Trabajo Individual Paso 2 Diana Vargas

PASO 2 – EXPLORANDO LOS FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD

DIANA MARCELA VARGAS LOSADA C.C. 1.080.296.334

FABIAN BOLIVAR MARIN TUTOR

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA PROGRAMA INGENIERIA INDUSTRIAL FISICA ELECTRONICA – 100414 MARZO DE 2017

INTRODUCCIÓN El trabajo que a continuación se desarrolla es una introducción y aplicación de los principales conceptos a tratar en el curso Física Electrónica para ingenierías, en este caso Ingeniería Industrial, encargado de fortalecer nuestro concepto de lo abstracto además de comprender la importancia de la electricidad en nuestro mundo. Definiremos a través de la práctica los tipos de circuitos sus características, diferencia y aplicaciones en la vida cotidiana tal como el hogar, hallaremos problemas y tomaremos medidas a través de simulador Proteus.

OBJETIVOS

-

General Adquirir conocimientos sobre los fundamentos y aplicaciones de la electricidad, además de demostrarlos de forma práctica y teórica.

-

Específicos



Diferenciar los tipos de circuitos y sus características.



Conocer y aplicar en todos los aspectos posibles la Ley de Ohm.



Definir qué tipo de circuito es necesario en un hogar y como debe funcionar.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Selección de una ubicación específica dentro del plano arquitectónico suministrado por el tutor en formato pdf denominado “Diseño Arquitectónico del apartamento”.

De acuerdo a la ubicación que se ha seleccionado, debemos remitirnos al Anexo No. 2. Consumos por electrodoméstico en cada una de las ubicaciones de la casa Sala - Comedor Carga / Electrodoméstico Consumo (W) Bombillo 100 Bombillo 60 Bombillo 25 Televisor LCD de 20 pulgadas 150 Equipo de sonido 150 DVD 30 Aspiradora 1000 Ventilador 10 Realizar el análisis que se propone a continuación: 1. De acuerdo al consumo de cada electrodoméstico o carga descrita en la tabla correspondiente a la ubicación seleccionada, asigne un valor de tiempo de uso al mismo y de acuerdo a este determine el consumo en KW/H.

Sala – Comedor (USO SEMANAL) Carga / Electrodoméstico Consumo (W) Bombillo 100 Bombillo 60 Bombillo 25 Televisor LCD de 20 pulgadas 150 Equipo de sonido 150 DVD 30 Aspiradora 1000 Ventilador 10

Tiempo de uso (horas) 6 al día 2 al día 3 al día 10 al día 3 al día 1al día 1 al día 5 al día

Uso semanal de cada uno de los electrodomésticos:        

Bombillo de 100W: 6 horas diarias * 7 días de la semana = 42 horas Bombillo de 60W : 2 horas diarias * 7 días de la semana = 14 horas Bombillo de 25W : 3 horas diarias * 7 días de la semana = 21 horas Televisor LCD20” : 10 horas diarias * 7 días de la semana = 70 horas Equipo de sonido: 3 horas diarias * 7 días de la semana = 21 horas DVD : 1 hora diaria * 7 días de la semana = 7 horas Aspiradora : 1 hora diaria * 7 días de la semana = 7 horas Ventilador : 5 horas diarias * 7 días de la semana = 35 horas

Tendríamos entonces que: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛

𝑤 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑠 = ℎ

Tengo entonces: = [4 𝑠𝑒𝑚 {(100𝑊 ∗ 42 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠) + (60𝑊 ∗ 14ℎ) + (25𝑊 ∗ 21ℎ) + (150𝑊 ∗ 70ℎ) + (150𝑊 ∗ 21ℎ) + (30𝑊 ∗ 7ℎ) + (1000𝑊 ∗ 7ℎ) + (10𝑊 ∗ 35ℎ)}] = Resolviendo tengo: = [4 𝑠𝑒𝑚{4200𝑊 + 840𝑊 + 525 + 10.500 + 3150W + 210W +7000W + 350W}] = [4 sem (26.775)] = 107.100 W mensuales

Sumando tengo entonces: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛

𝑤 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑠 = 107.100 𝑤/ℎ ℎ

Al valor anterior debemos dividirlo en 1000 para determinar el consumo en KW/H.

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛

𝐾𝑤 107.100𝑊 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑠 = 𝐾𝑤/ℎ ℎ 1000

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛

𝐾𝑤 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑠 = 107,1 𝐾𝑤/ℎ ℎ

2. Tomando como referencia su factura de energía, identifique el valor de KW/H y calcule el consumo en pesos.

El valor del KW/H es de $482.96 Al ser solo una parte de la casa no aplico el valor del subsidio ya que no tengo definido el consumo del resto de la vivienda. Calculando el consumo en pesos mediante los valores obtenidos anteriormente: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜𝑠 = 107,1 𝐾𝑤/ℎ ∗ 482,96 = $51,725,016 *El valor del subsidio no corresponde a un porcentaje del valor de la factura, es el beneficio que reciben los estratos 1-2-3 y es aplicado cuando la vivienda cumple con los rangos del Consumo Básico permitido, para el Municipio de Palermo Huila es 1 -173 Kwh y si la vivienda no excede este consumo el valor de Kwh puede quedar aproximadamente en $227. Fuente: Electrificadora Del Huila

Análisis correspondiente: Los valores obtenidos son estimados para un comedor y un televisor en constante uso, habitada por una familia tipo dada las supuestas obligaciones de cada integrante y cuyo criterio de consumo es no ahorrativo. 3. A partir del plano propuesto en el documento Plano eléctrico de cada ubicación en el apartamento.pdf ubicado en el directorio Guía para el uso de recursos educativos, en el entorno de aprendizaje práctico y de acuerdo a la ubicación seleccionada conecte 5 de los electrodomésticos en cada una de las tomas del plano eléctrico; y a partir de estos diseñe el circuito eléctrico asociado al mismo, tenga en cuenta que las bombillas relacionadas se encuentran en paralelo con los electrodomésticos. Aquí sólo debe hacer el plano, en el ejercicio grupal hará los cálculos correspondientes. Supongo que los electrodomésticos a conectar para este punto pueden ser cualquiera de los adjudicados así que: Televisor (R1), equipo de sonido (R2), DVD (R3), aspiradora (R4) y el ventilador (R5) son mis elegidos y están representados aquí abajo.

4. De acuerdo al diseño realizado anteriormente y sabiendo que un circuito típico paralelo es el correspondiente a una instalación eléctrica domiciliaria, donde sabemos que a todos los electrodomésticos les llega el mismo voltaje, pero que, de acuerdo a sus características, cada uno genera un consumo diferente. Determine: -

-

Si las tomas están correctamente conectadas La conexión es incorrecta o en su defecto es inestable puesto que hay dos elementos conectados en serie ocasionando que el voltaje baje su nivel dando paso al fallo y a la avería de los electrodomésticos en el circuito. La conexión debe hacerse entre fase y neutro para evitar estos inconvenientes. De haber un error ¿Cuál debería ser la conexión? Lo correcto en una casa siempre será el circuito en paralelo.

ACTIVIDAD COLABORATIVA 1. A partir del diseño individual presentado por cada uno de los integrantes del grupo, deberán iniciar el análisis del mismo, calculando: 

La corriente que circula por cada electrodoméstico

Carga / Electrodoméstico Televisor LCD de 20 pulgadas Equipo de sonido DVD Aspiradora Ventilador

Sala – Comedor Consumo (W) 150 150 30 1000 10

Resistencia Correspondiente R1 R2 R3 R4 R5

La ley de Ohm es clara, se deben conocer los valores de las resistencias de los electrodomésticos para tener un indicio de la cantidad de corriente que circula en nuestro circuito.

“La ley de Ohm expresa la relación que existe entre voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico de DC. Estableciendo la fórmula V=R*I. Dichas relaciones establecen que: Si se eleva V, aumentará I. Si se reduce V, disminuirá I. Si se aumenta R, disminuirá I. Si se reduce R, aumentará I.” Aplicando la ley de Ohm Ley de Ohm: 𝑉 = 𝐼 ∗ 𝑅 𝑃=𝑉∗𝐼

Haciendo los despejes respectivos y necesarios, llegando a decir que P es igual a dos veces V sobre R y demás, para hallar la corriente de cada electrodoméstico y lo que compete a nuestro caso, se llega a la conclusión de que: 𝑅=

𝑉2 𝑃

Nuestros electrodomésticos ahora pasan de ser resistencias a ser potencias, mediante esta operación algo ilógica en principio podemos empezar a tener un indicio de lo que buscamos: Resistencia Electrodoméstico (Antes) R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8

Electrodoméstico Televisor LCD de 20 pulgadas Equipo de sonido DVD Aspiradora Ventilador Bombillo Bombillo Bombillo

Potencia Electrodoméstico (Después) P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

150 150 30 1000 100 100 60 25

La anterior tabla es para hacer solo una mención momentánea en cuanto a que valor de Resistencia tenía cada electrodoméstico y que Potencia tomará momentáneamente. Voltaje: 120 VAC P1: 150 P2: 150 P3: 30 P4: 1000 P5: 100 P6: 100 P7: 60 P8: 25 Tenemos que hacer ahora el proceso correspondiente para cada uno por separado puesto que no hay manera de hacerlo todo junto. Usamos la fórmula que describimos hace unos pocos renglones atrás: 𝑅=

𝑅1 =

𝑉2 𝑃

1202 = 96𝛺 150

1202 𝑅2 = = 96𝛺 150 𝑅3 =

1202 = 480𝛺 30

𝑅4 =

1202 = 14,4𝛺 1000

1202 𝑅5 = = 144𝛺 100 𝑅6 =

1202 = 144𝛺 100

𝑅7 =

1202 = 240𝛺 60

1202 𝑅8 = = 576𝛺 25 La Ley de Ohm dice además que la intensidad es igual a la tensión partida por la resistencia: 𝑉 𝐼= 𝑅 Esto nos ayudará a dar con la corriente para cada electrodoméstico: 𝐼1 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 1.25𝐴 96𝛺

𝐼2 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 1.25𝐴 96𝛺

𝐼3 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 0.25𝐴 480𝛺

𝐼4 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 8.33𝐴 14,4𝛺

𝐼5 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 0.83𝐴 144𝛺



𝐼6 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 0.83𝐴 144𝛺

𝐼7 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 0.5𝐴 240𝛺

𝐼8 =

120𝑉 𝐴𝐶 = 0.20𝐴 576𝛺

El voltaje presente en cada uno de estos

La Ley de Ohm también nos sirve aquí: 𝑉=𝐼 ∗ 𝑅 Tenemos que: 𝑉1 = 1.25𝐴 ∗ 96𝛺 = 120𝑉 𝑉2 = 1.25𝐴 ∗ 96𝛺 = 120𝑉

𝑉3 =

120𝑉 ∗ 480𝛺 57600 = = 𝟏𝟏𝟔. 𝟓𝑽 480𝛺 + 14.4𝛺 494.4

𝑉4 =

120𝑉 ∗ 14.4𝛺 1728 = = 𝟑. 𝟒𝟗𝑽 480𝛺 + 14.4𝛺 494.4

𝑉5 = 0.83𝐴 ∗ 144𝛺 = 119,52𝑉 𝑉6 = 0.83𝐴 ∗ 144𝛺 = 119,52𝑉 𝑉7 = 0.5𝐴 ∗ 240𝛺 = 120𝑉 𝑉8 = 0.20𝐴 ∗ 576𝛺 = 120𝑉 Análisis correspondiente Lo que afirmaba con anterioridad, tener dos elementos en serie hace que el voltaje que corre se divida por culpa de ellos, entonces, el DVD y la ASPIRADORA pueden quemarse o afectar el funcionamiento de los demás, llevando a que posiblemente o se queme otro elemento o todo se queme o se averíen y funcionen mal.  La resistencia total Si se conoce la corriente total y el voltaje del circuito completo, puedes calcular la resistencia total utilizando la Ley de Ohm, entonces: 1 1 1 1 = + + ⋯ 𝑅 𝑅1 𝑅2 𝑅3 La fórmula dice que se debe dividir sobre uno cada valor, ahora: 1 1 1 1 1 1 1 1 = + + + + + + 𝑅 96𝛺 96𝛺 494,4𝛺 144𝛺 144𝛺 240𝛺 576𝛺 1 = 0.04264765372𝛺 𝑅 1 𝑅= = 23,448𝛺 0.04264765372𝛺 Comprobando la resistencia total en un circuito “mixto”

1 1 1 1 1 1 1 1 1 = + + + + + + + 𝑅 96𝛺 96𝛺 480𝛺 14.4𝛺 144𝛺 144𝛺 240𝛺 576𝛺

1 = 0.11215277777 𝑅 𝑅=

1 = 8.9164𝛺 0.11215277777𝛺

Análisis correspondiente Cuando se cuenta con resistencias en paralelo sus resultados totales serán unos y cuando se tienen otras en serie sus totales serán otros, se deduce o se puede decir que las que están en serie, la intensidad de corriente que las atraviesa será la misma. 

La corriente total consumida por el circuito

La corriente total según la Ley de Ohm se deduce con la siguiente formula: 𝐼𝑇 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3 + 𝐼4 + 𝐼5 ⋯ Decimos entonces, solo es ajustar... 𝐼𝑇 = 1.25𝐴 + 1.25𝐴 + 0.25𝐴 + 8.33𝐴 + 0.83𝐴 + 0.83𝐴 + 0.5𝐴 + 0.20𝐴 = 13.44𝐴 Comprobando la corriente total

Análisis correspondiente Denótese que es un principio básico de la Electrónica que en un circuito entre más alto sea la corriente de cada elemento inmerso, menos corriente tendrá todo el circuito completo. 1. Determine el código de colores de 4 Bandas para los valores de resistencia determinados, aproximando el valor calculado por exceso, considerando una tolerancia del 10%.

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅3 𝑑𝑒 480𝛺

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑅1 𝑦 𝑅2 𝑑𝑒 96𝛺

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅8 𝑑𝑒 576𝛺

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅5 𝑦 𝑅6 𝑑𝑒 144𝛺 𝑝𝑒𝑟𝑜 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑟í𝑎 𝑑𝑒 140𝛺

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅7 𝑑𝑒 240𝛺

𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅4 𝑑𝑒 14.4𝛺 𝑝𝑒𝑟𝑜 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑟í𝑎 𝑑𝑒 15𝛺

PARA TENER LA BASE DEL ANÁLISIS DE RESULTADOS, RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS 

¿Que implica que un electrodoméstico este en serie o en paralelo?

El circuito eléctrico doméstico de una casa está diseñado de modo que los bombillos y electrodomésticos se conectan en paralelo. Este cableado sale por pares desde el tablero y se reparte por toda la casa, de esta manera se garantiza la conexión simultánea de varios bombillos y aparatos en los mismos cables sin disminuir el voltaje de entrada en uno de ellos. Sin embargo, se diseñan para soportar una determinada potencia máxima, al conectar uno o varios aparatos. Si se conectan varios electrodomésticos encendidos al mismo tiempo y se excede este valor límite, se corre el riesgo de sobrecargar el circuito y producir un cortocircuito. Los aparatos se protegen con fusibles y conexiones a tierra. Es curioso que en algunos casos se llegue a considerar la idea de tener todo conectado en serie, puesto que, si se apaga un bombillo, se apaga todo enseguida. 

¿Cuál es el comportamiento de la corriente al conectar más electrodomésticos?

Diría que tiende a aumentar porque i=dQ/dT es decir, a la carga dividido en el voltaje y a esto agregando que el voltaje debe ser siempre el mismo. Tener en cuenta que solo es posible cargar el circuito hasta la carga máxima contratada para la casa, después de eso se pueden disparar los circuitos de protección, es decir, quedaría sin energía si se pone a funcionar todo al mismo tiempo.  ¿Cómo realizo mediciones de corriente, voltaje y resistencia? Para medir la resistencia y el voltaje se debe hacer en paralelo y para medir la corriente se debe hacer en serie.  ¿Qué tipo de relación establece la ley de ohm? La ley de Ohm es lineal y por lo tanto asume su linealidad en la parte electrónica. Es fácil pensar en términos de una ecuación de línea 𝑦 = 𝑚𝑥 considerando la resistencia como la constante 𝑚, la corriente como la variable 𝑥, y el voltaje como la variable dependiente 𝑦. De esta manera se establece una relación de proporcionalidad entre el voltaje y la corriente. Por supuesto, la Ley de Ohm puede ser reorganizada de tres maneras válidas y equivalentes. 𝑉 =𝐼∙𝑅

𝐼=

𝑉 𝑅

𝑅=

𝑉 𝐼

CONCLUSIONES Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS Siempre es un buen momento para aprender algo, para este trabajo se adquirieron conocimientos que ayudarán y contribuirán a la construcción de los cimientos necesarios para ser un profesional en nuestro campo. Se trataron temas en pro del reconocimiento de los aspectos esenciales de la electricidad y/o la electrónica con la ayuda de la Ley de Ohm en casi todas sus ramificaciones. Se dispuso de las secciones de un hogar común y corriente en donde cada uno de nosotros como estudiantes, debíamos elegir un espacio y con base en el empezar a dar cumplimiento a cada necesidad planteada en la guía de actividades. Para cada sección de la casa existían unos electrodomésticos representados con una resistencia: R1, R2, R3, R4, R5... a los cuales se les debía determinar su uso diario en horas y por semana al mismo tiempo, el trabajo y la compresión de cada elemento más la Ley de Ohm fue fundamental en la resolución de cada caso requerido. Se realizaron mediciones, adiciones, operaciones partiendo de Ohm, se aprendió a diferenciar entre un circuito en serie y mixto, a determinar porque en un hogar siempre es importante que todo esté en paralelo y no en serie, a calcular consumos totales, resistencias totales, a comparar los resultados y/o a determinarlos mediante la factura de energía de nuestro propio hogar, etc. El objetivo final de esta actividad supongo que en esencia fue primeramente el seguir fortaleciendo nuestra capacidad para entablar buenas relaciones entre compañeros de cursos y a partir de allí, aprender, comprender y aplicar la temática tratada en este Paso 2.

BIBLIOGRAFÍA 

Conexiones en paralelo y en serie: descripción y cálculo. Tomado de http://www.doctorproaudio.com/content.php?149-paraleloserie



Circuitos en serie y paralelo. Tomado http://fisica.laguia2000.com/general/circuitos-en-serie-y-en-paralelo



Simulador Circuit Maker. Tomado y recuperado de http://aprendiendoelectronicafacil.blogspot.com.co/2015/10/descarga-circuitmaker-200-full-en.html



¿Porqué de debe instalar un circuito paralelo en el hogar? Tomado de http://www.ehowenespanol.com/debe-instalar-circuito-paralelo-hogarinfo_433468/



Ley de OHM. Voltaje, corriente y resistencia. Tomado y recuperado de http://sanluisrey.edu.co/web2016/guiasEstudiantes/informatica/02guiacircuitosG7.pdf



Fórmulas de Electricidad. Tomado y recuperado http://www.portalelectrozona.com/menuseccionformularios/13contenidoformularioelectricidad/52-articuloformulaselectricas.html

de



Asociación de Resistencias en Paralelo. Tomado y recuperado https://www.fisicalab.com/apartado/asociacion-de-resistencias#contenidos

de

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Imagen tomada y recuperada de la página web http://1.bp.blogspot.com/-cnuFYuafFI/VIsNio3Eb9I/AAAAAAAAAKk/w9MZzusZfYw/s1600/tabla%2Bcolores.JPG

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Para el calculador de las resistencias utilice un recurso en internet, lo referencio así: https://www.inventable.eu/paginas/ResCalculatorSp/ResCalculatorSp.html

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