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Instalaciones Eléctricas y Automáticas
Electrotecnia Alcalde lcalde San Miguel Pablo A
Electrotecnia
© Pablo Alcalde San Miguel
Gerente Editorial
María José López Raso Equipo Técnico Editorial
Alicia Cerviño González Paola Paz Otero Editora de Adquisiciones
Carmen Lara Carmona Producción
Nacho Cabal Ramos Diseño de cubierta
Ediciones Nobel Preimpresión
Copibook, SL
COPYRIGHT © 2014 Ediciones Paraninfo, SA 6.a edición, 1.a reimpresión, 2015 C/ Velázquez, 31, 3.o Dcha. / 28001 Madrid, ESPAÑA Teléfono: 902 995 240 / Fax: 914 456 218
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ÍNDICE
Índice
a
Prólogo a la 6. edición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xiii
Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1. La elec ad. Concepto Conceptoss genelectri eraletricid scidad.
o f n i n a r a P s e n o i c i d E ©
1
1.1. Pro Produ ducc cció ión n y co cons nsum umo o de el elec ectr tric icid idad ad . . . . . . 1.1. 1. 1.1. 1. Pro Produ ducc cció ión n de en ener ergí gíaa el eléc éctr tric icaa . . . . . 1.1.2. La Las centrales eléctricas . . . . . . . . . . . . . 1.1.3. El generador eléctrico . . . . . . . . . . . . . . 1.1. 1. 1.4. 4. El El tr tran ansp spor orte te de la el elec ectr tric icid idad ad . . . . . . 1.2. Efectos de la electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. La electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Electricidad estática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5. Carga eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1. Ley de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 2 2 3 3 4 5 6 7 7
1.5.2. Campo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6. Movimiento de electrones . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6.1. Electricidad atmosfér ériica . . . . . . . . . . . . 1.7. El circuito eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8. Fo Forrmas de pro rodu duci cirr el elec ectr tric iciida dad d ........... 1.8.1.. Produ 1.8.1 Producción cción de electricidad electricidad por frotamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8.2.. Produ 1.8.2 Producción cción de electricidad electricidad por reacción química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8.3.. Produ 1.8.3 Producción cción de electricidad electricidad por presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8.4.. Produ 1.8.4 Producción cción de electricidad electricidad por acción de la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 8 8 9 10
1.8.5.. Producción 1.8.5 Produ electric del cacción lor . .de . . .electricidad . . . . . . .idad . . . . .por . . . acción .... ... 1.8.6.. Produ 1.8.6 Producción cción de electricidad electricidad por acción mágnetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.9. Int Inten ensi sida dad d de la co corr rrie ient ntee el eléc éctr tric icaa . . . . . . . . . 1.10. Sentido Sentido rea reall y con conven vencio cional nal de la cor corrie riente nte . . 1.11. Movi Movimi mien ento to de el elec ectr tron ones es en en un un cir circu cuit ito o ... 1.12. Medida de la intensidad de la corriente eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13 14 14
Corriente continua (C.C.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.13. Co 1.14. Co Corriente alterna (C (C.A.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.15. Tensi Tensión ón el eléct éctri rica ca y fu fuer erza za el elec ectr trom omot otri rizz . . . . 1.16. Me Medida de la tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15 15 16 17
Actividades Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2. Resistencia eléctrica
14
19
2.1. Co Conductores y aislantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Resistencia eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Med Mediida de la re resi sisste ten nci ciaa el eléc écttri rica ca . . . . . . . . . . . 2.4. La La ley de Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20 20 21 22
Resistencia de un conductor . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Re 2.6. Conductancia y conductividad . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Influencia de la temperatura sobre la resistividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8. Re Resistencia de los aislantes . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9. Rigidez dieléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23 25
Actividades Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
25 27 27
11 12
3. Pot Potencia y energía eléctrica
31
12
3.1. Potencia eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Me Medida de la potencia eléc écttrica . . . . . . . . . . . . .
32 34
13
3.3. Energía eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Me Medida de la energía eléc écttrica . . . . . . . . . . . . . .
34 35
13
Actividades Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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v
ÍNDICE
4. EfEfec ecto to té térm rmicicoo de la ele electctriricicida dadd 37 4.1. Efecto
Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Calor específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Cálc Cálcul ulo o de la se secc cció ión n de co cond nduc ucto tore ress . . . . . . . . 4.3.1.. Cálcu 4.3.1 Cálculo lo de la secci sección ón teniendo teniendo en cuenta el calentamiento de los conductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2. 4.3 .2. Den Densid sidad ad de cor corrie riente nte de un con condu ducto ctorr 4.3.3.. Por qué se emplean 4.3.3 emplean altas tensiones tensiones en el tr tran ansp spor orte te de en ener ergí gíaa elé eléct ctri rica ca . . . . . 4.3.4.. Caída de tensión 4.3.4 tensión en las líneas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.5.. Cálcu 4.3.5 Cálculo lo de la secci sección ón teniendo teniendo en cuenta la caída de tensión . . . . . . . . . . . . 4.3.6. Cálcul Cálculo o de la sección teniendo teniendo en cuenta la no norma UN UNE-HD 60 60364-55-5 52 . . . . . . . 4.3.7.. Cálcu 4.3.7 Cálculo lo de la sección de conductores conductores teni te nien endo do en cu cuen enta ta la co cond nduc ucti tivi vida dad d .. 4.3.8.. La caída de tensión 4.3.8 tensión según según el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Acti Ac tivi vida dade dess de En Ense seña ñanz nzaa Ap Apre rend ndiz izaj ajee . . . . . . . . . . .
5. Ap Aplilica cacicion ones es de dell ef efec ecto to té térm rmicicoo 5.1. El Elementos
42 43 44 45 45
Acti Ac tivi vida dade dess de En Ense seña ñanz nzaa Ap Apre rend ndiz izaj ajee . . . . . . . . . . .
74
7. Resolu Resolució ciónn de cir circui cuitos tos con varias varias mallas 77 de Kirchhoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Ecua Ecuaci cion ones es de la lass mal malla lass o de Ma Maxw xwel elll . . . . . 7.3. Resolución de circuitos mediante tran tr ansf sfor orma maci cion ones es de tr triá iáng ngul ulo o a es estr trel ella la . . . . . 7.4. Resolución de circuitos mediante tran tr ansf sfor orma maci cion ones es de es estr trel ella la a tri triáng ángul ulo o ..... 7.5. Teorema de superposición . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6. Teorema de Thévenin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78 81
Acti Ac tivi vida dade dess de En Ense seña ñanz nzaa Ap Apre rend ndiz izaj ajee . . . . . . . . . . .
88
8. Efecto Efecto quími químico co de la corrient corrientee eléc el éctrtricica. a. Pi Pila lass y ac acum umul ulad ador ores es
46 48
51
5.3.1. El cortocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2. La sobrecarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3.. Prote 5.3.3 Protección cción de los circuitos circuitos cont contra ra cort co rto oci circ rcui uito toss y so sob bre reca carg rgas as . . . . . . . . . . 5.3.4. Fusibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. 5. 3.5. 5. Los Los in inte terr rrup upto tore ress au auto tomá máti tico coss . . . . . . . . 5.3.6. Funcionamien Funcionamiento to de un interruptor interruptor automático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.7. Los motores motores pueden producir producir sobr so brec ecar arga gass en su fu func ncio iona nami mien ento to . . . . Acti Ac tivi vida dade dess de En Ense seña ñanz nzaa Ap Apre rend ndiz izaj ajee . . . . . . . . . . .
54 55
de re rece cept ptor ores es en se seri riee . . . . . . . . 6.1.1.. Apli 6.1.1 Aplicacio caciones nes prácticas prácticas del acoplamiento en serie . . . . . . . . . . . . . . . .
68 71
7.1. Leyes
52 52
6.1. Aco Acopl plam amie ient nto o
de re rece cept ptor ores es en pa para rale lelo lo . . . . . 6.3. Ci Circuitos mixtos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40 42
de caldeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Tr Transmisión de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1.. Calef 5.2.1 Calefacción acción por suelos suelos y tech techos os radiantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 5. 2.2 .2.. Ca Cale lefa facc cciión por ac acum umul ulac aciión . . . . . . . . . 5.2.3. El El termo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Inc Inco onve ven nien enttes del ef efec ecto to té térm rmiico . . . . . . . . . . .
6. Ci Circ rcui uito to se seririe, e, pa para rale lelo lo y mi mixtxtoo vi
38 38 39
6.2. Aco Acopl plam amie ient nto o
53 54 54 54
56 56 58 60 61 62
63
8.1. Electrólisis
83 84 85 87
91
... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... . 8.2. Recubrimientos ga galvánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Pilas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 .3.1 .1.. Cara Caract cter erís ísttic icas as de las pila lass . . . . . . . . . . . 8.3.2. Tipos de pilas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . 8.4. Ac Acumuladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.1. Ac Acumuladores de plomo . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8. 4.2. 2. Cons Consti titu tuci ción ón de un ac acum umul ulad ador or . . . . . . . 8.4 .4.3 .3.. Cap apac acid idad ad de un ac acum umu ulad ado or . . . . . . . . .
92 92 92 93 93 94 94 95 95
8.4.4.. Tensión 8.4.4 Tensión y corriente corriente de carga de un acumulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8. 4.5. 5. Tensi Tensión ón y cor corri rien ente te de de desc scar arga ga . . . . . . 8.4.6. Re Resistencia interna .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.7. Vid Vida de un acumulador . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8. 4.8. 8. Auto Autode desc scar arga ga de un ac acum umul ulad ador or . . . . . . 8.4.9. Ac Acumuladores alcalinos . . . . . . . . . . . . . . 8.5. Con Conex exió ión n de pi pillas y acu cum mul ulad ador ores es . . . . . . . . . . 8.5. 8. 5.1. 1. Tensi Tensión ón en bo born rnes es de dell gen gener erad ador or . . . . . 8.5.2. Po Potencia del generador . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.3. 8.5 .3. Ren Rendim dimien iento to elé eléctr ctrico ico de un gen genera erador dor 8.5. 8. 5.4. 4. Conex Conexió ión n de ge gene nera rado dore ress en en se seri riee . . . . 8.5.5. 8.5 .5. Conexió Conexión n de de gene generad radore oress en en para paralel lelo o .
96 96 96 97 97 97 97 97 98 98 98 99
8.6.
64
8.6.1. EnergíaCaracterísticas En solar fotovoltaeléctricas ica . . . . . de . . . los . . . .paneles . . . . .es .. panel
97
67
fotovoltaicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6. 8. 6.2. 2. Tip Tipos os de pa pane nele less fot fotov ovol olta taic icos os . . . . . . .
97 99
o f n i n a r a P s e n o i c i d E ©
ÍNDICE
8.6.3.. Instalaci 8.6.3 Instalaciones ones aisladas aisladas de la red eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 8.6.4.. Inst 8.6.4 Instalaci alaciones ones conectada conectadass a la red eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9. Los condensadores 9.1. Func Funcio iona nami mien ento to
de un co cond nden ensa sado dorr . . . . . . . . . 9.2. Cap Capacidad de de un un condensador . . . . . . . . . . . . . . . 9.3. Ca Carga de un condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4. De Descarga de un condensador . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5. Cons Constant tantee de tiem tiempo po de carga y descarga de un co condensador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.6. Especificaciones técnicas de los condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7. Tipos de condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7.1. 9.7 .1. Con Conden densad sadore oress de pape papell impre impregna gnado do . . 9.7.2. 9.7 .2. Con Conden densad sadore oress de papel papel meta metaliz lizado ado . . 9.7 .7.3 .3.. 9.7 .7.4 .4.. 9.7.5. 9.7.6.
Conde Con den nsad ado ore ress de de plá plásstic ico o ........... Con Co nde den nsad ado ore ress ce cerá rám mico coss . . . . . . . . . . . . Condensadores de de mi mica . . . . . . . . . . . . . . Condensadores electrolíticos de aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.8. Identificación de los valores de los condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.9. Aso Asociación de de co condensadores . . . . . . . . . . . . . . . 9.9.1. 9.9. 1. As Asoci ociació ación n de con conden densad sadore oress en ser serie ie . . 9.9.2. Asociación en pa paralelo . . . . . . . . . . . . . . . Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
109
111 112 112 113 114 115 115 116 116 117 117 117 117 117 117 118 119 119 121 122
10.. Mag 10 Magne netitismo smo y elect electrom romagn agneti etismo smo 125 10.1. Im Imanes
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..... .... .... .... .... .... .... .... ... 10.1.1. Polos de un imán . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2. Br Brújula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.3. Cla Clases de imanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1 10 .1.4 .4.. Te Teor oría ía mol molec ecul ular ar de de los los iman imanes es . . . . 10.1 10 .1.5 .5.. Ca Camp mpo o magn magnét étic ico o de un un imán imán . . . . . 10.2. Electromagnetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.1. 10.2. 1. Camp Campo o magnético magnético creado por un conductor cuando es atravesado por una co corriente el eléc écttrica . . . . . . . . . . . . . 10.2.2. Campo magnético magnético de un conductor conductor en forma de anillo . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.3. Campo magnético magnético formado por por una bobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3. Ma Magnitudes
126 126 126 126 127 12 7 127 12 7 128
10.3.2. Indu 10.3.2. Inducció cción n magnética ( B) . . . . . . . . . . . 10.3.3. 10.3. 3. Fuerz Fuerzaa magn magnetom etomotri otrizz ( ) . . . . . . . . 10.3.4. Intens Intensidad idad de campo campo magnético magnético ( H ) . . 10.3.5. 10.3. 5. Relu Reluctanc ctancia ia ( ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4. Curva Curva de de magn magnet etiz izac ació ión. n. Sat Satur urac ació ión n ....... 10.5. Pe Permeabilidad ma magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . .
130 131 131 132 132 13 2 133
10.6. Hi Histéresis ma magnética . . . . . . . . . . . 10.7. Cálc Cálcul ulo o de de cir circu cuiito toss mag magné néti tico coss
134 135 13 5 137
. .. . .. . .. . . ........... 10.8. El Electroimanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.8.1. Aplicaciones prácticas de los electroimanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
11. Interac Interacció ciónn entre la corriente corriente eléctrica y un campo magnético 143 11.1. Ind Inducción
electromagnét étiica . . . . . . . . . . . . . . . . 144 11.1 11 .1.1 .1.. Expe peri rien enci ciaa de Fa Fara rad day . . . . . . . . . . . . 145
11.1.2. 11.1. 2. Sentido Sent induci de Lido enz de. .la . . .f.e.m. . . . . . .inducida. . . . . . .da. . . . Ley ... ... . 11.1.3. 11.1. 3. Fuerz Fuerzaa electromotri electromotrizz indu inducida cida en un circuito pr próximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.4. Aplicaciones prácticas de la indu in ducc cció ión n ele elect ctro roma magn gnét étic icaa . . . . . . . . 11.2. Corr Corrie ient ntes es par parás ásit itas as o de de Fou Fouca caul ultt . . . . . . . . . 11.3. Au Autoinducción. Bo Bobinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 11 .3.1 .1.. Co Coef efic icie ient ntee de au auto toin indu ducc cció ión n ...... 11.3.2. Aplicaciones prácticas de la autoinducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4. Fuerza sobre una corriente eléctrica en el seno de un un ca campo magnét étiico . . . . . . . . . . . . . . 11.4.1. Fuer Fuerza za ent entre re dos corr corrien ientes tes par paralel alelas as . . 11.4.2. Definición electromagnética de amperio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
146
Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
159
12. La corriente alterna
129 129
magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 10.3.1. 10.3. 1. Fluj Flujo o magnético magnético (J ) . . . . . . . . . . . . . . . 130
147 148 148 151 15 1 152 153 15 3 154 155 157 158
161
12.1. Ven Ventaj ajaas
dee la d la cco orr rrie ient ntee al alte tern rnaa . . . . . . . . . . . . 162 12.2. Produ Producc cció ión n de de una una ccor orri rien ente te alt alter erna na . . . . . . . . 16 162 2 12.3. Valo Valore ress
128
138
cara ca ract cter erís ísti tico coss de la C. C.A. A. . . . . . . . . . . 16 165 5
12.3.1. V Vaalor instantán áneeo .. . . . . . . . . . . . . . . . . 165 12.3 12 .3.2 .2.. Va Valo lorr máx máxim imo o de de la la ten tensi sión ón . . . . . . . . 16 165 5 12.3.3. Te Tensión ef eficaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 1 2..3.5 3..5. 4.. 12.3 12 12.3.6. 12.3.7.
Int In telor nrsimedi daddio efidel calzcicl . o. . comp . . .mple . . .leto . to . . . .. .. .. .. Valo Va me oef de ci.clo co Ciclo o periodo .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cic Frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fr
1 65 166 16 6 166 166
vii
ÍNDICE
12.3.8. 12.3 .8. Relación Relación entre la frecuencia frecuencia y la velocidad an angular . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 12.4. Recepto Receptores res
12.4.1 12.4 .1.. 12.4.2. 12.4 12 .4.3 .3.. 12.4.4.
elemental elem entales es en corri corriente ente alte alterna rna
Circui Circ uito to co con n re resi sist sten enci ciaa pur puraa . . . . . . . Circuito co Cir con bobina . . . . . . . . . . . . . . . Circ Ci rcui uito to co con n co cond nden ensa sado dorr . . . . . . . . . . Resumen de los los efectos producidos producidos porr los po los re rece cept ptor ores es ele eleme ment ntal ales es . . . . .
167 167 167 169 171 17 1 174 17 4
179
13.1. Acoplamiento
en serie de bobinas y resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
13. 3.1 1.1 .1.. Tr Triá ián ngul ulo o de te ten nsio ione ness . . . . . . . . . . . . . 181 13.1 13 .1.2 .2.. Triá Triáng ngul ulo o de de imp imped edan anci cias as . . . . . . . . . 18 181 1 13.1.3. 13.1 .3. Poten Potencia cia de un circu circuito ito R-L . . . . . . . . 182 13.2. Acoplamiento en serie de resistencias y condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . serie R-L-C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4. Importancia práctica del factor de potencia (cos r) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.1. 13.4 .1. Corre Corrección cción del factor de pote potencia ncia med edia ian nte co cond nden ensa sad dore ress . . . . . . . . . . . 13.4.2. 13.4 .2. Tipo Tiposs de comp compensac ensación ión de la energ energía ía reactiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.5. Caída de tensión en las líneas eléctricas monofásicas de C.A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3. Circuito
184 186 188 189 191 192 194
14. yRes Resolu circu paralel alelos os 197 molució ixtoción s nendeC.Acircuito . itoss par 14.1. Acoplamiento
viii
de receptores en paralelo en C.A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2. Instalaciones monofásicas de varios receptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3. Resolución de circuitos de C.A. mediante el cálcul cál culo o vecto vectoria riall con núm número eross comp complej lejos os . . . 14.3.1. 14.3 .1. Repre Represent sentación ación de un núm número ero complejo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.2. Operaciones con con números complejos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.3. 14.3 .3. Apli Aplicació cación n de los números números complejos a la resolución de circuitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.4. Potencia co compleja . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ciircuitos os C oscilantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.1. Resonancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4.2. Variaci Variación ón de la impedancia impedancia con la frecuen fre cuencia cia.. Rep Repres resent entació ación n grá gráfic ficaa . . 14.4.3. Res Resonancia en en se serie . . . . . . . . . . . . . . . 14. 4.4 4.4 .4.. Res Reson onan anci ciaa en en par aral alel elo o ............
206 207 207 207 208 20 8
Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
13. Cir Circui cuitos tos ser serieie R-L-C en C.A.
14.4.
198 198 200 201 201
202 205
15. Sistemas trifásicos 15.1. Venta Ventaja jass
dell uso de uso de sis siste tema mass trif trifási ásico coss . . . . . 15.2. Generación Generación de de un un siste sistema ma de de C.A. C.A. trifási trifásica ca . . 15.2.1. 15.2 .1. Con Conexi exión ón del del alte alterna rnador dor en estr estrell ellaa . . 15.3. Co Conexión de los receptores . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3 15 .3.1 .1.. Ca Carg rgaa eq equi uili libr brad adaa en en es estr trel ella la . . . . . . . 15.3 15 .3.2 .2.. Ca Carg rgaa equi equili libr brad adaa en tri trián ángu gulo lo . . . . . 15.4. Corr Correc ecci ción ón de dell fa fact ctor or de po pote tenc ncia ia . . . . . . . . . . 15.5. Instalaciones trifásicas de varios receptores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.6. Caída de tensión en las líneas trifásicas de C.A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cálculo lo de la sección de conductores conductores en 15.7. Cálcu líneas lín eas con con vario varioss recept receptore oress según según el REBT REBT 15.8. Com Compon onen ente tess arm armón óniica cass en C. C.A A. . . . . . . . . . . 15.8.1 15. 8.1.. Car Caract acterís erístic ticas as de de los los armó armónic nicos os . . . 15.8.2. Efe Efectos ctos que pro produc ducen en los arm armóni ónicos cos . . 15. 5.8 8.3 .3.. Med edid idaa de de los los ar arm món óniico coss . . . . . . . . . . 15.8.4. 15.8 .4. Siste Sistemas mas para la comp compensa ensación ción de armónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
215 216 216 216 218 219 219 21 9 222 22 2 225 22 5 227 228 229 231 23 1 231 233 233 23 3 233
Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
16. Meednidlaasmeedliédcatr.i.c.a. .s. . . . . . . . . . . . . . . . . 223490
16.1. Er Errores
16.1.1 16.1 .1.. Er Erro rore ress ab abso solu luto toss y re rela lati tivo voss . . . . . . . 16.1.2 16. 1.2.. Pre Precis cisión ión de un apa aparat rato o de de medi medida da . . 16.2. Normas generales para la toma de medidas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3. Instrumentos de medida analógicos y digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4. Si Sistemas de de me medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.1. Bo Bobina mó móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4 16 .4.2 .2.. Bo Bobi bina na móv móvil il con con rec recti tifi fica cado dorr . . . . 16.4.3. Bobina móvil móvil con convertidor convertidor incorporado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.4. Hi Hierro móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.5. Electrodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4.6. Ferrodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
240 240 240 240 241 242 243 243 24 3 244 244 244 245
o f n i n a r a P s e n o i c i d E ©
ÍNDICE
16.4.7. In Inducción .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 16.4.8. Bimetálico . .. . .. . .. . .. . . .. . .. . .. . 16.4 .4..9. Lám Láminas vibrantes . . . . . . . . . . . . . . . . Medid idaa de de int inten ensi sida dadd de de cor corri rien ente te . . . . . . . . 16.5. Med 16.5.1. Ampliación del alcance de un amperímetro mediante shunt . . . . . . 16.5.2. Ampliación del alcance de amperímetros mediante tran tr ansf sfor orma mado dore ress de inte intens nsid idad ad . . . . 16.6. Me Medidas de tensión . .. .. . .. . .. . . .. . .. . .. . 16.6.1. Ampliación del alcance de un voltímetro mediante resistencias adicionales en en se serie . . . . . . . . . . . . . . 16.6.2. Ampliación del alcance de un voltímetro mediante tran tr ansf sfor orma mado dore ress de de ten tensi sión ón . . . . . . . El polímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.7. El 16.8. Me Medidas de potencia .. .. . . .. . .. . .. . .. .. . . 16.8.1. Medida de la potencia reactiva con vármetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.8.2. Medida de potencia activa en C.A. trifásica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.9. Med Medid idaa de ener energía gía en en siste sistemas mas trif trifási ásicos cos . . 16.10. Med Medida de la frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.11. Medi Medidda del del fa fact ctor or de pot oten enci ciaa . . . . . . . . . . . . 16.12. Medi Medida da de re resi sist sten enci cias as el eléc éctr tric icas as . . . . . . . . . 16.12.1. Medida de resistencias con óhme óh mettro am ampper eriimé méttri ricco . . . . . . . . . 16.12.2. Medida de resistencias mediante puentes de medida . . . . . . . . . . . . . . 16.12.3. Medida de resistencias de aislamiento . . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. 16.12.4. Medida de resistencia de una toma de tierra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Siste tem mas ava vannza zaddos de de med mediida . . . . . . . . . . . 16.13. Sis 16.1 16 .13. 3.1. 1. Anali Analiza zado dorr de de red red tr trif ifás ásic icoo . . . . . . 16.13.2. Comprobador de instalaciones eléc el éctr tric icas as de ba baja ja te tens nsió iónn . . . . . . . . 16.1 .133.3 .3.. Cáma Cámara ra ter ermo mogr gráf áfiica . . . . . . . . . . . . 16.14. El osciloscopio . .. . .. . .. . .. . .. .. .. .. .. .. . 16.1 16 .14. 4.1. 1. Manej Manejoo de dell os osci cilo losc scop opio io . . . . . . . . . Actividades Fi Finales . .. . .. . .. . .. . .. .. .. .. .. .. .. .. o f n i n a r a P s e n o i c i d E ©
17. Lámparas eléctricas 17.1. Magnitudes
245 245 245 2466 24 246
17.1.2. Ef Efiicacia lu luminosa . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.1.3. Índice de reproducción cromático (IRC) . . .. . .. . .. . .. . .. . .. 17.1 17 .1.4 .4.. Te Temp mper erat atur uraa de co colo lorr (K (K)) . . . . . . . . . . 17.1.5. Iluminancia o nivel de iluminación ( E ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2. Ti Tippos
247 247 249 249 250 250 251 252 253 253 255 257 257 2577 25
de llám ámpparas el eléc écttricas . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.1 17.2 .1.. Lá Lámp mpar aras as in inca cand ndes esce cent ntes es .. . . . . . . 17.2.2. 17.2 .2. Lámp Lámparas aras inca incandes ndescente centess con halógenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2 .2.3 .3.. Lám ámppar aras as fl fluo uore ressce cennte tess . . . . . . . . . 17.2.4. 17.2 .4. Lámp Lámparas aras fluo fluoresce rescentes ntes comp co mpac acta tass o de de bajo bajo con consu sumo mo . . . 17.2.5. 17.2 .5. Lámp Lámparas aras de vapo vaporr de mercu mercurio rio de color corregido . . .. .. . .. . .. . .. . . 17.2.6. 17.2 .6. Lámp Lámparas aras de vapo vaporr de mercu mercurio rio conn hal co halog ogen enur uros os met metál álic icos os . . . . . . 17.2.7. 17.2 .7. Lámp Lámparas aras de de vapor vapor de sodi sodioo a alta alta presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.8. 17.2 .8. Lámp Lámparas aras de vapor vapor de sodi sodioo a baja baja presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.9. 17.2 .9. Lámp Lámparas aras de desca descarga rga de de gas gas a baja ba ja pr pres esió iónn por por in indu ducc cció iónn . . . . . . 17.2 .2..10. Lámparas co con Le Leds . . . . . . . . . . . . . Proyect ctos os de alu alumb mbra rado do de de int inter erio iore ress . . . . . . 17.3. Proye
270 271 2711 27 271 272 2733 27 273 274 2777 27 278 2788 27 279 279 280 280 280 2811 28
Actividades Fi Finales . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 283
257 258 259 260 261 2611 26 261 261 262 262 2644 26 265
269
luminosas de las lámparas eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 17.1.1. Fl Flujo luminoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
18. El transformador El 18.1. El
transsfo tran forrma maddor mon onof ofás ásic icoo . . . . . . . . . . . . . . 18.1.1. 18.1. 1. Funci Funcionam onamiento iento de un transformador id ideal . . . . . . . . . . . . . . 18.1.2. Transformador real . . . . . . . . . . . . . . . 18.1.3 18. 1.3.. Ens Ensayo ayo en vac vacío ío del tra transf nsform ormado adorr 18.1 18 .1.4 .4.. Tr Tran ansf sfor orma mado dorr re real al en ca carg rgaa . . . . . . 18.1.5. 18.1. 5. Circu Circuito ito equi equivale valente nte en cortoc cor tocirc ircuit uitoo del del trans transfor formad mador or . . . 18.1.6. 18.1. 6. Ensa Ensayo yo del tran transform sformador ador en cortocircuito .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . 18.1.7. 18.1. 7. Corri Corriente ente de cort cortocirc ocircuito uito accidental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.1.8. 18.1. 8. Caída de tens tensión ión de un transformador . . .. . .. .. . .. . .. . .. . . 18.1.9. 18.1 .9. Ren Rendim dimien iento to de un tra transf nsform ormado adorr . . 18.1.10. Características nominales de un transformador . . .. . .. .. . .. . .. . .. . . Autotransformadores . .. . .. . .. .. . .. . .. . .. . . 18.2. Au
285 286 287 290 2922 29 2922 29 2933 29 294 296 297 300 301 301
ix
ÍNDICE
18.2.1.. Aut 18.2.1 Autotr otrans ansfor forma mador dores es de regul regulaci ación ón 302 18.3. Tra Transformadores trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 18.3.1. Conexiones de de los transformadores transformadores trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 18.3.2. 18.3 .2. Desfa Desfase se entre el primario primario y el secundario de transformadores trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.3. Ensayo en vacío de un transformador transformador trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.4. 18.3 .4. Ensa Ensayo yo en cortocircuito cortocircuito de un transformador tri trifás ásiico . . . . . . . . . . . . 18.3.5. 18.3 .5. Conex Conexión ión en paralelo paralelo de transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.6. 18.3 .6. Refri Refrigerac geración ión de los transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.7. 18.3 .7. Caract Característ erísticas icas de un transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4. Ensayos para transformadores monofásicos y trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
304 304 305 307 307 308 309 310
19. Máquin Máquinas as eléctrica eléctricass de corriente corriente continua 313 19.1. Clasif Clasifica icación ción
dee las máqui d máquinas nas eléct eléctric ricas as . . 19.2. Principio de funcionamiento de los generadores de C.C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.3. Const Constit ituc ució ión n de de una una má máqu quin inaa de de C.C. C.C. . . . . . 19.3.1. Circuito magnético magnético de una máquina de C.C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
314 314 316 31 6 317
19.3.2 19.3 .2.. Rea eacc cciión de dell in ind duc uciido . . . . . . . . . . . . 31 318 8 19.3 19 .3.3 .3.. De Deva vana nado do de de comp compen ensa saci ción ón . . . . . . 31 319 9 19.4. Fuerza
x
electromotriz generada por una dinamo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.5. Tipos Tipos de exc excit itac ació ión n de de las las din dinam amos os . . . . . . . 19.5.1. 19.5 .1. Dina Dinamos mos de excitación excitación independiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.5 19 .5.2 .2.. Dina nam mos aut utoe oexc xciita tada dass . . . . . . . . . . . 19.5.3. 19.5 .3. Dina Dinamo mo con excitación excitación en derivación (shunt ) . . . . . . . . . . . . . . . . 19.5.4 19. 5.4.. Di Dinam namo o con con exc excita itación ción en ser serie ie . . . 19.5.5. 19.5 .5. Dina Dinamo mo con excitación excitación compound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.6. E ns nsayos en en un una di dinamo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.7. Principio de funcionamiento del motor de C.C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
319 319 31 9 320 320 320 321 32 1 322 322 323
19.8. Caract Caracter eríst ístic icas as
dee los mot d motor ores es de de C.C. C.C. . . . . Fuer Fu erza za cont contra rael elec ectr trom omot otri rizz . . . . . . . Corr Co rriien ente te del indu duci cid do . . . . . . . . . . . . Corriente Corri ente absorbida absorbida en el arranque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rendimie Rend imiento nto de un mot motor or
324 324 324 32 4 324 32 4
eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.8.5. Pa Par motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.8.6. Velocidad de de gi giro . . . . . . . . . . . . . . . . 19.9. Con Conex exió ión n de de lo los mot motor ores es de de C.C C.C.. . . . . . . . . . 19.9.1. 19.9. 1. Mot Motor or con excitación excitación independiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.9.2. Motor con con excitación derivación derivación o shunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.9 19 .9.3 .3.. Mo Moto torr con con exci excita taci ción ón en ser serie ie . . . . 19.9.4. 19.9. 4. Mot Motor or de exci excitación tación compound . . . 19.10. Inversión del sentido de giro de los motores de C.C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.11. Regulación y control de los motores de C.C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.12. Ens Ensay ayo os de de los los moto tore ress de de C.C C.C.. . . . . . . . . . . Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
326 326 327 328 32 8
19.8.1 19.8 .1.. 19.8 19 .8.2 .2.. 19.8.3. 19.8. 3. 19.8.4. 19.8. 4.
20. Máquinas de C.A. 20.1.
Ell alternador trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E 20.1.1. 20.1 .1. Cons Constitu titución ción de un alter alternado nadorr de inducido fijo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.2. Magnitudes características de un alternador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 21 .1.3 .3.. Ac Acop opla lami mien ento to de al alte tern rnad ador ores es . . . . . . 20.2. El motor as asín ínccrono tr trifás ásiico . . . . . . . . . . . . . . 20.2.1. Principio de funcionamient funcionamiento o del motor as asín íncr cro ono tri trifá fássic ico o ......... 20.2.2. Motor asíncrono asíncrono trifásico de rotor en cortocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.3. 20.2. 3. Sist Sistemas emas de arranque arranque de los motores asíncronos trifásicos de rotor en cortocircuito . . . . . . . . . . . . . 20.3. Motor asíncrono de rotor bobinado o de anillos rozantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4. Arra Arranca ncado dores res est estáti áticos cos (el (elect ectróni rónicos cos)) . . . . 20.5. Inversión de giro de un motor asíncrono trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.6. Regulación de velocidad de los motores asíncronos trifás ásiicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
325
328 328 330 33 0 332 333 333 334 33 4 335
339 340 340 341 343 34 3 344 344 34 4 345
351 354 355 356 357
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ÍNDICE
20.6.1. 20.6 .1. Motores Motores de dos velocidades velocidades en conexión Dahlander . . . . . . . . . . . . . 357 20.6.2. 20.6 .2. Moto Motorr de dos velocidad velocidades es con dos devanados separados . . . . . . . . . . . . 357 20.7. Motores monofásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 20.7.1. Motor monofásico monofásico de inducción inducción de ro rottor en en co cort rtoc ociirc rcu uit ito o ......... 20.7.2. Motor asíncrono asíncrono monofásico monofásico de fase partida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.7.3. Motor asíncrono asíncrono monofásico monofásico con con co nden enssad ador or de ar arra ran nqu quee . . . . . . . . 20.7.4. 20.7 .4. Moto Motorr monofásico monofásico con espira en cortocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.7.5. 20.7 .5. Moto Motorr trifásico trifásico como monofásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.7.6. Motor universal . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.8. Mo Motor síncrono trifás ásiico . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.9. Mo Motores especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.9.1. Motor pa paso a paso . . . . . . . . . . . . . .
358 359 359 360 361 361 362 363 363
20.9.2. Se Servomotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 20.10. El alte altern rnad ador or asín asíncr cron ono o de ind induc ucci ción ón . . . . 36 363 3 20.11. Ens Ensay ayos os de los los mot otor orees de de C.A C.A.. . . . . . . . . . 365 Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
366
21. Segurid Seguridad ad en las instalac instalacion iones es electrotécnicas 369 21.1. Ri Riesgo el eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 21.2. Efectos fisiológicos producidos por la corriente eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 21.3. Factores que influyen en el riesgo
e21.3.1. léctricoIntensidad . . . . . . . . . de . . .la . . corriente . . . . . . . . . .y. tiempo . . . . .po .. tiem de du dura raci ción ón del co con ntac acto to . . . . . . . . 21.3.2. 21.3 .2. Recor Recorrido rido o trayectori trayectoriaa de la corr co rrie ient ntee a tr trav avés és de dell cue cuerp rpo o ..... 21.3.3. 21.3 .3. Impe Impedanci danciaa o resistencia resistencia del cuerpo hu humano . . . . . . . . . . . . . . . . .
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371 372 372 37 2 372
21.3.4 .4.. Tensión de de co contacto . . . . . . . . . . . . . 21.3.5 21. 3.5.. Ti Tipo po de cor corrie riente nte y frec frecuen uencia cia . . . 21.4. Tipos de contactos eléctricos y sistemas de protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4 21 .4.1 .1.. Co Cont ntac acto to elé eléct ctri rico co dir direc ecto to . . . . . . . 21.4.2. 21.4 .2. Sist Sistemas emas de protección protección para evit evitar ar los co contactos di directos . . . . . . . . . . . 21.4 21 .4.3 .3.. Co Cont ntac acto to eléc eléctr tric ico o indi indire rect cto o ..... 21.4.4. Sistemas de protección contra contactos indirectos . . . . . . . . . . . . . 21.5. Riesgos de la electricidad sobre los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5.1. Protección contra sobreintensidades . . . . . . . . . . . . . . . 21.5.2 21. 5.2.. Pro Protec tecció ción n contra contra sobre sobreten tensi sione oness 21.6. Nor Normativa so sobre se seguridad . . . . . . . . . . . . . . 21.6.1. 21.6 .1. Ley de Prevención Prevención de Riesg Riesgos os Laborales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6.2. 21.6 .2. Normativ Normativaa sobr sobree segu segurida ridad d en el sector eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.7. Normas de seguridad para la realización de trabajos eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.7.1 .1.. Nor Normas generales . . . . . . . . . . . . . . . 21.7.2 21. 7.2.. Tra Trabaj bajos os en en ausen ausencia cia de de tensi tensión ón . . 21.7.3 .3.. Trabajos en en te tensión . . . . . . . . . . . . . 21.8. Primeros auxilios en los accidentes eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actividades Fi Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Solución a las actividades de comprobación Recursos de aprendizaje en el MATERIAL WEB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
373 373 37 3 374 374 37 4 375 377 37 7 379 386 386 386 38 6 387 387 387 388 388 389 38 9 394 394 396
399 405
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ÍNDICE
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Prólog rólogoo a la 6. edición
Mi más sincero agradecimiento a todos aquellos profesores, alumnos y profesionales que siguen confiando en esta obra. Esta nueva edición viene con algunas novedades. Los materiales de apoyo que antes se incluían en un CD-ROM, ahora pasan a denominarse MATERIAL WEB, y se pueden consultar en Internet accediendo desde la ficha web de la obra (en www.paraninfo.es (en www.paraninfo.es), ), mediante un sencillo registro desde la sección «Recursos previo registro», que encontrarán en ella. Con el fin de conseguir una mayor soltura en la resolución de problemas de Electrotecnia, en esta nueva edición se han incluido al final de las unidades un apartado llamado «Actividades de evaluación resue resueltas» ltas», donde se dan los enunciados de unas 100 actividades. Accediendo al MATERIAL WEB creado para este texto se puede consultar la resolución de las mismas. Además, en esta nueva edición, dentro del MATERIAL WEB, también se ha incluido para cada una de las unidades, un apartado llamado «Actividades de evaluación propuestas de ampliación». Aquí se aportan los enunciados de más de 250 actividades, con el fin de conseguir más habilidad en la resolución de problemas en los contenidos que presentan mayor dificultad. También se ha aprovechado para actualizar y ampliar aquellos contenidos que lo requerían. Así, por ejemplo, la Unidad 8, pasa a denominarse «Generadores electroquímicos y fotovoltaicos», y en ella se describen las características de los paneles fotovoltaicos y sus aplicaciones en la prod ciones producción ucción de energ energía ía eléctri eléctrica. ca. Por último, deseo trasla trasladar dar nues nuestro tro agradecimiento agradecimiento a todas aquellas aquellas empre empresas sas del secto sectorr eléctrico que han colaborado con nosotros en la aportación de documentación técnica y de material gráfico. Entre otras se encuentran: Weg, Chauvin Arnoux, Koban, df Electric, Kainos, Kaino s, AEG, Siem Siemens, ens, Phil Philps, ps, ABB, Duracell, IMEF IMEFY, Y, Schn Schneider eider,, UNESA UNESA,, Circu Circuitor, itor, Aplicaciones térmicas Vitoria, Metrix, Moeller, Arteche, Fluke, Geafol, Gossen Metrawatt, Abarrón, Rointe, Nordex, etc. EL AUTOR
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ÍNDICE
Prólogo
El objetivo de este texto es el de servir como herramienta básica de trabajo en el módulo de «Electrotecnia» para alumnos que vayan a cursar el ciclo formativo de grado medio de «Técnico en Instalaciones Eléctricas y Automáticas». También será de gran ayuda a todos aquellos profesionales que desean ampliar y reforzar sus conocimientos en la materia. Por supuesto, con ello no pretendemos dar unas reglas fijas de trabajo, sino que entendemos que es el profesor, en último caso, quien debe desarrollar y organizar el conjunto del módulo en función de la propia personalidad del grupo destinatario y de los recursos didácticos que se encuentren a su alcance. Se ha realizado un esfuerzo global para elaborar la herramienta docente más adecuada para este proceso de aprendizaje, basándonos para ello en las más modernas tendenc tendencias ias pedagógi pedagógicas. cas. Por otro lado, entendemos que el módulo es muy amplio, y que es el profesor quien deberá decidir en todo momento qué aspectos del módulo son más relevantes, para poder incidir en ellos con más insistencia y hacer una reducción didáctica en caso de que el tiempo lectivo disponible disponi ble no sea sufici suficiente. ente. La comp compete etenci nciaa gene general ral del tít título ulo de Téc Técnic nico o en Ins Instal talaci aciones ones Eléc Eléctri tricas cas y Aut Automát omática icass consiste en montar y mantener infraestructuras de telecomunicación en edificios, instalaciones eléctricas eléctricas de baja tensión tensión,, máquinas eléctricas y siste sistemas mas automatizados, automatizados, aplicando normativa y reglamentación vigente, protocolos de calidad, seguridad y riesgos laborales, asegurando su funcionalidad y respeto al medio ambiente. La «Electrotecnia» es la disciplina tecnológica que estudia las aplicaciones de la electricidad, y abarca el estudio de los fenómenos eléctricos y electromagnéticos desde el punto de vista de la utilidad práctica de la electricidad incluidos en tres grandes campos de conocimiento y experiencia: 1) los conceptos y leyes científicas que explican el funcionamiento y comportamiento de los distintos aparatos, receptores y máquinas eléctricas, respecto a los fenómenos físicos que en ellos se producen; 2) las leyes, teoremas, principios y técnicas de análisis, cálculo y predicción del comportamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos; y 3) los elementos con los que se montan y construyen circuitos, aparatos y máquinas eléctricas:: represe tricas representación, ntación, disposición, normalización, normalización, conexio conexiones nes y caract característica erísticas. s. En el Real Decreto se expresan los siguientes resultados de aprendizaje: o f n i n a r a P s e n o i c i d E ©
1.
Realiza Realiza cálculos en circu circuitos itos eléctricos eléctricos de corr corriente iente continua, continua, aplicando aplicando principios principios y conceptos básicos de electricidad.
2.
Reconoce los principios principios básicos del electromagnetismo, electromagnetismo, describiendo describiendo las interacciones entre campos magnéticos y conductores eléctricos y relacionando la Ley de Faraday con el principio de funcionamiento de las máquinas eléctricas.
xv
PRÓLOGO
3.
Realiza cálculos en circuitos circuitos eléctricos de corriente alterna (CA) monofásica, monofásica, aplicando las técnicas más adecuadas.
4.
Realiza Realiza cálculos de las magn magnitude itudess eléctricas eléctricas básicas de un sistema trifásico, trifásico, reconoreconociendo el tipo de sistema y la naturaleza y tipo de conexión de los receptores.
5.
Reconoce los riesgos y efectos efectos de la electricidad, relacionándolos relacionándolos con los dispositivos dispositivos de protección que se deben emplear y con los cálculos de instalaciones.
6.
Reconoce Reconoce las cara caracterís cterísticas ticas de los trans transforma formadores dores realizand realizando o ensay ensayos os y cálcu cálculos los y describiendo su constitución y funcionamiento.
7.
Reconoce las características de de las máquinas de de corriente continua realizando realizando pruebas pruebas y describiendo su constitución y funcionamiento funcionamiento..
8.
Reconoce las características de las máquinas rotativas de corriente alterna alterna realizando cálculos y describiendo su constitución y funcionamiento.
Para alcanzar estos resultados de aprendizaje se han incluido en este texto 21 unidades donde se tratan los aspectos fundamentales del módulo de «Electrotecnia»: 1, «La electricidad. Conceptos Conce ptos generales»; generales»; 2, «Res «Resisten istencia cia eléctr eléctrica»; ica»; 3, «Pot «Potencia encia y energ energía ía eléctri eléctrica»; ca»; 4, «Efecto térmico de la electricidad»; 5, «Aplicaciones del efecto térmico»; 6, «Circuitos serie, paralelo y mixto»; 7, «Resolución de circuitos con varias mallas»; 8, «Generadores electroquímicos y fotovoltaicas»; 9, «Los condensadores»; 10, «Magnetismo y electromagnetismo»; 11, «Interacción entre la corriente eléctrica y un campo magnético»; 12, «La corriente alterna»; 13, «Circuitos serie R-L-C en C.A.»; 14, «Resolución de circuitos paralelos y mixto mixtoss en C.A. C.A.»; »; 15, «Sistemas «Sistemas trifási trifásicos» cos»;; 16, «Medidas «Medidas eléctri eléctricas»; cas»; 17, «Lám «Lámparas paras eléctricas»; 18, «El transformador» 19, «Máquinas eléctricas de C.C.»; 20, «Máquinas eléctricas de C.A.»; 21, «Seguridad en las instalaciones electrotécnicas». En todas las unidades se ha intentado incluir una serie de experiencias y actividades de tipo práctico con la idea de integrar la teoría y la práctica como dos elementos de un mismo proceso de aprendizaje, mediante el cual se le presenta al alumno un material significativo para que pueda darle sentido a lo que aprende. De esta forma se emplea una metodología activa y por descubrimiento, como proceso de construcción de capacidades que integre conocimiento nocim ientoss cient científicos íficos (conc (conceptu eptuales), ales), tecno tecnológic lógicos os (conc (concretos retos)) y organ organizativ izativos os (indi (indivividualmente y en equipo), con el fin de que el alumno se capacite para aprender por sí solo. Se ha procurado que los contenidos desarrollados sean presentados a un nivel fundamental con un lenguaje sencillo y claro, procurando que sean significativos y que respondan a los problemas y situaciones de la realidad tecnológica actual y de los propios integrantes del proceso formativo. También se ha procurado que dichos contenidos sean interdisciplinares, dando oportunid oportunidad ad para que los alumnos influyan influyan en la realid realidad ad prese presentada ntada en los mismos. También, se ha hecho un importante esfuerzo para no incluir procesos de desarrollo matemático que resulten ser demasiado complejos para el nivel de los alumnos y que se aparten de los objetivos generales marcados. Aparte de la unidad dedicada a las medidas eléctricas, debido a la importancia que este tema merece y con el objeto de dar a estos contenidos el sentido más práctico posible, se ha introducido el concepto de medida y, lo que es más importante, los procedimientos de utilización de los aparatos de medida en cada uno de los momentos del proceso de aprendizaje. En las diferentes unidades se han incluido, aparte de los propios contenidos del módulo, una serie de Actividades Experimentales, que, realizadas de una forma organizada en el labora-
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torio, ayudarán a acercar los contenidos abstractos del módulo a la realidad cotidiana de los alumnos. Estas experiencias sirven, en la mayoría de las ocasiones, como presentación de los contenidos que se van a tratar en cada una de las unidades (los alumnos observan, manipulan, miden y analizan elementos reales de la «Electrotecnia»).
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PRÓLOGO
Aquí también se sugiere el apoyo de estas fases de presentación a con otro tipo de recursos: visualización de vídeos temáticos, visitas a instalaciones propias del centro educativo y a instalaciones industriales, etc. Acompañando a los contenidos propios de la asignatura, se presenta una serie de Actividades Resueltas con las que se pretende «ejemplificar» la solución de aquellos ejercicios que resulten más relevantes para la comprensión del módulo. A este respecto se han seleccionado, en todo momento,del ejemplos lo más cercanos la todo realidad tecnológica y a los propios participantes procesoque de sean aprendizaje, huyendoaen momento de ejercicios exclusivamente teóricos. Además, se sugiere que el profesor proponga a los alumnos la resolución en el aula de las Actividades Propuestas que aparecen en las diferentes unidades, con el fin de que los alumnos puedan comprobar al instante los conocimientos recién adquiridos. En el MATERIAL WEB que se ha preparado para este texto se incluye la solución a estas actividades, para que los alumnos puedan comprobar lo acertado de su proceso de resolución. Al final de cada una de las unidades se sugieren una serie de actividades de Comprobación práctica en el laboratorio de carácter eminentemente práctico, que ayudarán a trasladar a la realidad todo aquello que se estudia en la teoría. Por supuesto, será el profesor el que decida qué tipos de ejercicios prácticos conviene llevar a cabo y cuándo es más conveniente hacerlo. Los ejercicios prácticos que aquí se incorporan son totalmente orientativos. En cada una de las unidades se incorpora un apartado dedicado a Actividades de comprobación. Aquí se propone una serie de preguntas y ejercicios, en los que se aporta el resultado al final del texto con el fin de que los alumnos puedan autoevaluarse. En todo momento se incentivará a los alumnos para que trabajen en grupo, planificando el desarrollo de las experiencias, ejercicios y actividades que a lo largo del curso se lleven a cabo en el laboratorio de «Electrotecnia». Al finalizar cada una de estas actividades es conveniente que los alumnos presenten un «informe-memoria» sobre la actividad desarrollada, indicando los resultados obtenidos y estructurándolos en los apartados necesarios para una adecuada documentación de las mismas (descripción del proceso seguido, medios utilizados, esquemas y planos utilizados, cálculos, medidas, etc.), exponiendo al resto del grupo sus trabajos. Otro aspecto que cabe resaltar es que siempre resulta de gran interés que sean los propios alumnos los que investiguen ciertos procesos tecnológicos y busquen informaciones técnicas en las diferentes fuentes de información, estimulando así la curiosidad y el afán por saber. A este respecto, conviene dotar al aula con una completa biblioteca técnica, donde se incluyan manuales de uso de diferentes dispositivos electrotécnicos, así como una gran variedad de informaciones técnicas, tales como catálogos comerciales, revistas técnicas, reglamentos y normas vigentes en el campo de la «Electrotecnia», proyectos ejemplo extraídos de la realidad, etc. Si desean realizar algún comentario o sugere sugerencia, ncia, pueden contactar con el autor escribiendo a la siguiente dirección electrónica:
[email protected] electrónica:
[email protected]
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La elelectr ectricicididad ad.. Conceptos Conce ptos ge gene nerralales es
1 Contenidos 1.1. Producción y consumo de electricidad
1.2. Efectos de la electricid electricidad ad 1.3. La electrici electricidad dad 1.4. Elec Electricidad tricidad estática 1.5. Carga eléctrica 1.6. Movimiento de electrones 1.7. El circuito eléctrico 1.8. Formas For mas de producir electricidad 1.9. Intensidad de la corriente eléctrica 1.10. Sentido real y convencional de la corriente 1.11. Movimiento de electrones en un circuito 1.12. Medida de la intensidad intensidad de la corriente eléctrica 1.13. Corriente continua (C.C.) 1.14. Corriente alterna (C.A.) 1.15. Tensión eléctrica y fuerza electromotriz 1.16. Medida de la la tensión tensión
Objetivos La electricidad es una de las formas de energía que más ventaj ven tajas as y como comodida didades des apo aporta rta a los los ser seres es hum humano anos s en en la actualidad. Con ella conseguimos que funcionen, entre otras, las siguientes aplicaciones: luz con las lámparas eléctricas; calor con cocinas, hornos y calefacciones; frío con frigoríficos y equipos de aire acondicionado; fuerza motriz con motores (ascensores, máquinas herramientas, vehícu veh ículos los elé eléctr ctrico icos, s, elec electr trodo odomés méstic ticos, os, etc etc.); .); sis sistem temas as de información, automatización y telecomunicación con ordenadores, microprocesadores, microprocesadores, sistemas robotizados, televisores, radio, etc., y muchas otras aplicaciones que con el paso de los años aparecerán.
• Entender los procedimientos de producción, transporte y consumo de la electricidad. • Identificar las partes de un circuito eléctrico. • Relacionar las magnitudes de un circuito eléctrico con su unidad de medida correspondiente, así como entender el papel de las mismas en el circuito y los aparatos de medida que las miden. • Diferenciar una C.C. de una C.A. • Emplear el voltímetro y el amperímetro de una forma adecuada.
