dirección de la corriente en un c onductor. El método de puntos y cruces se graf ica en la Figura 12-4. Un punto indica que la corriente se dirige hacia el observador; una cruz indica que la corriente se dirige en dirección contraria al observador. Las dos vistas t ransversales de la Figura 12-5 representan la distribución y dirección del f lujo alrededor de un conductor que transporta corriente en ambas direcciones de corriente. Observe que la densidad de flujo es mayor cerca del cable y que las líneas individuales de flujo son lazos cerrados. Si bien un conductor que transport a corriente posee un ca mpo magnético, no tiene polos. U n polo se define en la Unidad 11 como el punto en el que se concentra el magnetismo y como los puntos en los que emergen las líneas de flujo de un imán y reingresan al imán. Estos puntos no existen en los conductores. La dirección del flujo alrededor de un conductor que transporta corriente puede determinarse al colocar una brújula magnética cerca de un cable. La dirección del polo N de la brújula define la dirección

del flujo en el punto en donde se ubica la brújula, como se muestra en la Figura 12-5.

Unidad 12 Electromagnetismo ►

FLUJO EN SENTIDO FLUX CONTRARIO A LAS AGUJAS DEL RELOJ COUNTERCLOCKWISE N

S

S

N

91

FLUJO EN EL SENTIDO DE FLUX LAS AGUJAS DEL RELOJ CLOCKWISE S

N

CORRIENTE HACIAINADENTRO CURRENT (electrones)

N

S

CURRENT OUT CORRIENTE HACIA FUERA (electrones)

Figura 12-5 – Vista transversal de la dirección del flujo.

REGLA DE LA MANO IZQUIER DA (FLUJO CONDUCTOR) La Figura 12-6 representa la regla de la mano izquierda que se utiliza para determinar la dirección del flujo conductor. Colocar la mano izquierda alrededor del conductor con el pulgar apuntando en la dirección del movimiento de los electrones. No es necesario tocar el conductor. Los dedos luego rodearán

al conductor en la dirección del flujo.

Figura 12-6 – Regla de la mano izquierda (flujo conductor).

FLUJO CONDUCTOR CONDUCTOR FLUX

CURRENT CORRIENTE

La Figura 12-7 muestra la dirección que adoptan las líneas de fuerza alrededor de la barra de imán.

Las líneas emergen del polo N y reingresan por el polo S. Un conductor recto que transporta corriente no posee polos. No bien se disponga el mismo conduc-

tor en forma de lazo, éste adoptará características polares de un imán. también llamadas vueltas, se formalas una bobina. El campo magnético queAl se agregar producelazos en la adicionales, proximidad de la bobina se muestra en la Figura 12-8. Observe que este patrón de campo es similar al de una barra de imán.

92

Unidad 12

►

Electromagnetismo

Figura 12-7 – Dirección del flujo en una barra de imán.

N

S

Figura 12-8 – Polaridad magnética de una bobina.

S

N

I

I

Debido a que el flujo emerge por el lado izquierdo, este extremo posee las propiedades de un polo N. El flujo reingresa por el otro lado de la bobina, por lo que este extremo posee las propiedades del polo S.

REGLA DE LA M ANO IZQUIERDA DE LA BOBINA La Figura 12-9 representa la técnica de usar

la regla de la mano izquierda de la bobina. La polaridad magnética de la bobina se determina al colocar los dedos de la mano izquier-

da en la dirección de la corriente (movimiento NORTH NORTE

de electrones) a medida que se presenta a través de las vueltas del cable. El pulgar apuntará hacia

la dirección del polo N. I

I

Figura 12-9 – Regla de la mano izquierda de la bobina. E

Unidad 12 Electromagnetismo ►

93

FUERZA MAGNÉTICA La fuerza magnética de una bobina depende de: • La cantidad de corriente en la bobina. • El número de vueltas en la bobina. • El tipo de material utilizado como núcleo.

La fuerza mag nética puede expresarse en amperes-vuel ta para un determi nado material como núcleo. El término amperes-vuelta significa el producto de corriente en amperes y el número de vueltas en la bobina. En muchos casos, lo s materiales se inserta n en una bobina para aumentar su f uerza magnética. Estos materiales se denominan núcleos. Para un determinado material, la fuerza magnética cambiará con una variación en la corriente y el número de vueltas, es decir, con los amperes-vueltas. Si una bobina posee un número constante de vueltas alrededor de un núcleo, la corriente es el único

factor que puede afectar la fuerza magnética. Por lo tanto, a mayor corriente a través de la bobina, mayor potencia tendrá el campo magnético. Si se inserta una barra de acero suave en la bobina como material del núcleo, se establece un campo magnético muy fuerte, en comparación al campo producido a partir de la utilización de un núcleo de aire.

RESUMEN Cuando la corriente atraviesa un cable, se forma un campo magnético. Si el cable está enrollado en una bobina, la corriente puede crear un campo de flujo muy potente. Esto se denomina electromagne-

tismo. La fuerza de un campo magnético es una función de la cantidad de corriente del cable, el número de vueltas de la bobina y el tipo de material del núcleo insertado en la bobina. El electromagnetismo es el concepto básico de los motores, generadores, relés y transformadores.

REV ISIÓN DE LOGROS Seleccionar la mejor respuesta en los probl emas 1 a 7 para que cada afir mación sea verdadera. Colocar las respuestas en los espacios provistos. 1. Un conductor recto que transporta corriente posee

a. b. c. d. e.

dos polos magnéticos. un polo N solamente. ningún polo magnético. un polo magnético. un campo similar al de una barra de imán.

2. La dirección del flujo conductor depende de

a. la magnitud de la corriente. b. c. d. e.

______________________

la aguja dirección la corriente. la de ladebrújula. la magnitud de la tensión aplicada. el núcleo.

______________________

94

Unidad 12

►

Electromagnetismo

3. La polaridad magnética de una bobina se determina por

a. b. c. d. e.

______________________

la magnitud de la tensión aplicada. la magnitud de la corriente. la fuerza magnética. el número de vueltas. la dirección de la corriente.

4. La fuerza magnética de la bobina depende de

______________________

a. la dirección de la corriente. b. c. d. e. 5.

Una bobina de 20 vueltas, con un núcleo de aire, transport a una corr iente de 2 amperes. La fuerza magnética de la bobina puede aumentarse al ______________________ a. b. c. d. e.

6.

la dirección regla de ladel mano izquierda. la flujo. la magnitud de la corriente. el punto en el que emerge el campo.

agrandar las vueltas. agregar un centro de hierro. disminuir la corriente. disminuir levemente la caída de tensión en toda la bobina. revertir la dirección de la corriente.

Cuando las limaduras de hierro se atraen a u n conductor que transporta corriente, esto indica ______________________ a. b. c. d. e.

la dirección de un campo magnético. un polo N. la presencia de un campo magnético. la fuerza de un campo magnético. la magnitud de la corriente.

7. Las propiedades de un imán están presentes en

a. b. c. d. e.

______________________

un lazo de cable. un cable recto. muchas vueltas de cable. un cable recto que transporta corriente. un lazo de cable que transporta corriente.

8. ¿Cuál es la función de la regla de la mano izquierda en un trozo recto de cable? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 12 Electromagnetismo ►

95

9. ¿Qué indica la regla de la mano izquierda en términos de una bobina de cable? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Si se extrae una barra de hierro del centro de una bobina y la corriente se mantiene constante, ¿qué pasará con la fuerza del campo magnético? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

11. Explicar el método de “puntos y cruces” para señalar la dirección de corriente. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

12.

La fuerza de un campo magnético depende de la cantidad de corriente del cable, el número de vueltas de la bobina y __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

13

GENERACIÓN DE FUERZA ELECTROMOTRIZ OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Discutir los principios implicados en la producción de una fuerza electromotriz. • Explicar de qué manera se genera tensión a partir del movimiento mecánico.

La fuerza electromotriz (FEM) es necesaria para producir una corriente eléctrica. La producción de corriente eléctrica a gran escala no puede lograrse en términos económicos usando baterías. La mayor parte de la electricidad producida hoy en día se crea a partir del uso de generadores y alternadores. Ambas

máquinas funcionan según el principio de tensión inducida. En la Figura 13-1, un conductor, que tiene sus terminales conectados a un amperímetro sensible, se mueve rápidamente hacia abajo en un campo magnético. En consecuencia, hay una desviación de la aguja

del medidor que indica la presencia de una corriente eléctrica producida por una tensión inducida.

CONDUCTOR MOVIMIENTO MOTION DESCENDENTE DOWNWARD DEL CONDUCTOR

Es evidente que el movimiento es responsable

de la tensión producida ya que no hay corriente si se mantiene quieto el conductor. Además, la aguja del medidor se desvía en dire cción opuesta si el conductor se mueve hacia arriba a través del campo magnético. La dirección en la que se produce la tensión

inducida depende de la d irección del movimiento del conductor. En general, la cantidad de tensión inducida que se produce en un conductor es directamente proporcional a: • La fuerza del campo magnético. • La longitud del conductor en el campo. • La velocidad con la que el conductor atravie-

campo. • sa El el ángulo con el que el conductor atraviesa el campo.

N

S

0

AMPERES

Figura 13-1 – Inducción de una fuerza electromotriz.

97

98

Unidad 13 Generación de Fuerza Electromotriz ►

En las máquinas que generan energía eléctrica, la fuerza del campo magnético y la longitud del conductor son cantidades fijas. El ángulo de corte depende de la rotación del conductor. Por lo tanto, la única variable real es la velocidad del conductor. A medida que aumenta la velocidad del conductor, se cortan más líneas de fuerza por segundo y la tensión inducida aumenta en magnitud. En generadores y alternadores, se utilizan electroimanes potentes para obtener un campo magnético

potente. Los conductores se montan sobre una armadura (llamada rotor) y rotan a altas velocidades a través de este campo. Un gran número de conductores se utiliza de manera que las tensiones individuales

de todos los conductores actúen en serie para producir una tensión mayor. En resumen, una tensión alta puede crearse mediante el corte de un campo magnético potente con una serie de conductores moviéndose a alta velocidad.

REGLA DE LA MANO IZQUIER DA DEL GENERADOR La Figura 13-2 muestra cómo determinar la dirección de una tensión inducida cuando se conocen la dirección del campo magnético y la dirección del movimiento del conductor. La tensión inducida crea una corr iente que posee una dirección igual a la de la tensión inducida. Este método se conoce como regla de la mano izquierda del generador. Colocar el pulgar, el primer dedo de la mano, el dedo medio de la mano izquierda en ángulo recto entre sí. Si se coloca la mano con el pulgar en dirección al movimiento

del conductor y el primer dedo en dirección al campo magnético, entonces el dedo medio apuntará en dirección a la corriente inducida (dirección de los electrones). Movimiento Regla de la mano izquierda que muestra la corriente inducida en la porción A-B de la bobina

Corriente inducida (dirección de los

Regla de la mano izquierda que muestra la corriente inducida en la porción C-D

electrones)

B

N

Rotación en el sentido de las agujas del reloj

de la bobina Líneas de fuerza

C

A

Movimiento

S D

Anillos colectores I

Escobillas I

Resistencia externa

Figura 13-2 – Regla de la mano izquierda del generador.

Corriente inducida (dirección de los electrones) Líneas de fuerza

Unidad 13 Ge neración d e Fuerza Electromotriz ►

GENERADOR DE CA Las piezas fundamentales de un generador se muestran en la Figura 13-3. Se coloca una bobina conductora simple de manera que

pueda rotar en el espacio entre los dos polos opuestos de un electroimán. Para simplificar la explicación, un lado del bucle se muestra en negro y el otro en blanco. Para usar la tensión

N

inducida en un circuito externo, cada uno de los extremos de la bobina se conecta a un anillo colector. El circuito externo se conecta

a estos anillos mediante una escobilla que

presiona contra cada anillo. En otras palabras, se proporciona un circuito eléctrico completo

a través de los contactos deslizantes en los anillos colectores. Asumamos que la bobina está forzada a rotar en el sentido de las agujas del reloj en el campo magnético. Para la posición que se muestra en la Figura 13-3, los conductores que forman los lados de la bobina se mueven en paralelo a las líneas de fue rza. En esta instancia, los conductores no cortan ningún flujo; por lo tanto, no se genera tensión.

S

Escobilla BRUSH SLIP RINGS Anillos colectores

Escobilla BRUSH

Figura 13-3 – Bobina rotatoria, posición 1.

N

S

A medida que se rota la bobina, alcanza

la posición que se muestra en la Figura 13-4. Ambos lados de la bobina ahora cortan flujo pero en direcciones opuestas. La aplicación de la regla de la mano izquierda del generador muestra que la tensión se induce en direcciones

Figura 13-4 – Bobina rotatoria, posición 2.

opuestas en los lados opuestos de la bobina. Esto significa, no obstante, que en la totalidad de la bobina, las tensiones están en la misma dirección. Observe cuidadosamen-

te la dirección de la cor riente en el circuito externo. A medida que la bobina alcanza la posición que se muestra en la Figura 13-5, se

N

S

completa media revolución y ambos lados de la bobina se mueven nuevamente en paralelo

al f lujo magnético. En esta instancia, no se genera tensión y no hay corriente en ninguna

parte de la bobina o del circuito externo. Figura 13-5 – Bobina rotatoria, posición 3.

99

100

Unidad 13 Generación de Fuerza Electromotriz ►

A medida que labobina gira más, alcanza

la posición que se muestra en la Figura 13-6. Aquí, ha completado tres cuart as partes de una revolución. Al aplicar la regla de la mano izquierda del generador, se puede determinar la corriente en las secciones negras y blancas de la bobina. Observe cuidadosamente que la corriente tanto en la bobina comoen el circuito

N

S

externo está invertida a la que se indica en la posición 2. Después de una revolución, la bobina ha alcanzado su posición srcinal y la tensión y la

corriente se encuentran en cero nuevamente.

Figura 13-6 – Bobina rotatoria, posición 4.

Deben destacarse tres hechos importantes acerca de la bobina rotatoria: 1. La tensión inducida en la bobina tiene la dirección inversa cada media revolución. 2. La corriente alterna se invierte cada media revolución y está presente en el circuito externo. 3. La tensión y la corriente resultantes son pulsatorias.

En la Figura 13-7 se representan las variaciones de la tensión inducida (FEM) para una revolución completa de la bobina. La tensión máxima se crea siempre que la bobina corta flujo a su índice de veloci-

dad más rápido, o cuando el conductor se mueve en forma perpendicular a las líneas de fuerza. La parte del gráfico por debajo del eje horizontal indica la tensión en dirección opuesta. 1

23

4

1

Figura 13-7 – FEM alterna.

0

1 4

1

3

2

4

ONE REVOLUCIÓN REVOLUTION UNA

1

A F ID M+ E C U D D E 0 N C I U M D– E IN F

GENERADOR DE CC La bobina simple que rota en un campo magnético pu ede utilizarse para suministra r corriente continua a un circuito de carga externa por medio de un dispositivo simple conocido como conmutador (un dispositivo rectificador).

Unidad 13 Ge neración de Fuerza Electromotriz ►

La Figura 13-8 representa una bobina simple

cuyos conductores terminan en un conmutador compuesto por un anillo colector a lo largo de dos segmentos separados. Debido a que la bobina rotará, se necesita un contacto deslizante para traer corriente al circuito de carga. Dos escobillas conectadas a los

N

S

terminales del circuito de carga, se apoyan contra estos segmentos del conmutador. Asumamos que la bobina rota en el sentido de

las agujas del reloj. En la Figura 13-8, la bobina se encuentra en posición vertical y no hay tensión ni corriente presentes en ninguna parte del circuito.

Figura 13-8 – Bobina rotatoria, posición 1.

En la posición 2, que se muestra en la Figura

13-9, los lados de la bobina cortan el flujo. La tensión inducida en la bobina produce una corriente a

partir del cable blanco, hacia el segmento blanco, hacia la escobilla blanca y hacia el circuito de carga. La escobilla negra es el terminal positivo N S y la escobilla blanca es el term inal negativo del generador. Observe la dirección de la corriente + – en el circuito de carga, de izquierda a derecha a través del medidor. En la posición 3, Figura 13-10, la bobina se Figura 13-9 – Bobina rotatoria, posición 2. encuentra ahora en posición vertical y no hay tensión

ni corriente en ninguna parte del circuito. En la posición 4, Figura 13-11, la corriente inducida se ha invertido en ambos lados de la bobina. Observe, no obstante, que la corriente del cable negro atraviesa el circuito de carga por medio de la escobilla blanca. Note cuidadosamente que la escobilla blanca aún es negativa y que la corriente mantiene

N

S

la misma dirección en el circuito de carga. Deben destacarse tres hechos importantes en relación a este circuito: 1.

La tensión inducida en la bobina se invierte

Figura 13-10 – Bobina rotatoria, posición 3.

una vez por cada media revolución. 2.

La tensión inducida y la corriente resul-

tante son pulsatorias en su naturaleza. 3.

A pesar de que la corriente de la bobina

es CA, también hay corriente CC e n el circuito de ca rga. La Figur a 13-12 representa la tensión desarrollada a través las escobillas de una bobina simplede rotada en un campo magnético para una revolución completa.

N

–

S

+

Figura 13-11 – Bobina rotatoria, posición 4.

101

102

Unidad 13 Generación de Fuerza Electromotriz ►

La salida de un generador de bobina simple es demasiado pequeña y pulsatoria para cualquier uso práctico. Los generadores comerciales usan muchas bobinas montadas sobre un cuerpo rotatorio. En la Figura 13-13 se muestra una armadura y en la Figura 13-14, el corte esquemático de dicha armadura. Esto tiene el efecto de aumentar la tensión y reducir las fluctuaciones en la salida de tensión.

A F IC D M E U D E D N IC U M D E N I F

1 REVOLUCIÓN REVOLUTION

Figura 13-12 – FEM en una bobina simple.

Muchos factores determinan la salida de tensión de un generador. Estos factores incluyen: (1) el número de polos, (2) el flujo por polo, (3) el número de conductores en la armadura (rotor) y (4) la velocidad de la armadura (rotor). Un estudio en profundidad de cada uno de estos factores es necesario para la comprensión total del funcionamiento de los generadores.

Figura 13-13 – Armadura (rotor) de una

Figura 13-14 – Corte esquemático de una

máquina de CC.

armadura (rotor).

RESUMEN Cuando un cable se mueve a través de un campo magnético, la corriente se establece en el cable. Esto es el resultado de la fuerza electromotriz (FEM) producida. Los generadores eléctricos funcionan según este principio. En un generador de CA, la FEM producida se alterna en la bobina de cable a medida

que el campo magnético. Para convertir estaconmutador FEM alterna(rectificador). y la corriente Entre resultante en un generadoratraviesa de CC, se debe utilizar un dispositivo llamado las aplicaciones prácticas de un generador de CC podemos mencionar un sistema de soldadura portátil como el que aparece en la Figura 13-15.

Unidad 13 Ge neración de Fuerza Electromotriz ►

103

Figura 13-15 – Aplicación de generador de CC.

REV ISIÓN DE LOGROS En los problemas 1 a 7, seleccionar lamejor respuesta para que la af irmación sea verdadera y colocar

la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto.

1. La dirección de la tensión inducida en un conductor puede cambiarse al ______________________

a. b. c. d. e. 2.

aumentar la fuerza del campo. invertir la dirección del campo. aumentar la longitud del conductor. disminuir el tamaño del conductor. invertir las conexiones del medidor.

Se puede suministrar corriente continua a una carga por medio de una bobina de cable que rota a través de un campo utilizando ______________________ a. b. c. d. e.

anillos colectores. electroimanes. escobillas. un conmutador. un conductor.

104

Unidad 13 Generación de Fuerza Electromotriz ►

3. La tensión inducida puede aumentarse en magnitud al

a. b. c. d. e.

______________________

aumentar el número de líneas cortadas por segundo. utilizar un conmutador. utilizar anillos colectores. disminuir la longitud del conductor. aplicar correctamente la regla de la mano izquierda del generador.

4. La tensión inducida en una bobina simple se invierte

______________________

a. una vez por cada revolución. b. c. d. e.

una veces vez cada revolución. dos pormedia cada media revolución. dos veces por cada revolución. tres veces por cada revolución.

5. La tensión máxima se induce en una bobina simple cuando los lados de la bobina pasan ______________________

a. b. c. d. e.

perpendicularment e a las líneas de fuerza. paralelamente a las líneas de fuerza. no tan perpendicularmente a las líneas de fuerza. a un índice lento de velocidad. frente al lado del polo N.

6. Cuando se utiliza un conmutador en una bobina simple, la tensión en las escobillas posee

a. b. c. d. e.

una magnitud muy grande. una polaridad variable. una polaridad constante. valor cero. un valor constante.

______________________

7. La regla de la mano izquierda del generador por lo general se utiliza para determinar ______________________

a. b. c. d. e.

la velocidad del conductor. la dirección rotativa. la dirección del campo. la dirección de la corriente. la fuerza del campo magnético.

Unidad 13 Ge neración de Fuerza Electromotriz ►

105

8. En la Figura 13-10, no hay tensión ni corriente en ninguna parte del circuito. ¿Por qué? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

9. La velocidad de la armadura (rotor) es uno de los factores que determinan la salida de tensión de un generador. Mencione tres más. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Cuando un cable se mueve a través de un campo magnético, ¿qué se establece en el cable? __________________________________________________________________________________________________________________________________

11. Mencione cuál es una aplicación práctica de un generador de CC. __________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Una fuerza electromotriz es necesaria para producir una ___ __ __ __ __ _ eléctrica. 13. Los generadores comerciales usan muchas bobinas de cable montados sobre un dispositivo giratorio lla mado _____ ____ _____ ____ _____ ____ _____.

U•N•I•D•A•D

14

PRINCIPIOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Determinar la dirección del movimiento de un conductor que transporta corriente en un campo

magnético. • Discutir los principios básicos de los motores de CC. Una gran parte de la energía que se utiliza a nivel mundial se crea a partir de instalaciones hidroeléc-

tricas y por la combustión de carbón y petróleo. Esta energía potencial se encuentra en forma mecánica y no puede distribuirse como tal a distancias lejanas de su fuente. Si esta energía se convierte en energía eléctrica, se resuelve el problema de distribución. Es necesario, sin embargo, usar motores eléctricos para cambiar la energía de nuevo a forma mecánica en el punto de la aplicación. Una conversión simple de energía eléctrica en energía mecánica se muestra en la Figura 14-1. La Figura 14-1 (A) muestra un campo magnético uniforme en el que se ubica un conductor, que no trasporta

corriente. En la Figura 14-1 (B), se retira el campo y se crea la corriente en el conductor por medio de una fuente de tensión externa. Observe el campo alrededor del conductor que se crea por el traspaso de corriente (electrones) saliendo de la página. La Figura 14-1 (C) representa el campo magnético resultante. Por encima del conductor, el campo producido por la corriente actúa en forma aditiva con el campo creado por los polos. Por debajo del conductor, el campo del conductor actúa en oposición al campo del polo. La incorporación de los campos por encima del conductor, con la reducción del campo por debajo del conductor, hace que el conductor se mueva en dirección descendente.

F

F

Figura 14-1 – Fuerza en un conductor que transporta corriente.

107

108

Unidad 14

►

Principios de Motores de Corriente Continua

En la Figura 14-1 (D), la dirección de la corr iente (electrones) en el conductor se invierte, entrante a la página, de manera que las líneas son ad itivas por debajo del conductor y opuestas por encima del conductor. En este caso, la direc ción del conductor es

Movimiento MOTION Líneas fuerza LINES OFde FORCE

I

básico que rige la acción de un motor. Antes de poder aplicar este pr incipio a un motor real, debe formularse una regla de manera corriente (movimiento de electrones). REGLA DE LA MANO DERECHA

Corriente CURRENT

Corriente CURRENT

S

ascendente. El movimiento del conductor queRESULTING Rotación se muestra en la Figura 14-1 es el principio ROTATION resultante

que la dirección del movimiento del conductor pueda determinarse cuando se conoce la de la

LINES

Líneas OF de fuerza FORCE

I

N

Movimiento MOTION

I

de + Fuente POWER

–

alimentación SOURCE

Figura 14-2 – Regla de la mano derecha del motor.

DEL MOTOR La regla de la mano derecha del motor se explica colocando el pulgar, el primer dedo y el dedo medio de la mano derecha en ángulo

entre sí. Como se ve en la Figura 14-2, si el primer dedo apunta en dirección del f lujo del campo y el dedo medio está en dirección S N a la corriente del conductor (dirección de los electrones), entonces el pulgar apuntará en dirección al movimiento del conductor. La Figura 14-3 muestra la ar madur a (rotor) de una bobina simple colocada en el campo magnético entre dos imanes perMOTION MOTION Movimiento Movimiento manentes. El flujo que determina el imán per manente se denomina f lujo de campo. La incorporación de corriente en la bobina Figura 14-3 – Armadura de bobina simple, posición 1. a través de las escobillas y el c onmutador (colector) produce flujo alrededor de todas las partes de esta bobina. Éste se llama f lujo conductor (descrito en la Unidad 12). En la parte derecha de la bobina, la aplicación de la regla de la mano derecha del motor muestra que esta bobina es forzada en forma descendente. En la parte izquierda de la bobina, las condiciones son inversas y el lado de la bobina es forzada en forma ascendente. Si esta bobina está montada sobre un eje y queda libre para rotar se produce movimiento en el sentido de las agujas del reloj. En la Figura 14-4, la bobina ha alcanzado una posición vertical y las escobillas se apoyan sobre el espaciador aislado entre los segmentos del conmutador (llamado también colector).

No hay corriente en la bobina ni fuerza para continuar la rotación en esta posición neutral. La bobina, sin embargo, tiene un equilibrio por el cuarto de revolución anterior y por lo tanto traspasa esta posición neutral.

Unidad 14

►

Principios de Motores de Corriente Continua

109

En la Figura 14-5, la armadura continúa su movimiento de manera que los segmentos

del conmutador intercambian posiciones en las escobillas y la corriente se invierte en la bobina. De esta manera, hay una inversión en

la dirección del flujo conductor tanto en las

S

N

secciones blancas como negras de la bobina. Esto significa que a medida que cada lado de

la bobina pasa por un polo, la corriente de la bobina siempre está en la misma dirección con respecto a dicho polo. Como resultado, la rotación de la bobina se mantiene en una única dirección.

Figura 14-4 – Armadura de bobina simple, posición 2.

La cantidad de par de torsión, (llamado también par motor) o fuerza de giro, desarro-

llada por esta bobina simple depende directamente de las fuerzas del flujo del campo y el flujo conductor. Para fortalecer el f lujo del campo, se acostumbra usar electroimanes para los polos del campo de un motor, mientras que para fortalecer el flujo conductor debe aumen-

tarse la corriente del cable. La fuerza de giro máxima se desarrolla cuando la bobina está

S

N

en posición horizontal; la mínima se produce

cuando está en posición vertical. La Figura 14-6 representa el par de torsión desarrollado por la armadu ra de una bobina simple por un período de una revolución completa. Observe que hay dos posiciones de par de torsión máximo y dos de par de torsión mínimo.

Figura 14-5 – Armadura de bobina simple, posición 3.

Una armadura de bobina simple posee

poco valor práctico para las aplicaciones de motores comerciales. El par detorsión aplicado

al eje del motor es débil y pulsatorio incluso con un campo electromagnético. Las pulsaciones indeseables en el par de torsión de una armadura de bobina simple

pueden eliminarse agregando más bobinas y los segmentos de conmutador necesarios. La Figura 14-7 muestra el gráfico de par de torsión de una armadura de bobina doble. Si bien el par de torsión sigue siendo pulsatorio, no hay una reducción notable en la variación

de par de torsión entre los valores máximos y mínimos.

r to E o U m Q e R d O n T ió s R r O o t T e O d M r a P

REVOLUTION 11REVOLUCIÓN

Figura 14-6 – Gráfico de par de torsión para una armadura de bobina simple.

110

Unidad 14

►

Principios de Motores de Corriente Continua

E U Q R O T

1 4

1 2

3 4

1

REVOLUCIÓN REVOLUTION

Figura 14-7 – Gráfico de par de torsión para una armadura de bobina doble.

La Figura 14.8 presenta una ar madura (rotor) típica para un motor de arranque de CC comercial. Esta armaduraposee muchas bobinas

de cable pesado con segmentos adicionales de conmutador para inverti r la corriente en las bobinas individuales en el momento preciso. La mejora en la uniform idad del par de torsión, debido a las bobinas adicionales, puede compararse con la incorporación de cilindros en los motores de los automóviles.

CONDUCTORES EMULADOR

CENTRO DEL ARMAZÓN

Figura 14-8 –Armadura de motor de arranque.

RESUMEN En un generador debe moverse la bobina de cable a través de un campo magnético para producir una corriente en dicha bobina. En un motor, sin embargo, la corriente debe atravesar la bobina de cable para generar movimiento en dicha bobina. Este movimiento se conoce como el principio del motor. Cuando la bobina de cabl e gira, produce par de torsión, o una fuerza de gi ro. El par de torsión es una función de la cantidad de corriente en el cable, el número de bobinas y la fuerza del campo magnético entre los polos.

REVISIÓN DE LOGROS Seleccionar la mejor respuesta para los problemas 1 a 7 para que cada afirmación sea verdadera. Colocar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto.

Unidad 14

►

Principios de Motores de Corriente Continua

1. La regla de la mano derecha del motor por lo general se usa para determinar

a. b. c. d. e.

______________________

la densidad del flujo. la dirección del movimiento del conductor. la velocidad del conductor. la dirección del flujo. la corriente inducida.

2. En la Figura 14-9, el movimiento del conductor será

a. b. c. d. e.

______________________

ascendente. descendente. hacia la derecha. hacia la izquierda. constante.

N

Figura 14-9 – Movimiento del conductor. 3. El par de torsión de un cable de bobina simple en un campo magnético es

a. b. c. d. e.

111

S

______________________

constante. la fuerza. equivalente al flujo de campo. la fuerza de giro. nunca es el valor máximo.

4. La magnitud del par de torsión en un conductor que transporta corriente en un campo magnético depende de ______________________

a. b. c. d. e.

la cantidad de corriente en el conductor. la dirección del campo magnético entre los dos polos. la dirección de la corriente en el conductor. la dirección de la rotación. la regla de la mano izquierda.

5. Para obtener acción en el motor se suministra corriente a una bobina de cable en un campo magnético por medio de

a. anillos colectores. b. anillos partidos. c. un conmutador. d. escobillas. e. escobillas y un conmutador.

______________________

112

Unidad 14

►

Principios de Motores de Corriente Continua

6. Si se agrega otra bobina de cable para formar una armadura de bobina doble,

a. b. c. d. e.

el par de torsión se torna más continuo. el campo magnético disminuye en valor. la dirección de la corriente de la bobina se ve afectada. el par de torsión se torna menos uniforme. debe reducirse el número de segmentos del conmutador.

7. El principio de la acción del motor es

a. b. c. d. e.

______________________

______________________

la conversión de energíaeléctrica. eléctrica. la conversión de energía energía mecánica química enenenergía la conversión de la energía eléctrica en energía mecánica. un fenómeno impredecible. predecible con la regla de mano izquierda.

8. El par de torsión en un motor es la función del flujo del campo y flujo conductor. ¿Cómo se puede aumentar el flujo conductor? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

9.

Los motores se utilizan para convertir energía eléctrica en energía mecánica. ¿Verdadero o falso? __________________________________________________________________________________________________________________________________

10.

¿Se puede utilizar la regla de la mano derecha para determinar la dirección de las líneas de fuerza? __________________________________________________________________________________________________________________________________

U•N•I•D•A•D

15

RESUMEN DE REVISIÓN DE LAS UNIDADES 11-14 OBJETIVOS • Evaluar el conocimiento y la comprensión adquiridos durante el estudio de las cuatro unidades

anteriores.

PUNTOS A R ECORDAR • Los efectos magnéticos de los imanes se concentran en los polos con designaciones norte y sur. • Un campo magnético está compuesto por líneas de fuerza o flujo magnético. • Un electroimán se crea cuando la corriente pasa a través de un conductor formando un campo

magnético. • Cuando un conductor atraviesa un campo magnético, se crea una corriente en el conductor. Este

genera electricidad. • movimiento Cuando hay corriente en un cable que se encuentra en un campo magnético, se produce el efecto motor. Para los puntos 1 a 10, seleccionar la palabra o frase de la derecha para que cada afirmación incom-

pleta sea verdadera. Colocar la letra de la respuesta seleccionada en el espacio provisto. 1. Los imanes están hechos de hierro y __ __ __ __ __ _ de hierro 2. Cuando se acercan los polos iguales de un imán, se ______________________________________________ 3. Las líneas magnéticas de fuerza en el campo magnético se denominan ____________________________ 4. Las líneas de f uerza son _______ _______________ cerrados 5. Las propiedades de un conductor que transporta corriente pueden describirse como ____________________ 6. La fuerza de un campo se expresa en ___________________

a. b. c. d. e. f. g. h.

círculos intensidad magnética corriente aleaciones núcleo repelen bobinas densidad de flujo

i. tensión j. magnetismo inducido

113

114

Unidad 15

►

Resumen de Revisión de las Unidades 11-14

7. La dirección del flujo alrededor de un conductor que transporta k. flujo corriente se determina por la dirección de _______________ l. magnética 8. La fuerza de un electroimán depende de la cantidad de corriente, el número de vueltas y ______________________ 9. El tipo de magnetismo que se encuentra en una pieza de hierro que se acerca al polo N del imán se llama _______________ 10. La fuerza de torsión creada por un motor con armazón de bobina simple se conoce como _______________________

m. n. o. p. q.

atraen par de torsión neutralizan tensión inducida tamaño de cable

En los puntos 11 a 30, seleccionar la mejor respuesta para hacer que las afirmaciones sean verdaderas. Colocar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 11. Los campos magnéticos potentes pueden establecerse mejor con un núcleo compuesto por

a. b. c. d.

______________________

aire. acero. níquel. cobalto.

12. Las líneas de fuerza

______________________

a. nunca se cruzan. b. se cruzan a menudo. c. se cruzan sólo bajo determinadas circunstancias. d. son impredecibles. 13. La tensión inducida en un conductor es una función de la fuerza del campo, la longitud del conductor y

a. b. c. d.

______________________

la sección transversal del conductor. el tamaño del cable del conductor. el voltímetro externo. la velocidad del conductor.

14. Una FEM alterna puede obtenerse a partir de un generador con ______________________

a. b. c. d.

un conmutador. un anillo partido. anillos colectores. un resistor de carga.

Unidad 15

►

Resumen de Revisión de las Unidades 11-14

15. Por lo general, la tensión de salida de un generador de bobina simple, con dos polos es

a. b. c. d.

______________________

grande. pequeña. muy constante. adecuada para la mayoría de las aplicaciones.

16. El tipo de magnetismo que permanece en un material cuando se extrae la fuerza magnetizante se llama

a. b. c. d.

115

______________________

residual (remanente). magnético. polarización. norte-sur.

17. La tensión máxima se desarrolla en la armadura de un generador de bobina simple cuando los

conductores de la bobina se mueven en relación al campo magnético ______________________

a. b. c. d.

en dirección perpendicular. en dirección paralela. a una velocidad baja. lejos de los lados de los polos.

18. La FEM alterna generada en la armadura de bobina simple de un generador de dos polos se invierte una vez por cada

a. b. c. d.

revolución. media revolución. cuarto de revolución. dos revoluciones.

19. Las tensiones que se inducen en los conductores de la armadura de un generador de CC son

a. b. c. d.

______________________

unidireccionales. continuas. alternas. a una magnitud constante.

______________________

116

Unidad 15

►

Resumen de Revisión de las Unidades 11-14

20. La dirección del movimiento del conductor que se muestra en la Figura 15-1 es

a. b. c. d.

______________________

descendente. ascendente. hacia la derecha. hacia la izquierda.

S

N

Figura 15-1 – Movimiento del conductor.

21. La fuerza de un electroimán depende principalmente de a. la tensión y el tamaño del cable. b. la corriente y el tamaño del cable. c. la tensión y el número de vueltas. d. la corriente y el número de vueltas. 22. La tensión generada en la armadura de un generador de bobina simple es

a. b. c. d.

______________________

invierte la dirección de la corriente en la armadura. cambia la CA a CC dentro de la armadura. mantiene la corriente en una dirección en el circuito de carga. actúa sólo como un contacto eléctrico deslizante.

24. Las escobillas son necesarias en un motor de CC para

a. b. c. d.

______________________

CC. CC pulsatoria. alterna. unidireccional.

23. El conmutador de un generador de CC

a. b. c. d.

______________________

______________________

proporcionar contacto deslizante. cambiar la dirección de la corriente en la armadura. respaldar el conmutador. cambiar la dirección de la corriente en el circuito externo.

25. El campo electromagnético se utiliza en los motores de CC para

a. conmutar la corriente más fácilmente. b. invertir la rotación. c. darle al motor mayor velocidad. d. darle al motor mayor par de torsión.

______________________

Unidad 15

►

Resumen de Revisión de las Unidades 11-14

26. Cualquier imán puede tener

a. b. c. d.

______________________

dos tipos de polos. muchos tipos de polos. tres tipos de polos. un tipo de polo.

27. Las líneas de fuerza magnética

a. b. c. d.

117

______________________

forman lazos cerrados que apuntan hacia el polo N. apuntan de N a S dentro del imán. comienzan en el polo S y terminan en el polo N fuera del imán. cruzan el centro del imán.

28. La armadura de un generador de CC comercial posee muchas bobinas de cable y muchos segmentos de conmutador para ___________________

a. b. c. d.

proporcionar una ruta de alta resistencia. equilibrar la armadura. provocar la corriente en las bobinas para que estén constantes. provocar una salida de tensión alta uniforme.

29. En un generador de CC, la dirección de la FEM inducida en la armadura depende

a. b. c. d.

del número de líneas de fuerza. de la velocidad de la armadura. la acción del conmutador. la polaridad magnética de los polos del campo.

30. El conmutador de un motor de CC

a. b. c. d.

______________________

actúa como contacto deslizante solamente. invierte la corriente en los conductores de la armadura. actúa como punto de giro para el conmutador. invierte la corriente en el circuito de carga.

______________________

U•N•I•D•A•D

16

CIRCUITOS DE TIMBRE TÍPICOS OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Construir circuitos de timbre típicos de baja tensión. • Describir la acción de señalización de los dispositivos, tales como timbres, zumbadores, pulsa-

dores y transformadores de timbre. Prácticamente todas las instalaciones eléctricas incluyen algún tipo de circuito de señalización. Esta unidad abarca los procedimientos utilizados para conectar circuitos de timbre t ípicos. También se proporciona información sobre cómo funcionan los diferentes tipos de dispositivos de señalización, así como información de pulsadores, transformadores de timbre y cables utilizados en los circuitos de señalización de baja tensión.

REGLAS PARA LOS CIRCUITOS DE TIMBRE

TIMBRE BELL

El cableado de los circuitos de timbre de baja tensión simples

resulta fácil si se siguen estas tres reglas: 1. 2.

3.

Conectar un conductor de un lado dela fuente de tensión

al timbre. Conectar un conductor del otro lado de la f uente de tensión al punto de control o pulsador. Conectar un conductor del pulsador al ti mbre que se controlará.

La Figura 16-1 muestra un timbre controlado desde un pulsador utilizando un transformador para sonido de campana como fuente de alimentación. Observe que una de las conexiones está hecha directamente desde el terminal de salida del transformador al El segundo conductor conecta el otro deltimbre. transformador al interruptor o pulsador. El terminal resultadodeessalida un circuito en serie simple.

PUSHBUTTON PULSADOR

TRANSFORMADOR BELL TRANSFORMER DEL TIMBRE ENTRADA INPUT 120VVAC CA 120

Figura 16-1 – Circuito de timbre simple.

119

120

Unidad 16

►

Circuitos de Timbre Típicos

CIRCUITOS DE TIMBRE Y VIBR ADOR El timbre puede controlarse desde varios pulsadores en diferentes ubicaciones. En este caso, se aplican las tres mismas reglas de cableado, tal como se muestra en la Figura 16-2. Observe que los pulsadores están en paralelo y la combinación de pulsadores está en serie con el timbre. Se pueden utilizar diversos dispositivos de señalización, cada uno controlado desde un pulsador independiente, con el mismo transformador de timbre. Sin embargo, para distinguir entre los dispositivos

de señalización operados desde diferentes pulsadores, cada dispositivo debe tener uno diferente. Muchos hogares tienen pulsadores tanto en la puerta delantera como en la trasera. En general, el timbre o la campanilla se controlan desde un pulsador ubicado en la puerta principal. El zumbador, o un timbre con un tono diferente, se controla desde un pulsador ubicado en la puerta trasera. Note que el circuito de la Figura 16-3 es un circuito mixto. TIMBRE BELL

BELL TIMBRE

BUZZER ZUMBADOR

FRONT

PULSADOR DOOR DEPUSHPUERTA DELANTERA BUTTON

PULSADOR REAR DE PUERTA DOOR TRASERA

PULSADORES PUSHBUTTONS SALIDA: OUTPUT: 6, 8, 6, 1224 ó 24 12,8,or V V

PUSHBUTTON

BELL TRANSFORMER Transformador del Timbre

ENTRADA INPUT 120 120 V VCA AC

INPUT ENTRADA 120 120VVCA AC

Figura 16-2 – Timbre controlado

Figura 16-3 – Circuito timbre-zumbador.

desde múltiples ubicaciones. Como se muestra en la Figura 16-4, se utilizan con rfecuencia las unidades combinadas que contienen un timbre y zumbador en un solo dispositivo. Este tipo de dispositiv o de señalización posee tres terminales. Los terminales se conectan de la siguiente manera: el terminal central al rtansformador, el terminal derecho

al pulsador de lapuerta delantera y elterminal izquierdo al pulsador dela puerta trasera. UNIDAD COMBINATION COMBINADA UNIT

FRONT

PULSADOR REAR DE PUERTA DOOR TRASERA PUSHBUTTON

DOOR PULSADOR PUSHDE PUERTA BUTTON DELANTERA BELL TRANSFORMER TRANSFORMADOR

DEL TIMBRE

INPUT ENTRADA 120V VCA AC 120

Figura 16-4 – Conexiones para la unidad combinada timbre-zumbador.

Unidad 16 Ci rcuitos de Timbre Típicos

121

►

PULSADORES El dispositivo utilizado para abrir y cerrar un circuito de timbre es el pulsador. Está compuesto por

una tapa de metal que sostiene un pequeño botón aislado en la parte superior de un contacto de resorte. Al presionar el botón, el circuito está cerrado; al soltar el botón, el circuito está abierto. De hecho, se trata de un interruptor pequeño de un solo contacto normalmente abierto. Los pulsadores por lo general se montan en el marco de madera de las puertas en las entradas principales y traseras. Si bien existen muchos tipos de pulsadores de montaje embutido o en la superficie para diferentes aplicaciones, básicamente son similares en el funcionamiento.

EL TIMBRE DE LA PUERTA

Las conexiones internas de un timbre de puerta típico se muestran en la Figura 16-5. Dos pequeñas bobinas de cable aislado montadas sobre núcleos de hierro forman un electroimán. La corriente pasa desde el terminal A al terminal E en forma de electroimanes, por los puntos de contacto B y C y la armadura denominada D. Los electroimanes y los puntos de contacto están sin conexión a tierra, mientras que la armadura y el terminal

GONG GONG

MARTILLO HAMMER

E están conectados a tierra a través de la carcasa. B

Al energizar el trayecto del circuito, las dos bobinas

se convierten en electroimanes y atraen la ar madura hacia los núcleos de hierro. Esto, a su vez, hace que el martillo golpee el gong y, al mismo tiempo, hace que los contactos B y C se separen por la acción de la armadura

en movimiento (B y C son contactos flotantes). Ahora el circuito está abierto y las bobinas ya no atraen a la armadura. El resorte regresa a la armadura a su posición srcinal y el circuito está nuevamente cerrado.

Este proceso se repite cada vez que el martillo golpea el gong y continúa mientras que el circuito de timbre esté energizado. Debido a que este ciclo de operación

C

SPRING RESORTE

D

A E

Figura 16-5 – Timbre zumbador.

ocurre rápidamente, la armadura, el resorte de contacto

y el martillo vibran rápidamente.

EL ZUMBADOR Para distinguir entre el tono de dos dispositivos de

señalización controlados desde diferentes pulsadores, se puede utilizar un timbre y u n zumbador. Como se muestra en la Figura 16-6, el zumbador no cuenta con

SPRING RESORTE ARMATURE ARMADURA

un gong y martillo, pero es similar al timbre en lo que respecta a conexiones y funcionamiento. Figura 16-6 – Zumbador.

122

Unidad 16

►

Circuitos de Timbre Típicos

COMBINACIÓN TIMBRE Y ZUMBADOR La Figura 16-7 es un diagrama de la combinación timbre y zumbador montados en una carcasa simple. La bobina superior es el electroimán del timbre y la bobina inferior es el electroimán del zumbador.

CAMPANI LLAS PARA PUERTA Muchas instalaciones residenciales utilizan campanillas en lugar zumbadores. Enolugar un fuerte repique o zumbido, de se timbres produceyuna campanada tonodemusical. Las campanillas

vienen en versiones de una sola nota, de dos notas, tono repetitivo (en el que las dos notas siguen sonando mientras esté presionado el pulsador) y el estilo más elaborado de ocho notas (cuatro tubos). En el caso de la campanilla de ocho notas, los contactos en una biela impulsada a motor se disponen para hacer sonar las notas de una melodía simple en una secuencia predeterminada. Los últimos dos estilos son particularmente útiles en hogares

con tres entradas. Por ejemplo, la campanilla puede conectarse de manera que la melodía de ocho notas (o tono repetitivo) indique la puerta principal, las dos notas indiquen la puerta lateral y la nota simple indique la puerta trasera.

Figura 16-7 – Combinación timbre y zumbador.

TRA NSFORMA DOR DEL TIMBRE Los transformadores necesarios para operar las campanillas de la puerta por lo general son de mayor capacidad que los transformadores utilizados con los timbres o vibradores. La salida de tensión de un tra nsformador de campanilla por lo general es de 10 a 24 vo lts con una clasificación de 5 a 20 volts-amperes. Un transformador de timbre generalmente tiene una salida de tensión de 6 a 10 volts con una clasificación de 5 a 20 volts-amperes. Los transformadores de campanillas para los hogares se encuentran disponibles con una clasificación de 16 volts. También pueden obtenerse transformadores que proporcionan una combinación de tensiones tales como 4, 8, 12 y 24 volts. El requisito habitual es que la corriente secundaria de este tipo de transformadores no debe exceder los 8 amperes bajo condiciones de cortocircuito. Otro de los requisitos

es que la tensión secundaria no debe exceder los 30 volts bajo condiciones de circuito abierto.

CABLE DEL TIMBRE El cable utilizado para circuitos de timbre y campanillas de baja tensión se denomina comúnmente

cable de timbre. Un tipo de cable está compuesto por un conductor de cobre cubierto con dos capas de algodón envuelto direcciones opuestas.Ambas Estas capas sujetarse para evitar que se deshagacon el aislamiento en los en terminales o empalmes. capaspueden de esta envoltura de algodón se impregnan parafina. Otro tipo de cable se aísla con un compuesto termoplástico. Debido a las bajas tensiones invo-

Unidad 16 Ci rcuitos de Timbre Típicos ►

123

lucradas, los aislamientos con parafina y termoplástico resultan satisfactorios. Por lo general se utilizan conductores de pequeña sección ya que la corriente necesaria en los circuitos de timbre es baja. También se dispone de cables multiconductores de dos,tres o más cables simples que se incluyen en una única cubierta protectora. Este tipo de cable es comúnmente utilizado en las instalaciones eléctricas

ya que otorga una apariencia prolija al cableado y hay menos peligro de daño en los cables individuales. La codificación por color de los conductores dentro de los cables facilita la identificación del circuito. El cable del timbre debe sujetarse directamente a las superficies con grampas aisladas o bien pueden

instalarse dentro de los caños eléctricos. Los requisitos particulares de la instalación determinan cómo se sujetarán los conductores.

REGLAS BÁSICAS PAR A LA INSTALACIÓNDE CIRCUITOS DE TIMBRE En general, los cables de timbre con aislamiento de baja tensión no deben instalarse en la misma carcasa o caño eléctrico que los de iluminación o los de dispositivos de potencia. La cubierta externa de los cables con forro no metálico, los cables de alimentación bajo tierra y los cables armados cumplen este requisito. Los cables de timbre no deben estar a menos de 5 centímetros de la iluminación abierta o conductores eléctricos a menos que estén separados permanentemente de la iluminación o conductores para dispositivos de potencia por algún tipo de aislamiento aprobado además del aislamiento del cable en sí. Además, el cable de timbre con aislamiento de baja tensión no debería entrar a una caja de salida o caja de interruptor que contiene iluminación o conductores eléctricos a menos que se utilice una barrera para separar los dos tipos de cables. Referirse a las NORMAS IRAM para obtener más infor mación sobre

instalaciones específicas.

RESUMEN Se utiliza una amplia variedad de campanillas de timbre y zumbadores en los entornos residenciales. Todos incluyen la utilización de transformadores, cables de timbre e interruptores-pulsadores. Los transformadores convierten la tensión regular del hogar en tensiones más bajas y seguras requeridas

por los timbres.

REV ISIÓN DE LOGROS 1.

En la Figura 16-8, el pulsador de la Planta A hará funcionar al zumbador de la Planta B. El pulsador de la Planta B hará funcionar al timbre de la Planta A. Se dispone únicamente de una fuente de alimentación en la Planta A y se utilizarán sólo tres cables entre las dos plantas. Completar el diagrama de cableado.

124

Unidad 16

►

Circuitos de Timbre Típicos

PLANTAA PLANTA

PLANT PLANTA B

B

SOURCE FUENTE 120 V 120 VAC CA

120VVAC CA 120

Figura 16-8 – Diagrama de cableado.

En los puntos 2 a 6, seleccionar la mejor respuesta para hacer que las afir maciones sean verdaderas y colocar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 2. En un zumbador, el sonido se realiza empujando la armadura hacia

a. b. c. d. e.

el pulsador. los puntos de contacto. los electroimanes. la carcasa conectada a tierra. los terminales.

3. El circuito que está formado por un timbre simple controlado desde una ubicación se llama

a. b. c. d. e.

______________________

______________________

circuito en serie. circuito paralelo. circuito mixto. circuito combinado. circuito Norton.

4. Los cables de timbre con aislamiento de baja tensión podrían entrar a una caja de salida que contiene conductores eléctricos si _____________________

a. b. c. d. e.

hay una gran diferencia de tensión. el cable de timbre es del tamaño normal. se está conectando un circuito de campanilla. se utiliza una partición metálica. su capataz lo considera apropiado.

Unidad 16 Ci rcuitos de Timbre Típicos ►

5. Los transformadores de timbre

a. b. c. d. e.

125

______________________

pueden utilizarse con un solo dispositivo de señalización. pueden utilizarse con varios dispositivos de señalización. deben colocarse en las puertas principales y traseras. deben tener diferentes tonos. sólo pueden utilizarse con un pulsador simple.

Para los puntos 6 a 11, responder verdadero (V) o falso (F). 6. Los cables de timbre con aislamiento de baja tensión pueden instalarse en el mismo caño eléctrico con conductores de iluminación. 7. Las campanillas de las puertas requieren transformadores con mayor capacidad que los timbres y los zumbadores.

______________________

8. Un timbre puede ser controlado desde una sola ubicación.

______________________

9. Una de las reglas de los circuitos de timbre es conectar un conductor del pulsador al timbre que se va a controlar.

______________________

10. Los transformadores convierten la tensión regular de los hogares en tensiones más bajas y seguras en los circuitos de timbres. ______________________ 11. Los cables de timbre deben sujetarse directamente a las superficies con grampas aisladas.

______________________

U•N•I•D•A•D

17

INTERRUPTORES PARA EL CONTROL DE LOS CIRCUITOS DE ILUMINACIÓN OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Describir los diferentes tipos de interruptores que se utilizan para controlar los circuitos de ilu-

minación. • Enumerar las clasificaciones y categorías de los interruptores. • Discutir los circuitos de interruptores y describir el uso de diferentes tipos de interruptores.

El electricista instala y conecta varios tipos de interruptores de iluminación. Por lo tanto, es necesario saber el funcionamiento de cada tipo de interruptor y las conexiones estándar para cada tipo de interruptor. Debe comprender el significado de corriente y tensión nominal marcadas en los interruptores de iluminación y estar familiarizado con los requisitos de las NORMAS IRAM para la instalación de estos interr uptores.

INTERRUPTOR DE PALA NCA El interruptor de palanca o de acción rápida es el tipo de interruptor usadocon mayor frecuencia en los circuitos de iluminación, tal

como se aprecia en la Figura 17-1. Se monta en la caja de interruptor, se oculta en la pared,

sólo sobresale la manija o palanca aislada. Se encuentran disponibles cuatro tipos de interruptores de palanca: unipolar, de tres

vías, de cuatro vías y bipolares. En la Figura 17-2 aparece u n interr uptor de palanca de tres vías. Figura 17-1 – Interruptor de palanca unipolar. (Cortesía

Figura 17-2 – Interruptor de palanca de tres vías. (Cortesía

de Pass & Seymour, Inc.)

de Pass & Seymour, Inc.)

127

128

Unidad 17

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación

Clasificación de interrupto res Underwriters Laboratories, Inc. clasifica a los interruptores de palanca utilizados en los circuitos de iluminación en interruptores de acción rápida de uso general y divide estos interruptores en dos categorías. Categoría 1. Los interruptores de acción rápida CA/CC de uso general pueden controlar cargas resistivas y no se debe exceder la clasificación de amperes del interruptor a tensión nominal; pueden controlar cargas inductivas que no excedan la mitad de la clasificación de amperes del interruptor a tensión nominal; y pueden controlar las cargas de las lámparas de filamento de wolframio que no excedan la clasificación de amperes del interruptor a 125 volts cuando están marcados con la letra T. (Se impone esta última condición porque una lámpara de filamento de •

•

wolframio adopta una corriente muy alta en el momento que se cierra el circuito y, por lo tanto, lleva al interruptor a un aumento severo de corriente.) El interruptor de acción rápida CA/CC de uso general usualmente no está marcado como CA/CC. Sin embargo, siempre está marcado con la tensión y la corriente nominal, por ejemplo, 10A 125V ó 5A 250V-T. Categoría 2. Los interruptores de acción rápida CA de uso general se utilizan en circuitos de corriente alterna solamente. Pueden controlar cargas de lámparas de filamento de wolframio, cargas resistivas e inductivas que no excedan la clasificación de amperes del interruptor a 120 volts; y pueden controlar las cargas del motor que no excedan el 80 por ciento de la clasificación de amperes del interruptor a tensión nominal, sin exceder los 2 caballos de fuerza (HP). Los interruptores de la categoría 2 están marcados como CA además de la tensión y corriente nominal, por ejemplo 15A, 120-277V CA. Estos interruptores también pueden estar marcados como CA solamente. Se requiere la clasificación 277-volts en sistemas de 277/480 volts. Referirse a las NORMAS IRAM para obtener los requisitos de instalación de los interruptores.

Interruptor unipolar Los interruptores unipolares se LÁMPARA LAMP utilizan cuando deben controlarse una luz o un grupo de luces, o cualquier otra carga, desde un punto de conmutación. Este tipo de interruptor se conecta en serie con el cable sin conexión a tierra BLANCO o cable de la fase alimentando luego a WHITE la carga. La Figura 17-3 muestra una

WHITE BLANCO LAMP LÁMPARA

BLACK NEGRO CABLE

NEGRO BLACK

WIRE TUERCA DE CABLE NUT

y negros que se utilizan como un lazo

s

BLANCO WHITE

que la fuente de 120 volts suministra

corriente directamente a través del interruptor. En la Figura 17-4, la fuente de 120 volts suminist ra corriente directamente al portalámparas de la luz. Esto se realiza por medio de un cable de dos hilos, con hilos blancos

NEGRO BLACK

s

aplicación típica de un interruptor unipolar que controla una luz desde un punto de conmutación. Observe WHITE BLANCO

NEGRO BLACK

NEGRO BLACK SOURCE FUENTE

FUENTE SOURCE

Figura 17-3 – Circuito con interruptor unipolar. La alimentación está en el interruptor.

Unidad 17

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación

129

entre el toma de la luz y el interruptor unipolar. El National Electrical Code® (norma estadounidense) permite usar un hilo blanco en el lazo del interruptor unipolar y debe ser identificado nuevamente. Sin embargo, el conduc tor negro debe conectarse entre el interr uptor y la carga. Observe que este requisito se cumple en la Figura 17-4. (Como información adicional ver Artículo 200-7(c)(2) en el National Electrical Code®).

RE-IDENTIFIED NUEVA IDENTIFICACIÓN

NEGRO BLACK

BLANCO WHITE

EMPALME SPLICE WHITE BLANCO

BLACK NEGRO

SPLICE EMPALME

SOURCE FUENTE

BLANCO WHITE

WIRE TUERCA DE NUT CABLE

NEGRO BLACK LAMP LÁMPARA

FUENTE SOURCE BLANCO WHITE BLACK NEGRO LAMP LÁMPARA

El conductor negro debe conectarse The black conductor must be al terminal central del portalámparas connected to the center terminal dealalamp luz youtlet el hiloand blanco, al terminal of the white identificado. wire to the identified terminal.

NEGRO BLACK s

RE-IDENTIFIED NUEVA IDENTIFICACIÓN

CABLE

s

NUEVA RE-IDENTIFIED IDENTIFICACIÓN

WHITE BLANCO

Figura 17-4 – Circuito con interruptor unipolar. La alimentación está en la lámpara.

La Figura 17-5 muestra otra aplicación de control con un interruptor unipolar. La alimentación está en el inter ruptor que controla el portalámparas de la luz. El tomacorr iente es independiente del interruptor.

Interruptor bipolar Los interruptores bipolares se utilizan cuando se necesita desconectar (abrir) ambos conductores de un circuito. El circuito de lámpara para una estación distribuidora de combustible se ve representado en la Figura 17-6.

Interruptor es de tres v ías Los interruptores de tres vías tienen un terminal, denominado terminal común, al que se conecta siempre la cuchilla del interruptor. Además, existen otros dos terminales llamados terminales de cable de recorrido. En una posición, la cuchilla del interruptor se conecta entre el terminal común y uno de los terminales del cable de recorrido. En la otra posición, la cuchilla del interruptor se conecta entre el terminal común y el otro ter minal de recorrido.

130

Unidad 17

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación WHITE BLANCO

WHITE BLANCO

LÁMPARA LAMP

ROJO RED

BLACK NEGRO

s

BLANCO WHITE

BLACK NEGRO

FUENTE SOURCE

WIRE TUERCA DE NUT CABLE

BLACK NEGRO

CONVENIENCE RECEPTACLE TOMACORRIENTE

NEGRO BLACK

ROJO RED

BLANCO WHITE

LAMP LÁMPARA

ROJO RED WHITE BLANCO

CABLE

WIRE TUERCA DE NUT CABLE

s

WHITE BLANCO

NEGRO BLACK

BLACK NEGRO

CONVENIENCE TOMACORRIENTE RECEPTACLE

FUENTE SOURCE

BLANCO WHITE

Figura 17-5 – Circuito de una lámpara controlada por un interruptor y de un tomacorriente de techo.

BLACK NEGRO

Figura 17-6 – Aplicación de un interruptor bipolar.

BLANCO WHITE

INTERRUPTOR DOUBLE-POLE BIPOLAR SWITCH

LAMP ON EN LÁMPARA GASOLINEUNA ESTACIÓN DISPENSING DISTRIBUIDORA ISLAND DE COMBUSTIBLE

Unidad 17

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación

131

TRAVELER CABLES DE WIRES RECORRIDO

TERMINALES DE TRAVELER RECORRIDO TERMINALS

COMMON TERMINAL TERMINAL COMÚN

Figura 17-7 – Dos posiciones del interruptor de tres vías.

La Figura 17-7 muestra las dos posiciones de un interruptor de tres vías. Observe que el interruptor de tres vías es en verdad un interruptor unipolar bidireccional. El interruptor de tres

LAMP LÁMPARA

NEGRO BLACK

BLACK NEGRO

s

vías no tiene posición ON/OFF (Encendido/apagado). En consecuencia, no hay marcaciones

de ON/OFF en la palanca del interruptor. Este interruptor puede identificarse por sus tres terminales. El terminal

BLANCO WHITE

LÁMPARA LAMP

BLANCO WHITE

3

BLACK NEGRO BLACK NEGRO

s

ROJO RED

3

común es de color más oscuro que los dos terminales de cable

de recorrido, que son de color bronce natural. El interruptor de tres vías se utiliza cuando una luz

FUENTE

RED ROJO

BLACK NEGRO

BLANCO WHITE

NEGRO BLACK s

3

o grupo de luces, u otra carga,

BLANCO WHITE

deben conectarse desde dos puntos de conmutación diferentes. Para lograr esto, se utilizan los interruptores de tres vías, como se muestra en la Figura 17-8.

s

3

ROJO RED

WHITE BLANCO

BLACK NEGRO

CABLE BX CABLE BX

En la Figura 17-8, obser-

ve que una luz se controlará desde uno de los puntos de

BLANCO WHITE

NEGRO BLACK

WHITE BLANCO

conmutación. Laalimentación en este circuito se encuentra en

la terminal común del primer interruptor. Siempre es conveniente

poder controlar una luz de un

SOURCE FUENTE

SOURCE FUENTE

Figura 17-8 – Circuito de control con interruptor de tres vías.

132

Unidad 17

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación

vestíbulo tanto desde arriba o abajo, o la luz de un garaje ya sea desde la vivienda o el garaje. La Figura 17-9 muestra una disposición de circuito diferente utilizando un interr uptor de tres vías para la alimentación de la luz. Es necesario usar el hilo blanco del cable como parte del lazo del interruptor

de tres vías en este circuito. El hilo negro se utiliza como cable de retorno al portalámparas de la luz. La Figura 17-10 representa otra disposición de un control de interruptor de tres vías. La alimentación

se encuentra en la luz con el recorrido del cable desde la fuente del techo hasta cada uno de los puntos de control del interruptor de tres vías, que se ubican a cada lado del portalámparas de la luz.

BLACK NEGRO

CABLE CABLE

WHITE BLANCO

BLANCO WHITE

SOURCE FUENTE BLACK NEGRO

ROJO RED

BLANCO WHITE

BLACK NEGRO BLACK NEGRO

LAMP LÁMPARA

s3

BLACK NEGRO

s3

BLANCO WHITE

Figura 17-9 – Circuito de control con interruptor de tres vías. La alimentación está en la luz.

BLANCO

FUENTE

LÁMPARA BLANCO A NEGRO

WHITE BLANCO

NEGRO

CABLE

ROJO

ROJO

NEGRO ROJO NEGRO WHITE BLANCO

BLANCO

Figura 17-10 – Circuito de control con interruptor de tres vías. La alimentación está en la luz.

Se requiere que los interruptores de tres y cuatro vías estén conectados de manera que la conmutación se realice sólo en el conductor del circuito sin conexión a tierra (es decir, la fase).

Unidad 17

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación

133

Control de interruptor de cuatro vías El interruptor de cuatro vías puede compararse con el interruptor bipolar bidireccional. Es similar al interruptor de tres vías en que posee dos posiciones y que ninguna de esas posiciones es ON/OFF. En cambio, el interruptor de cuatro vías no posee las marcas

de ON/OFF (Encendido/apagado) en la palanca del interruptor. Dos de las posiciones del interruptor de cuatro vías se muestran en la Figura 17-11. El interruptor de cuatro vías se usa cua ndo

OR

deben una luzpuntos o gr upo de luces, u otra carga, controlarse desde más de dos de conmutación. El interruptor conectado a la fuente y el interr uptor conectado a la carga deben ser interruptores de tres vías. En el resto de los puntos de control se utilizan interruptores de cuatro vías. La Figura 17-12 grafica un circuito típico en el que la lámpara se controla desde uno de los tres puntos

OR

de conmutación. Debe tener cuidado al conectar los cables de recorrido a los terminales correctos del interruptor de cuatro vías. Siempre asegúre se de que los dos cables de recorrido de uno de los inter ruptores de tres vías estén conectados a los dos terminales de u n lado del interruptor de cuatro vías, mientras que los dos cables de recorrido del otro interruptor de tres vías

Figura 17-11 – Dos posiciones de un interruptor de cuatro vías.

estén conectados los dos terminales del otro lado del interruptor de acuatro vías. WHITE BLANCO

BLANCO

WHITE RED ROJO BLACK NEGRO

FUENTE SOURCE BLACK NEGRO

s

RED ROJO BLACK NEGRO

s

3

LÁMPARA LAMP

s

4

3

NEGRO BLACK

TUERCA WIRE DE NUT CABLE BLANCO

BLANCO WHITE

WHITE

BLANCO

WHITE

FUENTE

BLANCO WHITE

SOURCE

NEGRO BLACK

NEGRO BLACK

ROJO RED RED ROJO

NEGRO BLACK

BLACK NEGRO

Figura 17-12 – Circuito de control con interruptor en tres ubicaciones diferentes.

s

3

s

4

s

3

LAMP LÁMPARA

134

Unidad 17

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación

RESUMEN Los interruptores eléctricos se encuentran en una variedad de tamaños, formas y colores. Hay interruptores unipolares, bipolares, de tres vías y cuatro vías. Los requisitos del trabajo eléctrico establecen los tipos de interruptores a usar. Consultar las NORMAS IRAM por los métodos actuales de instalación.

REVISIÓN DE LOGROS 1. ¿Cuál es el estilo de interruptor de iluminación usado comúnmente? ______________________ 2. Enumere cuatro tipos de interruptores de iluminación.

a. ______________ ___ b. __ __ ___ __ __ ___ __ _ 3.

c. ______________ ___ d. ___ __ ___ __ ___ __ __

Para controlar un grupo de luces desde un punto de control, ¿cuál es el tipo de interruptor más

conveniente para usar?

______________________

4. ¿Qué tipo de interruptor se usa para controlar un grupo de luces desde dos puntos de control diferentes? ______________________ 5. Completar las conexiones de la Figura 17-13 de manera que los dos portalámparas del techo se controlen desde un interruptor unipolar. Asumir que la instalación está hecha en cables. BLANCO WHITE

LAMP LÁMPARA

120-VOLT FUENTE DE

120 VOLTS SOURCE

L

BLACK NEGRO

WHITE BLANCO RED ROJO BLACK NEGRO

LAMP LÁMPARA BLACK NEGRO

S

BLANCO WHITE

L

Figura 17-13 – Diagrama de cableado. 6.

Completar las conexiones de la Figura 17-14 de manera que la luz del techo pueda controlarse

desde interruptores de tres vías. WHITE BLANCO

WHITE BLANCO BLACK NEGRO ROJO RED

120-VOLT FUENTE DE 120 VOLTS SOURCE BLACK NEGRO

LAMP LÁMPARA L

NEGRO BLACK BLANCO WHITE RED ROJO

S3

Figura 17-4 – Diagrama de cableado.

S

3

Unidad 17 7.

►

Interruptores para el Control de los Circuitos de Iluminación

135

En la Figura 17-15, mostrar las conexiones de un portalámparas de techo que se controla desde

una de las tres ubicaciones del interruptor. La fuente de 120 volts se encuentra en la luz.

Figura 17-5 – Control de interruptor. 8. Determinar qué tipo y clasificación de interruptor es necesario para controlar siete lámparas

de filamento de wolframio de 200 watts que están conectadas en paralelo a una fuente de 120 volts. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

En los problemas 9 a 11, seleccionar lamejor respuesta para completar la af irmación y colocar

la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 9.

Si una luz será controlada de sde tres ubicaciones diferentes, se deben usar los siguientes interruptores: ______________________ a. b. c. d. e.

dos de tres vías y uno de cuatro vías. dos de cuatro vías y uno de tres vías. tres de tres vías. dos bipolares. tres unipolares.

10. Un interruptor de tres vías es similar a un

a. b. c. d. e.

______________________

interruptor de cuatro vías. interruptor bipolar, bidireccional. interruptor unipolar, unidireccional. interruptor unipolar, bidireccional. interruptor bipolar, unidireccional.

11. Al encender una lámpara de filamento de wolframio, la corriente a través del interruptor es inicialmente ______________________

a. baja, pero aumenta. b. muy alta. c. moderada. d. e. dependiente constante. de la resistencia del interruptor.

U•N•I•D•A•D

18

MATERIALES PARA CABLEADO OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Enumerar los diferentes tipos de materiales disponibles para cableado. • Explicar las ventajas y las limitaciones de cada material de cableado.

Los siguientes tipos de materiales se utilizan en las instalaciones eléctricas: • • • • • • • • •

Cable con envainado no metálico Cable armado Caño metálico flexible Caño no metálico flexible Caño metálico rígido Caño metálico de paredes finas Caño no metálico rígido Cable-canal metálico Cable de conductor plano

En esta unidad se abordan los materiales de cableado mencionados; entre ellos sus ventajas, limitaciones y aplicaciones. Referirse al National Electrical Code® durante el estudio de esta unidad. Los artículos del Code® relacionados con las secciones de esta unidad deben comprenderse en profundidad de manera que el electricista p osea una comprensión completa sobre por qué deben utilizarse estos materiales de cableado en diversas aplicaciones y ubicaciones. En usos y aplicaciones en nuestro país referirse a las NORMAS IRAM .

CABLE CON ENVAINADO NO METÁLICO Los cables con envainados no metálicos se encuentran disponibles con dos o tres conductores que transportan corriente, sus tamaños varían desde el Nº 14 al Nº 2 en conductores de cobre y en tamaños Nº

12 a Nº 2 en conductores de aluminio. El código de color de estos conductores es negro y blanco para los cables de dos hilos; negro, blanco y rojo para los cables de tres hilos. Estos cables también vienen con un cable de puesta a tierra, que generalmente es un conductor de cobre desnudo (sin aislamiento). Este tipo de conductores se utiliza sólo para conexiones a tierra. El aislamiento de los conductores que transportan

corriente se clasifica a 90º C (194º F) y por lo general es un termoplástico termo resistente, THNN.

137

138

Unidad 18

►

Materiales para Cableado

Underwriters Laboratories, Inc. divide los cables con blindados (envainados) no metálicos en tres clasificaciones: • El cable tipo NM se puede utilizar tanto para trabajos expuestos como ocultos en ubicaciones normalmente secas. Posee una cubierta retardadora de llamas (antiflama) y resistente a la humedad. Puede colocarse en los espacios profundos de los bloques de mampostería o en las paredes de azulejos que no estén expuestas a humedad excesiva. Los trabajos de mampostería que estén en contacto directo con la tierra no se consideran ubicaciones húmedas. Los cables tipo NM no deben instalarse en lugares expuestos a humos corrosivos o vapores y no deben incrustarse en mampostería, hormigón, empastes o yeso. • El tipo de cable NMC se puede utilizar tanto en trabajos expuestos como ocultos en ubicaciones

secas, húmedas o incluso en aquellas con presencia de corrosión. Posee una cubierta retardadora de llamas (antiflama) y resistente a la humedad, a los hongos y a la corrosión. Puede utilizarse en los espacios profundos de los bloques de mampostería. Se prefiere su instalación en aquellos edificios con ambientes de un grado alto de corrosión. • El cable tipo NMS contiene conductores eléctricos aislados así como también conductores de

señal en la misma vaina. Este tipo de cable se utiliza en circuitos de “vivienda inteligente”. Los cables tipo NMS poseen una camisa externa no metálica resistente a la humedad y retardadora de llamas (antiflama).

El National Electrical Code ® enumera var ias ubicaciones en donde no deberían utilizarse los cables tipo NM, NMC y NMS. Estas ubicaciones incluyen, por ejemplo, cables de entrada de servicio, sitios de reunión pública y áreas peligrosas, entre otros. Para obtener la lista completa o las excepciones consultar el Artículo 334 del Code®. Ambos tipos de cables envainados no metálicos deben atarse o sujetarse con grampas a no más de 30 cm de la caja o accesorio y en intervalos que no superen los 1,5 metros; deben protegerse contra daños físicos de ser necesario; no deben doblarse a un radio menor a cinco veces el diámetro del cable y deben utilizarse en circuitos de 600 volts o menos. La Figura 18-1 muestra un cable de dos hilos con cable de puesta a tierra. Los conectores especiales, como el que se muestra en la Figura 18-2, se utilizan para asegurar el cable con envainado no metálico a tomacorrientes tales como cajas de fusibles y cajas de dispositivos, tal como se representa en la Figura 18-3. A B C

Figura 18-1 – Cable con envainado no metálico tipo NM-B que muestra: (A) conductor negro “subterráneo” (fase), (B) conductor “de conexión a tierra” desnudo (sin aislante) y (C) conductor blanco “de conexión a tierra”(neutro). (Cortesía de Southwire Company)

Algunos tipos de conectores primero se ajustan fuertemente al cable. La sección roscada del conector

luego se desliza a través del orificio ciego en la caja de salida. Por último, se ajusta bien la contratuerca al conector por dentro de la caja de salida. Cuando se utilizan cables con vaina no metálica, es necesario retirar la cubierta externa para realizar

las conexiones necesarias en la caja de salida y la caja del interruptor. Esto se realiza cortando la vaina

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

139

con un “cutter”. Luego se extraen la vaina y el papel de los cables. Se debe tener mucho cuidado al retirar las cubiertas exteriores para que no se dañe el cable y su aislamiento. Los cables con envainados no metálicos constituyen un método

de cableado económico. Este tipo de cable es relativamente liviano en peso y fácil de instalar. Es por eso que se utiliza ampliamente en las instalaciones residenciales.

Figura 18-2 – Conectores de cable con blindado no metálico.

CABLE ARM ADO El cable armado, que se muestra en la Figura 18-4, se encuentra disponible con dos, tres o cuatro

conductores que vienen en tamaños Nº 14 AWG a Nº 1 AWG, inclusive. El código de color es el siguiente: para los cables de dos hilos, negro-blanco;

Figura 18-3 – Cajas de los cables armados y cables con blindados no metálicos. REVESTIMIENTO ANTISHORT BUSHING ANTI CORTOCIRCUITO

GALVANIZED CORONA DE ACERO GALVANIZADO STEEL ARMOR

para los cables de tres hilos, negro-blanco-rojo; para los cables de cuatro hilos, negro-blancorojo-azul. AISLAMIENTO CON CODE INSULATION CÓDIGO DE COLOR

BONDING STRIP TIRA DE

CONEXIÓN

PAPER WRAPPER ENVOLTURA

DE PAPEL

COTTON BRAID TRENZADO

DE ALGODÓN

COPPER CONDUCTOR

DE COBRE CONDUCTOR

Figura 18-4 – Cable armado.

El cable del tipo CA es un cable armado con conductores aislados cubiertos por un revestimiento retardador de llamas (antiflama) y resistente a la humedad. Desde el desarrollo de los aislamientos termoplásticos, los cables armados se fabrican generalmente con distintos tipos de aislamiento . Se denominan cables de tipo ACT. Puede encontrarse información adicional en el Artículo 320 del Code®.

Se requiere que los cables armados cuenten con una tira de conexión interna de cobre o aluminio en contacto directo con la corona en toda su longitud. Esta tira metálica, además de la corona de acero flexible, hace de este tipo de cables una buena opción cuando se requiere un sistema con conexió n a tierra. La corona también proporciona protección mecánica a los conductores. Siempre que se realiza una conexión en una caja de salida o en una caja de interr uptor, es necesario

cortar la corona metálica entre 15 y 20 cm del extremo del cable. Para evitar daños a los conductores, se

140

Unidad 18

►

Materiales para Cableado

debe insertar un revestimiento de fibra entre la corona metálica y los cables en el punto de corte de la corona. En la Figura 18-5 se describen los pasos necesarios para retirar la corona e insertar el revestimiento de fibra (llamado revestimiento anti cortocircuito) entre los conductores y la corona. Los conectores para el cable armado se muestran en la Figura 18-6. En la Figura 18-7 se pueden ver los dispositivos utilizados

tanto para los cables armados como los cables con blindados no metálicos.

Cortar la corona y deslizarla.

Insertar el revestimiento entre el envoltorio de papel y la corona.

Desenroscar los conductores y arrancar el papel cerca del revestimiento.

Figura 18-5 – Extracción de la corona e inserción del revestimiento.

Figura 18-6 – Conectores de cables armados. Por lo general, los cables del tipo CA y ACTpueden usarse

en circuitos de hasta 600 volts; utilizarse en trabajos abiertos y ocultos en ubicaciones secas; colocarse a través de paredes y tabiques; y pueden incrustarse en los acabados de yeso en las paredes de mampostería si esas ubicaciones no son húmedas. Estos tipos de cable deben sujetarse a no más de 30 cm de cada caja de salida o accesorio y a inter valos que no excedan los 140 cm; además no deben doblarse a un radio menor a cinco veces el diámetro del cable. Los cables con revestimiento metálico (MC) son similares

a los cables armados, pero la instalación debe ser conforme al Artículo 330 del Code®. La cubierta metálica debe ser continua y ajustada. La cubierta puede ser una metálica suave, una metálica

corrugada o un blindaje de cinta metálica entrelazada.

Figura 18-7 – Caja para cables armados y cables blindados no metálicos.

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

141

CAÑO METÁLICO FLEXIBLE El caño metálico flexible, que se muestra en la Figura 18-8, se llama en algunas ocasiones tubo Greenfield. Este caño es similar a los cables armados. Est á formado por una sola tira metálica galvanizada, enroscada en forma de espiral y entrelazada para proporcionar la máxima resistencia y mayor flexibilidad. El electricista debe insertar los cables conductores en este caño. Este caño flexible se mide por el diámetro interior y se clasifica en tamaños de 3/8 pulgadas a 4 pulgadas, inclusive. Consultar el Artículo 348 del National Electrical Code® para obtener las reglas sobre el uso de caños metálicos flexibles (consultar NORMAS IRAM ). Siempre que en un sistema de caños rígidos se requiera una sección flexible para cumplir con las condiciones de instalación difíciles, deben usarse los caños metálicos flexibles. Este tipo de caños se utiliza para proporcionar caminos flexibles en equipos con movimiento como motores montados en una

base ajustable para transmisiones por correa.

Figura 18-8 – Conducto metálico flexible.

Se recomienda para instalaciones de cableado temporarias en las que los códigos locales especifican que el cableado debe ser con caños metálicos. Se aprueba este tipo de caños en muchas ubicaciones excepto en ubicaciones húmedas, aberturas para elevadores, salas de baterías, ubicaciones peligrosas o en lugares donde las condiciones pudieran tener un efecto de deterioro sobre el aislamiento del conducto. Un material para cableado muy similar al caño metálico flexible es el caño metálico flexible estanco. Este

tipoubicaciones de caños poseen camisa externa sobre la químicos vaina, queypermite quecorrosivas. el caño sea El apropiado en sujetasuna al petróleo, el agua,estanca determinados atmósferas caño se encuentra disponible en tamaños de 3/8 pulgadas a 4 pulgadas. Otro material similar es el caño no metálico estanco. Es liviano, fuerte y resistente a la corrosión. Es fácil de trabajar con este tipo de caños, no deja bordes irregulares al cortarse y permanece redondeado en las curvaturas del radio. La Figura 18-9 muestra una instalación típica.

Figura 18-9 – Instalación típica de un caño no metálico estanco. (Cortesía de Carlon Electrical Sciences, Inc.)

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Unidad 18

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Materiales para Cableado

CAÑO NO METÁLICO FLEXIBLE ( ENT) Los caños no metálicos flexibles (ENT, siglas en inglés) pueden usarse en una amplia variedad de aplicaciones. Pueden usarse en lugar de loscaños metálicos flexibles y losmetálicos de paredes finas. Son corrugados, livianos y resistentes. Es fácil de trabajar con este tipo de caños ya que pueden doblarse con la mano. Están hechos del mismo material usado para fabricar caños no metálicos rígidos. Los ENT vienen

en diámetros que oscilan entre ½ pulgada a 2 pulgadas con pesos de 6 Kg. a 10 Kg. cada 30 metros. La Figura 18-10 muestra un eficaz acoplamiento para una conexión entre dos piezas de ENT. Las Figuras 18-11 y 18-12 grafican el uso de un terminador de conexión rápida para ajustarse a una caja de salida. El ENT puede corta rse muy fácilmente con un cor tador de conductos como se muestra en la Figura 18-13.

Figura 18-10 – Acoplamiento de conexión rápida

Figura 18-11 – Terminador de conexión rápida.

del ENT.(Cortesía de Carlon Electrical Sciences, Inc.)

(Cortesía de Carlon Electrical Sciences, Inc.)

Figura 18-12 – Terminador a caja de salida. (Cortesía

Figura 18-13 – Corte del ENT. (Cortesía de Carlon

de Carlon Electrical Sciences, Inc.)

Electrical Sciences, Inc.)

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

143

De acuerdo con el Artículo 362 del National Electrical Code ®, los ENT pueden usarse en cualquier edificio de tres pisos o menos, y pueden instalarse en techos, paredes y pisos. No pueden usarse en ubicaciones peligrosas o para soportar accesorios o equipos. Otras restricciones pueden encontrarse en el Code® (ver NORMAS IRAM).

CAÑO METÁLICO RÍGIDO El caño metálico rígido es un tipo de material extremadamente durable y los cables conductores deben inserta rse al igual que en los caños metálicos f lexibles. Este caño está templado y tratado térmicamente para que pueda doblarse fácilmente. Viene en longitudes de 3 metros y se obtiene con un acabado galvanizado. El caño galvanizado posee un recubrimiento pesado, pero suave y uniforme, de zinc aplicado tanto en las superf icies externas como internas. Una vez aplicado el zinc, se cuece una capa de laca aislante en todas las superficies internas y externas para producir un espacio a través del cual puedan introducirse los cables conductores con un mínimo esfuerzo. La combinación de la capa de zinc y la capa de laca protege al caño de la humedad y de los humos corrosivos. El caño galvanizado también está disponible sin la capa de laca. Los tramos de 3 metros de longitud vienen roscados en ambos extremos. Para acoplarlos están disponibles elementos de acoplamiento denomin ados cuplas. La Figura 18-14 muestra u n conducto galvanizado. Los codos doblados en fábrica se encuentran disponibles para todos los tamaños de caños rígidos desde ½ pulgada a 6 pulgadas, como se muestra en la Figura 18-15. Sin embargo, los electricistas generalmente los curvan en el lugar de trabajo. La mayor parte de los tamaños pequeños de caños se doblan por medio de curvadores manuales o aparatos para curvar, mientras que los tamaños más grandes se doblan con la ayuda de curvadores hidráulicos. También se encuentran disponibles caños con revestimiento plástico. Estos caños son resistentes a los entornos sumamente corrosivos que se encuentran en determinadas áreas de las plantas de tratamiento

de aguas residuales, refinerías de metales, curtiembres y ubicaciones similares. Figura 18-14 – Caño y acoplamiento galvanizado rígido.

Figura 18-15 – Codos para caños rígidos.

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Unidad 18

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Materiales para Cableado

También se encuentran caños de aluminio y poseen varias ventajas sobre otros tipos de caños. A título de ejemplo, algunas de sus características son: • Tienen aproximadamente un tercio del peso de los caños galvanizados. • Son resistentes a la corrosión. • Son no magnéticos y como resultado presentan una menor caída de tensión por cada longitud

dada en comparación con los caños metálicos. Por lo tanto, se reduce la pérdida de energía. Se encuentra disponible una completa línea de codos de aluminio, correas, contratuercas, revestimientos, caños y otros accesorios de diferentes fabricantes. Estos accesorios se fabrican conforme a los requisitos del National Electrical Code® (referirse a las NORMAS IRAM).

Se puede obtener información más detallada sobre determinados accesorios en los catálogos y especificaciones del fabricante. Los caños se fabrican en tamaños que oscilan entre ½ pulgada a 6 pulgadas. El tamaño de los caños rígidos siempre se

Tamaño en pulgadas ½ ¾ 1 ¼ 1 ½ 1 2 ½2 3 ½3 4 5 6

Diámetro en pulgadas Interno Externo 0,632 0,840 0,836 1,050 1,063 1,315 1,394 1,660 1,624 1,900 2,083 2,375 2,489 2,875 3,090 3,500 3,570 4,000 4,050 4,500 5,073 5,563 6,093 6,625

Roscas por pulgada 14 14 ½ 11 11 ½ 11 ½ ½ 11 8 8 8 8 8 8

determina por el diámetro interno e incluso

este valor es apenas mayor que el tamaño nominal. La tabla anterior proporciona los diámetros internos y externos en pulgadas para cada tamaño de caño rígido.

Accesorios para caños Los caños rígidos se sujetan a cajas de empalme, cajas de salida y cajas de fusibles por medio de contratuercas y anillos terminales. La Figura 18-16 grafica dos tipos de cajas para caños. La Figura 18-17

grafica la contratuerca utilizada con los caños rígidos. Esta contratuerca se gira en el extremo roscado del caño con los dientes formados por las muescas en dirección a la caja. Luego el caño se desliza a través del orificio ciego y se atornilla el anillo metálico terminal, que se muestra en la Figura 18-18, en el extremo del caño lo más fuerte posible. A continuación se ajusta bien fuerte la contratuerca contra la pared externa de la caja de salida. Los dientes de la contratuerca deben coincidir con el metal de la caja de salida para asegurar que el caño esté bien sujeto a tierra. El anillo en el extremo de la rosca del caño lo sujeta a la pared interna de la caja de salida y protege los cables de posibles daños del borde del caño. Al usar a nillos terminales hechos en su totalidad de material aislante (como plástico), se debe instalar una contratuerca tanto dentro y fuera de la caja. Se encuentra disponible una línea completa de accesorios para cualquier problema de instalación que implique caños rígidos. Los accesorios para caños, que se muestran en la Figura 18-19, son roscados y pueden ajustarse con seguridad al extremo roscado del caño. Los accesorios se encuentran disponibles

en los mismos tamaños que los de los caños. Por ejemplo, un caño de ½ pulgada requiere un accesorio de caño de ½ pulgada.

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

145

(A) 4-INCH OCTAGON BOX (A) CAJA OCTOGONAL DE 4 PULGADAS (B) 4-INCH SQUARE BOX, (B) CAJA CUADRADA DE 4 PULGADAS INCHES DEEP Y111/2 ½ PULGADAS DE PROFUNDIDAD

Figura 18-16 – Dos tipos de cajas para caños.

Figura 18-17 – Contratuerca.

Figura 18-18 – Anillo terminal.

Los accesorios para caños poseen espacio de cableado lo suficientemen te grande par a permitir los empalmes y el encintado. Los que tienen cubiertas y orificios para cables pueden usarse como tomacorrientes en motores y equipos de control. Determinados tipos de accesorios permiten el montaje de dispositivos para cableado embutido, mientras que otros tipos se utilizan para tomas de iluminación.

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Unidad 18

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Materiales para Cableado

Los caños rígidos le proporcionan máxima protección a los conductores. Este tipo de caño también

actúa como una efectiva puesta a tierra para los equipos. Constituyen un método estándar de cableado y pueden usarse en casi todas las situaciones.

TIPO LB TIPO TA

TIPO LR TIPO TB

TIPO E

TIPO C

TIPO T

TIPO X

Figura 18-19 – Accesorios para interconexión de caños. (Cortesía de Crouse-Hinds Electrical Construction Materials, División de Cooper Industries, Inc.)

Se utilizan en cableados ocultos en edificios en donde los mismos se entierran en hor migón o mampostería. Cuando el cableado quedara expuesto y sujeto adaños mecánicos, se recomienda el método

de cableado de caños rígidos.

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

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Los caños metálicos rígidos son uno de los pocos permitidos por el National Electrical Code® para

usar en sistemas que funcionan a más de 600 volts. Con los accesorios adecuados, pueden instalarse en ubicaciones peligrosas. En cambio, no pueden instalarse en empastes de ceniza a menos que estén prote-

gidos por materiales resistentes a la corrosión adecuados para este fin. (Ciertos tipos de cenizas forman ácido sulfúrico ante la presencia de humedad. Este ácido es muy corrosivo a los conductos de acero.) Las curvaturas en los caños que contienen conductores sin vaina de plomo deben tener un radio no menor a seis veces el diámetro del ca ño. Las que se encuentran en conductores con vaina de plomo deben tener un radio no menor a diez veces del diámetr o del caño. El Artículo 344 del National Electrical Code® abarca todos los tipos de caños rígidos e instalaciones que implican este tipo de caños. El Anexo C del Code® hace referencia a las tablas de capacidad de caños para determinar la cantidad de conductores y alambres en función del diámetro interno del caño (ver NORMAS IRAM ).

CAÑO METÁLICO DE PAR EDES FINAS (EMT) Los caños metálicos de paredes finas (EMT, sus siglas en inglés) son un tipo de caños metálicos rígidos no roscados, de paredes f inas considerablemen te más livianas que las de los caños metálicos rígidos. Por lo tanto, no ofrecen la misma protección contra daños mecánicos o contra la acción corrosiva

del agua o de los químicos que los caños metálicos rígidos. Los caños metálicos de paredes finas no son roscados, como se puede ver en la Figura 18-20. Los acoplamientos con encastre a presión se utilizan para unir los tramos de caños metálicos, y los conectores

con encastre a presión se utilizan para sujetar los caños metálicos a las cajas de salida y empalme.

Figura 18-20 – Caño metálico. Los EMT vienen en longitudes de 3 metros y en tamaños que oscilan entre ½ pulgada y 4 pulgadas. El diámetro interno es apenas mayor que el tamaño mencionado. La tabla enumera algunos de los tamaños

disponibles en pulgadas de los caños metálicos y los diámetros internos y externos para cada tamaño. Los caños metálicos son livianos y fáciles de ma nejar. Diámetro en pulgadas Además, con el uso de acoplamien-

tos y conectores, que se muestran en la Figura 18-21 y 18-22, este tipo de caños pueden ensamblarse rápidamente. Para la mayoría de los

trabajos cableado,yellos tiempo un factorde importante minu-es tos que se ahorran se traducen en dinero ganado.

Tamaño nominal en pulgadas

Interno

½

0,622

0,706

0,042

¾

0,824

0,922

0,049

1

1,049

1,163

0,057

Externo

Grosor de pared en pulgadas

¼ 1

1,380

1,510

0,065

½ 1

1,610

1,740

0,065

2

2,067

2,197

0,065

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Unidad 18

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Materiales para Cableado

Los accesorios usados con este tipo de caños se llaman accesorios EMT. La Figura 18-21 muestra un acoplamiento sin rosca (cupla) usado para unir tramos de caños metálicos. La Figura 18-22 muestra otro accesorio EMT, un conector usado para sujetar el caño metálico a las cajas de salida y empalme.

Figura 18-21 – Acoplamiento para caño

Figura 18-22 – Conector para caño

metálico de paredes finas.

metálico de paredes finas.

Los caños metálicos pueden usarse en trabajos abiertos y ocultos en los que no queden expuestos a daños mecánicos severos o vapores corrosivos. No puede utilizarse en hormigón a base de ceniza o empastes a menos que se protejan todos sus lados con una capa de hormigón de otro tipo de 5 cm. de espesor como mínimo, o a menos que el caño esté al menos a 45 cm. bajo el empaste. Los caños menores que ½ pulgada no pueden utilizarse excepto bajo condiciones especiales especificadas en el Code®. El tamaño máximo del caño que puede usarse con cualquier número o combinación de conductores es el tamaño de 4 pulgadas. Los EMT no pueden usarse en los sistemas de cableado interno si la tensión es mayor a 600 volts. Para más información, consultar el Artículo 358 del Code®. (Ver NORMAS IRAM ).

CAÑO RÍGIDO NO METÁLICO Los caños rígidos no metálicos

son fáciles de instalar, son livianos,

½ 1 2 3 5

Diámetro en pulgadas Interno Externo Pared pesada 0,622 0,840 1,049 1,315 2,067 2,375 3,066 3,500 5,047 5,563

½ 1

Pared extra pesada 0,546 0,840 0,957 1,315

0,147 0,179

2 3 5

1,939 2,900 4,813

0,218 0,300 0,375

Tamaño nominal en pulgadas

resistentes a la corrosión y a la defor-

mación por calor, retardadores de llamas (antiflama), resistentes a los efectos de las bajas temperaturas y a los impactos. Pesan alrededor de un 25 por ciento del peso de tamaños similares de caños metálicos y generalmente pueden instalarse en menos tiempo. Los caños rígidos no m etálicos puedan usarse bajo tierra, enterrados

o incrustados en concreto.

2,375 3,500 5,563

Grosor de pared en pulgadas 0,109 0,133 0,154 0,216 0,258

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

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Figura 18-23 – Varios tamaños de caños rígidos no metálicos. (Cortesía de Carlon Electrical Sciences, Inc.)

Estos caños vienen en tamaños nominales que varían desde 2 pulgadas a 6 pulgadas. Los caños de pared pesada y pared extra pesada se utilizan de acuerdo con los requisitos de instalación. En la tabla se muestran algu nos de los tamaños disponibles. Observe la diferencia en el grosor de pared para los caños de pared extra pesada en comparación con los de pared pesada. Los caños no metálicos de paredes

finas también se encuentran disponibles principalmente para instalaciones subterráneas incrustadas en hormigón. La Figura 18-23 muestra una instalación en la que se utilizan varios tamaños diferentes de caños. Se emplean acoplamientos para unirlos. Se aplica cemento de contacto a las piezas y se deja fijar la unión

por aproximadamente 10 minutos. Los caños rígidos no metálicos pueden comprarse en longitudes estándar de 3 metros que incluyen

acoplamiento, se adjunta. También pueden fabricarse en longitudes menores o mayores a los 3unmetros, con o sinque acoplamientos. Hay tres pasos básicos para curvar los caños no metálicos: calentar el caño, formar la curvatura, y dejarlo enfriar. Se debe tener especial cuidado de no dañar el caño y no reducir el diámetro interno. La Figura 18-24 muestra una instalación en la que se requieren varias curvaturas.

Figura 18-24 – Una instalación con varias curvaturas en los caños no metálicos. (Cortesía de Carlon Electrical Sciences, Inc.)

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Unidad 18

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Materiales para Cableado

Figura 18-25 – Accesorios y cajas no metálicas. (Cortesía de Carlon Electrical Sciences, Inc.) De acuerdo con elNational Electrical Code®, los caños nometálicos no pueden usarse para soportar

artefactos, y no pueden instalarse en determinadas ubicaciones peligrosas. Debe tener especial cuidado de cumplir las limitaciones de temperatura asociadas con el caño a utilizar (referirse a las NORMAS IRAM ). Se encuentra disponible una variedad de accesorios y cajas no metálicas para su utilización. Algunos

de ellos se muestran en la Figura 18-25.

CABLECANAL METÁLICO SUPERFICIAL El cablecanal metálico superficial es un conducto metálico, plano y de dos piezas que puede montarse en techos y paredes. La base o canal se sujeta firmemente al techo o a la superficie de la pared por medio de tornillos. La cubierta o tapa se sujeta directamente al canal o base. Este tipo de conductos generalmente se usa en edificios de oficinas, edificios públicos y algunas plantas industriales para hacer ampliaciones a las instalaciones existentes o en donde son probables cambios futuros. El cablecanal metálico superficial es prolijo y no resta valor a la apariencia de una sala. Los cablecanales son relativamen te pequeños y pueden usar se con accesorios especiales par a rodear vigas y esquinas. El National Electrical Code® permite colocar cablecanales metálicos superficiales en ubicaciones secas para trabajos expuestos o superficiales. El cablecanal puede extenderse a través de paredes secas, tabiques secos y pisos secos si se utiliza una longitud continua del cablecanal a lo largo de toda la sección oculta. No puede usarse para trabajos ocultos en ubicaciones expuestas a daños mecánicos severos o en donde estén sujetos a vapores corrosivos o en aberturas para elevadores y ubicaciones peligrosas.

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

Dos tipos de cablecanal metálicos superficiales se conocen como National Metal Holding, que se muestran en la Figura 18-26, y Wiremold, en la Figura 18-28 y Figura 18-29.Se encuentra disponible

una completa línea de accesorios para cada una de estas marcas de cablecanal. Wiremold se encuentra disponible en longitudes estándar de 3 metros. (Ver Artículo 386 del Code®.)

CABLE DEdeCONDUCCIÓN El cable conducción plano es PLANO un sistema de cableado que puede usarse debajo de cuadrados de alfombra en las superf icies de piso sólidas, suaves y uniformes. De acuerdo con el National Electrical Code®, Artículo 324, los cuadrados de alfombra no deben ser más grandes que 36 pulgadas por 36 pulgadas (90x90 cm.). Este tipo de sistema de cableado se utiliza

principalmente para los proyectos de renovación en oficinas y establecimientos comerciales. No pueden

utilizarse en edificios residenciales, escolares u hospitales. Además, no pueden usarse en exteriores,

en ubicaciones húmedas, peligrosas o en donde hay vapores corrosivos.

Figura 18-26 – National Metal Molding. (Cortesía de Carlon Electrical Sciences, Inc.)

Figura 18-27 – Mordaza de National Metal Molding. (Cortesía de National Electric Products Corporation)

El Code ® especifica que el cable debe instalarse con un blindaje metálico en la parte super ior para cubrir todos los recorridos de cable, esquinas, conectores y terminales. Asimismo, debe instalarse un blindaje inferior debajo del cable. La Figura 18-30 muestra varias partes de un sistema eléctrico de cables-conductores planos con blindajes metálicos, receptáculos, cajas de transición

y herramientas de instalación. El cable se encuentra disponible con tres, cuatro o cinco hilos en tamaños equivalentes a los Nº 10 y Nº 12 AWG para manejar circuitos de hasta 30 amperes. (Referirse a las NORMAS IRAM).

Figura 18-28 – Wiremold. (Cortesía de TheWiremold Company)

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Unidad 18

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Materiales para Cableado

Figura 18-29 – Accesorios de Wiremold. (Cortesía de The Wiremold Company)

Figura 18-30 – Sistema eléctrico de cable-conductor plano. (Cortesía de The Wiremold Company)

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

Figura 18-31 – Cable con código de color.

Figura 18-32 – Herramienta de instalación.

(Cortesía de Burndy Corp.)

(Cortesía de Burndy Corp.)

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El cable tiene código de color como se muestra en la Figura 18-31 y viene en rollos de varias longitudes. Las derivaciones y empalmes de cables planos se conectan mediante la herramienta de instalación, tal como se muestra en la Figura 18-32. Con esta herramienta, se realizan con facilidad conexiones considerablemente confiables. Los en cables de conveniente conducción planos eléctricos altamente flexiblesReferirse que pueden instalarse forma en unaconstituyen variedad desistemas proyectos de renovación de oficinas. al Artículo 324 del Code® para mayor información. (Referirse además, a las NORMAS IRAM ).

RESUMEN Los materiales para cableado son necesarios para cualquier tipo de instalación eléctrica. La clave consiste en seleccionar el tipo de cable adecuado para el trabajo, según el entorno físico, las condiciones climáticas y las oportunidades de daños. Es importante conocer las capacidades de cada tipo de cable, así como también los caños y molduras disponibles.

REV ISIÓN DE LOGROS 1. Enumerar cinco materiales estándar usados en cableados. a. __________________________________________________

b. c. d. e.

___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ _ __________________________________________________ __________________________________________________ __________________________________________________

154

Unidad 18

►

Materiales para Cableado

2. Mencionar cinco lugares en donde no pueden usarse los cables envainados no metálicas. a. ___________________________________________________ b. __ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ _ c. ___________________________________________________ d. ___________________________________________________ e. ___________________________________________________ 3. Enumerar cinco ubicaciones en donde no pueden usarse los cables armados. a. ___________________________________________________ b. __ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ _ c. ___________________________________________________ d. ___________________________________________________ e. ___________________________________________________ 4. Mencionar la diferencia entre los cables armados f lexibles y los caños metálicos flexibles. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Enumerar dos aplicaciones de caños metálicos flexibles. a. ___________________________________________________ b. __ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ _ 6. Mencionar dos aplicaciones en las que no pueden usarse los ENT. a. ___________________________________________________ b. __ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ _ 7.

Enumerar dos ventajas de los caños metálicos rígidos por sobre los caños metálicos de paredes

finas. a. ___________________________________________________ b. __ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ _ 8. Un trozo de cable armado tiene un diámetro de ¾ pulgadas. Determinar el radio mínimo al que se puede doblar este cable. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

9.

Explicar por qué los caños rígidos galvanizados pueden usarse en prácticamente cualquier aplicación de cableado. __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

Unidad 18 Ma teriales p ara Cableado ►

155

10. ¿Cuál es el uso principal de los cablecanal metálicos? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

11. ¿Cuál es el tipo principal de proyecto en el que se usan los cables de conducción plano? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Mencionar dos ventajas de los caños rígidos de aluminio en comparación con los caños rígidos

galvanizados del mismo tamaño. a. _____________________________________________________ b. ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ __ En los puntos 13 a 21, seleccionar la mejor respuesta para completar cada afir mación y colocar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 13. La ventaja de los EMT por sobre los caños rígidos (del mismo tamaño) es que ______________________

a. b. c. d.

son más resistentes. son más livianos. poseen un diámetro externo mayor. resisten los daños mecánicos de mejor manera.

e. resisten la acción corrosiva del agua de mejor manera. 14. Los accesorios para caños se utilizan para

a. b. c. d. e.

15. El revestimiento anti cortocircuito se utiliza en

a. b. c. d. e.

______________________

cables armados flexibles. cablecanal metálicos. EMT. cables no metálicos. caños metálicos rígidos.

cables armados. cablecanal metálicos. EMT. cables no metálicos. caños metálicos rígidos.

______________________

156

Unidad 18

►

Materiales para Cableado

16. La distancia máxima desde una caja a la que se deben sujetar con grampas los cables con blindados no metálicos no debe exceder ______________________

a. b. c. d. e.

el ½ pie. un pie. los 2 pies. cinco veces el diámetro. los 4 ½ pies.

17. Para un determinado conjunto de requisitos de una instalación eléctrica, el material menos costoso para usar es ______________________

a. b. c. d. e.

el cablecanal metálico. el caño de paredes finas. el cable con envainado no metálica. el cable armado. el caño metálico flexible.

18. El tamaño de los caños metálicos rígidos se determina por

a. b. c. d. e.

______________________

el diámetro interno. el diámetro externo. el radio de curvatura que puede hacerse. el estilo de caño. el tipo de revestimiento.

19. Los ENT pueden usarse en lugar de

______________________

a. los caños metálicos flexibles. b. c. d. e.

los cablecanal metálicos. los caños metálicos rígidos. los caños de paredes finas. los cables de conducción planos.

20. Los caños no metálicos rígidos

a. b. c. d. e.

______________________

no pueden enterrarse. no son resistentes a los impactos. no se incrustan en hormigón. no se usan para apoyar artefactos. no se adquieren con una pared extra pesada.

21. Los cables de conducción planos pueden usarse en

a. viviendas. b. hospitales. c. oficinas. d. escuelas. e. ubicaciones húmedas.

______________________

U•N•I•D•A•D

19

SISTEMAS DE COMANDO A DISTANCIA PARA CIRCUITOS DE ILUMINACIÓN OBJETIVOS Al concluir el estudio de esta unidad, el estudiante podrá: • Explicar los principios básicos de los sistemas de control remoto. • Enumerar y describir los dispositivos usados en los sistemas de control remoto.

Los sistemas de cableado de control remoto utilizan dispositivos de control tales como relés. El sistema de teléfono de disco probablemente sea uno de los sistemas de cableado de control remoto más conocidos. En el sistema telef ónico, los relés a distancia se opera n gira ndo el dial o presionando los botones del teléfono. Los sistemas de control remoto se han desarrollado para controlar cir cuitos de iluminación, aparatos y otros equipos en varias situaciones. Estos sistemas están compuestos por relés de baja tensión (24 volts)

que operan contactos de 120 volts desde interruptores de control de baja tensión. El sistema de control remoto de baja tensión permite tener un control de interruptores múltiples con sólo un pequeño aumento de costo. Los interruptores se instalan fácilmente y la instalación de uno o varios interruptores no supone problemas. Se utiliza el mismo tipo de interruptor de baja tensión independientemente de si las luces se controlan desde una, dos o más ubicaciones. No se requieren cables especiales en las conexiones de los interruptores de tres vías y cuatro vías. Los circuitos

de control remoto de baja tensión pueden instalarse en cables de dos o t res hilos de baja sección tra nsversal, lo cual resulta económico y fácil de instalar.

2

4

1

INTERRUPTOR DE CONTROL

TO AL TRANSFORMER TRANSFORMADOR

3

El interruptor que se utiliza en los sistemas de control remoto de baja tensión es un interruptor de contacto momentáneo (pulsador) unipolar, bidireccional que por

Figura 19-1 – Interruptor de baja tensión.

157

158

Unidad 19

►

Sistemas de Control Remoto para Circuitos de Iluminación

lo general se encuentra abierto. Este tipo de interruptor de control es de aproximadamente un tercio del tamaño de un interr uptor unipolar estándar. Puede tener tres terminales, cuatro ter minales o tres hilos guías con código de color. Independientemente del tipo de interruptor utilizado, todos deben funcionar como interruptores de contactos momentáneos (pulsadores) unipolares, bidireccionales. La Figura 19-1

grafica un tipo de interruptor de baja tensión. Las conexiones a este interruptor de baja tensión se realizan de la siguiente manera: el terminal Nº 4 se conecta a la fuente de alimentación, un transformador de 24 volts; el terminal Nº 1 no se conecta a los contactos del interruptor, se usa sólo para propósitos de conexión de manera que no son necesarios los empalmes; y los otros dos conectores se conectan al relé o a otros interruptores de baja tensión.

RELÉ DE BAJA TENSIÓN Se utiliza un relé de bobina par tida en los sistemas de control remoto de baja tensión para operar contactos en el circuito de iluminación de 120 volts, como se muestra en la Figura 19-2. Una bobina cierra el circuito de 120 volts y la otra bobina abre los contactos en el circuito de 120 volts. Este

relé es una unidad con enclavamiento mecánico que requiere un pulso de corriente alterna rectificada de 24 volts para funcionar. El relé, que se muestra en la Figura 19-3, es lo suficientemente pequeño para ser montado en el interior de una

Contactos 120-V

Bobina “encendida”

2

"ON" COIL

de 120 V CONTACTS

Bobina “apagada”

1

"OFF" COIL

3

Figura 19-3 – Relé. (Cortesía de The General Electric Company)

caja de salida externa a través de cualquier orificio

ciego de ½ pulgada. Esto deja los dos conductores de alta tensión dentro de la caja de salida mientras el terminal de baja tensión queda fuera de la caja. La pared de la caja de salida sirve como tabique entre las tensiones altas y bajas. Los dos conductores de alta tensión dentro de la caja de salida se conectan como un interruptor unipolar.

CONDUCTORES Se usan conductores de cobre en los sistemas de control remoto y lasección transversal de alambre depende del número de relés y la longitud del recorrido de

la instalación. Los tamaños varían desde el Nº 12 AWG al Nº 20 AWG. Pueden adquirirse cables de conductores múltiples además de los cables blindados de dos hilos. (consultar NORMAS IRAM ).

RECTIFICADOR El relé opera con una corriente alterna rectificada, que es en realidad una corriente continua pulsatoria. La onda senoidal se rectifica obteniéndose una onda

de corriente continua pulsatoria a causa del rectificador. La Figura 19-4 muestra

el rectificador, el símbolo del rectificador y la onda rectificada.

Figura 19-2 – Conexiones del relé.

Unidad 19

►

Sistemas de Control Remoto para Circuitos de Iluminación

159

ALTERNATING CURRENT ONDA DE CORRIENTE ALTERNA WAVEFORM

RECTIFIER SYMBOL SÍMBOLO DEL

RECTIFICADOR

RECTIFIED WAVEFORM ONDA RECTIFICADA (CORRIENTE CONTINUA PULSATORIA) (DIRECT CURRENT)

RECTIFICADOR

Figura 19-4 – Rectificador y onda rectificada.

INSTALACIONES ELÉCTRICAS TÍPICAS Alimentación 120-V FEED de 120 V BX Cable CABLE BX

WHITE Blanco

Negro BLACK BLACK Negro RELAY Relé WHITE Blanco L

La Figura 19-5, Figura 19-7 y Figura 19-8 muestran varias de las inst alacion es más comunes. Muchas otras combinaciones son

Alimentación de 120 V 120-V FEED Relé Bobina 'ON' COIL“encendida”

RELAY

particulares. La Figura 19-5 representa un

Cable de 3-WIRE 3CABLE hilos

L

BLACK Negro

posibles para cumplir los requisitos

2

sistema de control remoto de baja tensión en la que u na luz de 120 volts se controla desde un punto de conmutación. En la Figura 19-6 se puede ver un transformador.

'OFF' COIL

Bobina “apagada”

3-WIRE Cable de 3CABLE hilos

Interruptor SWITCH

2

SWITCH Interruptor 4 3

Cable de 2-WIRE 2CABLE hilos TRANSFORMER Transformador

2-WIRE Cable de RECTIFIER Rectificador 2CABLE hilos 24-V OUTPUT Salida de 24 V

RECTIFIER Rectificador 24-V Salida OUTPUT de 24 V

TRANSFORMER Transformador

Cable 120-V de 2 Hilos de2-WIRE 120 V CABLE

120-V Entrada INPUT de 120 V

Figura 19-5 – Una luz controlada desde un panel de interruptor.

Figura 19-6 – Transformador. (Cortesía de The General Electric Company)

160

Unidad 19

►

Sistemas de Control Remoto para Circuitos de Iluminación

V 120

CABLE BX BX CABLE

V 120

CABLE BX

BX CABLE

NEGRO BLACK

NEGRO BLACK

RELÉ RELAY BLANCO WHITE

RELÉ RELAY WHITE BLANCO

BLACK NEGRO

BLACK NEGRO 24 V

LIGHT LUZ

24 V

SWITCH 2 2 INTERRUPTOR

LIGHT LUZ

24 V

INTERRUPTOR 1 1 SWITCH 24 V RECTIFIER RECTIFICADOR

TRANSFORMADOR TRANSFORMER

120 V

Figura 19-7 – Dos luces con control individual.

Otra de las aplicaciones comunes se muestra en el diagrama de cableado de la Figura 19-7, en el que cada luz cuenta con un control individual. En otras palabras, el interruptor 1 controla la luz 1 y el interruptor 2 controla la luz 2. La Figura 19-8 grafica un diagrama de cableado para dos luces, las cuales se controlarán desde uno de los tres puntos de conmutación. Consultar el National Electrical Code® por los requisitos de cableado decontrol remoto específicos y consultar las normas y reglamentaciones que rigen la instalación. El requisito del Code® para los sistemas de control remoto de baja tensión difiere de los requisitos de 120 volts (consultar NORMAS IRAM ).

RESUMEN Se encuentran presentes numerosos sistemas de control remoto en viviendas e industrias, no sólo para sistemas de iluminación. Sin embargo, los principios de los circuitos de iluminación de baja tensión

se aplican a otros de operaciones remotas. Los eléctricos requeridos comunes a casi cualquier tipo tipos de sistema remoto. Los circuitos de dispositivos baja tensión por lo general son más son seguros, tienen costos operativos más bajos y requieren mantenimiento mínimo.

Unidad 19

►

Sistemas de Control Remoto para Circuitos de Iluminación

161

120 V

BLACK NEGRO RELAY RELÉ BLACK NEGRO

BLANCO

WHITE BLANCO

WHITE

24 V

L BLACK NEGRO

L

24 V

SWITCH 3 INTERRUPTOR 3

24 V

SWITCH 2 INTERRUPTOR 2

SWITCH 1 INTERRUPTOR 1

24 V RECTIFIER RECTIFICADOR

TRANSFORMER TRANSFORMADOR

WHITE BLANCO

NEGRO BLACK

120 V

Bobina “encendida” 'ON' COIL BLACK NEGRO

120 V

NEGRO BLACK 2 1 3

120 V L

L WHITE BLANCO

Bobina “apagada”

“OFF” COIL RELAY RELÉ

24 V

24 V

2

24 V

2

ON 4

1

1 OFF 3

2

ON 4

1

RECTIFIER RECTIFICADOR

OFF

OFF 3

ON 4

3

24 V SWITCH 3 INTERRUPTOR 3

SWITCH 2 INTERRUPTOR 2

SWITCH 1 INTERRUPTOR 1

TRANSFORMER

120 V

TRANSFORMADOR

Figura 19-8 – Dos luces controladas desde una de las tres ubicaciones de los interruptores.

162

Unidad 19

►

Sistemas de Control Remoto para Circuitos de Iluminación

REVISIÓN DE LOGROS 1. Mencionar dos beneficios de los sistemas de iluminación de control remoto.

a. _________________________________________________________ b. __ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __ __ 2. ¿Cuál es la función de cada una de las dos bobinas de baja tensión en el relé? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

3. ¿Qué tipo de interruptor se utiliza como control en un sistema de baja tensión? __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________

En los puntos 4 a 9, seleccionar la mejor respuesta para que la afir mación sea verdadera y colocar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 4. El tipo de interruptor usado en los sistemas de control remoto es _____________________

a. un interruptor unidireccional. b. un interruptor bipolar. c un interruptor de terminal doble. d. un interruptor de contactos momentáneos. 5. Para controlar tres luces conectadas en paralelo desde dos puntos diferentes a. b. c. d. e.

se necesitan tres relés. se necesita sólo el transformador. se necesitan dos transformadores. se necesita un solo interruptor. se necesitan un relé y un interruptor.

6. Las restricciones del Code® para los sistemas de control remoto de baja tensión

a. b. c. d.

______________________

______________________

son las mismas que las de los sistemas estándar de 120 volts. especifican que deben usarse cables Nº 12 AWG en la parte de baja tensión del circuito. no existen. son diferentes de aquellas para los sistemas estándar de 120 volts.

Unidad 19

►

Sistemas de Control Remoto para Circuitos de Iluminación

163

7. Si ocurre un cortocircuito en el tomacorriente de luz que forma parte de un sistema de control remoto, y se utiliza un transformador limitador de corriente, ______________________

a. b. c. d.

la corriente a través del cortocircuito tendrá un valor alto. la tensión de salida del transformador aumentará. la corriente en el cortocircuito será muy baja. la corriente y la tensión no se modificarán luego del cortocircuito.

8. El cable usado en la parte de baja tensión de los sistemas de control ______________________

a. b. c. d.

es igual al cable usado en los sistemas estándar de 120 volts. requiere aislamiento especial. debe permitir la fácil instalación de fusibles e interruptores automáticos. es económico en comparación con el cable usado en los sistemas estándar de 120 volts.

9. Para los sistemas de control remoto,

a. b. c. d.

______________________

el interruptor que se utiliza tiene un relé incorporado. el transformador se incorpora a veces en el relé. el relé siempre debe tener una caja de salida independiente. el control por medio de interruptores múltiples es generalmente imposible.

10. Dibujar un diagrama de cableado de control remoto para controlar una luz desde dos puntos de conmutación con los dispositivos que se muestran en la Figura 19-9. 

164

Unidad 19

►

Sistemas de Control Remoto para Circuitos de Iluminación

120 V

Bobina

“encendida” "ON" COIL

L

Bobina "OFF" COIL “apagada”

ON

OFF

INTERRUPTOR SWITCH 2 2

ON

OFF

INTERRUPTOR SWITCH 1 1

RECTIFICADOR RECTIFIER

24 V

120 V

TRANSFORMADOR TRANSFORMER

Figura 19-9 – Control remoto.

U•N•I•D•A•D

20

RESUMEN DE REVISIÓN DE LAS UNIDADES 16-19 OBJETIVO • Evaluar los conocimientos y la comprensión adquiridos durante el estudio de las cuatro unida-

des anteriores.

PUNTOS A R ECORDAR • Los circuitos de timbre están constituidos por un transformador, timbre o zumbador y uno o

más pulsadores. • El interruptor de tres vías se utiliza para controlar una luz desde dos ubicaciones diferentes. • El cable con envainado no metálico es relativamente económico, liviano y fácil de instalar. Es de

uso extendido en instalaciones residenciales. • Los sistemas de control remoto están compuestos por relés de baja tensión que operan contactos de 120 volts desde interruptores de control de baja tensión.

En los puntos 1 a 13, completar la/s palabra(s) que harán la frase correcta. 1. El dispositivo que se usa para abrir y cerrar un circuit o de timbre es _________________ . 2. El tipo de interruptor más conveniente para controlar un grupo de luces desde una ubicación es _____ _____ _____ _____ _____ _. 3. El tipo de interruptor usado para controlar un grupo de luces desde dos ubicaciones es __ _ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ __ ___. 4. El tipo de interruptor que se debe usar junto con los interruptores de tres vías para controlar un grupo de luces desde tres o más ubicaciones es ___ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _ __ ___ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ __. 5. Cuando un timbre se manejará desde varios pulsadores, los pulsadores deben conectarse en relación unos con otros en ____ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ __. 6. Los cables con envainados no metálicos deben sujetarse con grampas a una determinada distancia de la caja. Dicha distancia es ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___.

165

166

Unidad 20

►

Resumen de Revisión de las Unidades 16-19

7. Los cables armados deben sujetarse con grampas a una distancia determinada de la caja. Dicha distancia es ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ __. 8. Respecto a los materiales para cableado, las letras EMT se refieren a __ __ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ ___ __. 9. El revestimiento anti cortocircuito se utiliza para el tipo de cable llamado __ __ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ __. 10. El tipo de interruptor que se utiliza para abrir ambos conductores de un circuito al mismo tiempo es un ____ ____ ____ _____ ____ _____ _____ _. 11. El tipo de caño a veces llamado cable Greenfi eld es el ___ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _ __ __ __ ___ __. 12. El nombre que se le da al tipo d e accesorio que se utiliza con lo s caños rígidos es __ __ __ __ __ __ __ ___ __ __ ___ __ ___ __ __. 13. El diámetro interno de un caño se utiliza para especificar ___ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ ___ __ _.

En los puntos 14 a 20, seleccionar la mejor respuesta para que la afirmación sea verdadera y colocar la letra correspondiente a la respuesta en el espacio provisto. 14. El anillo terminal se utiliza para

______________________

a. los caños de acero flexible. b. los cables armados. c. los cables con envainados no metálicos. d. los caños. e. los caños rígidos. 15. Las campanillas para puertas

______________________

a. ya no se utilizan mucho. b. requieren transformadores de mayor capacidad que los utilizados para timbres y zumbadores. c. sólo se encuentran disponibles como dispositivos de dos notas. d. requieren transformadores con menos capacidad en comparación con los transformadores usados con timbres y zumbadores. e. requieren relés de baja tensión con contactos de 120 volts. 16. Una de las áreas en donde no pueden usarse cables armados es __ __ _

a. bajo tierra. b. empotrados en acabados de yeso en paredes de mampostería. c. una ubicación seca pero oculta. d. en dentro de un edificio, en una ubicación seca y abierta. e. a través de paredes y tabiques.

Unidad 20

►

Resumen de Revisión de las Unidades 16-19

17. Los cablecanal metálicos superficiales

a. b. c. d. e.

167

______________________

no pueden usarse alrededor de esquinas. son prolijos en apariencia. son de tamaño relativamente grande. se utilizan en ubicaciones peligrosas. se utilizan en ubicaciones ocultas.

18. El tipo de interruptor que se utiliza en los sistemas de control remoto es un interruptor unipolar, bidireccional y ______________________

a. b. c. d. e.

por lo general está cerrado. es un interruptor de terminal doble. es un interruptor de contactos momentáneos. se energiza por medio de un relé. a veces se utiliza en circuitos de 120 volts.

19. Los caños metálicos de paredes finas

______________________

a. utilizan acoplamientos de compresión. b. pueden usarse en cualquier aplicación en la que se utilicen caños rígidos galvanizados. c. pueden curvarse a un radio tan pequeño como se desee. d. poseen roscas cortadas en los extremos para sujetar los accesorios. e. son pesados en comparación con los caños de esmalte negro. 20. En los circuitos de control remoto,

______________________

a. se requieren fusibles en la parte de baja tensión. b. las luces pueden controlarse desde cualquier cantidad de ubicaciones del interruptor. c. el transformador puede ser de cualquier clasificación de volts-amperes. d. el transformador debe diseñarse de manera tal que cuando haya sobrecargas aumente la tensión de salida. e. el número de transformadores necesarios es directamente proporcional al número de luces a controlar. 21. Con los dispositivos que se muestran en la Figura 20-1, dibujar un diagrama de cableado que indique las conexiones adecuadas para la vivienda de una sola familia.

168

Unidad 20

►

Resumen de Revisión de las Unidades 16-19 ZUMBADOR BUZZER

TIMBRE BELL

FRONT

PULSADOR DOOR

BELL TRANSFORMER TRANSFORMADOR DEL TIMBRE

DE PUERTA PRINCIPAL

PUSH-

BUTTON INPUT ENTRADA 120 120 V V AC CA REAR

PULSADOR DOOR

DE PUERTA TRASERA

PUSH-

BUTTON

Figura 20-1 – Diagrama de cableado. 22. En la Figura 20-2, el pulsador de la Planta A operará el zumbador de la Planta B. El pulsador de la Planta B operará el timbre de la Planta A. Se dispone de una sola fuente de alimentación y pueden usarse tres cables entre las dos plantas. Completar el diagrama de cableado. PLANT AA PLANTA

PLANT PLANTA B

B

ZUMBADOR BUZZER

TIMBRE BELL

SOURCE FUENTE

120 V V CA 120 AC

Figura 20-2 – Diagrama de cableado.

Unidad 20

►

Resumen de Revisión de las Unidades 16-19

169

23. Mostrar las conexiones para una toma de techo que se controlará desde una de dos ubicaciones de interruptor en la Figura 20-3. La alimentación de 120 volts se encuentra en la luz. Asegúrese de codificar con colores todos los cables.

s

s

3

3

CABLE BX CABLE BX

LÁMPARA LAMP

SOURCE FUENTE

Figura 20-3 – Instalación.

170

Unidad 20

►

Resumen de Revisión de las Unidades 16-19

24. Utilizando los dispositivos que se muestran en la Figura 20-4, la luz L1 se controlará desde un punto de control y la luz L2 se controlará desde dos puntos de control. Se utilizará un transformador. Dibujar el diagrama de cableado que logrará el control necesario.

V

120

V

120

L1

L2

BOBINA “ENCENDIDA” "ON" COIL

BOBINA “ENCENDIDA” "ON" COIL

BOBINA "OFF" COIL “APAGADA”

BOBINA "OFF" COIL

“APAGADA”

ON

ON

ON

OFF

OFF

OFF

24V

120V

TRANSFORMER TRANSFORMADOR

Figura 20-4 – Circuito de control.

ANEXO Tabla Nº A1.01 Símbolos Gráficos Eléctricos para Instalaciones de Alumbrado y Fuerza Motriz conforme la Norma IRAM 2010

N° A 2901

Designación

Símbolo

Línea de alumbrado

A 2902

Línea de fuerza motriz o calefacción

A 2903

Línea de señales

A 155

Línea subterránea

A 201

Circuito de dos cables

A 202

Circuito de tres cables

A 203

Circuito de cuatro cables

A 2906

Línea de cables en cañería de acero. El diámetro interno del caño, en milímetros, se indica con un número colocado arriba del símbolo de la línea, y la sección de los cables en milímetros cuadrados. Ej.: Línea para fuerza motriz de 3 cables de 6 mm 2 de sección, en caño de acero de Ø interno de 18 mm.

(c) 18 3x6

Si en una instalación existen circuitos en cañerías de acero sobre los aisladores A 2907

u otro sistema, se usarán los siguientes símbolos colocados sobre el correspondiente de la línea: Cañería de acero. Sobre aisladores. Conductor protegido.

A 2908

Línea que conduce energía, hacia arriba.

A 2909

Línea que conduce energía, desde arriba.

A 2910

Línea que conduce energía, hacia abajo.

A 2911

Línea que conduce energía, desde abajo.

A 372.2

Cortocircuito fusible a ficha o rosca, bipolar.

A 373.1

Cortocircuito fusible a cartu cho, tripolar.

(c) (a) (d)

171

A 2923

Llave interruptora unipolar.

A 2913

Llave interruptora bipolar.

A 2914

Llave interruptora tripolar.

A 2915

Llave interruptora, doble.

A 2916

Llave interruptora, triple.

A 2917

Llave conmutadora, de cambio.

A 2918

Llave conmutadora, inversora.

A 2920

Tomacorriente con contacto a tierra.

A 2921

Tomacorriente para fuerza motriz o calefacción.

A 2923

Boca de techo, para un efecto.

A 2924

Boca de techo, para dos efectos.

A 2925

Boca de techo, para tres efectos.

A 2926

Boca de pared, para un efecto.

A 2927

Boca de pared, para dos efectos.

A 2928

Caja de derivación.

A 2929

Caja de distribución, principal.

A 2930

Caja de d istribución, secundaria.

A500

Transformador.

A 2939

Caja para medidor.

A 2940

Boca para fuerza motriz o calefacción.

172

GLOSARIO AMPER Unidad de corriente eléctrica. AMPERÍMETRO Instrumento que se utiliza para medir corriente; se conecta en serie en el circuito. CAÍDA DE TENSIÓN La tensión a través de un componente causada por la resistencia y la corriente

de éste. CAMPO MAGNÉTICO Formado pory muchas líneasen dedonde fuerza.puede haber corriente. CIRCUITO Sistema de conductores componentes CIRCUITO EN SERIE Circuito que cuenta con una sola ruta para la corriente a través de los

componentes. CIRCUITO PARALELO Circuito en el que la tensión de cada ramificación es la misma. CORRIENTE (I) Electrones en movimiento. CORRIENTE ALTERNA Corriente de tensión regularmente fluctuante y su polaridad se invierte de

manera periódica. ELECTROLITO Solución de ácido sulfúrico de una batería. ELECTRÓN Partícula atómica con carga negativa. ENERGÍA Capacidad de generar trabajo. FEM Fuerza electromotriz; tensión inducida en un conductor. FLUJO Líneas magnéticas de fuerza. FUERZA Todo lo que produce o cambia movimiento. LEY DE OHM Fórmula que muestra la relación entre corriente, tensión y resistencia; I = E/R. LÍNEAS DE FUERZA Líneas invisibles de flujo que existen entre los polos de imanes. MAGNETISMO REMANENTE Magnetismo que permanece una vez extraídas la corriente eléctrica

y la tensión. NATIONAL ELECTRICAL CODE® (NEC ®)

Conjunto de reglas para la protección de personas y propiedad de peligros que surjan a partir del uso de la electricidad. OHM (Ω) Unidad de resistencia eléctrica. ÓHMETRO Instrumento que se utiliza para medir la resistencia en ohms. La tensión del circuito debe desconectarse al utilizar el óhmetro. PAR DE TORSIÓN / PAR MOTOR Fuerza giratoria de un motor. POTENCIA (P) El índice de generar trabajo, o el índice al que se utiliza la energía. RESISTENCIA (R) La propiedad de un material a oponerse al movimiento de los electrones. SECCIÓN TRANSVERSAL (CSA) La superficie de un extremo de cable expresada en milímetros cuadrados. TENSIÓN (E) Diferencia de potencial que hace mover los electrones en un cable. TRABAJO Fuerza en una distancia. TRANSFORMADOR Máquina eléctrica estática que se utiliza para aumentar o disminuir la tensión por medio de líneas de flujo magnético. VATÍMETRO Instrumento que se utiliza para medir la potencia eléctrica (watts) en un circuito. VOLT Unidad de tensión eléctrica. VOLTÍMETRO Instrumento que se utiliza para medir la tensión; se conecta en paralelo en el WATT

circuito.de potencia o trabajo eléctrico por unidad de tiempo. Unidad

173

INDICE

A

AWG (American Wire Gauge - Calibre de alambre estadounidense), 63-64, 125, 141-142, 162 Accesorios para tomacorrientes, 146 Accesorios, conducto, 147-154 Acciones plomo-celda, 89 Aisladores, 10 Aislamiento THH, 140 Aislamiento TM, 140 Aislamiento termoplástico termoresistente, 137-139 Aislamiento termoplástico, 137-138 Aislamiento tipo TM, 140 Aislamiento tipo TTH, 140 Aislamiento y aisladores, 10, 137-138 Ver también Cables y materiales para cableado. Ver AWG American WireWire Gauge. (American Gauge) Amperes, 51-52, 93, 171 Amperes-vueltas, 93 Amperímetro, 8, 24, 171 Amperímetros en línea, 9 Anillos terminales, 145 Armados, 139-141 Armaduras para motores de arranque, 110 Armaduras, 101-102, 108-110 Átomos, 7-8 Atracción, 84-85

B

Barra de imán, 85, 91-92 Baterías de acumuladores, 51 Baterías libres de mantenimiento, 50-51 Baterías tradicionales, 50 Baterías, 49-59 Blindados y envainados no metálicos, 137-139

C

CA (corriente alterna), 8-9, 100-103, 141, 171 CA, 109-111 CC (corriente continua), 8-9, 24, 107-117 CC pulsatoria (corriente continua), 8-9 CC-CA, 24 CSA (sección transversal), 61-63, 171 Caballos de fuerza, 42-43 Cable de timbre, 122-123 Cable de timbre, 122-123. Ver también Circuitos de timbre Cables ACT, 141 Cables Braidx, 138-139 Cables Cresex, 138-139

Cables MC (con revestimiento metálico), 141 Cables 139 NM (no metálicos), 123, 137Cables Romex, 138-139 Cables UF, 123 Cables armados, 139-141 Cables blindados, 123 Cables con código de color, 152-153 Cables de CA, 141 Cables de conducción de la ventilación, 151-153 Cables de telar, 138-139 Cables del tipo CA y ACT, 139-141 Cables tipo NM, NM-B, NMC y NMS, 138 Cables y materiales para cableado, 137-156 Cables, 137-141, 151-157 Cables. Ver Cables y Materiales para cableado Cajas cuadradas, 145 Cajas de empalme, 143 Cajas octogonales, 145 Campanillas para puertas, 122 Campanillas vibrantes, 121 Campanillas, 122

Campos magnéticos, 85-86, 173 Ver también Imanes y campos magnéticos Cargadores, 84 Cargas, 8 Caídas de tensión a través de los conductores, 67-73 Caídas de tensión en conductores, 15, 67-73, 171 Caídas de tensión en conductores, 67-73 Caídas de tensión, 67-73. Ver también Tamaños de cables de tensión, 64 Caídas, tensión, 67-73. Ver también Tensión Caño no metálico estanco, 142 Caño rígido galvanizado, 143 Caño rígido, 143-150 Ver EMT Caños eléctricos. (caños eléctricos metálicos); ENT (caños eléctricos metálicos) Celdas primarias, 49-50 Celdas secundarias, 50 Celdas, 49-50 Circuito de timbre, 119 Circuitos abiertos, 17-18 Circuitos de iluminación, 129-138, 161-168 Circuitos de timbre, 119-125, 171-172 Circuitos en serie, 15, 18-19, 173 Circuitos equivalentes, 34 Circuitos mixtos, 33-40 Circuitos paralelos, 23, 28, 173 Circuitos, 17-18, 23-28

Clasicaciones amperes-hora, 51-52 Clasicaciones, 51 Clasicaciones, baterías, 51-52 Code®. Ver NEC® (National Electrical

Code®) Codos, 142-144 Combinación, timbre-zumbador, 121122 Conceptos fundamentales, 1-5

175

Condiciones laborales, 1 Conducción planos, 151-153 Conductor, 89-92 Conductores y tamaños de cables, 10, 59, 64-65, 89-92, 151-155 Conductores, 10 Conductores, 158 Conductores, 61-64, 67-68 Conductos eléctricos, 150-151

F

L

Conductos metálicos exibles, 142-

G

Libres de mantenimiento, 50-51 Longitudes, 60 Líneas de fuerza, 85, 173

143 Conductos metálicos superciales,

150-151 Conductos metálicos superciales,

150-151141-143, 144-150 Conductos, Conexiones a tierra, 173 Contratuercas, 144-146 Controles de interruptor (circuitos de iluminación), 127-135 Corriente alterna. Ver CA (corriente alterna) Corriente continua. Ver CC (corriente continua) Corriente y tipos de corriente, 8-9, 16-17, 24, 173 Corriente, 16-17, 24 Cortocircuitos, 17-18

D Deniciones y terminología, 173 Densidad, ujo, 85 Descripciones de ocio, 1

Descripción profesional, 1 Desigual, 23-28 Distancia, 41-42

E

EMT (tubos eléctricos metálicos), 147-148 ENT (tubos eléctricos no metálicos), 142-143 Educativos, 2 Eciencia, 44

Electrodos, 50 Electroimanes, 88. Ver también Electromagnetismo Electromagnetismo, 84, 89, 93 Ver también Imanes y campos magnéticos Electrones, 7-8, 173 En serie, 17-18 Energía eléctrica y potencia, 41, 44-47, 173 Ver Energía y potencia. Estados de carga, 52-55 Ética, 2

Flujo conductor, 89-92 Flujo, 85-92, 173 Fuerza electromotriz. Ver FEM Fuerza magnética, 93 Fuerza, 41-42, 93, 173 Físicos, 2-3

Generación (fuerza electromotriz) Generación de FEM (fuerza electromotriz), 98-106, 173 Generación de FEM, 98-106, 173 Generadores de CA, 100-102 Generadores,100-105 Glosario, 173

H

Hidrómetros, 52-53

temas individuales.

M

Magnetismo remanente, 83, 173 Magnetismo, 83 Magnético, 85 Mantenimiento necesario, 55-56 Materia, 7 Materiales para cableado, 155-158 Materiales, 60, 83 Medidores de volts-ohms-miliamperes, 10 Metálico exible, 141-142

I Igual, 24-25 Iguales, 24-25 Imanes de bobina, 91-93 Imanes permanentes, 83 Imanes temporarios, 83 Imanes y campos magnéticos, 83, 86, 173 Indicaciones de los terminales de un interruptor, 172 Inducción, 84 Instalaciones típicas, 159-160

Metálico rígido, 144-147 Metálico, 144-147 Metálicos exibles, 141-142

Metálicos rígidos, 144-147 Milímetros cuadrados, 61 Multímetros, digitales, 16 Método de punto y cruz, 90

N

NEC® (National Electrical Code®), 63, 73, 125, 128-135, 136-154, 160

Interruptores a palanca de tres vías, 127 Interruptores a palanca, 127-128 Interruptores automáticos, 171-172 Interruptores bipolares, 129 Interruptores de baja tensión, 157-158 Interruptores de categoría 1 y 2, 128 Interruptores de cordón y portalámparas, 171-172 Interruptores de cuatro vías, 135-136, 171-172 Interruptores de graduación de luz, 171-172 Interruptores de puerta, 171-172 Interruptores de tres vías, 127, 129-134 Interruptores unipolares a palanca, 127 Interruptores unipolares, 127-129, 171-172 Interruptores, baja tensión, 157-158

National Metal Neutrones, 7-8 Molding, 151-153 No metálico, 149-151 No metálicos rígidos, 149-151

Kilowatts, 43 K

Polaridad con interruptores de Portalámpara cordón, 173

Kilowatts-hora, 43

176

Ley de Ohm, 7-14, 172-173 Ver también Teoría del electrón y ley de Ohm. Ley de imanes, 84-85 Leyes y reglas. Ver también en los

O Ohms, 10, 173 Óhmetros, 10, 173

P Par de torsión y grácos de par de

torsión, 109-110, 173 Paralelos, 23-28 Peso especíco, 52

Pinza amperimétrica, 24 Polaridad, 10, 83-85 Polos norte vs. sur, 83-85. Ver también Polaridad Polos sur vs. norte, 83-85. Ver también

Posiciones de bobinas giratorias, 100-105 Potencia, 41-48, 173. Ver también Energía y potencia Principios de motores de CC, 107-112 Principios de motores, 107-112 Programas de aprendizaje, 3-5 Programas de instrucción asociados, 4-5 Programas de instrucción relacionada, 4-5 Protones, 7-8 Prueba, 53 Prueba, baterías, 53

Resistores, 16-17, 23 Responsabilidades, 4 Resumen, 75-82, 113-117, 165-170 Resúmenes de revisión, 74, 117, 165 Resúmenes y aspectos generales. Ver Resúmenes, 155-160 Revestimientos, 144-146

Pulsadores, 120-121, 175

Soluciones para circuitos, 34-35

R

Trabajo, 41-44, Tradicional, 50 173 Transformadores, 122, 159, 173

T

Tubos Greeneld, 141-143

Recticadores, 100-102, 158-159

Regla de la mano derecha para un motor, 108-110 Regla de la mano izquierda para un generador, 108-109 Regla de la mano izquierda para una bobina, 92, 108-109 Regla de la mano izquierda, 91-92 Reglas y leyes. Ver también en temas individuales

Reglas, 91-92, 119 Relés de baja tensión e interruptores, 157-158 Relés, baja tensión, 158 Repulsión, 84-85 Requisitos educativos, 2 Requisitos físicos, 2-3 Requisitos generales, 2 Requisitos, 2-3 Resistencia desigual, 23-28 Resistencia devanada, 17 Resistencia igual, 24-25 Resistencia total del circuito, 65-67 Resistencia, 10, 17-21, 23-28, 61-66, 67-68

S

Sistemas de control remoto (circuitos de iluminación), 157-164. Ver también Circuitos de iluminación Soluciones de electrolitos, 50, 173

Tamaños de cables, 59-66. Ver también Caños y tamaños de cables Temas de electricidad (dispositivoscircuitos-materiales). Ver también en temas individuales.

Temas sobre circuitos-dispositivos-materiales. Ver Temas de Electricidad (dispositivos-circuitos materiales) Temas sobre dispositivos-circuitos-materiales. Ver Temas de electricidad (dispositivos-circuitos-materiales) Temas sobre materiales-circuitos-dispositivos. Ver Temas de electricidad (dispositivos-circuitos-materiales) Temperaturas, 62 Temperaturas, conductores, 62 Tensión y caídas de tensión, 15-16 Tensión,del15-16, 23, y67-73, Teoría electrón ley de173 Ohm, 7-14, 173

Timbres zumbadores, 121 Tomacorriente de piso, 172 Tomacorriente de rango, 172 Tomacorriente de televisión, 172 Tomacorriente de un ventilador, 172 Tomacorriente doble, 172 Tomacorriente para techos, 172 Tomacorriente simple, 172 Tomacorriente triple, 172 Tomacorrientes dobles, 172 Tomacorrientes para propósitos especiales, 172 Tomacorrientes simples, 172 Tomacorrientes triples, 172

Tubos, 143-144, 147-148

U

Underwriter's Laboratories, Inc., 127128, 138 Unidades de múltiples tomacorrientes, 172

V

Vatímetro, 42-43, 143 Volts, 173 Voltímetros, 9, 173

W Watts, 42-44,43173 Watts-hora, Wiremold, 150-151

Terminología y deniciones, 173

Termocuplas, 9 Termostatos, 172 Tester, 173 Timbres para puertas, 121

Z

Zumbadores, 118-122

177

ELECTRICIDAD 1 DISPOSITIVOS, CIRCUITOS Y MATERIALES

NOVENA EDICIÓN

THOMAS KUBALA

Los títulos que se presentan en esta colección han sido cuidadosamente adaptados por prestigiosos especialistas para cumplir con las normas locales. De complejidad creciente a lo largo de la obra, est a serie cuent a con las técnicas más actual izadas y la corre spondiente conversión de unidades para su mejor comprensión. El objetivo principal de la colección es lograr que el alumno adquiera conocimientos de la disciplina –tanto básicos como complejos– de forma clara y constantemente ejemplificada de manera que optimice su rendimiento profesional. Características del libro El presente volumen es indi spensable para los conocimientos de Electr icidad básica aplicada y cuenta con unidades revisoras para un correcto refuerzo de los conceptos y técnicas aprendidas.A pesar de est ar orientado a la cursada de electricidad básica, en este volumen se incluye terminología actualizada con el objetivo que el alumno la incorpore desde el principio de su formación. Se hace hincapié en la utilización de métodos de localización y resolución de problemas para lo cual el alumno aprenderá a aplicarlos apoyándose en su pensamiento crítico. Colección Electricidad 1: Dispositivos, Circuitos y Materiales - ISBN 978-987-1486-19-9 Electricidad 2: Dispositivos, Circuitos y Materiales - ISBN 978- 987-1486-17-5 Electricidad 3: Generación y Distribución de Energía - ISBN 978-987-1 486 -16-8 Electricidad 4: Motores CA/CC, Controles y Mantenimiento - ISBN 978-987-1486-15-1

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