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MANUAL DEL ESTUDIANTE INSTRUCCIÓN TECNICA

CURSO: Electricidad I TEMA: Principios, Circuitos y Componentes Básicos DESARROLLO TÉCNICO MAYO, 2004

DMSE0024A-2004 Preparado por ERI / MSC

CURSO: ELECTRICIDAD I FSAA - DMSE0024-2004a

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Material del Estudiante

INDICE Página

INDICE

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DESCRIPCIÓN DEL CURSO Resumen Programa del Curso Objetivos Generales Requisitos

3 3 3 5 5

AGENDA DEL CURSO

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MÓDULO 1: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRI CIDAD

7 10 11 12 12 13 13 14 14 15 16 16 17 17 18 20 21 21 21 21 21 21 22 23 23 24 25 26 26 26 27

Lección 1.1: Cómo trabaja la electricidad Hoja 1.1: El Atomo Hoja 1.2: Desplazamiento de electrones Hoja 1.3: Energía eléctrica Hoja 1.4: Electrostática Hoja 1.5: Diferencia de potencial Hoja 1.6: Definición de Coulomb Hoja 1.7: Corriente Continua y Alterna Hoja 1.8: Resistencia Hoja 1.9: Circuitos eléctricos (Leyes y circuitos eléctricos) Ley de corriente de Kirchoff Ley de voltaje de Kirchoff Ley de Ohm Hoja 1.10: Conductores eléctricos Lección 1.2: Magnetismo Hoja 1.11: Naturaleza del magnetismo Hoja 1.12: Tipos de magnetos Naturales Artificiales Electroimanes Hoja 1.13: Campos magnéticos Hoja 1.14: Líneas de fuerza Hoja 1.15: Flujo magnético Hoja 1.16: Fuerza magnética Hoja 1.17: Relés y solenoides Hoja 1.18: Inducción electromagnética Hoja 1.19: Mecanismos de inducción Voltaje generado Autoinducción Inducción mutua

MÓDULO 2: CIRCUITOS ELÉCTRICOS Lección 2.1: Ley de Ohm Hoja 2.1: Elementos de un circuito básico de corriente directa Hoja 2.2: Leyes generales de la Ley de Ohm Hoja 2.3: Ecuación de la Ley de Ohm Hoja 2.4: Sistema métrico de medición Hoja 2.5: Ley de Watt Hoja 2.6: Potencia eléctrica FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04

28 31 32 32 33 35 36 37

Desarrollo Técnico Electricidad I Material del Estudiante Indice_Descrip_Agenda.doc


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Hoja 2.7: Rangos de resistencias por potencia Lección 2.2: Circuitos Básicos Hoja 2.8: Circuito en serie Hoja 2.9: Circuito en paralelo Hoja 2.10: Circuito serie - paralelo Lección 2.3: Multímetro Digital Hoja 2.11: Generalidades Hoja 2.12: Medición de voltaje Hoja 2.13: Medición de corriente Hoja 2.14: Medición de resistencia Hoja 2.15: Prácticas con circuitos Lección 2.4: Fallas en Circuitos Hoja 2.16: Circuitos abiertos

37 38 39 40 43 45 46 49 51 53 55 56 57

Hoja 2.17: corto 2.18: Circuitos en a tierra Hoja 2.19: Circuitos con alta resistencia Hoja 2.20: Circuitos con fallas intermitentes

58 61 61 61

MÓDULO 3: COMPONENTES BÁSICOS Lección 3.1: Cables Eléctricos Hoja 3.1: Tipos Hoja 3.2: Calibres Lección 3.2: Soldadura de Cables Hoja 3.3: Consideraciones Hoja 3.4: Herramientas Hoja 3.5: Preparación de los cables Hoja 3.6: Preparación de las conexiones Hoja 3.7: Soldadura Lección 3.3: Conectores Hoja 3.8: Consideraciones sobre pines y sockets Hoja 3.9: Tipos de conectores VE Sure Seal

62 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 76 77

Deutsch Lección 3.4: Interruptores, fusibles, disyuntores y resistencias Hoja 3.10: Interruptores Hoja 3.11: Fusibles Hoja 3.12: Disyuntores Hoja 3.13: Resistencias Clasificación por potencia Resistencias variables Termistores Lección 3.5: Capacitores (Condensadores) Hoja 3.14: Almacenamiento de energía Hoja 3.15: Medición de capacitores Hoja 3.16: Cálculo de capacitancia total Lección 3.6: Inductores (Bobinados) Hoja 3.17: Principio de inducción Hoja 3.18: Solenoides

77 80 81 82 83 84 85 86 88 89 89 90 90 91 91 93

ANEXO 1: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA

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ANEXO 2: HOJAS DE TRABAJO

103

ENCUESTA

131

FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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DESCRIPCIÓN DEL CURSO CURSO: ELECTRICIDAD I Tiempo de duración:

5 días (40 horas)

Numero de Participantes:

08 Estudiantes

DIRIGIDO A

Este curso aCaterpillar. maquinaria sido diseñado para mecánicos y supervisores que trabajan con

RESUMEN

Este curso introduce a los participantes en los fundamentos de la electricidad y la electrónica necesarios para diagnosticar y reparar los sistemas eléctricos instalados en los equipos CAT. El curso no trata de un sistema específico de las máquinas CAT, a menos que se indique al inicio de la lección. El curso se desarrollará 60% en el aula y 40% laboratorio. La clase de aula abarcará la descripción de los fundamentos eléctricos , comportamiento de la electricidad, leyes físicas, tipos de corriente, tipos de circuitos, cálculos y mediciones, uso del multímetro, cables y conectores, y componentes básicos de los sistemas eléctricos. Durante los laboratorios se comprobara de una forma práctica los conceptos teóricos y su adaptación al mundo real, así como de mejorar las habilidades en el uso de los equipos básicos de diagnóstico.

PROGRAMA DEL CURSO

MODULO 1: INTRODUCCIÓN A LA ELEC TRICIDAD

Lección 1.1: Cómo trabaja la electricidad Hoja 1.1: El Átomo Hoja 1.2: Desplazamiento de electrones Hoja 1.3: Energía eléctrica Hoja 1.4: Electrostática Hoja 1.5: Diferencia de potencial Hoja 1.6: Definición de Coulomb Hoja 1.7: Corriente Continua y Alterna Hoja 1.8: Resistencia Hoja 1.9: Circuitos eléctricos (Leyes y circuitos eléctricos) Ley de corriente de Kirchoff Ley de voltaje de Kirchoff Ley de Ohm Hoja 1.10: Conductores eléctricos Lección 1.2: Magnetismo Hoja 1.11: Naturaleza del magnetismo Hoja 1.12: Tipos de magnetos Naturales Artificiales Electroimanes Hoja 1.13: Campos magnéticos Hoja 1.14: Líneas de fuerza Hoja 1.15: Flujo magnético Hoja 1.16: Fuerza Magnética y solenoides Hoja 1.17: 1.18: Relés Inducción electromagnética Hoja 1.19: Mecanismos de inducción Voltaje generado Autoinducción




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Inducción mutua

MODULO 2: CIRCUITOS ELECTRICOS

Lección 2.1: Ley de Ohm Hoja 2.1: Elementos de un circuito básico de corriente directa Hoja 2.2: Reglas generales de la Ley de Ohm Hoja 2.3: Ecuación de la Ley de Ohm Hoja 2.4: Sistema métrico de medición Hoja 2.5: Ley de Watt Hoja 2.6: Potencia eléctrica Hoja 2.7: Rangos de resistencias por potencia Lección 2.2: Circuitos Basicos Hoja 2.8: Circuito en serie Hoja paralelo Hoja 2.9: 2.10:Circuito Circuitoenserie - paralelo Lección 2.3: Multímetro Digital Hoja 2.11: Generalidades Hoja 2.12: Medición de voltaje Hoja 2.13: Medición de Corriente Hoja 2.14: Medición de Resistencia Hoja 2.15: Prácticas con circuitos Lección 2.4: Fallas en Circuitos Hoja 2.16: Circuitos abiertos Hoja 2.17: Circuitos en corto Hoja 2.18: Circuitos a tierra Hoja 2.19: Circuitos con alta resistencia Hoja 2.20: Circuitos con fallas intermitentes

MODULO 3: COMPONENTES BASICOS

Lección 3.1: Cables eléctricos Hoja 3.1: Tipos Hoja 3.2: Calibres Lección 3.2: Soldadura de Cables Hoja 3.3: Consideraciones Hoja 3.4: Herramientas Hoja 3.5: Preparación de los cables Hoja 3.6: Preparación de las conexiones Hoja 3.7: Soldadura Lección 3.3: Conectores Hoja 3.8: Consideraciones sobre pines y sockets Hoja 3.9: Tipos de conectores VE Sure Seal Deutsch Lección 3.4: Interruptores, fusibles, disyuntores y resistencias Hoja 3.10: Interruptores Hoja 3.11: Fusibles Hoja 3.12: Disyuntores Hoja 3.13: Resistencias Clasificación por potencia Resistencias variables Termistores Lección 3.5: Capacitores (Condensadores) Hoja 3.14: Almacenamiento de energía Hoja decapacitancia capacitores total Hoja 3.15: 3.16: Medición Cálculo de Lección 3.9: Inductores (Bobinados) Hoja 3.17: Principio de inducción Hoja 3.18: Solenoides



CURSO: ELECTRICIDAD I FSAA - DMSE0024-2004a OBJETIVOS GENERALES


Al término de este curso, los estudiantes tendrán los conocimientos básicos de electricidad y estarán en capacidad de: •

•

•

• •

•

REQUISITOS

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Deducir el funcionamiento de ciertos elementos eléctricos y electrónicos mediante el conocimiento de los fundamentos de la electricidad. Reconocer las aplicaciones de las leyes físicas de la electricidad (Ohm, Kirchoff, Watt) Identificar, resolver, construir y evaluar circuitos eléctricos y sus componentes. Trabajar con unidades y prefijos. Utilizar correctamente las herramientas básicas de diagnostico, como el multímetro y el amperímetro de pinza. Identificar los tipos de cables y conectores utilizados en la maquinaria Caterpillar y el mantenimiento y reparación de los mismos.

Ninguno




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AGENDA DEL CURSO PRIMER DIA

Mañana

• • •

Presentación Inicial, Expectativas Pre-Test Modulo 1, Introducción a la electricidad Como trabaja la electricidad Modulo 1, Introducción a la electricidad Como trabaja la electricidad (cont.) o

Tarde

•

o

SEGUNDO DIA

Mañana

o

•

Magnetismo Modulo 1, Introducción a la electricidad Magnetismo (continuación) Laboratorios Modulo 2, Circuitos eléctricos Ley de Ohm Circuitos Básicos Modulo 2, Circuitos eléctricos Circuitos Básicos (continuación) Ejercicios Modulo 2, Circuitos eléctricos Multímetro Digital Laboratorios Modulo 2, Circuitos eléctricos Laboratorios (continuación) Fallas en circuitos Modulo 3, Componentes Básicos Cables Eléctricos Soldadura de cables Conectores o o

Tarde

•

o o

TERCER DIA

Mañana

•

o o

Tarde

•

o o

CUARTO DIA

Mañana

•

o o

Tarde

•

o o o

QUINTO DIA

Mañana

•

Modulo 3,Interruptores Componentes Básicos Fusibles Disyuntores Resistencias Modulo 3, Componentes Básicos Capacitores Inductores (Bobinas) Repaso de objetivos Prueba final Encuesta o o o o

Tarde

•

o o

• • •




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MATERIAL NECESARIO LITERATURA

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Manual del Estudiante SMHS7531 Instrucción Especial: Uso del 6V3000 Sure Seal Kit SEHS9065 Instrucción especial: Uso del CE/VE Connectors Tools SEHS9615 Instrucción especial: Servicio de conectores DT NEHS0601 Manual de Operación de Herramienta: Equipo de soldadura de campo 9U7560

LITERATURA DE REFERENCIA

_ TECD9002 Fundamentos de electricidad _ N/P 834192 Manual del usuario del Multímetro digital Fluke 87 MATERIAL DE ENTRENAMIENTO

_ SEVN3198 Usando el Multímetro digital 9U7330 _ SEVN3197 Mantenimiento básico de cables _ AEVN2974 La inteligencia de las conexiones poderosas (The intelligence of powerful connections) HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

_ _ _ _ _ _ _

9U7330 Multímetro digital o equivalente 7X1710 Multímetro Probe Group 8T0900 Pinza amperimétrica AC/DC, o 9U5795 Probador de Corriente AC/DC Protoboards Cables AWG 14, 16,18 Baterías 9V, Resistencias, potenciómetros, termistores, fotoceldas.

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Fuentes de tensión variable, baterías Switches (interruptores), sensores, solenoides. Alicate de corte Alicate de puntas semiredondas 147-6456 Wedge removal tool 6V3000 Sure-Seal Repair Kit 6V3001 Crimping Tool 6V3008 Insertion Tool 4C3406 Deutsch Connector Kit 9U7246 Deutsch Connector Kit 1U5804 Deutsch Connector Crimp Tool 9U7560 Field Soldering Iron Group (opcional) 8T9170 Electrical Components Group (si esta disponible)



Modulo 1 INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD

DESARROLLO TÉCNICO MAYO, 2004

DMSE0024-2004a E. Roldán / M.Sánchez


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Material del Estudiante Módulo 1

b

MODULO 1: ELECTRICIDAD

INTRODUCCI N

A

LA

El propósito de este módulo es introducir al estudiante en los conceptos y fundamentos de la teoría eléctrica.

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Explicar como trabaja la electricidad. 2. Explicar como trabaja el electromagnetismo.

FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante MODULO 1.doc


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Lección 1.1: COMO TRABAJA LA ELECTRICIDAD

Esta lección le ayudara a familiarizarse con los fundamentos físicos y químicos que conforman la teoría eléctrica. La electricidad es una propiedad básica de la materia. Toda la materia se compone de materiales básicos llamados elementos. El hidrógeno, el oxigeno, el carbón, el cobre y el uranio son ejemplos de elementos. Ciertos materiales son combinaciones de elementos. El agua, por ejemplo, es una combinación de hidrógeno y oxígeno. Otros materiales contienen un solo elemento, por ejemplo el cobre puro. Introducción ¿Qué es la electricidad? Decimos que las linternas, los taladros eléctricos, los motores, etc. son equipos "eléctricos". Sin embargo, a menudo nos referimos a las computadoras, los televisiones, etc. como equipos "electrónicos". ¿Cuál es la diferencia?. Cualquier cosa que trabaja con electricidad es eléctrica, incluyendo linternas y taladros eléctricos, pero no todos los componentes eléctricos son electrónicos. El término electrónico se refiere a los dispositivos semiconductores conocidos como "dispositivos electrónicos". Los dispositivos electrónicos se nombran como tales porque dependen del flujo de los electrones para su operación.



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Hoja 1.1: EL ATOMO Cada uno de los elementos está compuesto de componentes discretos llamados átomos. Cada elemento posee una clase diferente de átomo, es decir, un átomo con una estructura física única. Estas clases distintas de átomos explican los comportamientos diferentes de la materia. El centro de un átomo se llama el NUCLEO y está compuesto principalmente de unas partículas llamadas PROTONES y otras llamadas NEUTRONES. Orbitando alrededor de cada núcleo encontramos pequeñas partículas llamadas ELECTRONES. Estos electrones son mucho más pequeños en masa que el protón o el neutrón. Normalmente, un átomo tiene un número igual de protones en el núcleo y de electrones alrededor del núcleo. El número de protones o de electrones se llama el "número atómico". El "peso atómico" de un elemento es el número total de partículas en el núcleo (protones y neutrones). La figura muestra la estructura de uno de los átomos más simples: el átomo de hidrógeno, que contiene 1 protón en su núcleo balanceado por 1 electrón en su órbita.

La otra figura muestra un átomo de cobre. En el átomo de cobre el núcleo contiene 29 protones (+) y 35 neutrones, en órbita alrededor del núcleo existen 29 electrones (-). El número atómico del átomo de cobre es 29 y el peso atómico es 64.



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Hoja 1.2: Desplazamiento de electrones ¿Qué sucede si conectamos un cable eléctrico entre el borne positivo y negativo de una fuente eléctrica, como una batería?.

Un electrón (-) es forzado fuera de órbita y es atraído al extremo positivo de la batería (+).El átomo ahora está cargado positivamente (+) porque tiene una deficiencia de un electrón (-). Este átomo a su vez atrae un electrón del átomo vecino. El vecino recibe alternadamente un electrón del átomo siguiente y así sucesivamente hasta que el último átomo de cobre recibe un electrón del borne negativo de la batería. El resultado de esta reacción en cadena es el movimiento de electrones a través del conductor desde el extremo negativo al extremo positivo de la batería. El flujo de electrones continúa mientras las cargas positivas y negativas de la batería se mantienen en cada extremo del conductor.

Hoja 1.3: Energía eléctrica Hay dos tipos de fuerzas que trabajan en cada átomo. En circunstancias normales, estas dos fuerzas están en EQUILIBRIO . Los protones y los electrones ejercen fuerzas unos con otros, formando una fuerza gravitacional o centrífuga. Se ha determinado que además de masa, los electrones y los protones llevan una carga eléctrica, estas fuerzas adicionales se atribuyen a la carga eléctrica que llevan. Sin embargo, hay una diferencia en las fuerzas. Entre las masas, la fuerza gravitacional es siempre de "atracción" mientras que las fuerzas eléctricas se "atraen" o "repelen" mutuamente. Los protones y los electrones se atraen uno otro, mientras que los protones ejercen fuerzas de repulsión con otros protones y los electrones se repelen con otros electrones.

Así aparecen dos clases de carga eléctrica: los protones son de carga positiva (+) y los electrones de carga negativa (-). Los neutrones, como su FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante MODULO 1.doc


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nombre lo indica, son de carga neutra. La calidad direccional de la electricidad, basada en el tipo de carga, se llama "polaridad." Esto conduce a la ley orgánica de la electrostática que indica: cargas DIFERENTES se atraen, mientras que cargas IGUALES se rechazan.



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Hoja 1.4: Electrostática La atracción o repulsión de cuerpos eléctricamente cargados es realizada por una fuerza invisible llamada campo electrostático que rodea el cuerpo cargado. La figura 1.1.7 muestra esta fuerza entre las partículas como líneas electrostáticas imaginarias entre la carga negativa y la positiva.

Cuando dos cargas iguales se colocan una cerca de la otra, las líneas de fuerza se rechazan según se ilustra a continuación.

Hoja 1.5: Diferencia de potencial Debido a la fuerza de este campo electrostático, una carga eléctrica tiene la capacidad de mover otra carga por la capacidad de atracción o de repulsión. ATRAER o REPELER se llama "potencial." Cuando el una carga es diferente a otra, existe una diferencia de potencial entre ambas. La suma de la diferencia de potencial de todas las cargas en el campo electrostático es llamada FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM). La unidad básica de la diferencia potencial es el "Voltio" (V). El símbolo para el potencial es V, e indica la cantidad de trabajo que debe efectuarse para mover los electrones. Debido a que se utiliza la unidad Voltio, la diferencia de potencial se llama "voltaje". Existen muchas formas de producir voltaje: mediante la fricción, la energía solar, la química o la inducción electromagnética. La atracción de es los un pedacitos papel a un producido peine que se un paño de lana ejemplodedel voltaje porhala frotado fricción.conUna fotocelda, como la de una calculadora, sería un ejemplo de producir voltaje a partir de la energía solar.



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Hoja 1.6: Definición de Coulomb Existió la necesidad de desarrollar una unidad de medida para la carga eléctrica. Un científico llamado Charles Coulomb investigó la ley de fuerzas entre los cuerpos cargados y adoptó una unidad de medida llamada el "Coulomb." La notación científica se expresa como 1 Coulomb = 6.28 x 10*18 electrones o protones. Indicado en términos más simples, en un conductor de cobre, un amperio esque una corriente eléctrica de conductor 6.28 mil en millones mil millones de electrones pasan en cierto punto del un segundo.

Hoja 1.7: Corriente continua y alterna Se llama corriente al flujo de electrones en los alambres, por lo tanto, la corriente es una medida del número de electrones que fluyen en un circuito. Mientras más electrones pasen por segundo por un punto dado de un circuito, mayor es la corriente. La cantidad de corriente que fluye depende del voltaje y de la resistencia del circuito. En la teoría electrostática discutida anteriormente, se detallaron las fuerzas entre las cargas. Otra teoría que necesita ser explicada es la del "movimiento de cargas" en un conductor. El movimiento de cargas en un conductor se define como corriente eléctrica. Un electrón se verá afectado por un campo electrostático de manera semejante como cualquier cuerpo negativamente cargado. Este será rechazado por una carga negativa y atraído por una carga positiva. La dirección o movimiento de los electrones constituye la corriente eléctrica. La corriente eléctrica se mide en Amperios, cuyo símbolo según el SI es “A”. Un Amperio es el flujo de 1 Coulomb de carga por segundo. Hay dos maneras de describir como una corriente eléctrica atraviesa un conductor. Si nos referimos al sentido en que los electrones fluyen en un conductor, estamos hablando acerca del flujo de corriente electrónica. Según la teoría atómica la corriente electrónica fluye desde la región con más carga negativa hacia la región con más carga positiva del circuito externo a la fuente. En cambio la corriente convencional fluye desde el terminal positivo de la fuente a través del circuito externo y regresa al terminal negativo de la fuente. La corriente convencional es utilizada por Caterpillar para el análisis de todos sus circuitos eléctricos.



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Adicionalmente la corriente es clasificada también por el tipo de fuente que la genera de dos formas: - Corriente Alterna - Corriente Continua La corriente alterna (CA o AC) es un flujo de electrones que comienza en cero y se incrementa al máximo en un sentido, entonces disminuye hasta cero, invierte su sentido y llega al máximo en el sentido opuesto. Esta alternancia se repite a intervalos rápidos y regulares. Este es el tipo de corriente que llega a las casas para su uso en aparatos electrodomésticos.

La corriente continua (CC o DC) es un flujo ininterrumpido de electrones en un sentido. La energía de una linterna es un ejemplo de corriente continua. Los sistemas eléctricos Caterpillar utilizan circuitos de corriente continua.

Hoja 1.8: Resistencia Georg Simon Ohm descubrió que para fijo, la ycantidad de corriente que atraviesa un material depende del un tipovoltaje de material de las dimensiones físicas del material. Es decir todos los materiales presentan una cierta oposición al flujo de electrones. Esta oposición se llama "resistencia". Si la oposición es pequeña, el material es llamado conductor. Si la oposición es grande, se dice que es un aislador. El Ohmio es la unidad de la resistencia eléctrica y el símbolo que representa un Ohmio es la letra griega omega ( Ω). Se dice que un material tiene la resistencia de un Ohmio si un potencial de un Voltio da lugar a una corriente de un Amperio. Es importante recordar que la resistencia eléctrica esta presente en cualquier circuito eléctrico, incluyendo componentes, cables y conexiones. Los circuitos eléctricos y las leyes referentes a estos serán discutidos más adelante en esta unidad. Como la resistencia trabaja para oponerse al flujo de corriente, ésta cambia la energía eléctrica en otras formas de conductor energía, como por ejemplo: calor, luz o movimiento. La resistencia de un es determinada por cuatro factores: 1. Estructura atómica (cuántos electrones libres): Cuanto más FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante MODULO 1.doc


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electrones libres tenga un material, ofrecerá menos resistencia al flujo de corriente.

2. Longitud: Cuanto más largo sea el conductor, más alta es la resistencia. Si la longitud del alambre se duplica, entonces la resistencia entre sus extremos también se incrementa.

3. Ancho (área de la sección transversal): Cuanto más grande es el área de la sección transversal de un conductor, más baja es la resistencia (una tubería de diámetro más grande permite que fluya más agua). Si el área de la sección transversal se reduce a la mitad, la resistencia para una longitud dada aumenta cuatro veces. 4. Temperatura: Para la mayoría de los materiales, cuanto más alta es la temperatura, más alta es la resistencia. La curva de la figura anterior muestra el incremento de la resistencia conforme se eleva la temperatura. Sin embargo, algunos materiales se comportan de manera inversa, es decir que la resistencia disminuye conforme la temperatura aumenta.

Hoja 1.9: Circuitos eléctricos (Leyes y circuitos eléctricos) Un circuito eléctrico es la vía o grupo de vías interconectadas, capaz de llevar la corriente eléctrica. Es una trayectoria cerrada que contiene una fuente o fuentes de voltaje. Hay dos tipos básicos de circuitos eléctricos: circuito serie y circuito paralelo. Ambos circuitos básicos se pueden combinar para formar circuitos más complejos, pero estas combinaciones se pueden simplificar y analizar como los dos tipos básicos. Es importante entender las leyes necesarias para analizar y diagnosticar estos circuitos eléctricos. Estas leyes son: leyes de Kirchoff y ley de Ohm. FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante MODULO 1.doc


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Gustav Kirchoff desarrolló dos leyes para analizar los circuitos. Estas son:

Ley de corriente de Kirchoff (KCL) Indica que la suma algebraica de las corrientes en cualquier nudo (junta) de un circuito eléctrico es igual a cero. Explicado de una manera simple, toda la corriente que ingresa por un nudo es igual a toda la corriente que sale del nudo. Ninguno se pierde.

A lo largo de una malla, la suma de fuerzas electromotrices es igual a la suma de las diferencias de potencial producidas en las resistencias. Otra manera de expresar esto es: la suma algebraica de las tensiones a lo largo de una malla es cero. Obsérvese que esta ley no es sino la ley de Ohm generalizada.

Ley de voltaje de Kirchoff (KVL) Indica que la suma algebraica de las fuerzas electromotrices y de las caídas de voltaje contenidas en cualquier circuito eléctrico cerrado es cero. Mejor dicho, si comenzáramos en un punto particular en un circuito cerrado y circundáramos este circuito sumando las diferencias individuales en potencial hasta que todos fueran considerados y el punto de partida fuera alcanzado, no habría voltaje adicional y no se dejaría ninguno sin contar.

En un nudo, la suma de las corrientes que entran es igual a las de que salen. Es decir, la suma algebraica de corrientes en un nudo es nula.

Ley de Ohm Georg Simon Ohm descubrió una de las leyes más importantes de la electricidad. Esta describe la relación entre tres parámetros eléctricos: voltaje, corriente y resistencia. La ley de Ohm se describe como: La intensidad de corriente en un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. La relación se puede resumir en una ecuación matemática: Intensidad de corriente = Voltaje / Resistencia FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante MODULO 1.doc


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Indicado en unidades eléctricas: Amperios = Voltios / Ohmios Cuando se usan ecuaciones matemáticas para expresar relaciones eléctricas, éstas se representan por letras. La resistencia es representada por la letra R. El voltaje o diferencia de potencial es representado por la letra V o E (fuerza electromotriz). La intensidad de corriente es representada por la letra I. Se usarán estas leyes para calcular los circuitos que serán discutidos más adelante en este curso.



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Hoja 1.10: Conductores eléctricos Conductores En aplicaciones eléctricas, los electrones viajan a lo largo de una trayectoria llamada conductor. Se mueven viajando de átomo a átomo. Algunos materiales hacen más fácil el viaje de los electrones y se llaman "buenos conductores", por ejemplo: plata, cobre, oro, cromo, aluminio y tungsteno. Un material se dice que es buen conductor si tiene muchos electrones libres. El voltaje eléctrico pone a los electrones en movimiento a través de un material, dependiendo de cómo éste libere sus electrones. Aunque la plata es el mejor conductor, es también más costosa que el cobre. El oro es también un buen conductor, pero no tan bueno como el cobre. La ventaja del oro es su alta resistencia a la corrosión comparada con la del cobre. El aluminio no es tan buen conductor como el cobre, pero es menos costoso y más ligero. La conductividad de un material determina cuan buen conductor es el material. La tabla muestra algunos de los conductores más comunes y su conductividad relativa al cobre.

Tabla de Conductividad de los m ateriales Conductor Plata Cobre Oro Aluminio Zinc Bronce Acero Estaño

Conductividad (con relación al cobre) 1.064 1.000 0.707 0.659 0.288 0.243 0.178 0.018

Otros materiales hacen difícil el viaje de los electrones y se llaman "aisladores". Un buen aislador mantiene los electrones limitados firmemente en su órbita, por ejemplo: el caucho, la madera, los plásticos y la cerámica. Es importante saber que la corriente eléctrica puede atravesar cualquier tipo de material, incluso los mejores aisladores pueden fallar y permitir el flujo de corriente si el voltaje aplicado a él excede sus especificaciones. La tabla siguiente muestra algunos de los aisladores más comunes:

Aislantes conocidos Caucho Mica Cera o Parafina

Plásticos Vidrio Fibra de vidrio

Porcelana Bakelita

Madera seca Aire

Hay otro tópico que debe ser considerado al discutir aisladores. La suciedad y la humedad pueden servir para conducir electricidad alrededor de un aislador. FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante MODULO 1.doc


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Si un aislador está sucio o hay presencia de humedad, podría srcinarse un problema. El aislador en sí mismo no fallará, pero la suciedad o la humedad puede proporcionar una trayectoria para el flujo de los electrones, por lo tanto, es muy importante mantener los aisladores y los contactos limpios.

Cables Un cable en un circuito eléctrico se compone de un conductor y de un aislador. El conductor está fabricado típicamente de cobre y el aislador (cubierta externa) se hace de plástico o de caucho. Los conductores pueden ser de cable sólido o trenzado. En la mayoría de aplicaciones de movimientos de tierras el cable es de cobre trenzado con un aislamiento plástico que cubre el conductor. Existen muchos tamaños de cable. El cable más pequeño se identifica con el número más alto. El sistema de numeración se conoce como la norma americana de cableado (AWG). La tabla siguiente muestra el estándar AWG: AWG 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Diámetro (mpulg) 102.9 80.8 64.1 50.8 40.3 32.0 25.4 10.0 3.10

Ohms por 1000 pie 0.9989 1.588 2.525 4.016 6.385 10.15 16.14 103.20 1049.0

La resistencia también puede verse afectada por otras condiciones, como por ejemplo la corrosión, lo cual debe ser considerado al realizar mediciones.



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Lección 1.2: MAGNETISMO

Esta lección le ayudará a familiarizarse con los fenómenos físicos que intervienen en la formación del magnetismo y como éste proporciona un nexo entre la energía mecánica y la potencia eléctrica. Introducción El magnetismo es otra forma de fuerza que srcina flujo o corriente de electrones. Una comprensión básica del magnetismo es también necesaria para estudiar la electricidad. El magnetismo proporciona un nexo entre la energía mecánica y la electricidad. Mediante el uso del magnetismo, un alternador convierte algo de la energía mecánica desarrollada por un motor en fuerza electromotriz (FEM). De manera inversa, el magnetismo permite que un arrancador convierta energía eléctrica de una batería en energía mecánica para poner en marcha el motor.



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Hoja 1.11: Naturaleza del magnetismo La mayoría de los equipos eléctricos dependen directa o indirectamente del magnetismo. Aunque hay algunos dispositivos eléctricos que no utilizan magnetismo, la mayoría de nuestros sistemas tal como los conocemos hoy sí lo utilizan.

Hoja 1.12: Tipos de magnetos Existen tres tipos básicos de magnetos (imanes): - Los Imanes Naturales - Los Imanes Artificiales - Los Electroimanes

Imanes Naturales Los chinos descubrieron los imanes cerca del año 2637 A.C. Los imanes usados en primitivas brújulas fueron llamados "piedras de veta". Estas eran piedras de mineral de hierro conocidos como magnetita. Puesto que la magnetita tiene características magnéticas en su estado natural, se clasificaron como imanes "naturales".

Imanes Artificiales Los imanes artificiales son producidos típicamente en forma de barras de metal que han sido expuestas a fuertes campos magnéticos. Todos son manufacturados y se clasifican como imanes "artificiales".

Electroimanes Un científico danés llamado Oersted descubrió la relación entre el magnetismo y la corriente eléctrica. Él descubrió que una corriente eléctrica que atravesaba un conductor producía un campo magnético alrededor del mismo.

Hoja 1.13: Campos magnéticos Cada imán tiene dos puntos opuestos uno del otro, los cuales atraen fácilmente limaduras de hierro. Estos puntos se llaman “polos" del imán: el polo norte y el polo sur. De igual forma que las cargas eléctricas, los polos igual se rechazan y polos opuestos se atraen. FERREYROS S.A.A.Desarrollo TécnicoE. Roldán / M. Sánchez – May04Electricidad I Material del Estudiante MODULO 1.doc


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Un imán atrae fácilmente limaduras de hierro debido a una cierta fuerza que existe alrededor del imán. Esta fuerza es llamada "Campo Magnético". Aunque es invisible al ojo humano, su fuerza puede ser demostrada esparciendo pequeñas limaduras de hierro en una hoja de cristal o papel sobre una barra magnetizada. En la figura siguiente un pedazo de cristal se coloca sobre un imán y la limadura del hierro se dispersa sobre el cristal. Cuando la cubierta de cristal se golpea suavemente las limaduras se moverán en un patrón definido que demuestra la fuerza del campo alrededor del imán.

El campo magnético está compuesto por líneas de fuerza que parecen dejar el imán desde el polo norte, viajando a través del aire alrededor del imán y continúan a través del imán hacia el polo sur formando un lazo cerrado de fuerza. Más fuerte es el imán con mayores líneas de fuerza y donde la mayor cantidad de área es cubierta por el campo magnético.

Hoja 1.14: Líneas de fuerza Para visualizar mejor el campo magnético sin las limaduras de hierro, el campo se muestra como líneas de fuerza en la figura siguiente. La dirección de las líneas exteriores del imán salen del polo norte, rechazándose entre si en el polo norte del imán y atraídas en dirección al polo sur. Dentro del imán, que es el generador para el campo magnético, las líneas van de polo sur al polo norte.



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Hoja 1.15: Flujo magnético El grupo entero de las líneas del campo magnético, las que son consideradas que fluyen desde polo norte de un imán, son llamadas flujo magnético. La densidad del flujo es el número de líneas del campo magnético por unidad de una sección perpendicular al sentido del flujo. La unidad es el número de líneas por pulgada cuadrada en el sistema inglés, o el número de líneas por centímetro cuadrado en el sistema métrico. Una línea por centímetro cuadrado se llama un Gauss.

Hoja 1.16: Fuerza Magnética Las líneas magnéticas de fuerza pasan a través de todos los materiales; no hay aislador conocido contra el magnetismo. Sin embargo, las líneas de flujo magnético pasan más fácilmente a través de materiales que pueden ser magnetizados que con los que no se pueden. Los materiales por los que no pasan fácilmente las líneas de tiene flujo magnético se dicemientras que tienen "alta reluctancia magnética". El aire alta reluctancia, que una el hierro tiene una baja reluctancia. Una corriente eléctrica que atraviesa un cable crea líneas magnéticas de fuerza alrededor del alambre. La figura muestra las líneas de pequeños círculos magnéticos que se forman alrededor del cable.

Al ser las líneas de flujo magnético circulares, el campo magnético no tiene ningún polo norte o sur. Sin embargo, si el alambre se enrolla en una bobina, los campos circulares individuales se combinan. El resultado es un campo magnético unificado con los polos norte y sur según se muestra en la figura.



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Mientras la corriente atraviesa el cable, se comporta justo como un imán de barra. Se mantendrá el campo electromagnético mientras la corriente atraviesa el cable. Sin embargo, el campo producido en un cable recto no tiene suficiente magnetismo para realizar el trabajo. Para consolidar el campo electromagnético, el cable se puede colocar dentro de una bobina. La fuerza magnética de un electroimán es proporcional al número de vueltas del cable en la bobina y de la corriente que atraviesa el cable. Siempre que la corriente eléctrica atraviese la bobina, un campo magnético o líneas de fuerza, se acumularán alrededor de la misma. Si las bobinas se forman alrededor de una base de metal, como el hierro, la fuerza magnética aumenta considerablemente.

Hoja 1.17: Relés y solenoides



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Algunos tipos de electroimanes usados en las máquinas Caterpillar son los relés y solenoides. Ambos operan bajo el principio electromagnético, pero funcionan de diferente forma. Los relés se utilizan como interruptores controlados eléctricamente. Un relé se compone de una bobina electromagnética, un sistema de contactos y de una armadura. La armadura es un dispositivo móvil que permite que los contactos se abran y cierren. La figura muestra los componentes típicos de un relé.

Cuando una pequeña de corriente eléctrica fluye por la bobina, la fuerza electromagnética hace que los contactos del relé cierren un circuito de mayor capacidad de flujo de corriente para hacer funcionar otro componente, por ejemplo, un arrancador. Un solenoide es otro dispositivo que utiliza el electromagnetismo. Como un relé, el solenoide también tiene una bobina. La figura muestra un solenoide típico. Cuando la corriente atraviesa la bobina, el electromagnetismo empuja o jala el núcleo dentro de la bobina de forma lineal (movimientos hacia adelante y hacia atrás). Los solenoides se utilizan para encrochar los motores de arranque, o controlar las cambios en una transmisión automática.



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Hoja 1.18: Inducción electromagnética

El efecto de crear un campo magnético con la corriente tiene una condición opuesta. Es posible crear también corriente con un campo magnético, induciendo un voltaje en el conductor. Este proceso se conoce como "inducción electromagnética". Esto sucede cuando las líneas de flujo de un campo magnético cruzan a través de un cable (o cualquier conductor). No importa si el campo magnético o el alambre se mueven. Cuando hay movimiento relativo entre el alambre y el campo magnético, un voltaje se induce en el conductor. El voltaje inducido causa un flujo de corriente. Cuando el movimiento para, la corriente para. Si un cablease pasade a través de un magnéticos campo magnético, tal como un cable que se mueve través los campos de un imán de herradura, se induce voltaje. Si el cable se enrolla en una bobina, el voltaje inducido aumenta. Este método es el principio de funcionamiento usado en los sensores de velocidad, generadores y alternadores. En algunos casos el cable es fijo y el imán móvil. En otros casos, el imán fijo y los devanados inductores móviles. Un movimiento en dirección opuesta srcina un cambio en la dirección del flujo. Por lo tanto, el movimiento hacia adelante y hacia atrás produce corriente alterna. En aplicaciones prácticas, conductores múltiples se enrollan en una bobina. Esto concentra los efectos de la inducción electromagnética y permite generar corriente eléctrica útil con un dispositivo relativamente compacto. En un generador, la bobina se mueve y el campo magnético es fijo. En un alternador, el imán rota dentro de una bobina fija. La fuerza del voltaje inducido depende de varios factores: • • •

La fuerza del campo magnético. El velocidad del movimiento relativo entre el campo y la bobina. El numero de conductores de la bobina.



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Hoja 1.19: Mecanismos de inducción Existen tres formas por las cuales se puede inducir voltaje mediante la inducción magnética: • • •

Voltaje generado Autoinducción Inducción mutua

Voltaje Generado Un generador simple de C.C. se utiliza para demostrar que un conductor móvil pasa un campo magnético inmóvil para producir voltaje y corriente. Un solo lazo (espira) del alambre está rotando entre los polos norte y sur de un campo magnético.

Autoinducción La autoinducción ocurre cuando la corriente que atraviesa por un cable (conductor) cambia de sentido de flujo. Puesto que la corriente que atraviesa el conductor crea un campo magnético alrededor del cable que se genera y se destruye con los cambios de corriente, un voltaje de igual magnitud se induce en el conductor. La figura muestra la autoinducción en una bobina.



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Inducción Mutua La inducción mutua ocurre cuando la corriente que cambia en una bobina induce un voltaje en una bobina adyacente. Un transformador es un ejemplo de la inducción mutua. La figura muestra dos bobinas que están relativamente cerca una de otra. Cuando la corriente alterna atraviesa la bobina L1, se srcina un campo magnético que corta transversalmente la bobina L2, en ésta bobina L2 se induce voltaje y se produce flujo de corriente.


Módulo 2 CIRCUITOS ELECTRICOS


DMSE0024-2004a E. Roldán / M. Sánchez


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MODULO 2: CIRCUITOS ELECTRICOS El propósito de este módulo es introducir al estudiante en los conceptos y fundamentos de la teoría eléctrica.

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en la capacidad de: 1. Explicar la relación entre voltaje, corriente, resistencia y energía eléctrica usando la ley de Ohm. 2. Calcular valores y solucionar problemas en circuitos en serie, paralelo y serie-paralelo. 3. Graficar y explicar circuitos equivalentes para los circuitos de C.C. 4. Realizar mediciones eléctricas utilizando el multímetro digital. 5. Solucionar averías eléctricas básicas en circuitos eléctricos.


Desarrollo Técnico Electricidad I Material del Estudiante - MODULO 2.doc


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Lección 2.1: LEY DE OHM

Esta lección le mostrará la relación entre los diferentes parámetros eléctricos, los tipos de circuitos eléctricos y las leyes que los rigen. Asimismo lo iniciará en el uso correcto de las herramientas de diagnóstico y su importancia en la solución de fallas en circuitos eléctricos básicos. Introducción

En 1827 un razonamiento matemático para la electricidad (ley de Ohm) fue establecido por George Simon Ohm. La ley de Ohm es la ley fundamental de la electricidad y relaciona los parámetros de voltaje, de corriente y de resistencia en un circuito. La lección 1 proporciona una revisión de la ley de Ohm y permite que usted calcule el voltaje, corriente y los valores de la resistencia en un circuito. La lección 1 también introduce el sistema métrico de medidas.




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Hoja 2.1: Elementos de un circuito básico de corriente directa Un circuito es un camino (o carretera) para la corriente eléctrica. La corriente fluye a partir de un extremo de un circuito al otro extremo, cuando éstos conectan las cargas opuestas (positivo y negativo). Llamamos generalmente a estos extremos "energía" y "tierra." La corriente fluye solamente en un circuito cerrado. Si hay una abertura en alguna parte en el circuito, la corriente no puede fluir. Cada circuito eléctrico debe contener los siguientes componentes: -

La fuente de energía. El dispositivo de protección (fusible o interruptor). Una carga, como por ejemplo dispositivo de control de luz.

Estos dispositivos estarán conectados entre ellos por intermedio de conductores para formar un circuito eléctrico completo.

Hoja 2.2: Reglas generales de la ley de Ohm La ley de Ohm establece que la corriente en un circuito es directamente proporcional al voltaje del que circuito e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Esto significa la cantidad de corriente en un circuito depende de cuánto voltaje y cuánta resistencia exista en el circuito. La mayoría de los circuitos eléctricos Caterpillar en equipo móvil trabajan con fuente de energía de 12 ó 24 Voltios, la cantidad de corriente estará determinada por el valor de voltaje o resistencia presentes en el circuito. Recuerde, la corriente hace el trabajo. El voltaje es solamente la fuerza que mueve la corriente y la resistencia es oposición al flujo de corriente. Las reglas necesarias para entender, predecir y calcular el comportamiento de los circuitos eléctricos están agrupadas bajo la "Ley de Ohm". De la ecuación de la ley de Ohm usted puede derivar las siguientes reglas generales: 1. Asumiendo una resistencia fija o constante: a. Cuando el voltaje aumenta, la corriente aumenta. b. Cuando el voltaje disminuye, la corriente disminuye. 2. Asumiendo un voltaje fijo o constante: a. Cuando la resistencia aumenta, la corriente disminuye. b. Cuando la resistencia disminuye, la corriente aumenta.




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Hoja 2.3: Ecuación de la ley de Ohm La ley de Ohm puede ser expresada como una ecuación algebraica: E=IxR Donde: "E" representa la fuerza electromotriz (en Voltios) "I" representa la intensidad de corriente eléctrica (en Amperios) "R" representa la resistencia eléctrica (en Ohmios) Si ustedelconoce valores de dos parámetros de la ecuación, usted podrá calcular tercero.losPor ejemplo: -

Para determinar el voltaje, multiplique la corriente con la resistencia. Para determinar la corriente, divida el voltaje entre la resistencia. Para determinar la resistencia, divida el voltaje entre la corriente.

Circulo Práctico de la ley de Ohm

El circulo práctico de la ley de Ohm es una manera fácil de recordar cómo solucionar cualquier parte de la ecuación. Para utilizar el círculo, cubra cualquier letra que usted no sepa. Las letras restantes le mostrarán la ecuación para determinar la cantidad desconocida.

Voltaje Desconocido

En este circuito se desconoce el valor de la fuente de voltaje. La resistencia de carga es de 2 Ohmios. La corriente del circuito es de 6 Amperios. Como el voltaje es desconocido, cubrimos la letra en el círculo y la ecuación resultante es corriente por resistencia (I x R). Entonces, multiplicando 6 Amperios por 2 Ohmios obtenemos 12 Voltios. Por lo tanto el voltaje de la fuente de energía del circuito es 12 Voltios.




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Resistencia Desconocida

En este circuito se desconoce el valor de la resistencia. La corriente que atraviesa el circuito es de 6 Amperios y la fuente de voltaje es de 12 Voltios. Como la resistencia es desconocida, cubrimos la letra en el círculo y la ecuación resultante es voltaje dividido entre la corriente. Entonces, dividiendo 12 Voltios entre 6 Amperios obtenemos 2 Ohmios. Por lo tanto, la resistencia en el circuito es de 2 Ohmios.

Corriente Desconocida

En este circuito se desconoce el valor de la corriente que pasa por él. La resistencia de carga es de 2 Ohmios y el voltaje de la fuente de energía es de 12 Voltios. Como la corriente es desconocida, cubrimos la letra en el círculo y la ecuación resultante es voltaje dividido entre la resistencia. Entonces dividiendo 12 Voltios entre 2 Ohmios se obtiene 6 Amperios. Por lo tanto, la corriente que fluye a través del circuito es de 6 Amperios.




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Hoja 2.4: Sistema métrico de medición Cuando midamos algo, encontraremos un número que exprese un valor o cantidad de lo que estamos midiendo. Se utilizan números para expresar el resultado de simples cálculos. Adicionalmente a los números tenemos unidades que describen o expresan el significado de los números. En nuestro caso, estas unidades de medida son conocidas como Sistema Métrico de Medición. Al en usted el sistema métrico hay solamente algunasusted unidades básicaso contrabajar las cuales necesita familiarizarse. Básicamente, multiplique divida la unidad básica por factores de 10 si necesita una unidad de medida más grande o más pequeña. Estos factores de 10 o múltiplos de 10, tienen nombres especiales en el sistema métrico. Se utilizan los nombres como prefijos y ellos se unen al inicio de los nombres de las unidades básicas. El siguiente es un ejemplo de un prefijo métrico: 1 500 Voltios pueden ser expresados como 1.5 kV. La ecuación sería expresada a la potencia de 10 como 1.5 x 10^3 o 1.5 x 1000 = 1500. El prefijo “k” es igual a 1 000, así que la expresión para 1 500 voltios por lo tanto se indica como 1.5 kV. En aplicaciones eléctricas y electrónicas trabajaremos con valores grandes y pequeños, haciendo uso de los prefijos cuando sea necesario. El sistema métrico de unidades es el sistema de medición reconocido internacionalmente y el mas usado alrededor del mundo. Este es llamado Sistema Internacional de Unidades (SI). Los prefijos más comunes en el estudio de la electricidad son: Mega (millones), kilo (millares), mili (milésimos) y micro (millonésimos). La siguiente tabla enumera algunos de los prefijos más comunes, sus abreviaturas estándar y la potencia de 10 correspondiente: Prefijo

Símbolo

Mega kilo mili micro

M k m µ

Potencia de 10

106 103 10-3 10-6

Todo el sistema métrico no será cubierto en este curso, sólo aquellos prefijos métricos más comúnmente usados en la medición de las propiedades eléctricas y electrónicas. Unidades Base

Unidades base son unidades estándar; unidades sin prefijo. Voltios, Ohmios y Amperios son las unidades base primarias usadas en electricidad. Los prefijos se agregan a las unidades base para cambiar la unidad de medida. Mega

Mega significa un millón y se abrevia con una “M” mayúscula. Un Megohmio es igual a un millón de Ohmios. Para convertir cualquier valor de Megohmios a Ohmios, mueva el punto decimal seis espacios hacia la derecha. Por ejemplo: 3.5 Megohmios pueden ser convertidos a 3’500 000 Ohmios. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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kilo

kilo significa mil y se abrevia con una “k” minúscula. Un kilohmio es igual a 1000 Ohmios. Para convertir cualquier valor de kilohmios a Ohmios, mueva el punto decimal tres espacios hacia la derecha. Por ejemplo: 657 kilohmios pueden ser convertidos a 657 000 Ohmios. mili

mili significa un milésimo y se abrevia con una “m” minúscula. Un miliamperio es un milésimo de Amperio. Para convertir cualquier valor de miliamperios a Amperios, mueva el punto decimal tres espacios hacia la izquierda. Por ejemplo: 355 miliamperios pueden convertirse a 0.355 Amperios. micro

micro es un millonésimo y se abreviado con el símbolo “ µ”. Un microamperio es igual a un millonésimo de Amperio. Para convertir cualquier valor de miliamperios a Amperios, mueva el punto decimal seis espacios hacia la izquierda. Por ejemplo: 355 microamperios se convertirán en 0.000355 Amperios.

Hoja 2.5: Ley de Watt La unidad de medida para la energía es el Watio. La energía es el producto de la corriente multiplicado por el voltaje. Un Watio es igual a un Amperio por un Voltio. En un circuito, si la corriente o el voltaje aumentan, la energía aumenta. Si la corriente o el voltaje disminuyen, la energía disminuye. La relación entre energía, corriente y voltaje es determinada por la fórmula de la energía. La ecuación básica para el fórmula de la energía es: P

= I×E

Expresado en unidades eléctricas: Watios = Amperios x Voltios Usted puede multiplicar la corriente y el voltaje en cualquier circuito y descubrir cuánta energía es consumida por el mismo. Por ejemplo, un secador de pelo típico puede consumir casi 10 Amperios de corriente. El voltaje en su hogar es de 220 Voltios. Multiplique 10 por 220 y el resultado dará que la energía producida por el secador de pelo sería de aproximadamente 2 200 Watios. El uso más común de la clasificación en Watios es probablemente la bombilla o foco eléctrico. Las bombillas son clasificadas por la cantidad de Watios que consumen. Los ejemplos comunes de artículos identificados por la potencia en Watios son los altavoces de audio, algunos motores y la mayoría de los electrodomésticos.




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Hoja 2.6: Potencia eléctrica La potencia es una medida del rango de energía producida o consumida. En un motor, el número de caballos de fuerza de salida es una medida de su capacidad para hacer el trabajo mecánico. En electrónica, la potencia es una medida del rango en el cual la energía eléctrica es convertida en calor por la resistencia dentro de un conductor. En un circuito eléctrico, la resistencia es la que utiliza corriente eléctrica. Recuerde, sin embargo, que muchas clases de dispositivos pueden tener resistencia. Dentro de los dispositivos que ofrecen resistencia eléctrica se incluyen los conductores, los aisladores, las resistencias, las bobinas y los motores. Muchos dispositivos eléctricos son clasificados por cuánta corriente eléctrica consumen, en vez de por cuánta energía producen. El consumo de energía se expresa en W atios. 746 Watios = 1 Caballo de fuerza (HP)

Hoja 2.7: Rangos de resistencias por potencia Las resistencias se clasifican por cuanta resistencia eléctrica producen y por cuanta energía pueden manejar. Los rangos más comunes de potencia para las resistencia de carbono son de 1/4, 1/2, 1 y 2 Watios. Una resistencia convierte la energía eléctrica en calor. Mientras que la resistencia funcione, siempre generará una cierta cantidad de calor. Si una resistencia es forzada para manejar más energía que la de diseño, generará excesivo calor. Cuando se sobrecarga demasiado, puede fallar prematuramente.




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Lección 2.2: CIRCUITOS BASICOS

Introducción

Esta lección cubre la teoría básica de la corriente directa repasando los tres tipos básicos tipos de circuitos eléctricos y de las leyes que se aplican a cada uno: - Circuito en Serie - Circuito en Paralelo - Circuito Serie-Paralelo Objetivos

Al término de esta lección, el estudiante será capaz de: - Brindar ejemplos de circuitos serie, paralelo y el circuito serie-paralelo - Explicar las leyes básicas de los circuitos de C.C. - Calcular la corriente, la resistencia y las caídas de voltaje de un circuito. - Graficar y explicar los circuitos equivalentes y sus usos.




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Hoja 2.8: Circuito en serie

Un circuito en serie es el tipo más simple de circuito. En un circuito en serie, cada dispositivo eléctrico está conectado con otros dispositivos eléctricos de forma tal que haya solamente una trayectoria para el flujo de corriente. En el circuito mostrado aquí, la corriente fluye de la batería (+) a través de un fusible (dispositivo de protección) y de un interruptor (dispositivo de control) hacia la lámpara (carga) y luego retorna a tierra por el bastidor. Todos los dispositivos y componentes del circuito están conectados en serie. Las siguientes reglas se aplican a todos los circuitos en serie: • • •

En un circuito en serie, la corriente que atraviesa el circuito es la misma en cualquier punto del mismo. En un circuito en serie, la resistencia total (o equivalente) del circuito es la suma de todas las resistencias individuales del mismo. En un circuito en serie, la suma de todas las caídas individuales de voltaje es igual al voltaje suministrado por la fuente de voltaje.

Una forma simple de expresar estas reglas es: • • •

El voltaje es la SUMA de todas las caídas de voltaje. La corriente es IGUAL en cualquier punto dado en el circuito. La resistencia es la SUMA de todas las resistencias individuales.

Aplicando las reglas

El circuito se compone de varios dispositivos y componentes, incluyendo fuentes de energía de 24 Voltios. Puesto que dos de los valores del circuito son conocidos, encontrar el tercer valor es simple, aplicando las leyes básicas de los circuitos en serie. El primer paso para solucionar en circuito anterior es determinar la resistencia total del circuito. La siguiente ecuación es utilizada para determinar la resistencia total: Rt

= R1 + R 2 + R3...., o

Rt

= 3 + 3 + 6, o Rt = 12 Ω

Dado que el valor de la fuente de energía es de 24 Voltios y la resistencia total del circuito se ha calculado en 12 Ohmios, el único valor restante para calcular es la corriente. La corriente total del circuito es calculada usando el círculo practico de la ley del Ohm y escribiendo la siguiente ecuación: FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



I

=

E R

, o I = 24

40

12


, o I = 2 A.

El siguiente paso es "aplicar" el valor de corriente en cada una de las cargas del circuito. Una de las reglas de los circuitos en serie indica que la corriente era IGUAL en cualquier punto del mismo. Usando la ecuación E = IxR para cada resistencia se determinará la caída de voltaje a través de cada carga. Para el circuito antes mencionado las caídas de voltaje son: E1 = 2A x 3 Ω = 6V E2 = 2A x 3 Ω = 6V E3 = 2A x 6 Ω = 12V Todos los valores del circuito ahora se han calculado. Con el círculo práctico de la ley Ohm, verifique cada respuesta.

Hoja 2.9: Circuito en paralelo

Un circuito en paralelo es más complejo que un circuito en serie porque hay más de una trayectoria para el flujo de la corriente. Cada trayectoria de corriente se llama “rama”. Como todas las ramas se conectan con el mismo terminal positivo y negativo, todas tendrán el mismo voltaje; cada rama tendrá una caída de voltaje igual al voltaje suministrado, sin importar el valor de la resistencia dentro de la rama. El flujo de corriente en cada rama puede ser diferente, dependiendo de la resistencia. La corriente total del circuito es igual a la suma de las corrientes de cada rama. La resistencia total es siempre menor que la resistencia más pequeña de cualquier rama.

En el circuito mostrado, la corriente fluye de la batería a través de un fusible y de un interruptor, después se divide en dos ramas, cada una contiene una lámpara (carga). Cada rama está conectada con la tierra del bastidor. Las siguientes reglas se aplican a todos los circuitos en paralelo: • • •


En un circuito en paralelo, el voltaje es el mismo a través de todas las ramas (mallas). En un circuito en paralelo, la corriente total (o equivalente) del circuito es la suma de todas las corrientes de cada rama individual. En un circuito en paralelo, la resistencia efectiva total (o equivalente) es siempre menor que la menor resistencia de una rama. Desarrollo Técnico Electricidad I Material del Estudiante - MODULO 2.doc


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Una forma simple de expresar estas reglas es: • • •

El voltaje es IGUAL para todas las ramas. La corriente es la SUMA de las corrientes individuales de las ramas. La resistencia equivalente es MÁS PEQUEÑA que la resistencia más pequeña de cualquier rama individual.

Aplicando las reglas

El circuito se compone de varios dispositivos y componentes, incluyendo fuentes de energía de 24 Voltios. La resistencia de cada lámpara es conocida, así como el valor del voltaje de la fuente. Antes de aplicar las leyes básicas de los circuitos en paralelo será necesario determinar una resistencia equivalente para sustituir las dos ramas en paralelo de 4 Ohmios. El primer paso es desarrollar un circuito equivalente aplicando las reglas básicas para determinar la resistencia total de las dos ramas en paralelo. Recuerde, la resistencia total de las ramas combinadas será menor que la resistencia más pequeña de una rama individual. El circuito de arriba tiene dos ramas en paralelo, cada una con 4 Ohmios por lámpara, por lo tanto, la resistencia total será menor a 4 Ohmios. La siguiente ecuación es utilizada para determinar la resistencia total: 1 Rt

=

o Rt =

1 R1

+

1 0.50

1 R2

,o

=> Rt

1 Rt

=

1 4

+

1 4

, o

1 Rt

= . 25 + 0 . 25 = 0 . 50 ,

= 2Ω

Según lo indicado anteriormente, una de las reglas para los circuitos en paralelo indica que el voltaje es IGUAL en todas las ramas. Como se aplicó 24 Voltios a cada rama, el flujo individual de corriente puede ser calculado usando la ley de Ohm. Usando la ecuación I = E en cada rama la R

corriente resultante en cada una de ellas es de 6 Amperios. En este caso particular, el flujo de corriente en cada rama será igual porque los valores de la resistencia son iguales.




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Hallando el flujo de corriente en un circuito en paralelo

El circuito mostrado en la figura es un circuito típico de C.C. con tres ramas en paralelo. El circuito también contiene un amperímetro conectado en serie con las ramas (todo el flujo de corriente en el circuito debe pasar a través del amperímetro). Aplicando las reglas básicas para los circuitos en paralelo la solución de este problema es muy simple. Se da el voltaje de la fuente (24 Voltios) y se da la resistencia de cada rama (R1 = 4; R2 = 4; R3 = 2). Aplicando la regla del voltaje para los circuitos en paralelo (el voltaje será IGUAL en todas las ramas) podemos encontrar el valor de la corriente en cada rama usando el círculo practico de la ley de Ohm, en donde, I = E/R. I1 = E1 / R1 o I1 = 24 / 4 o I1 = 6 Amperios. I2 = E2 / R2 o I2 = 24 / 4 o I2 = 6 Amperios. I3 = E3 / R3 o I3 = 24 / 2 o I3 = 12 Amperios. La corriente total es la SUMA de todas las corrientes de cada rama, la ecuación para la corriente total es It = I1 + I2 + I3 = 6+6+12 = 24 Amperios. Conocido el voltaje de la fuente (24 Voltios) y la corriente total calculada en 24 Amperios, la resistencia total del circuito se calcula en 1 Ohmio (Rt = Et/It).




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Hoja 2.10: Circuito serie – paralelo

Un circuito serie - paralelo se compone de una sección en serie y de una sección en paralelo. Todas las reglas discutidas anteriormente son aplicables para calcular valores desconocidos en el circuito. Aunque algunos circuitos serie - paralelo parecen ser muy complejos, se resuelven fácilmente usando un razonamiento lógico. Las siguientes recomendaciones lo ayudarán a resolver problemas de los circuitos serie – paralelo: •

• •

• • • •

Examine el circuito cuidadosamente, luego determine la trayectoria o las trayectorias de la corriente dentro del circuito antes de regresar a la fuente. Rediseñe el circuito complejo para simplificarlo. Al simplificar un circuito serie - paralelo, comience en el punto más lejano a la fuente. Sustituya las combinaciones de resistencias en serie y en paralelo una a la vez. Un serie - paraleloenrediseñado correctamente contendrá al finalcircuito UNA sola resistencia serie. Aplique las reglas básicas de los circuitos en serie para determinar los valores desconocidos. Vuelva al circuito srcinal y "aplique" los valores conocidos. Utilice la ley de Ohm para solucionar los valores restantes.

Resolviendo problemas en circuitos serie-paralelo

En el circuito serie - paralelo arriba mostrado se encuentran una resistencia de 2 Ω en serie y dos resistencias (una de 6 Ω y otra de 3 Ω) en una rama en paralelo. Para solucionar este problema es necesario determinar la resistencia equivalente para el ramal en paralelo. Usar la siguiente ecuación para hallar la resistencia equivalente (Re): FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



1 Re

=

Re =

1 R1

1 0.5

44

+

1 R2

=>

1 Re

=

1 6

+

Material del Estudiante Módulo 2 1 3

,o

1 Re

= .16 + .33 = .49 , o

, o Re = 2Ω

Rediseñe el circuito insertando la resistencia equivalente para la rama en paralelo. Luego resuelva los valores totales del circuito usando las reglas de los circuitos en serie de la ley de Ohm.

Entonces, según la ley de Ohm, la resistencia total para el nuevo circuito es: Rt = R1 + Re = 2 + 2 = 4 Ohmios Teniendo la resistencia total y el voltaje de la fuente se puede hallar la corriente total del circuito. Otra vez usando el círculo practico de la ley de Ohm, la ecuación para la corriente es I = E / R, o I = 12 / 4, o I = 3 Amperios. Retorne al circuito serie - paralelo srcinal y aplique en los valores conocidos.

Los cálculos del circuito indican que el flujo total de corriente en el circuito es 3 A. Como todo el flujo de corriente que sale de la fuente debe retornar, entonces los 3 A deben atravesar R1. Es posible ahora calcular la caída de voltaje a través de R1 usando la ecuación E = I x R, o E = 3A x 2 Ω, o E1 = 6V. Si 6V son consumidos por el resistor R1, el voltaje restante de la fuente (6V) se aplica a ambas ramas en paralelo. Usando la ley del Ohm, se deduce que 1 Amperio atraviesa R2 y 2 Amperios atraviesan R3 antes de juntarse en la corriente total del circuito de 3 A que vuelven al lado negativo de la fuente de energía.




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Lección 2.3: MULTIMETRO DIGITAL

Introducción

Esta lección cubre funciones y operaciones básicas del multímetro digital. Aunque un multímetro analógico y una luz de prueba pueden ser utilizados por un técnico de servicio, el multímetro digital realiza las medidas más complejas en los nuevos sistemas electrónicos. Para hacer más fácil trabajar con números grandes, los multímetros digitales utilizan el sistema métrico. Objetivos

Al término de esta lección, el estudiante será capaz de: Dado un multímetro digital 9U-7330 y un circuito eléctrico, conectar las cargas a medir en el circuito eléctrico y ajustar el multímetro para medir correctamente: -


Voltaje Corriente Resistencia



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Hoja 2.11: Generalidades El multímetro digital es una herramienta altamente exacta y es utilizado para medir voltaje, corriente o resistencia. Alimentado por una batería alcalina de 9 voltios, el multímetro está sellado contra la suciedad, el polvo y la humedad.

El multímetro tiene cuatro zonas principales: Pantalla de cristal líquido, botones pulsadores, interruptor giratorio y bornes de conexión para las puntas de medición. Pantalla de Cristal Líquido

La pantalla de cristal líquido o LCD, usa un display con segmentos e indicadores de lectura y función. Las lecturas digitales se muestran en una pantalla de cuatro dígitos con indicación de polaridad (±) y la ubicación automática del punto decimal. Cuando se enciende el multímetro, todos los dígitos e indicadores de función aparecen brevemente durante una autoprueba. La frecuencia de barrido de la pantalla es de 4 veces por segundo, excepto cuando se toman las lecturas de la frecuencia, en donde varía 3 veces por segundo.

El display analógico es un indicador de 32 segmentos que se actualiza 40 veces por segundo. Los segmentos del display tienen un indicador que "pasa" autiliza travésindicadores de ellos indicando un cambio en la medición. El display también para abreviar varias modalidades y funciones del multímetro.




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Botones pulsadores

Los botones en el multímetro se utilizan para seleccionar funciones adicionales. Esta sección cubrirá solamente el botón de rango o gama. Los botones adicionales serán explicados más adelante.

Cuando el multímetro es encendido y se realiza una medición, éste selecciona automáticamente un rango y muestra la palabra AUTO en la parte superior izquierda. Presionando el botón de rango el multímetro cambiará a modo de rango manual y mostrará la escala del rango en la parte inferior derecha. Con cada presión adicional del botón de rango, se mostrará el rango inmediato superior. Mantenga presionado el botón para regresar al modo ATUO. El botón amarillo se puede utilizar para encender la luz interna de la pantalla. Interruptor Giratorio

Las diferentes funciones del multímetro son seleccionadas rotando el interruptor giratorio. Cada vez que el interruptor giratorio es movido desde la posición de APAGADO (OFF) a función determinada, todos los segmentos e indicadores del display se encienden como parte de la rutina de autoprueba. Moviendo el interruptor a la derecha desde APAGADO, las primeras tres posiciones se utilizan para medir voltaje C.A, voltaje C.C y milivoltios de C.C. La posición superiordiodos. se utiliza medir posiciónpara siguiente permitirá comprobar Laspara ultimas dosresistencia. posiciones La se utilizan medir corriente C.A y C.C en amperios, miliamperios y microamperios. Bornes de Medición

Dependiendo de la medida que usted desee hacer, los terminales tendrán que ser colocados en los conectores correctos. Note que el interior de los terminales entrada son rojos o negros.

El terminal positivo puede entrar en cualquiera de las entradas de color rojo. El terminal COM o común es utilizado para la mayoría de las mediciones. El terminal negro siempre se mantendrá en el conector COM. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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El primer terminal de la entrada, al lado izquierdo del multímetro sirve para medir corriente en amperios. Esta entrada está protegida hasta corrientes de 10 A de alimentación continua y para 20 A por 30 segundos. La siguiente posición a la derecha sirve para medir miliamperios o microamperios. No permite medir más de 400 miliamperios cuando el interruptor giratorio se encuentra en esta posición. Si usted no esta seguro del amperaje de un circuito, usted debe seleccionar el mayor rango permitido por el instrumento, en este caso el borne de 10 A. El terminal de la entrada a la derecha del multímetro está reservado para el voltaje, la resistencia y la prueba de diodos.

Display Indicador de Sobrecarga

Mientras realice algunas medidas usted puede ver que el display muestra las letras “OL”. OL indica que el valor medido está fuera de los límites del rango seleccionado. Las siguientes condiciones pueden producir la aparición de sobrecarga: -

En autorango, la lectura de una alta resistencia indicará un circuito abierto. En rango manual, la lectura de una alta resistencia indicará un circuito abierto o la selección incorrecta de la escala.. En rango manual, la lectura de voltaje excede el rango seleccionado. Cuando se realice la comprobación de un diodo, lecturas mayores a 3.0 Voltios o terminales de prueba abiertos, srcinaran un OL.

Terminales de Prueba y Limitaciones

El siguiente cuadro muestra las funciones del multímetro, las lecturas mínima y máxima y las entradas máximas para el multímetro digital 9U-7330.




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Hoja 2.12: Medición de voltaje

Medición del voltaje de CA y CC

Los rangos de voltaje del multímetro son de 400 mV, 4 V, 40 V, 400 V y 1000 V. Para seleccionar el rango de 400 mV DC, gire el interruptor giratorio a mV. Para medir el voltaje de CA o CC, configure y conecte el medidor tal como se muestra en la figura 2.




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A continuación se presentan algunas sugerencias para medir el voltaje: · Al medir el voltaje, el medidor actúa aproximadamente como una impedancia de 10 MW (10´000 000 W) en paralelo con el circuito. Este efecto de carga puede causar errores de medición en circuitos de alta impedancia. En la mayoría de los casos, el error es despreciable (0,1% o menos) si la impedancia del circu ito es de 10 kW (10 000 W) o menos. · Para obtener una mayor precisión al medir la compensación de CC o un voltaje de CA, mida primero el voltaje de CA. Tome nota del rango de voltaje de CA y luego seleccione manualmente un rango de CC equivalente o superior al rango de CA. Este procedimiento mejora la precisión de la medición de CC, al asegurar que no se activen los circuitos de protección de la entrada. - Cuando use el multímetro para medir voltaje es importante recordar que el voltímetro se debe conectar siempre en paralelo con la carga o circuito bajo prueba. - Asegúrese que el circuito esté encendido. - Coloque el terminal negro en el borne de entrada COM del multímetro y el terminal rojo en el borne de entrada VOLT / OHM. - Ubique el interruptor giratorio en la posición CA o CC, según sea el caso. - Coloque el terminal de prueba negro en la posición más baja conectada a tierra del circuito a ser medido. - Coloque el terminal de prueba rojo en la posición más alta del lado positivo del circuito a ser medido.

Observe el circuito en la figura. Los terminales de prueba están conectados en paralelo a través de la carga del circuito. Con una fuente de 12 Voltios conectada con la carga, el multímetro debe leer una caída de voltaje igual al voltaje de la fuente o 12 Voltios. Si el instrumento lee una caída de voltaje menor a 12 Voltios, es indicio que existe una resistencia adicional en el circuito. Un proceso lógico sería medir la caída de voltaje a través de los contactos del interruptor. Si existiese una lectura del voltaje indicaría que los contactos del interruptor están corroídos, requiriendo sustituir el mismo.




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NOTA: En medidas reales la lectura de multímetro no igualará exactamente el

voltaje de la fuente, porque los alambres ofrecerán una cierta resistencia. En la mayoría de usos prácticos, una caída de voltaje de 0.1 Voltio es aceptable para las condiciones normales del cableado del circuito. Las medidas de voltaje se deben hacer siempre con el circuito energizado. El multímetro digital 9U-7330 es ideal para el uso en circuitos controlados por dispositivos de estado sólido como por ejemplo, los componentes electrónicos, las computadoras y los microprocesadores.

Hoja 2.13: Medición de Corriente

Advertencia

Nopotencial trate nunca de realizar una abierto medición la corriente en el cuando el a tierra del circuito seademayor que 1 000 V. circuito Es posible que dañe el medidor y que sufra lesiones si se funde el fusible durante una medición de este tipo. Precaución

Para evitar la posibilidad de daños al medidor o al equipo bajo prueba, verifique los fusibles del medidor antes de medir la corriente. Utilice los terminales, la función y el rango apropiados para las mediciones. No coloque nunca las sondas en paralelo con cualquier circuito o componente cuando los conductores estén enchufados en los terminales de corriente. La corriente es el flujo de electrones a través de un conductor. Para medir la corriente, deberá interrumpir el circuito bajo prueba y luego colocar el medidor en serie con el circuito. Los rangos de corriente del medidor son 400 µA, 4 000 µA, 40 mA, 400 mA, 4 000 mA y 10 A. La corriente de CA se muestra como un valor rms. Para medir la corriente, consulte la figura y proceda de la manera siguiente:




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1. Apague el suministro eléctrico al circuito. Descargue todos los capacitores de alta tensión. 2. Inserte el conductor negro en el terminal COM. Para el caso de corrientes entre 4 mA y 400 mA, inserte el conductor rojo en el terminal mA / µA. Para corrientes superiores a los 400 mA, inserte el conductor rojo en el terminal A. Nota

Para evitar fundir el fusible de 400 mA del medidor, utilice el terminal mA / µA solamente si está seguro que la corriente es menor que 400 mA. 3. Si está utilizando el terminal A, fije el interruptor giratorio en la posición mA / µA. Si está utilizando el terminal mA / µA, fije el interruptor giratorio en la posición mA para valores de corriente menores de 4 000 mA (4 mA) o en la posición mA/µA para valores de corriente mayores que 4000 mA. 4. Para medir la corriente alterna, presione el botón azul. 5. Interrumpa el camino del circuito que se desea probar. Coloque la sonda negra al lado negativo de la interrupción; coloque la sonda roja al lado positivo de la interrupción. La inversión de los conductores producirá una lectura negativa, pero no causará daños al multitester. 6. Encienda el suministro eléctrico del circuito y luego lea la pantalla. Cerciórese de observar la unidad que aparece del lado derecho de la pantalla (µA, mA o A). 7. Apague el suministro eléctrico del circuito y descargue todos los capacitores de alta tensión. Retire el medidor y restablezca el circuito para un funcionamiento normal. A continuación se presentan algunas sugerencias para medir la corriente: · Si la lectura de la corriente es 0 y usted está seguro que el medidor está configurado correctamente, pruebe los fusibles del medidor tal como se describe en el tema “Prueba de los fusibles”. · Un medidor de corriente deja caer un pequeño voltaje a través de sí mismo, lo cual puede afectar el funcionamiento del circuito, revise el manual de operación del multímetro para verificar este voltaje. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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Hoja 2.14: Medición de Resistencia

Precaución

Para evitar la posibilidad de causar daños al medidor o al equipo bajo prueba, desconecte el suministro eléctrico al circuito y descargue todos los capacitores de alta tensión antes de medir la resistencia. La resistencia es una oposición al flujo de corriente. La unidad de resistencia es el Ohmio ( Ω). El multitester mide la resistencia al enviar una pequeña corriente a través del circuito. Debido a que esta corriente fluye a través de todos los caminos posibles entre las sondas, la lectura de resistencia representa la resistencia total de todos los caminos entre las sondas. Los rangos de resistencia del medidor son de 400 Ω, 4 Ω, 40 kΩ, 400 kΩ, 4 MΩ y 40 MΩ. Para medir la resistencia, configure el medidor tal como se muestra en la figura.




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A continuación se presentan algunas sugerencias para medir la resistencia: · Dado que la corriente de prueba del medidor fluye a través de todos los caminos posibles entre las puntas de las sondas, el valor medido de un resistor en un circuito frecuentemente es diferente del valor nominal del resistor. · Los conductores de prueba pueden agregar 0,1 Ω a 0,2 Ω de error a las mediciones de la resistencia. Para probar los conductores, toque las puntas de las sondas entre sí y lea la resistencia de los conductores. Si es necesario, podrá utilizar el modo relativo (REL) para restar este valor automáticamente. Precaución

No utilice el rango de 40 M Ω para las mediciones de la resistencia en el circuito.




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Hoja 2.15: Practicas con circuitos

Esta sección proporciona una serie de laboratorios con el fin de desarrollar las habilidades del estudiante en la ejecución de mediciones eléctricas. El estudiante montará varios componentes eléctricos y realizará pruebas específicas usando el equipo de medición. Objetivos:

Al término de esta lección, el estudiante podrá: Demostrarlosy circuitos entender eléctricos los circuitos eléctricos leyes, montando midiendo en un módulo y desuslaboratorio y despuésy realizando las medidas eléctricas especificadas con un multímetro digital 9U7330 o equivalente. El estudiante registrará todas las medidas en las hojas del ejercicio del laboratorio y explicará características del circuito.




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Lección 2.4: FALLAS EN CIRCUITOS

Introducción

Esta lección describe las fallas de los circuitos en serie, paralelo y serieparalelo. Objetivos

Dado un multímetro digital de 9U-7330 o equivalente con sus accesorios, diagnosticar e identificar características del circuito, por ejemplo: circuitos abiertos, cortocircuitos o tierra. El estudiante registrará todas las medidas en las hojas del ejercicio del laboratorio y explicará características del circuito.




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Hoja 2.16: Circuitos abiertos Un "circuito abierto" en un punto es, en efecto, una resistencia extremadamente alta que resulta en un flujo de corriente nulo en el circuito. Un circuito abierto puede ser causado por el fallo de un componente tal como un interruptor, un fusible, un cable o un conector quebrado. La ubicación física del "circuito abierto" determinará como reaccionará el circuito. En un circuito en serie, cualquier conexión abierta dará lugar a que no haya ningún flujo de corriente en el circuito.

La figura muestra un circuito-abierto en unninguna circuito corriente en serie.atravesará El interruptor actúa como circuito-abierto y por lo tanto, las dos cargas. La localización de la falla en un circuito abierto es muy sencilla utilizando un multímetro y midiendo el voltaje de la fuente. Si existe voltaje en la conexión antes del interruptor y no se detecta voltaje en la conexión después del mismo, los contactos del interruptor están abiertos. Si existe voltaje en el "lado de carga" será necesario continuar comprobando los componentes del circuito hasta que el circuito abierto sea identificado. En un circuito en paralelo, identificar un circuito abierto depende de dónde ocurre la falla. Si la falla ocurre en la línea principal, ninguna de las cargas o de los componentes trabajarán. En efecto, todos los ramales paralelos no funcionarán. Además, un circuito-abierto en la trayectoria de regreso a tierra tendría el mismo efecto que en la línea principal. Si la falla ocurre en cualquiera de los ramales bajo la línea principal, sólo la carga en ese ramal específico se verá afectada. El resto de las cargas de los demás ramales funcionarán normalmente.




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La figura muestra un ejemplo de un circuito abierto en la línea principal y en un ramal. Cuando se localicen averías o diagnostique un circuito abierto en un circuito, el resultado normalmente indica un componente que ha fallado o no puede funcionar. Puesto que la mayoría de los circuitos se protegen con un cierto tipo de un dispositivo de protección como un fusible, se recomienda que el fusible o el dispositivo sea comprobado visualmente. Si una inspección visual no revela una condición de circuito abierto, remueva el dispositivo y realice una evaluación de continuidad para asegurarse que funciona. El lugar más probable a comprobar para saber si hay un circuito abierto es en el componente mismo. Use un multímetro y un esquema eléctrico y determine si el voltaje del sistema o de la fuente está disponible. Si no existe voltaje en el componente, el siguiente paso es determinar qué otros dispositivos eléctricos, como interruptores o conectores, se encuentran en el circuito. Elimine esos dispositivos, comenzando por la ubicación mas fácil y trabajando desde atrás hacia la fuente del voltaje.

Hoja 2.17: Circuitos en cortocircuito Un cortocircuito es una conexión eléctrica directa entre dos puntos, usualmente una resistencia muy baja al paso de la corriente. A menudo se describe como una conexión no deseada o incorrecta que puede srcinar una gran corriente mayor a la esperada. Al describir las fallas srcinadas por un cortocircuito, se pueden identificar los siguientes tipos: - Cortocircuito a tierra - Cortocircuito de energía Un cortocircuito a tierra ocurre cuando la corriente se conecta a tierra antes de lo esperado. Esto ocurre generalmente cuando el aislamiento del alambre se rompe y el conductor entra en contacto con la tierra de la máquina. El efecto de un cortocircuito a tierra depende del diseño del circuito y de su localización en la relación a otros componentes del circuito, como por ejemplo, dispositivos de protección, interruptores, cargas, etc.




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La figura anterior muestra un cortocircuito ocurrido después del dispositivo de protección y del interruptor, pero antes de la carga del circuito (lámpara). En este ejemplo, una trayectoria de baja resistencia a tierra ocurre siempre que se encienda el interruptor y el voltaje de la fuente esté disponible. El resultado de esta trayectoria indeseada dará lugar a un fusible "quemado" (o un ruptor disparado) cuando el interruptor se encienda. La figura siguiente muestra el cortocircuito a tierra que ocurre antes del interruptor. Esta condición es a menudo referida como "cortocircuito muerto". En esta situación el fusible "se quemará" cada vez que se aplique voltaje al circuito.

Un cortocircuito de energía o de la fuente ocurre cuando un circuito pone en cortocircuito a otro. Los síntomas de un cortocircuito de energía dependen de la ubicación causa del cortocircuito. El funcione resultadoincorrectamente, de este tipoporcondición generalmente que otro circuito ejemplo un componente que es energizado cuando no debería estarlo. La causa raíz de esta condición es típicamente srcinada por el desgaste o desgarre del cableado eléctrico. Esta condición raramente srcina que los dispositivos de protección "se abran" o se dañe a otros componentes. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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La figura anterior muestra el cortocircuito de energía que ocurre antes de los dispositivos de control (interruptores). Esta condición permite que ambos interruptores controlen las dos cargas. La figura siguiente muestra el cortocircuito de energía que ocurre después de la carga en un ramal y antes de la carga en el otro. En este caso, si se enciende el interruptor que controla el circuito #2, la carga se ilumina, pero se enciende el interruptor que controla el circuito #1, un cortocircuito directo a tierra ocurre dando como resultado que el fusible "se queme".




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Hoja 2.18: Circuitos a tierra Un circuito a tierra generalmente resulta en la falla de operación de un componente. Según lo discutido anteriormente, una condición de puesta a tierra indica que el circuito tiene una trayectoria no deseada de la corriente al bastidor de la máquina. Según lo indicado anteriormente, el efecto sobre el circuito se determina cerca donde ocurre la tierra.

Hoja 2.19: Circuitos con alta resistencia Las fallas del circuito también ocurren cuando los niveles de resistencia llegan a ser demasiado altos. Este efecto en el circuito generalmente da lugar a que el componente no pueda funcionar o que no funcione, según las especificaciones. Una causa típica de la alta resistencia es la acumulación de corrosión o la acumulación de suciedad en las conexiones y contactos.

Hoja 2.20: Circuitos con fallas intermitentes Una condición intermitente ocurre cuando los contactos o las conexiones están flojos o cuando las piezas internas se rompen. El problema generalmente da lugar a la oscilación de las luces o al trabajo intermitente de los componentes. Este problema usualmente aparece como resultado de las vibraciones o por el movimiento de las máquinas y no son de fácil diagnóstico porque la condición de falla se corrige cuando la máquina se detiene.



Módulo 3 COMPONENTES BASICOS


DMSE0024-2004a E. Roldán / M. Sánchez


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MODULO 3: COMPONENTES BASICOS Hay diferentes tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Esta lección cubre los componentes eléctricos básicos y cables utilizados en las máquinas Caterpillar.

OBJETIVOS Al término de este módulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Identificar y explicar la función de los símbolos y componentes eléctricos. 2. Utilizando un cautil, aplicar soldadura a cables de cobre y acero, soldar terminales y realizar pruebas de continuidad entre el cable y los contractos para asegurar una buena conexión. 3. Usando las herramientas adecuadas, los conectores y cables adecuados, reparar los conductores dañados y reemplazar un conector en un cableado principal de la máquina.




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Lección 3.1: CABLES ELECTRICOS

Introducción Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Esta lección cubre básicamente el cableado tal como es usado en los equipos Caterpillar. Objetivos Al término de esta lección, el estudiante será capaz de: - Identificar los tipos de cables existentes. - Diferenciar los cables eléctricos según sus calibres.




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Hoja 3.1: Tipos de Cables Los cables son los conductores para los circuitos eléctricos. La mayoría de los cables son trenzados (compuesto de varios cables más pequeños que se envuelven juntos y son cubiertos por una envoltura aislante).

Se pueden encontrar muchos tipos de cables en las máquinas Caterpillar, incluyendo: -

Cobre: El tipo más común, generalmente son trenzados. Fusibles: Dispositivos de protección del circuito que se hacen de un cable más pequeño que el resto del circuito al que protegen. Cable Trenzado / Blindado: Un par de cables de calibre pequeño aislados contra RFI / EMI usados para las señales de comunicación de las computadoras.

Muchos cables están agrupados con uno o más conectores comunes en cada extremo. Estos grupos son llamados arneses. Observe que un arnés puede contener cables de diversos circuitos y sistemas. Un ejemplo sería el arnés que conecta las luces con el tablero de interruptores, el cual contiene los cables para las luces de estacionamiento, las luces traseras y las luces altas y bajas, entre otros. Algunos arneses están dentro de un conducto plástico. Estos conductos están partidos longitudinalmente para permitir el fácil acceso a los cables del arnés. Otros arneses están envueltos en cinta aislante. Los clips (plástico) y las abrazaderas (metal) unen los arneses a la máquina. Los esquemas eléctricos de Caterpillar proporcionan la ubicación de los arneses para localizar fácilmente un arnés específico dentro de una máquina.




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Hoja 3.2: Calibres de Cables Los circuitos eléctricos y electrónicos están diseñados con conductores de tamaño y longitud específicos para proporcionar los caminos o trayectorias para el flujo de corriente. El tamaño de un cables determina cuánta corriente puede transportar. Los tamaños de cable se pueden clasificar de dos maneras, según el tamaño de la Norma Americana de Cableado (AWG) (usualmente referido como "calibre" del cable) y por tamaño métrico.

DIMENSIONES DE LOS CABLES AWG 10 12 14 16 18 20 22 30 40

Diámetro (mpulg) 102.9 80.8 64.1 50.8 40.3 32.0 25.4 10.0 3.1

Ohmios0.9989 por 1000 pies 1.588 2.525 4.016 6.385 10.15 16.14 103.20 1049.0

Al reparar o sustituir el cableado de la máquina es necesario utilizar el tamaño y longitud correcto de los conductores. El cuadro arriba mostrado ilustra las resistencias típicas para varios tamaños de conductores. Al usar el AWG, recuerde que números más pequeños de calibre denotan mayores diámetros de cable y números más grandes de calibre denotan menores diámetros. Los tamaños métricos del cable, por otra parte, refieren al diámetro del cable en milímetros, así que tamaños métricos más grandes traducen a cables más grandes.




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Lección 3.2: SOLDADURA DE CABLES

Introducción Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Esta lección cubre la preparación del cableado y de sus terminales tal como es usado en los equipos Caterpillar. Objetivos Al término de esta lección, el estudiante será capaz de: - Soldar cables eléctricos. - Verificar la continuidad de las uniones soldadas.




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Hoja 3.3: Consideraciones Mientras exista una conexión eléctrica entre dos cables prensados, puede que no sea suficiente y falle. La soldadura crea una conexión eléctrica sólida y confiable. El proceso de soldadura depende en gran parte de que la soldadura fluya y se funda en todas las imperfecciones superficiales de los metales a soldar. Cuando dos piezas de metal se sueldan entre sí, una capa delgada de soldadura se adhiere entre ellas y completa la conexión eléctrica. La soldadura es una mezcla y plomo ely generalmente contiene un fundente. El fundente eliminadeel estaño óxido durante proceso de soldadura. El fundente también baja la tensión superficial de la soldadura, permitiendo que fluya y que se esparsa más fácilmente. El fundente más comúnmente usado en reparaciones eléctricas es la resina. La resina es anticorrosiva, razonablemente no tóxica y se vuelve liquida fácilmente por el calor. La soldadura con núcleo de resina es la única clase que se debe utilizar en la reparación de cables electrónicos. Nunca utilice soldadura con núcleos de ácido u otras soldaduras que contengan fundentes corrosivos porque destruirían rápidamente la conductividad de la conexión. Al soldar, siga estas pautas: -

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Utilice el cautil para calentar el terminal o el clip. Esto transferirá calor por conducción a los cables, que llegarán a estar lo suficientemente calientes para derretir la soldadura. No caliente la soldadura directamente. Asegúrese que hay soldadura entre la base (conductor) y el terminal o clip, pero no en el aislante. Si usa un clip, asegúrese que la soldadura cubra el conductor, y todo el clip. Si se suelda alrededor de un terminal, asegúrese que la soldadura cubra el conductor, pero no que se extienda más allá del mismo. Puede ser útil inclinar levemente el extremo terminal del cable que es reparado para evitar que la soldadura fluya por encima del terminal. No aplique demasiada soldadura para evitar que los filamentos individuales del cable no sean visibles. No permita que el cautil queme el aislamiento. No deje puntos agudos de soldadura; éstos pueden rasgar la cinta usada para aislar la reparación. No permita que los filamentos individuales del cable sobresalgan de la reparación o sobre el aislador. No suelde cables en un circuito con corriente. Desconecte siempre la energía y después repare.



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Hoja 3.4: Herramientas Las siguientes herramientas están recomendadas para ser usadas en la preparación y reparación de conductores y conexiones: -

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Los alicates diagonales y los de corte se utilizan para los cables de cobre y las patas o terminales del componente. No deben ser utilizados en metales duros como por ejemplo, el hierro o el acero. Los alicates de punta o de aguja, se utilizan para sostener el cable para poder ser torcido alrededor del poste de un terminal o insertar el extremo pelado en el ojo de un terminal. Se utiliza el pelacables para remover el aislamiento en cables protegidos. Hay diversos tipos de pelacables, desde el tipo simple encontrado en los alicates diagonales al más automático multitamaño quecautil puedeesmanejar diversos diámetros de lacable. Un una herramienta estándar en industria usada para unir cables. Hay muchos tipos de dispositivos usados para este propósito, tal como pistolas de soldar, tipo lápiz, etc. Los cautiles son clasificados por la cantidad de energía que ellos disipan, y así indirectamente por la cantidad de calor que pueden generar. Las Desarrollo Técnico Electricidad I Material del Estudiante - MODULO 3.doc


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pistolas de 100 y 125 Watios son los tamaños más populares. El tipo de trabajo determina qué cautil debe ser utilizado. Los disipadores de calor se utilizan para evitar el recalentamiento durante la soldadura o el desoldado de componentes electrónicos sensibles al calor . El disipador de calor generalmente es un clip que se coloca entre el terminal a soldar y el cuerpo del componente electrónico. Este absorbe calor y reduce la cantidad de calor conducida por el componente. Las herramientas de desoldado simplifican el trabajo de limpieza de los agujeros grabados en el tablero o tarjeta (PC) cuando los terminales de los componentes son retirados. Los agujeros deben estar libres de la soldadura antes de que los terminales de un nuevo componente puedan ser insertados.

Hoja 3.5: Preparación de los cables Dos o más cables que proporcionen un camino conductor para la electricidad deben ser conectados eléctricamente. Esto significa que una superficie sin aislar en un cable se debe conectar mecánicamente con una superficie sin aislar de otro cable. Para asegurar que los cables no se separen o la conexión se corroa, ellos se sueldan a la unión. Antes que los cables puedan ser conectados y soldados, deben ser preparados correctamente. Esto implica eliminar el aislamiento en los extremos del cable, para así lograr que los terminales se pueden conectar el uno al otro, con un terminal de poste o con el terminal de un conector. Después de quitar el aislamiento, examine el cable por abolladuras o cortes y decoloración. Si el cable tiene una apariencia brillante y no presenta abolladuras o cortes, no es necesaria ninguna preparación. Si el cable tiene un aspecto opaco u oscuro, debe ser limpiado antes de soldar. El paso final de soldar el cable es realizar llamada "estañado". Si antes usa cables trenzados, el cable se debe una torcertarea y colocar en el la punta del cautil y calentarlo lo suficientemente de forma que el cable derrita la soldadura sobre sí.




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Hoja 3.6: Preparación de las conexiones Algunos de los conectores más comunes son postes, terminales y empalmes. La figura muestra una conexión a un terminal de poste. El cable se debe asegurar al poste a unos tres cuartos de vuelta. No enrolle el cable alrededor del poste varias veces. Esto es derrochador y también causa problemas desoldada. si la conexión necesita ser

La figura muestra una conexión típica a un terminar de tira o lámina. Doble el cable para formar un gancho y para insertar el gancho en la abertura del terminal de tira (strip).

Si dos cables van a ser empalmados, el procedimiento recomendado es torcer cada cable en la forma de un gancho. Combine los dos ganchos y aplique la soldadura al empalme. No es necesario torcer los cables juntos antes de soldar.deLa figura muestra una conexión de empalme gancho.

Al conectar componentes sensibles al calor a un terminal de poste terminal o a un terminal tipo tira, se recomienda que un dispositivo disipador de calor sea utilizado. La figura muestra un disipador de calor conectado entre un diodo y un terminal de poste. El disipador de calor actúa como una carga de calor y por lo tanto reduce el traspaso térmico al diodo.




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Hoja 3.7: Soldadura Precauciones de Seguridad: El cautil funciona a temperaturas bastante elevadas y puede causar serias quemaduras. Considere las siguientes medidas de seguridad: 1. No permita que la soldadura caliente sea rociada por el aire sacudiendo el cautil o el empalme caliente. 2. Agarre siempre el cautil por su mango aislado. No agarre la pieza por descubierta metal. 3. la Noparte permita que la de parte de metal del cautil descanse o entre en contacto con materiales combustibles. Un cautil debe siempre reclinarse sobre un soporte de soldadura cuando no esté en uso. Sugerencias Útiles Soldar correctamente es parte de las habilidades de un técnico. Las conexiones soldadas deben ser mecánicamente fuertes, de modo que las sacudidas o vibraciones no causen problemas intermitentes. Eléctricamente, los contactos de la soldadura deben tener baja resistencia para proporcionar una apropiada transferencia de la señal. Algunas reglas básicas son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.


La punta del cautil debe estar estañada y limpia. Los metales que se conectarán deben estar limpios. En lo posible apoye el empalme mecánicamente. Estañe grandes superficies antes de soldarlas. Aplique la soldadura al empalme, no a la extremidad del cautil. La soldadura debe fluir libremente y tener un aspecto brillante y liso. Utilice solamente la soldadura necesaria para hacer una conexión sólida. Si se utiliza fundente adicional, aplíquese al empalme. Solamente fundente de resina debe ser utilizado en conexiones eléctricas. Suelde rápidamente y no permita que los componentes o el aislamiento se quemen o sobrecalienten, ésto puede srcinar que fallen. Utilice soldadura con núcleo de resina o equivalente. No use soldadura con núcleo de ácido para ninguna conexión eléctrica.



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Lección 3.3: CONECTORES

Introducción Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Esta lección cubre básicamente los conectores tal como son usados en los equipos Caterpillar. Objetivos Al término de esta lección, el estudiante será capaz de: - Identificar los tipos de conectores existentes. - Diferenciar los conectores eléctricos según su uso.




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Hoja 3.8: Consideraciones sobre pines y sockets El propósito de un conector es permitir el paso de la corriente de un cable a otro. Para lograr ésto, el conector debe tener dos mitades de acoplamiento (enchufe o receptáculo). Una mitad o PIN y la otra mitad o RECEPTACULO. Cuando se ensamblan las dos mitades, se permite el paso de la corriente. Con el uso creciente de sistemas electrónicos en las máquinas Caterpillar, el mantenimiento de los conectores se ha convertido en una tarea crítica. Con el incremento de su uso se incrementa el mantenimiento del cableado, los conectores, los lapines y receptáculos. Otro factor importante incremento de reparación es el rudo ambiente en el cual que los contribuye conectores al trabajan. Los conectores deben funcionar en condiciones extremas de calor, frío, suciedad, polvo, humedad, al contacto de productos químicos, etc.

Los pines y receptáculos tienen resistencia y ofrecen una cierta oposición al flujo de corriente. Puesto que la superficie de los pines y los receptáculos no son lisos (contienen microscópicos picos y valles) una condición conocida como aspereza (aspereza de la superficie) existe. Cuando las mitades de acoplamiento están conectadas, aproximadamente un uno por ciento de las superficies entran en contacto realmente. Los electrones se ven forzados a converger en los picos, de tal modo que se crea una resistencia entre las mitades en contacto. Aunque este proceso parece algo insignificante para la operación de un control electrónico, una resistencia a través del conectador podría crear un malfuncionamiento en los controles electrónicos. Enchapado Para lograr una mínima resistencia en los pines y los contactos, necesitamos referirnos al acabado, presión y al metal usados en su construcción. El estaño es bastante suave y permite una "película pura" pero tiene una alta resistencia. El cobre en cambio tiene una baja resistencia y es rígido. Entonces para obtener una resistencia mínima y una reducida aspereza, los contactos de baja resistencia de cobre se enchapan a menudo con estaño. La película pura se genera cuando los pines y los contactos se enchapan con estaño y cuando estos se acoplan presentan una tendencia a "limpiarse" FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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mutuamente y a alisar algunos de los picos y de los valles creados por la condición de la aspereza. Otros metales, tales como el oro y la plata son excelentes para el enchapado, pero son demasiado costosos. Contaminantes Los contaminantes son otro factor que contribuyen a la resistencia en los conectores. Algunas condiciones extremas donde se emplean productos químicos pueden causar fallas debido al aumento de la resistencia. Los técnicos necesitan estar conscientes de que los conectores pueden y causan muchos problemas de diagnóstico. Puede ser necesario medir la resistencia entre las mitades del conector al diagnosticar si un control electrónico funciona correctamente. Tambiéndurante los técnicos necesitan estar enterados qué conectores desconectar y conectar el proceso de localización de averías.

Hoja 3.9: Tipos de conectores Se usan varios tipos de conectores a lo largo de los sistemas eléctricos y electrónicos en las máquinas Caterpillar. Cada tipo difiere de la manera en que ellos se mantienen o se reparan. Se discutirán los siguientes tipos de conectores en detalle. • • •

Conectores Vehiculares Medioambiental (VE). Conectores SURE-SEAL. Conectores Deutsch (Series HD10, DT, CE y DRC).

Conectores VE El conector VE se usó principalmente en los primeros mazos (arneses) eléctricos de las máquinas Caterpillar, donde las altas temperaturas, el mayor número contactos y las altas capacidades de transporte corriente fueron necesarias. El conector requiere una herramienta especial de extracción de metal para desmontar los contactos que podrían dañar el mecanismo de cierre del conector si la herramienta se giraba durante la extracción de la grapa de retención. No use las herramientas de extracción de metal (listadas en SEHS8038) para cualquier otro tipo de conector eléctrico. Después de prensar un cable al contacto se recomienda que el contacto se suelde para mantener un buen contacto eléctrico. Use sólo soldadura con núcleo de resina en cualquier conexión eléctrica. Mayor información sobre el servicio de este tipo de conectores se puede encontrar en la Instrucción Especial SEHS8038. Este tipo de conector ya no es utilizado en los productos actuales, pero todavía pueden encontrarse en maquinas anteriores y requerir el servicio de un técnico de campo / taller. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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Conectores Sure-Seal

Los conectores SURE-SEAL son usados extensivamente en las máquinas Caterpillar. Las cubiertas de estos conectores proveen un excelente y confiable sellado entre las dos mitades, pero en lugar de usar guías de acople, los cuerpos del conector están moldeados tal que ellos no se acoplen incorrectamente. Los Conectores SURE-SEAL están limitados a una capacidad de 10 contactos (pines y enchufes). Los números de parte para los conectores macho y hembra y los contactos se encuentran en la Instrucción Especial “Uso del kit de reparación Sure Seal 6V3000 (Código SMHS7531). Use la herramienta especial (6V-3001) para prensar los contactos y pelar los cables. Los Conectores SURE-SEAL requieren el uso de una herramienta especial 6V-3008 para instalar los contactos. Use alcohol como un lubricante al instalar los contactos. Herramientas especiales no son requeridas para quitar los pines de contacto. Cualquier agujero no usado en el conector debe sellarse con un tapón sellador 9G-3695. El tapón sellador prevendrá el ingreso de la humedad. Conectores Deutsch

Conectores Deutsch Series Heavy Duty (HD10) El conector de HD10 es un conector cilíndrico termoplástico que utiliza contactos de tipo CRIMP que son de fácil y rápida extracción. Los protectores termoplásticos están disponibles en configuraciones roscadas y no roscadas donde se usan los insertos para contactos 3, 5, 6 y 9. El tamaño del contacto es #16 y acepta cables AWG #14, #16 y #18. El HD10 usa los contactos de aleación de cobre sólido del tipo prensados (tamaño #16) esta configuración permite una operación continua de altas cargas sin recalentamiento. Los contactos son prensados usando la herramienta 1U5805 Deutsch Crimping Tool. Se recomienda NO SOLDAR los terminales Deutsch luego de haber sido prensado correctamente. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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El procedimiento para preparar un cable y prensar un contacto es el mismo para todos los conectores Deutsch y se explica en la Instrucción Especial—“Reparando los conectores DT” (SEHS9615). El procedimiento de remoción difiere de conector a conector y se explicará en cada sección. Deutsch Transportation (DT) Series Connectors

El conector de DT es un conector termoplástico que utiliza contactos de tipo prensados que son de fácil y rápida remoción y no requieren de ninguna herramienta especial. Las cajas termoplásticas están disponibles en configuraciones de 2, 3, 4, 6, 8 y 12 contactos,.El tamaño del contacto es #16 y acepta cables AWG #14, #16 y #18. Los contactos son prensados usando la herramienta 1U-5804 Deutsch Crimping Tool. El conector de DT se diferencia de otros conectores Deutsch en apariencia y construcción. El DT es de forma rectangular o triangular y contiene cuñas tapón, cuñas del receptáculo y sellos de silicona. Se recomienda limpiar los contactos Deutsch con lcohol DENATURED. Para una explicación más detallada de la reparación del conector de DT, consulte la Instrucción Especial--Reparando los Conectores de DT (SEHS9615). Deutsch Rectangular Connector (DRC)

El conector de DRC es una caja termoplástica rectangular y está sellada completamente al medioambiente. El DRC satisface mejor los requerimientos de compatibilidad de los módulos electrónicos de control externos e internos. El conector esta diseñado con un gran número de terminales. Están disponibles con 24, 40 y 70 terminales. El tamaño del contacto es #16 y acepta cables AWG #16 y #18. El conector "guía" para laUna orientación correctadey 4semm asegura medio de un contiene tornillo deuna acero inoxidable. llave hexagonal (5/32”)por es necesaria para unir ambos conectores. El torque recomendado para apretar el tornillo es de 25 libras-pulgada. NOTA: El DRC usa el mismo procedimiento de instalación y remoción de la serie HD10. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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Caterpillar Environmental Connectors (CE)

El conector CE es un conector de aplicación especial. La serie de conectores CE pueden usar entre 7 y 37 contactos, el conector de 37 contactos viene usándose en varios módulos electrónicos de control. El conector CE usa dos herramientas de prensado diferentes. La herramienta de prensado para contactos de tamaño #4 al #10 es un prensaterminales manual 4C-4075 y la herramienta para los contactos de tamaño #12 al #18 es la misma usada en los conectores de la serie HD y DT (1U-5804). Para una explicación más detallada de cómo reparar los conectores CE, refiérase a la Instrucción Especial “Uso de las herramientas para conectores serie CE/VE” (SEHS9065).




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Lección 3.4: INTERRUPTORES, DISYUNTORES Y RESISTENCIAS

FUSIBLES,

Introducción Hay muchos tipos de componentes usados en los circuitos eléctricos. Esta lección cubre básicamente los interruptores, fusibles, disyuntores y resistencias tal como son usados en los equipos Caterpillar. Objetivos Al término de esta lección, el estudiante será capaz de: - Identificar los tipos de interruptores, fusibles, disyuntores y resistencias. - Entender el funcionamiento de interruptores, fusibles, disyuntores y resistencias.




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Hoja 3.10: Interruptores Un interruptor es un dispositivo usado para completar (cerrar) o interrumpir (abrir) el paso de la corriente. Típicamente, se ponen los interruptores entre dos conductores (o cables). Hay diferentes tipos de interruptores, como el de un-polo - una-posición (SPST), un-polo - dos-posiciones (SPDT), doble-polo una-posición (DPST) y doble-polo - dos-posiciones (DPDT).

Hay también muchas maneras de accionar los interruptores, los interruptores mostrados arriba son operados mecánicamente moviendo la palanca del interruptor. A veces se unen interruptores para que ellos abran y cierren al mismo tiempo. En el esquema, ésto se muestra por los interruptores conectados con una línea discontinua. Otros interruptores operados mecánicamente son interruptores de fin de carrera e interruptores de presión. Los contactos del interruptor son cerrados o abiertos por medios externos, como una palanca que actúa un interruptor de fin de carrera o la acción de la presión. Algunos de los interruptores más comúnmente usados en las máquinas Caterpillar son: -

De palanca, Rotatorio (Perilla), Rocker Push-On, De presión, Magnético.

Algunos interruptores son más complejos que otros. Las maquinas Caterpillar usan interruptores magnéticos para medir señales de velocidad o interruptores electrónicos que contienen componentes electrónicos internos, como los transistores para encender y apagar las señales remotas. Un ejemplo de un interruptor más complejo usado en las máquinas Caterpillar es el interruptor de arranque. -La fig. 3.1.14 muestra el esquema interno del Interruptor de arranque. Este tipo de interruptor puede controlar varias funciones diferentes, como la posición de accesorios (ACC), posición de contacto (RUN), una posición de arranque (START) y una de apagado (OFF). Asimismo puede controlar otros componentes y puede entregar energía a varios componentes al mismo tiempo.




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Hoja 3.11: Fusibles

Los fusibles, los eslabones fusibles y los disyuntores son protectores de circuito. Si hay un exceso de corriente en un circuito se srcina calor. El calor, no la corriente, es la causa para que el protector del circuito se abra antes de que la instalación eléctrica pueda dañarse. Esto tiene el mismo efecto como apagar un interruptor. Los fusibles son los protectores de circuito más comunes. Un fusible está hecho de una tira de metal delgada o alambre dentro de un alojamiento hecho de vidrio o plástico. Cuando el flujo de corriente es más alto que el regulado por el fusible, el metal se funde y el circuito se abre. Un fusible debe reemplazarse después de que se quema. Los fusibles estáncircuito. clasificados amperaje se que presentan ellos pueden antes de abrir Los según fusiblesel plásticos en conducir colores diferentes para denotar su capacidad y su valor también esta impreso en el mismo. Un eslabón fusible (no mostrado) es una sección corta de cable aislado que es más delgado que el cable en el circuito al cual protege. El exceso de corriente causa que el cable dentro del link se funda. Como los fusibles, los eslabones fusibles deben reemplazarse después de que ellos se queman. Usted puede verificar que un eslabón fusible esta quemado tirando de sus dos extremos. Si se estira como una venda de caucho, el cable se debe haber fundido y el eslabón ya no sirve. (El aislamiento de un eslabón fusible es más duro que el aislamiento del cable regular para que pueda contener el eslabón fundido después de que se quema). NOTA: Al reemplazar un eslabón fusible nunca use una longitud mayor a 225 mm (aproximadamente 9 pulgadas).




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Hoja 3.12: Disyuntores

Un disyuntor es parecido a un fusible, sin embargo, una alta corriente causará que el disyuntor se "dispare" abriendo el circuito. El disyuntor puede restablecerse manualmente luego de que la sobre corriente se ha eliminado. Algunos disyuntores se restablecen automáticamente. Estos son llamados disyuntores "secuenciales". Los disyuntores son parte de una gran cantidad de componentes Caterpillar, como el interruptor de las luces principales. Hay también "no-secuenciales". tipocorriente opera con un cable temperado quedisyuntores abre los contactos hasta que elEste flujo de se detenga. Un disyuntor secuencial contiene una tira hecha de dos metales diferentes. Cuando el disyuntor sensa una gran corriente, los dos metales cambian irregularmente su forma. La tira se dobla y un juego de contactos se abre para detener el flujo de corriente. Cuando el metal se enfría, vuelve a su forma srcinal, volviendo a cerrar los contactos y el flujo de corriente puede continuar. Los disyuntores de rearme automático son también llamados “secuenciales” porque estos operan en ciclos de apertura y cierre hasta que la corriente retorna a su nivel normal. Un PTC (por Coeficiente de Temperatura Positivo) es un tipo especial de disyuntor también llamado termistor (o resistencia térmica). El PTC está hecho de un polímero conductivo. En su estado normal, el material tiene la forma de un cristal denso, con muchas partículas de carbono unidas entre si. Las partículas de carbono forman vías conductoras al flujo de corriente. Cuando el material se calienta, el polímero se expande, separando las cadenas de carbono. En este estado quedan pocas vías para el paso de la corriente. Un PTC es un dispositivo de estado sólido; no tiene ninguna parte móvil. Cuando se dispara, el dispositivo mantendrá su estado de "circuito abierto" mientras el voltaje aplicado al circuito continúe. Sólo restablecerá su condición inicial cuando el voltaje sea desconectado y el polímero se enfríe. FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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Hoja 3.13: Resistencias

Introducción A veces es necesario reducir la cantidad de voltaje o corriente en un punto específico de un circuito. La manera más fácil de reducir el voltaje o la corriente de a una carga es aumentando la resistencia. Esto se hace agregando resistencias. Las resistencias vienen en dos tipos: Fijas y Variables. Los usos comunes para las resistencias en los circuitos eléctricos son el sistema de audio y el circuito de control de clima, el cual usa varias resistencias conectadas para variar el voltaje.




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Clasificación por Potencia

La resistencias están identificadas en ohmios (para la cantidad de resistencia proporcionada al circuito) y en vatios (para la cantidad de calor que ellas pueden disipar).

La fig. 3.1.25 muestra el cuadro de código colores para la identificación de resistencias. Usted puede hallar el valor de una resistencia mirando las bandas de color. Las bandas estarán alineadas a un extremo de la resistencia. El extremo con las bandas de color debe estar a su izquierda viéndola de frente cuando usted las lea. Las bandas se leen de izquierda a derecha. La última banda de color indica la TOLERANCIA de la resistencia, la cual se refiere a cuánto puede variar el valor real especificado, dado en porcentaje del valor total. Algunas resistencias no tienen ninguna banda en esta última posición. Estas resistencias tienen una tolerancia de 20% del valor de la resistencia. Algunos circuitos están diseñados con un valor de resistencia muy precisa y no funcionarán correctamente fuera de este valor, por eso, usted nunca debe reemplazar una resistencia con una de tolerancia más alta. Resistencias y Potencias Debido a que una resistencia restringe el flujo de corriente, la fricción eléctrica se incrementa en ella. Esto genera calor que la resistencia debe poder FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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disipar. El exceso de calor puede variar los rangos y tolerancias de una resistencia fuera de los limites de diseño. Por medio de la potencia nosotros medimos la cantidad de energía que puede ser consumida por una resistencia. Cuanto más grande sea la potencia de la resistencia, más calor podrá soportar. La Fig. 3.1.26 muestra ejemplos de potencia de una resistencia.

Para que un circuito funcione apropiadamente, las resistencias en él deben tener el rango de potencia correcta, al igual que el rango de resistencia correcto. Las resistencias y otros componentes podrían dañarse por un flujo adicional de corriente y calor si la resistencia o el rango de potencia son incorrectos. Usted puede identificar la potencia de una resistencia de carbono por su tamaño. Los valores más comunes son 1/10 vatio, 1/4 vatio, 1/2 vatio, 1 vatio, y 2 vatios.

Resistencias variables (Potenciómetros)

Los tipos de resistencias que hemos discutido hasta ahora son fijas. Esto significa que su valor no puede ajustarse. Otras resistencias son variables (Fig. 3.1.27). Esto significa que su resistencia puede cambiarse ajustando un mando. El mando mueve un contacto encima de la superficie de una resistencia. Cuando el flujo de corriente atraviesa una mayor longitud de material resistivo, la corriente disminuye; cuando esta fluye a través de menos material resistivo, la corriente aumenta. La cantidad de variación y el número de posiciones de la resistencia depende de cómo está construida la resistencia variable. Algunos tienen sólo dos valores de resistencia diferente, mientras que otros tienen un rango infinito FERREYROS S.A.A. E. Roldán / M. Sánchez – May04



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entre sus valores mínimos y máximos. Las resistencias variables pueden ser lineales o no lineales. La resistencia de una resistencia lineal aumenta uniformemente. Cuando el mando es fijado a un cuarto de su trayectoria, la resistencia aumenta a un cuarto del valor máximo; cuando el mando se pone a la mitad de su trayectoria, la resistencia aumenta a la mitad de su valor máximo. Existen muchos tipos de resistencias variables. Algunos son conocidos como reóstatos, potenciómetros o termistores. La fig. 3.1.28 muestra el símbolo esquemático de un reóstato. Un reóstato tiene dos terminales y permite el paso de corriente en un sentido. En las máquinas Caterpillar, un reóstato es usado para controlar el brillo de las luces del panel de instrumentos. Otro tipo de resistencia variable es el potenciómetro. El potenciómetro permite dos caminos al flujo de corriente y pueden controlarse ambos, manualmente o mecánicamente. El fig. 3.1.29 muestra un potenciómetro usado en un sistema de combustible. El sensor de combustible mide un valor especifico de resistencia del sistema que corresponde a una condición especifica del sistema. La resistencia de salida es medida por el módulo principal y el valor corresponde al nivel de combustible en el tanque. Un potenciómetro tiene tres terminales y trabaja dividiendo el voltaje entre dos de ellos. Los potenciómetros también pueden diseñarse para trabajar como reóstatos. Resistencia falladas o Falla en las resistencias. Las Resistencias Fijas trabajan (permitiendo el paso de una cantidad apropiada de corriente) o no (no permitiendo el paso de corriente, o permitiendo el paso de una corriente demasiado alta). Las Resistencias Variables, por otro lado, pueden exhibir una "mancha plana" donde las partes en movimiento se frotan entre si causando desgaste. Esto puede evidenciarse como la pérdida de respuesta a través de una porción del viaje del resistor.

Termistores Los termistores (las resistencias térmicas) son un tipo de resistencia variable que opera sin el control humano. Un termistor esta hecho de carbono. La resistencia del carbón disminuye a temperaturas más altas en lugar de aumentar. Esta propiedad puede ser muy útil en ciertos circuitos eléctricos. Los termistores son usados extensamente en sensores de las máquinas Caterpillar para medir las temperaturas de sistema.




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Lección 3.5: CAPACITORES (CONDENS ADORES)

Introducción Un condensador es un dispositivo que puede almacenar una carga eléctrica, creando un campo eléctrico que a su vez puede almacenar energía. La habilidad para almacenar esta energía se llama "capacitancia". En los sistemas eléctricos Caterpillar, se usan los condensadores para almacenar energía, como los circuitos de tiempo y como filtros. Los métodos de la construcción varían, pero un condensador simple puede hacerse de dos platos de material conductivo separados por un material aislante llamado “dieléctrico." Los materiales dieléctricos típicos son el aire, el papel, el plástico y la cerámica.

Hoja 3.14: Almacenamiento de energía En algunos circuitos, un condensador puede tomar el lugar de la batería. Si un condensador se pone en un circuito con una fuente de voltaje, la corriente fluye lentamente en el circuito mientras el condensador se "carga". Es decir, los electrones aumentan en la superficie del plato conectado al polo negativo y se mueven fuera del plato conectado al polo positivo. Esto continúa hasta que la carga eléctrica del condensador y la fuente de voltaje sea igual. La rapidez de este proceso depende de varios factores, incluyendo el voltaje aplicado y el tamaño del condensador; normalmente ocurre rápidamente. Cuando el condensador llega al mismo potencial que la fuente de voltaje, el flujo de corriente cesa. El condensador puede entonces mantener su carga cuando este sea desconectado de la fuente de voltaje. Con los dos platos separados por un dieléctrico, no hay lugar donde los electrones puedan ir. El plato negativo retiene sus electrones acumulados y el plato positivo todavía tiene un déficit de electrones. Es así cómo el condensador guarda la energía. Un condensador cargado puede entregar su energía almacenada como una batería (aunque es importante notar que no es igual a una batería, un condensador almacena electricidad, pero no la crea). Cuando se usa para entregar una pequeña corriente, un condensador tiene el potencial para entregar voltaje a un circuito por unas cuantas semanas.




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Hoja 3.15: Medición de Capacitores Los capacitores se miden en unidades llamadas "Faradios" (representada por el símbolo "F"). Éste especifica cuántos electrones puede contener el condensador. Un Faradio es una cantidad muy grande de electrones. En los sistemas empleados, usted verá condensadores en "micro-faradios" (µF). Un micro Faradio es la millonésima parte de un Faradio. Además de medirse en Faradios, los condensadores también se clasifican según el voltaje máximo que ellos pueden manejar. Al reemplazar un condensador, nunca use un condensador con un valor de voltaje más bajo. Tres factores se combinan para determinar la capacitancia de un condensador dado: a. El área de los platos conductivos. b. La distancia entre los platos conductivos. c. El material usado como dieléctrico.

Hoja 3.16: Cálculo de capacitancia total La capacitancia total de un circuito depende de cómo los condensadores están diseñados en el circuito.

Cuando los condensadores están en paralelo, la capacitancia total es determinada con la siguiente ecuación: Ct

=

C1 + C 2 + C 3.....

Cuando los condensadores están en serie, la capacitancia total es determinada con esta ecuación: Ct

1 =

1 C1

1 +

C2

NOTA: Siempre ponga en cortocircuito los terminales de un condensador antes de conectarlo a un circuito o equipo de medición. Esto descargará cualquier carga residual que podría estar almacenada.




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Lección 3.6: INDUCTORES (BOBINADOS) Hoja 3.17: Principio de Inducción A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de alambre enrolladas) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por esta corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha. (ver electromagnetismo) Al estar la hecha de espiras de cable, campo magnético circula por el centro debobina la bobina y cierra su camino por suelparte exterior Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que en el momento de modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de poder), esta tratará de mantener su condición anterior. Las bobinas se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse bobinas que se miden en miliHenrios (mH). El valor que tiene una bobina depende de: - El número de espiras (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios). - El diámetro de las espiras (a mayor diámetro mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios). - La longitud del cable de que está hecha la bobina. - El tipo de material de que está hecho el núcleo, si es que lo tiene.




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La bobina y la corriente continua (c.c.) La bobina está formada de un alambre conductor con el cual se han hecho espiras a manera, en su forma más sencilla, de un resorte. Si se aplica corriente continua (corriente que no varía con el tiempo) a una bobina, ésta se comporta como un corto circuito abierto y dejará pasar la corriente a través de ella sin ninguna oposición. Pero en la bobina si existe oposición al paso de la corriente, y esto sucede sólo en el momento en que se hace la conexión a la fuente de voltaje y dura por un tiempo muy pequeño. Lo que sucede es que en ese pequeño espacio de tiempocontinua la corriente variando desde A hasta su valor final de corriente (o sea esta la corriente varía con el0 tiempo) La bobina y la corriente alterna (c.a.) La bobina, como la resistencia, se opone al flujo de corriente, pero a diferencia de esta, el valor de esta oposición se llama reactancia inductiva (Xl) y se puede calcular con la Ley de Ohm Xl = V / I y por la fórmula Xl = 2 x p x f x L ¿ Qué es estar desfasado o corrido ? Las señales alternas como la corriente alterna (nuestro caso) tienen la característica de ser periódicas, esto significa que se repiten a espacios fijos de tiempo. Si dos señales periódicas iguales están en fase, sus valores máximos y mínimos coinciden. Si una señal se atrasa respecto a otra a tal punto de que estas vuelven a coincidir en estos valores (máximo y mínimo) se dice que el desfase fue de 360°. Desfases intermedios serían de 180° (las ondas están desfasadas en la mitad de su período) y desfase de 90° (las ondas están desfasadas en la cuarta parte de su período) Aplicaciones Una de la aplicaciones más comunes de las bobinas y que forma parte de nuestra vida diaria es la bobina que se encuentra en nuestros autos y forma parte del sistema de ignición. En los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro. En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida.




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Hoja 3.18: Solenoides Un solenoide utiliza un campo electromagnético para producir movimiento mecánico. En su forma básica, un solenoide es una bobina tubular que rodea un vástago movible de metal. Cuando la bobina es activada, el vástago se introduce dentro de la bobina a través de la atracción magnética. Un resorte mantiene el vástago afuera cuando la bobina no está activada. De este modo, cada vez que se aplica energía a la bobina, el vástago ejecuta un recorrido, y cuando se quita la energía, el vástago ejecuta un recorrido inverso. El movimiento de vaivén resultante puede realizar tareas mecánicas simples. En los eléctricos Caterpillar, los solenoides se utilizan con frecuencia parasistemas hacer funcionar válvulas hidráulicas

El solenoide es un actuador, que funciona en base a magnetismo; por ejemplo, si tenemos un motor de arranque y necesitamos que este mueva al motor; lo único que necesitamos es enviar corriente positiva a un terminal del solenoide, este se magnetiza; y como consecuencia, atrae un extremo de un núcleo deslizante, al suceder esto; el extremo atraído se coloca haciendo un puente entre un terminal que mantiene corriente positiva conectada directamente de la batería y el otro terminal que está conectado al interior del motor de arranque; dando lugar a la activación y funcionamiento del motor de arranque. Por el otro extremo del núcleo deslizante, mueve al bendix (embrague) colocando los dientes de este entre los dientes de la rueda volante iniciándose así las vueltas que necesita el motor para el arranque. Cuando la corriente positiva enviada es cortada, el motor de arranque se detiene y el bendix regresa a su posición de descanso.



manual-electricidad-maquinaria-caterpillar-principios-circuitos-componentes-electronica-sistemas-dispositivos.pdf

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