UD15. Circuitos Eléctricos de Corriente Continua

 

Unidad

15

Circuitos eléctricos de corriente continua

 

15.1. El circuito eléctrico

Existen dos tipos de corriente eléctrica: continua (c.c.) y alterna (c.a.). En esta Unidad se va a estudiar la corriente continua, que es la que proporciona las dinamos, baterías y pilas.

 A  A  Concepto de energía eléctrica La materia está formada por elementos químicos denominados átomos.. Cada átomo consta de varios tipos de partículas átomos partículas.. Las más► importantes son:formado por protones (con carga eléctrica   Núcleo: está positiva) y neutrones (partículas sin carga eléctrica). ►  Electrones: son partículas con carga negativa que giran alrededor del núcleo, ocupando diferentes órbitas o niveles energéticos.

1

Com pos ición d e un átom o.

 

En estado natural, todos los átomos son neutros; es decir, el número de protones es igual al número de electrones. Si por cualquier causa un átomo pierde un electrón, quedará cargado positivamente, denominándose denominándose ion positivo  positivo  o catión catión.. Si lo gana, el átomo quedará cargado negativamente, llamándose ion negativo   o anión negativo anión.. Este proceso de pérdida y adquisición de electrones se está realizando constantemente en la naturaleza y no supone modificación alguna en la constitución del átomo. Imagínate que se dispone de un grupo de cationes, cuya tendencia va a ser la captación de electrones con objeto de quedar en estado neutro, y que, por otro lado, se tienen un grupo de aniones, que tratarán de desprenderse de los electrones sobrantes. Si los unimos mediante un cable (conductor), habrá una transferencia de electrones, del anión (cuerpo con iones negativos) hacia el catión (cuerpo con iones positivos o sin electrones), hasta que los dos cuerpos queden con la misma carga eléctrica. Esta transferencia o movimiento de electrones a través del conductor se denomina corriente eléctrica. eléctrica.

2

Ca t io n e s y a n io n e s .

 

 Diferentes métodos para producir electricidad: 

 Generador de corriente continua o dinamo.



 Mediante frotación.  Al frotar fr otar una

barra de ámbar contra un trozo de lana, uno de ellos robará los electrones del otro, quedando los dos cargados eléctricamente.  eléctricamente. 



 Pilas de hidrógeno o pilas de combustible

Si se mueve rápidamente un cable en un campo magnético (próximo a un imán permanente), se establece una corriente de electrones a través del cable.   cable.

(se hace reaccionar químicamente hidrógeno

líquido y oxígeno).  oxígeno).  

 Placas fotovoltaicas.



Conversores termoeléctricos.

Cuando inciden semiconductores se origina corriente eléctrica.  eléctrica.  

fotones

electromagnética)

sobre

ciertos

Cuando se calienta la zona de contacto entre dos metales distintos, se produce un voltaje entre ambos. De momento, su eficiencia todavía es muy pequeña (alrededor del 7%).

Diferentes m é tod os de pr odu cir elect ricid ad. 3

(energía

 

B Características de un circuito de corriente continua. Para que un receptor (bombilla, motor, resistencia, etc.) pueda funcionar es necesario que la corriente eléctrica generada (corriente de electrones) llegue a ese receptor a través de un conductor (cable). Luego tendrá que atravesarlo, cediendo su energía, y regresar de nuevo al generador. Por tanto, será necesario que tanto el generador como el receptor posean dos tomas de corriente. Tal y como se puede observar en la figura, se necesitará una energía externa, generalmente mecánica, que se transforme en energía eléctrica a través del generador (arrastrando electrones de un borne al otro). Estos electrones, que tienen un “nivel  de energía”  determinado, se dirigen por el cable hasta el receptor, donde ceden su energía (transformándola tipo pueden de energía). Finalmente, electrones regresan al borne positivo del generador.  Atendiendo a esto,en losotro los circuitos encontrarse en doslos estados: ►  Circuitos cerrados. La corriente de electrones circula a lo largo del circuito, atravesando el receptor y regresando al generador. ►  Circuitos abiertos. No hay circulación de electrones (corriente eléctrica); por tanto, no hay transmisión ni conversión de energías. El receptor no funciona.

4

E1 > E2 debid o a las p é rdi das en el tran sp ort e.

Es t a d o s d e u n c ir c u it o .

 

C Símil hidráulico El comportamiento de la electricidad es muy parecido al del agua en un circuito hidráulico. Por ello, con objeto de que resulte más fácil entender el funcionamiento de un circuito eléctrico, conviene establecer una analogía entre ambos tipos de circuito.

Sími l hi dráuli co de u n c ircu ito elé ctr ico de c orri ente c on tin ua.

5

 

15.2. Magnitudes eléctricas  A  Intensidad de corriente  A

6

Subm últiplo s del am perio m ás uti lizados.

 

La intensidad de corriente se mide con un aparato denominado amperímetro. El amperímetro siempre se coloca en serie en el circuito, de manera que toda la corriente pase por él. Su símbolo se muestra en la Figura.

Conexión d e un am perímetro en un circu ito.

EJEMPLOS. 1º. Determina qué carga habrá pasado durante 2 horas por una bombilla si la intensidad ha sido de 0,5 A.

(Sol.: 3.600C)

2º. Calcula qué intensidad de corriente habrá circulado por un cable si por él han pasado 20 C en 10 segundos. 3º. ¿A cuántos miliamperios y microamperios equivalen 0,27 A?

(Sol.: 2A)

(Sol.: 270mA; 2,7·105μ A)

4º. ¿Cuánto tiempo tardarán en pasar 36 culombios si la intensidad es de 3A?

(Sol.: 12 s)

5º. ¿Qué 5º. ¿Qué cantidad de electrones habrá atravesado un radiador si la intensidad ha sido de 8 A y ha estado funcionando durante 2 horas?. (Sol.: 3,59·1023 electrones)  electrones)   7

 

B Resistencia eléctrica

8

 

Re s is t iv id a d d e a lg u n o s m a t e r ia iale le s . 9

 

C Voltaje, tensión o diferencia de potencial

10

 

M e d ic ión ión d e l v o lt a je e n u n c ir c u it o . 11

 

EJERCICIOS. 6º. Determina la resistencia total que ofrece un cable de cobre cuya distancia entre el generador y el receptor es de 250 m y tiene un diámetro de 4mm. (Sol.: 0,68Ω 0,68Ω) 7º. Determina la resistencia que ofrece una barra de grafito de 2,5m de larga y 3 cm 2 de sección. (Sol.: 0,0004Ω 0,0004Ω) 8º. ¿Qué longitud deberá tener un hilo de cobre si su diámetro es de 0,3mm y queremos que ofrezca una resistencia de 7Ω? (Sol.: 28,77m).

9º. Determina la intensidad de corriente que atraviesa una bombilla si su resistencia es de 4 Ω  y el voltaje de 6V. Se desprecia la resistencia del conductor. (Sol.: 1,5 A) 10º.  Calcula la resistencia que tendrá un radiador eléctrico que al conectarle una tensión de 220 V deja pasar una 10º.  intensidad de 8 A. (Sol.: 27,5Ω) 

12

 

D Ley de Ohm

E Energía y potencia eléctrica. Efecto Joule

13

 

Co nt ado res de e ner gía elé ct ric a (en k Wh ). 14

 

 Algunos ejemplos ejemplos de máquinas reales que funcionan mediante el efecto Joule.

EJERCICIO. 11º. Calcula la energía consumida, en Wh, por un brasero eléctrico que se conecta a una tensión de 220 V si su resistencia es de 17 Ω  y está funcionando durante 8 horas. Averigua también la energía calorífica producida en kcal. (Sol.: 22.776 Wh; 19.616,10 kcal)

15

 

15.3. Elementos de un circuito Todo circuito, sea del tipo que sea (neumático, eléctrico, hidráulico, etc.), consta de los siguientes elementos: conversor (generador), acumulador, elementos de protección, elementos de control y receptores.

16

Elemento s presentes en tod o circu ito y pro pios d e circuito s elé ctrico s.

 

 A  Generador de corriente eléctrica  A

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Tipos de generadores.    de generadores: 

Según el tipo de energía eléctrica obtenida, existen, principalmente, dos tipo

Generadores de corriente continua: Se caracterizan porque la intensidad de corriente que generan siempre va en el mismo sentido. Los más importantes son:

• Dinamos.  Tradicionalmente

empleadas en bicicletas, aprovechan la energía mecánica de rotación de la rueda para producir electricidad.

• Placas fotovoltaicas. Aprovechan la luminosidad del Sol, par convertirla en energía eléctrica. 

Generadores de corriente alterna. Se caracterizan porque los electrones se mueven a lo largo del conductor en un sentido y al instante siguiente hacia el otro. Ello se debe a que la polaridad del generador está cambiando constantemente de signo, pasando de un valor positivo a negativo, y viceversa.

Co r r ie n t e a lt er er n a : c o m p o r t a m ie n t o d e l v o lt a je e n f u n c ió n d e l t ie m p o . 18

 

  Acoplamiento

de generadores.

 A veces suele ocurrir que en un mismo circuito hay acoplado más de un generador. El resultado final dependerá de la forma del acoplamiento. En un circuito eléctrico sencillo, los generadores se pueden acoplar de tres formas: en serie, en paralelo y mediante acoplamiento mixto.

Formas de ac oplamiento de generadores .

19

 

Acumuladores de corriente eléctrica. B  Acumuladores



 Condensadores. 

Constan de dos placas conductoras separadas entre sí mediante un aislante. Los condensadores, cuando se cargan, se comportan como un receptor en el que la placa conectada al negativo del generador se carga de electrones y la otra, la conectada al positivo, de cationes. Cuando se descargan, se comportan como generadores, pero no existe circuito cerrado, ya que el condensador tiene un aislante en su interior. La corriente cesa muy rápidamente. Los condensadores no dejan pasar la corriente continua, sólo la alterna. Son muy empleados en electrónica y electricidad. Existen condensadores de diversos tipos. 20

Dis t in t o s t ip o s d e c o n d e n s a d o r e s .

 

21

 

Co n f ig u r a c io n e s p a r a a c o p la r c o n d e n s a d o r e s .

EJERCICIO. 12º. Calcula la carga almacenada en un condensador de capacidad 10 μF que está conectado a una batería de 12 V.

22

(Sol.: 1,2·10-4C).

 



a)

Pilas y baterías.

Las pilas y baterías son acumuladores que transforman la energía eléctrica en energía química. Tienen la cualidad de trabajar también como generadores de corriente eléctrica, transformando la energía química en energía eléctrica. Su rendimiento supera el 90%.

Cara Caracte cterí rísti stica cas s de de llas as pil pilas as y bater batería ías: s:

•

Las pilas internamente transportan electrones desde el polo positivo hasta el polo negativo (a través del electrólito), gracias a su energía interna. Este electrólito ofrece una resistencia al paso de la corriente, que se denomina resistencia interna (r). Este valor es constante para cada pila o batería.

•

Capacidad. Es la cantidad de electricidad que puede suministrar la pila o batería en una descarga completa. Se mide en amperios hora (Ah) o miliamperios hora (mAh). Además, 1Ah = 3.600 culombios (C). La capacidad depende de las dimensiones y materiales con los que esté fabricada.

•

Fuerza electromotriz (e). Es el voltaje que hay entre sus bornes cuando está en circuito abierto. Cuando

Resistencia interna.

el circuito al que está conectada está cerrado, la tensión en los bornes (V) disminuye y es igual a V = e – (r · I); donde la intensidad de corriente será igual a I = e / (R + r).

b)

Acop Acopla lami mien ento to de pi pila las s y bate batería rías. s. Igual forma que los condensadores.

EJERCICIO. 13º. Calcula la ddp en los bornes de una batería si su fem es de 4,5 V, su resistencia interna r = 0,5 Ω y está acoplada a una bombilla de resistencia R = 6 Ω. (Sol.: I = 0,69A; V=4,15V.).

14º. Determina la fem generada por tres dinamos, conectadas en serie, cuando la fem (en circuito abierto) de cada una de ellas es: e 1=9V; e2=6V; e3=4,5V. Si la resistencia interna de cada una es de 1 Ω  y se encuentran conectadas a un receptor de 200Ω, ¿cuál será la energía perdida, por efecto Joule, al cabo de 12 horas en los generadores?. (Sol.: e = 19,5V; I = 0,096A; E=1.195,86J.). 23

Distin tos tipo s d e baterías (pilas recargables).

 

C Elementos de control y maniobra Permiten la apertura y cierre de un circuito eléctrico a voluntad del usuario. Los más empleados son: interruptores, conmutadores, pulsadores y relés.

24

 

D Elementos de protección de circuitos. Son elementos que permiten proteger a las personas que están en las proximidades de instalaciones eléctricas, así como las instalaciones mismas, contra sobre intensidades que puedan provocar incendios. Los más utilizados son: fusibles, interruptores magnetotérmicos e interruptores diferenciales.

Elementos de protección de c ir c u it o s . 25

 

E Receptores. 

 Tipos de receptores

Son aquellos elementos colocados en el circuito para que transformen la energía eléctrica en otro tipo de energía (calorífica, mecánica, química, etc.). Dependiendo de la energía transformada, tendremos los distintos tipos de receptores.

26

 

Co d if ic a c ió n d e lo s v a lo r e s d e la s resistenci as fijas. 27

27

 

  En corriente continua (c.c.), todos los receptores pueden ser considerados, a efectos de cálculos, como resistencias eléctricas. Los receptores se pueden acoplar o conectar de las siguientes maneras: en serie, en paralelo y mediante acoplamiento mixto (serieparalelo).

  Acoplamiento de receptores. 

  Acoplamiento en serie.  Dos receptores están acoplados en serie cuando la corriente que sale de uno de ellos pasa íntegramente por el otro. Los métodos para determinar las magnitudes estudiadas

-

anteriormente son: Cálculo de la intensidad total que atraviesa el circuito. circuito . Todas las resistencias se pueden hacer equivalentes a una, denominada resistencia equivalente. equivalente. Cuyo valor es: Req =

-

R1 + R2 + … 

De esta manera, el circuito se transforma en uno que solamente tiene un receptor, al que se le puede aplicar la ley de Ohm.

I = V / Req -

Cálculo de la tensión entre los bornes de cada receptor . Se aplica la ley de Ohm a ese tramo del circuito.

I = V1 / R1; I = V2 / R2;… V1 = I · R1; V2 = I · R 2  Al despreciar las pérdidas por efecto Joule, la suma de los voltajes o diferencias de potencial en los extremos de cada receptor es igual a la fem del generador y, por tanto, se considera que no tiene resistencia interna.

Circuito en serie y su equivalente.

28

 

 -

 Aquí, la corriente corriente que atraviesa atraviesa uno de los receptores ya no pasa por ningún otro.

 Acoplamiento en paralelo.

Cálculo de la resistencia equivalente. Viene dado por la expresión:

Donde R1, R2, R3,… son cada una de las resistencias en paralelo de que consta el circuito. -

Intensidad total que atraviesa el circuito e intensidades parciales:

I = V / Req Las diferencias de potencial en los extremos de cada receptor son las mismas e iguales a la fuerza electromotriz que tiene el generador (despreciando su resistencia interna). Por tanto,

V1 = V2 = V3 = … = V. Luego,  I1 =

V/R1; I2 = V/R2; I3 = V/R3.

Y la intensidad total:

I = I1 + I2 + I3 + … 

Aco plamien to d e dos lámp aras en paralelo.

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  Acoplamie  Acoplamiento nto

mixto de receptores. receptores.

Se da cuando hay receptores acoplados en serie y en paralelo. -

Para determinar la resistencia equivalente, se hace por partes. En nuestro ejemplo, primero se calcula la resistencia equivalente de los dos receptores que están acoplados en serie y luego se determina la resistencia equivalente total en el circuito en paralelo.

-

La intensidad total se calcula mediante la ley de Ohm.

-

Por último, quedará por resolver las intensidades y tensiones en cada uno de los elementos.

Aco plami ento de receptores en serie-paralelo (mixto ).

30

 

EJERCICIOS. 15º. Un circuito eléctrico que alimenta las luces de un árbol de Navidad dispone de 35 lámparas iguales de 5 Ω  cada una, conectadas en serie. Sabiendo que se conectan a 220 V, calcula: a.) intensidad total que atraviesa el circuito; b.) potencia de cada lámpara; c.) energía consumida si están conectadas 8 horas. (Sol.: I = 1,26A; P=7,90W; E=2,2 kWh.). 16º. Un circuito en serie dispone de dos lámparas y un motor de 8,4 y 3Ω, respectivamente. Sabiendo que se encuentra conectado a una batería de 12 V, calcula: a.) Intensidad de corriente que atraviesa el circuito; b.) Voltaje o tensión en cada uno de los receptores; c.) Energía consumida por cada receptor al cabo de 10 horas. (Sol.: a.) 0,8A: b.) 6,4 V; 3,2V y 2,4V; c.) 51,20 Wh, 25,60 Wh y 19,20 Wh).

17º. Un circuito eléctrico está formado por tres bombillas y un motor de c.c. acoplado en paralelo. Sabiendo que las resistencias tienen un valor de 3, 5 y 7 Ω  y que la del motor es de 4Ω, determina: a.) intensidad que atraviesa todo el circuito; b.) intensidades que circulan por cada receptor; c.) energía total consumida al cabo de cinco horas. El generador es de 12 voltios. (Sol.: a.) 11,11A: b.) 4A; 2,4A y 1,71A y 3A; c.) 666,86 Wh).

18º. Determina la intensidad total en el circuito de la figura.

(Sol.: 2,80A).

19º. Hay cuatro receptores en paralelo en un circuito, de valores resistivos: 7,3, 9 y 6Ω. Si la tensión de alimentación es de 6V, determina la energía total consumida al cabo de 24 horas y la diferencia de potencial en los extremos del receptor de resistencia 9 Ω. (Sol.: E=651,42Wh; V3=6V).

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15.4. Leyes de Kirchhoff Las leyes de Kirchhoff se aplican en el cálculo de circuitos que no se pueden resolver utilizando solamente la ley de Ohm.

 A  A  Primera ley de Kirchhoff En cualquier nodo del circuito (punto de la red donde concurren dos o más conductores), la suma de las intensidades de corriente que llegan es igual a la suma de las intensidades que salen.

No d o d e u n c ir c u it o d e c . c .

32

 

B Segunda ley de Kirchhoff En todo circuito cerrado, la suma algebraica de las fuerzas electromotrices (tensiones que producen los generadores) es igual a la suma algebraica de las caídas de tensión (debido a los receptores existentes). Es decir:

Σe = Σ R I

Cir c u it o d e c . c . c o n u n a s o la m a lla .

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C Criterio de signos. Previo a la resolución de cualquier ejercicio, siempre es necesario definir, de manera arbitraria, dos sentidos.

►  Sentido de la intensidad de la corriente (I).  (I).   Se elige al azar. Si al final el valor de alguna intensidad sale negativo, quiere decir que tiene sentido contrario. En el ejemplo de la figura, se ha elegido el sentido antihorario. Una vez elegido el sentido de la corriente, se escribe al lado de cada receptor su polaridad, mediante un signo más (+) por donde entra la intensidad y un signo menos (-) por donde sale.

►  Sentido del recorrido (S).  (S).  Se elegirá en sentido horario o antihorario. Nountiene por quétiene coincidir sentidoside corriente. Diremos que generador una con fem el positiva el la sentido (S) elegido va del borne negativo (-) al positivo (+). Se considerará caída de tensión positiva cuando recorramos (según S) el receptor del polo positivo (+) al polo negativo (-). En nuestro caso, la suma de las fem es igual a:

Σe = -e1 + e2    – – e3

D Ley de Kirchhoff aplicada a una malla. Se denomina malla a un circuito cerrado en el que puede haber varios generadores y receptores. Para determinar la intensidad de corriente, se parte de un punto cualquiera del circuito (por ejemplo, del generador e1), siguiendo el sentido (S). Así obtenemos la siguiente ecuación: -e1 + e2 – e3 = - (R1 · I) – (R2 · I) – (R3 · I) Despejando la intensidad, tenemos:

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E Ley de Kirchhoff aplicada a varias mallas. Con frecuencia, los circuitos se complican más, como es el caso del mostrado en la figura. Para resolverlo se siguen los siguientes pasos: 1. Se dibuj dibuja a el es esquema quema d del el ci circuito rcuito de ma manera nera c clara, lara, poniendo todos los elementos. A cada nodo se le asignará una letra. 2. Se señal señalan an los sentidos de las iintensida ntensidades des de c corrient orriente e en cada una de las ramas. El sentido se hace al azar. 3. Se apl aplica ica la pri primer mera a ley de Ki Kirch rchhoff hoff e en n un nodo nodo.. 4. Se aplic aplica a la segu segunda nda ley de Kirc Kirchhoff hhoff a tanta tantas s mal mallas las com como o ramas tenga el circuito.

¿Te atreves a resolverlo, o te da susto?. Je, je, je….

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15.5. Distribución de energía eléctrica  A Transformadores eléctricos (c.a)  A 

36

 

Como se observa en la figura, el primario y el secundario están separados físicamente entre sí. La tensión del primario (V 1) crea una intensidad (I1) y ésta genera un flujo magnético ( Φ) que circula por el núcleo. En el bobinado secundario se genera una fem o tensión (V2) debido a la variación de flujo en el primario; si se cierra el circuito secundario mediante un receptor, habrá una corriente I 2. Con objeto de evitar pérdidas de corrientes parásitas o de Foucalt, que se generan en el núcleo debido a las variaciones de flujo, los núcleos se construyen de chapas de hierro muy finas (acero al silicio), separados mediante aislantes.

Tr a n s f o r m a d o r .

37

 

B Caída de tensión en el transporte de electricidad Para el transporte de la energía eléctrica, resulta muy rentable aumentar su voltaje y, más tarde, cuando llegue a su destino, volver a reducirlo. De esta manera, se producen muchas menos pérdidas de potencia y energía durante el transporte, debido al efecto Joule. Para comprender este hecho, supongamos dos casos hipotéticos en los que hay que suministrar una potencia P = 1.000kW a una fábrica que dista 100km del punto de suministro. Para ello se emplea un cable de aluminio con una sección de 400mm 2. La resistencia que ofrece el cable es: R = ρ · L/S = (0,0278 · 200.000)/400 = 13,9 Ω  A.  Si se elevase la tensión mediante un transformador ●  Caso A.  (para ello deberá ser corriente alterna) hasta 10.000V, la intensidad que circularía por los conductores sería I = P/V = 1.000.000 / 10.000 = 100ª La potencia disipada en calor, debido a la resistencia de los cables, sería: P = V · I = I2 · R = 1002 · 13,9 = 139.000 W = 139kW La potencia que llega a la fábrica es de 861kW, perdiéndose un 13,9%. B.  Ahora la tensión se eleva hasta los 100.000V, con lo ●  Caso B.  que la intensidad será: I = P/V = 1.000.000/100.000 = 10A. La potencia disipada en forma de calor, por efecto Joule, será: 2

2

P = I  · R = 10  · 13,9 = 1.390 W = 1,39kW La potencia que llega a la fábrica será de 998,61kW, perdiéndose el 0,14%.

Tran sp or te de ene rg ía e lé ct ric a.

38

 

C Cálculo de líneas.

Se trata de determinar qué sección mínima tiene que tener un cable para que las pérdidas de potencia o energía estén por debajo de un valor determinado. Si tenemos un generador de corriente continua (G) que se encuentra a una distancia (L) del receptor (R), la diferencia de potencial (V1) en los extremos de este receptor es menor que la fuerza electromotriz del generador (e), debido a la resistencia de los cables. Podemos decir que e = 2·V 2 + V1 = V + V1. Interesa que V2 sea pequeño. Su valor es igual a: V = 2 · V2 = 2 · R1 · I = 2 · ( ρ · L/S) · I → S = (2 · ρ · L · I) / V

Cálc ul o de líne as .

39

 

15.6. Simbología, esquemas eléctricos y planos

Símb olo s em plead os en i ns talaci on es elé ctri cas.

40

 

15.7. Circuitos eléctricos domésticos Normalmente, los circuitos eléctricos de instalaciones domésticas suelen ser sencillos, comparados con los de la mayoría de aparatos eléctricos empleados. Con objeto de que no se produzcan sobrecalentamientos en los conductores, por efecto Joule, o en sus aislantes, el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) establece unas densidades de corriente máximas, tanto para conductores aislados como desnudos.

 A   A Densidad de corriente y cálculo de secciones.

En la tabla aparecen los distintos valores de la densidad de corriente, para conductores desnudos (sin aislante) en función del diámetro. Para cables con aislante, la densidad de corriente se calcula mediante la fórmula:

δ A = δ · (1,759/ρ)1/2 Donde ρ es la resistividad a 20ºC. El valor de δ se sitúa entre 2 y 9 aproximadamente, disminuyendo ese valor a medida que aumenta su sección.

De n s id a d e s d e c o r r ie n t e e n A/ m m 2 p a r a

c o n d u c t o r e s d e s n u d o s a l a ir ire e.

41

 

EJERCICIOS. 20º. ¿Cuántas espiras deberá tener el secundario de un transformador si el primario tiene 200 y se desea una relación de transformación de m=2?. (Sol.: 100 espiras.).

21º. Para alimentar un horno eléctrico se utiliza un voltaje de unos 900V (c.c.) y una potencia de 10kW. Calcula la sección que debe tener el cable de cobre, si su longitud es de 600 metros, para que la caída de tensión sea del 1%. (Sol.: 12,74mm2.).

22º. Calcula la sección mínima que deberá tener la línea que alimenta una base de enchufe si en ella se va a conectar un radiador de potencia 3.000W, siendo la densidad admisible de δ = 4 A/mm2 y el voltaje de 220V. (Sol.: 3,41mm2.).

23º. Se quiere instalar en una feria una atracción de potencia12 kW mediante un cable de cobre que dista del punto de conexión 2.500m. Calcula la sección mínima si la caída de tensión es del 2 y el transformador suministra 380V. (Sol.: 357,34mm2.).

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15.8. Montaje y experimentación experimentación de circuitos de c.c.  Puente de Wheatstone.  Wheatstone. 

 Se utiliza para determinar el valor de una resistencia desconocida, de manera muy precisa. Consta de cuatro resistencias R1, R2, R3 y R4, una de las cuales (por ejemplo, la R 4) se desconoce y se quiere determinar. Se basa en la comparación de la resistencia a determinar con otras resistencias patrón de valor desconocido. Para ello se colocan de tal manera que la corriente (I 0) que pase por el galvanómetro (amperímetro muy preciso) sea nula. Esto implica que VB-D=0V, por lo que: V A-B = V A-D y VB-C = VD-C Sustituyendo las tensiones por la intensidad y la resistencia, tenemos: I1 · R1 = I3 · R3; I2 · R2 = I4 · R4 Dividiendo ambas expresiones entre sí, tenemos:

Determinación de una resistenc ia mediante el puent e de Wheatsto ne.

43

 



 Medida de intensidades mediante shunt .

Se emplea en aquellos casos en que la intensidad de la corriente a medir (I) supera la permitida por el amperímetro (I A) disponible. Para ello, se conecta en paralelo con el amperímetro un shunt (una resistencia de valor conocido) por donde va a pasar la mayor parte de la corriente (I S).

EJERCICIOS. 24º. Disponemos de un aparato de medida de intensidades que admite un máximo de I A=10mA. Si queremos medir intensidades hasta 15A, determina el valor de la resistencia del shunt y su potencia para que no se queme, suponiendo que el amperímetro tiene una resistencia interna de 50 Ω. (Sol.: RS=0,033 =0,033Ω Ω; PS=7,49W.).

Shunt para la medida de in t e n s id a d e s g r a n d e s .

44

 

15.9. Normas de seguridad en instalaciones eléctricas  eléctricas  Las instalaciones interiores están reguladas por el REBT. Algunas de las normas de seguridad básicas en instalaciones eléctricas son las siguientes:

 Características de los conductores (cables).   Aislamiento. Tipo V (PVC) hasta 750 V los conductores rígidos y 440V los flexibles. 

Identificación de colores (corriente monofásica). - Amarillo-verde (a rayas) para las tomas de tierra. - Azul, negro y marrón para las fases.



Secciones mínimas. 2

- 1,5mm  para alumbrado. - 2,5mm2 para enchufes. - 4mm2 para lavadoras y calentador eléctrico. - 6mm2 para cocina, horno, aire acondicionado, etc.



Caída de tensión máxima. - Desde el origen al punto de consumo de 1,5%.

Co n d u c t o r e s : c a b le s d e d iv e r s o s t ip o s .

45

 

 Situación

de los conductores en las paredes.

Los cables que van por las paredes, dentro de tubos, deben estar dentro de las zonas con fondo verde, tal y como se observa en la figura. En los cuartos de baño o aseos hay dos zonas restringidas, denominadas: a.) Volumen de prohibición, donde no se puede instalar ningún elemento eléctrico. b.) Volumen de protección, en el que no se pueden instalar interruptores o conmutadores.

Zo n a s p o r la s q u e t ie n e q u e ir e l c a b le a d o d e u n a in st alac ión e lé ct ric a.

Zon as res trin gid as en la zon a de bañ o.