Manual Mediciones Eléctricas Básicas

MEDICIONES ELÉCTRICAS BÁSICAS

Guatemala, 20 de abril de 2005


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COPYRIGHT Instituto Técnico de Capacitación y Productividad -INTECAP- 2004 Esta publicación goza de la protección de los derechos de propiedad intelectual en virtud de la Convención Universal sobre Derechos de Autor. Las solicitudes de autorización para la reproducción, traducción o adaptación parcial o total de su contenido, deben dirigirse al Instituto Técnico de Capacitación y Productividad INTECAP de Guatemala. El Instituto dictamina favorablemente dichas solicitudes en beneficio de la Formación F ormación Profesional de los interesados. Extractos breves de esta publicación pueden reproducirse sin sin autorización, a condición de que se mencione la fuente. MÓDULO No. 2 MEDICIONES ELÉCTRICAS BÁSICAS Código: MT MT.3.4.2-37/04 .3.4.2-37/04 Edición 01

Las denominaciones empleadas en las publicaciones del Instituto Técnico de Capacitación y Productividad, y la forma en que aparecen presentados los datos, contenidos y gráficas, no implican juicio alguno por parte del INTECAP ni de sus autoridades. La responsabilidad de las opiniones en los artículos, estudios y otras colaboraciones, incumbe exclusivamente a sus autores. La serie es resultado del trabajo en equipo del Departamento de Industria de la División Técnica, con el asesoramiento metodológico del Departamento de Tecnología de la Formación bajo la dirección de la jefatura de División Técnica. Las publicaciones del Instituto Técnico de Capacitación y Productividad, así como el catálogo lista y precios de los mismos, pueden puede n obtenerse solicitando a la siguiente siguien te dirección: Instituto Técnico de Capacitación y Productividad División Técnica - Departamento de Industria Calle del Estadio Mateo Flores, 7-51 zona zo na 5. Guatemala, Ciudad. Tel. PBX. 23310117 Ext. 644, 647 www.intecap.org.gt www.intecap.org .gt [email protected]

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Serie Modular ELECTRICISTA INSTALADOR DOMICILIAR Con los contenidos de los manuales que comprenden esta serie modular, el participante adquirirá los conocimientos requeridos para desempeñar las funciones de instalar y proveer mantenimiento a equipo y máquinas eléctricas, así como a circuitos eléctricos de mando, alumbrado, fuerza y señalización en edificios industriales, de acuerdo a especificaciones técnicas de fabricantes y a normas de la Empresa Eléctrica de Guatemala y de la Comisión Nacional de la Energía. La serie comprende:

MÓDULO 1 2 3 4 5 6

TÍTULO Mécanica de ajustes para electricidad Mediciones Eléctricas Básicas Instalaciones Eléctricas Residenciales Circuitos Eléctricos de Señalización Instalación de Acometidas Eléctricas Instalación y Mantenimiento de Motores Eléctricos Monofásicos


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Indice Prerrequisito Objetivo del manual Presentación Diagrama de contenidos

7 7 9 11

Unidad 1: Mediciones eléctricas básicas Objetivos de la unidad

13

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14

14

1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 1.22 1.23 1.24

La Electricidad Formas de producir Electricidad Efectos de la Electricidad Magnitudes básicas de la Electricidad Múltiplos y submúltiplos de las unidades de medida Tipos de tensión Eléctrica Circuito eléctrico simple La ley de OHM Proceso de conexión de un circuito eléctrico simple Instrumentos de medición análogos y digitales Manejo adecuado de los instrumentos de medición eléctrica Materiales conductores de la electricidad Materiales no conductores de electricidad Proceso de medición de continuidad de materiales con multímetro digital Resistencias eléctricas Código de colores para resistencias eléctricas y otras formas de indicar su valor Conexión de resistencias puras Cálculo de conductancia, conductibilidad, resistividad y resistencia específica Cálculo de la caida de tensión Lectura de escalas y rango Medidas de tensión e intensidad de la corriente continua y alterna Medidas de seguridad al trabajar en instalaciones eléctricas Precauciones en el área de alta tensión Proceso de aplicación de primeros auxilios

81 96 103 105

Actividades Resumen Evaluación

109 112 114


19

29 34 35 36 37 39 43 45 55 57 59 61 62 67 70 74 76 77

5


Unidad 2: Medición de potencia y trabajo eléctrico monofásico Objetivos de la unidad

123

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9

124 125 127 127 130 131 132 132 132

Trabajo eléctrico Ley de watt Unidades de medida de potencia y trabajo eléctrico El contador eléctrico Proceso de lectura de un contador eléctrico Trabajo y costo de la energía eléctrica Medición de potencia en forma indirecta Medición de potencia en forma directa Proceso de medición del trabajo eléctrico Actividades Resumen Evaluación

134 136 137

Unidad 3: Medición de intensidad lumínica Objetivos de la unidad

130

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

140 142 143 145 153 155 155

Iluminación Unidades de medida Luxómetro Luminosidad Tipos de iluminación Proceso de medición de la intensidad lumínica Medida de seguridad Actividades Resumen Evaluación Glosario Bibliografía

6

156 157 158 161 167



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Para poder estudiar este módulo, usted deberá poseer conocimientos generales y/o experiencia en mecánica de ajustes. Así mismo, para asegurar un entendimiento real de las técnicas presentadas en el presente manual y poder lograr un desempeño eficiente en un contexto laboral determinado es necesario que se cumplan los siguientes requisitos:

• Haber aprobado el 6º Año de Educación Primaria • No tener impedimentos físicos que puedan limitar el desempeño normal en el trabajo • Ser mayor de 14 años • Dominar las operaciones aritméticas básicas

I V O l T E J B O n ua a M l de

Con los contenidos de este manual, usted adquirirá los conocimientos necesarios para realizar mediciones eléctricas de tensión, intensidad, resistencia, potencia, trabajo monofásico e intensidad lumínica, basándose en especificaciones del fabricante y normas de la E.E.G.S.A..


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Presentación El presente manual de Mediciones Eléctricas Básicas constituye material de apoyo para el paquete didáctico del evento del mismo nombre, cuyo contenido se determinó a partir de Normas técnicas de competencia Laboral establecidas por grupos de trabajo conformados por personal técnico del INTECAP. Las Mediciones Eléctricas Básicas se refieren a todas las técnicas que se utilizan para determinar magnitudes eléctricas básicas, en circuitos eléctricos con corriente continua y con corriente alterna. Su finalidad es proporcionar la información necesaria para realizar los procedimientos adecuados de medición. Este segundo módulo de la serie de Electricidad Domiciliar contiene las técnicas que se deben aplicar para la medición de magnitudes eléctricas básicas en circuitos eléctricos con DC y AC. A través del estudio y la práctica de los contenidos de este manual, el participante adquirirá los conocimientos, habilidades y destrezas necesarias para desempeñar eficientemente las funciones de realizar mediciones de magnitudes eléctricas: básicas, de potencia, de trabajo eléctrico monofásico y de intensidad lumínica, en circuitos eléctricos. El manual consta de tres unidades. En la primera unidad se explican los principios básicos de la electricidad, el manejo adecuado de los instrumentos de medición eléctrica, los procesos de medición de resistencia, voltaje e intensidad de corriente, tanto en corriente continua, como en alterna En la segunda unidad se describen los procesos de lectura de contadores de energía eléctrica y de medición del trabajo eléctrico monofásico. En la tercera y última unidad se presentan los principios de iluminación, incluyendo sus tipos, y el proceso de medición de intensidad lumínica. Cada una de las tres unidades corresponde a una función específica dentro del área de Mediciones Eléctricas Básicas, de la ocupación de Electricista Instalador Domiciliar, por lo que el estudio del presente manual podría enfocarse únicamente a una o varias de sus unidades, y no necesariamente extenderse a todo el módulo. Esto dependerá, lógicamente de las funciones que se realicen en el lugar de trabajo.


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Diagrama

de Contenidos UNIDAD 1 MEDICIONES ELÉCTRICAS BÁSICAS

UNIDAD 2

UNIDAD 3

MEDICIÓN DE POTENCIA Y TRABAJO ELÉCTRICO MONOFÁSICO

MEDICIÓN DE INTENSIDAD LUMÍNICA

Tiempo aproximado de estudio: 35 horas La estimación del tiempo para el estudio del presente manual es de 35 horas, aunque depende directamente del ritmo individual de aprendizaje. De acuerdo al plan de formación correspondiente al presente módulo, el tiempo total de clases teóricas y de prácticas en taller correspondientes al período de formación en el centro de capacitación o en la empresa es de 200 horas.


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UNIDAD 1 MEDICIONES ELÉCTRICAS BÁSICAS

Con el contenido de esta unidad, usted será competente para:

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Demostrar las formas de producir electricidad y sus efectos, de acuerdo a técnicas y métodos establecidos. Construir un circuito eléctrico simple, tomando en cuenta medidas de seguridad y protección ambiental. Realizar mediciones de continuidad de materiales conductores y no conductores, en base a procedimientos técnicos establecidos y medidas de seguridad. Realizar lectura de resistencias, de acuerdo al código internacional de colores. Medir tensión, corriente y resistencia con aparatos análogos y digitales, tomando en cuenta procedimientos técnicos establecidos, las recomendaciones del fabricante y medidas de seguridad. Realizar conexiones serie y paralelo de resistencias, según las leyes de cada conexión.


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1.1

LA ELECTRICIDAD

El hombre llegó a conocer en el rayo la electricidad como fenómeno de la naturaleza. El rayo es un fenómeno que recuerda las fuerzas naturales y los peligros de la electricidad.

1.1.2

CARACTERÍSTICAS DE LA ELECTRICIDAD

La energía eléctrica presenta, frente a otras formas de energía, características que la hacen especial y ventajosa, entre las cuales se tiene: ♦ Puede ser transportada fácilmente. Las centrales

eléctricas suministran energía a amplios territorios, mediante conducciones a grandes distancias. ♦ Puede transformarse fácilmente en otras formas

de energía, por ejemplo en calor, luz, energía mecánica, etc. Por las anteriores características la electricidad es empleada con facilidad en hogares, talleres y grandes industrias. Pero, es muy peligrosa y mortal para el ser humano, si no se toman en cuenta las medidas de seguridad.

1.1.3

Figura 1 La diferencia de potencial entre las nubes o entre una nube y el suelo, produce cargas eléctricas atmosféricas o rayos.

1.1.1

DEFINICIÓN DE ELECTRICIDAD

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

La materia es el material físico del universo, es cualquier cosa que ocupa un espacio y que tiene una masa, ejemplos: mesa, carro, árbol, agua, aire, pelo, cuero, etc. La materia puede existir en estado líquido, sólido y gaseoso.

La electricidad es una forma de energía, como lo es el calor, la luz, la energía mecánica y la energía química.

Toda la materia está constituida por elementos simples, llamados también elementos químicos.

La electricidad se debe a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos. Los electrones son partículas elementales que están presentes en todos los átomos, por lo que la electricidad es una propiedad de todos los materiales.

a. Elementos químicos: es la sustancia que no puede

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ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios. Por ejemplo; hidrógeno, oxigeno, carbono, hierro, aluminio, etc.



Los elementos son los materiales básicos que constituyen toda la materia. Se conocen más de 100 elementos químicos en el Universo. Los elementos no pueden descomponerse en otras sustancias ni por procedimientos químicos ni por procedimientos mecánicos. Los elementos están formados por un sólo tipo de átomos, que reciben el mismo nombre que el del elemento. Es decir, el elemento hidrógeno está compuesto de varios átomos de hidrógeno, el elemento aluminio está compuesto de varios átomos de aluminio y así sucesivamente. b. Compuesto químico: es una sustancia formada

por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable. Ejemplo de compuestos químicos son: el agua, formada por el elemento hidrógeno y el elemento oxígeno, la sal formada por el elemento cloro y el elemento sodio y el bronce que es una aleación del elemento estaño y del elemento cobre. Tanto los elementos como los compuestos son sustancias puras.

Átomo de oxígeno

Átomo de hidrógeno

Átomo de hidrógeno

Figura 2 Mólecula de agua (H 2O).

Los átomos son tan pequeños que no se pueden ver a simple vista. Por ello se han desarrollado modelos teóricos de su estructura, con lo que pueden explicarse los resultados de los experimentos. Básicamente, un átomo está formado de tres tipos de partículas subatómicas que son de interés en el estudio de la electricidad:

c. Mezclas: una mezcla está formada por

combinaciones diferentes de elementos y compuestos sin interacción química entre ellos. Ejemplos de mezclas son: el agua azucarada y el aire, que es una mezcla de diferentes gases. d. Molécula: es la partícula más pequeña de una

sustancia, que mantiene las propiedades químicas específicas de esa sustancia. Si una molécula se divide en partes aún más pequeñas, éstas tendrán una naturaleza diferente de la sustancia original. Por ejemplo, una muestra de agua puede dividirse en dos partes, y cada una dividirse a su vez en muestras de agua más pequeñas. El proceso de división y subdivisión finaliza al llegar a la molécula simple de agua, que si se divide, dará lugar a algo que ya no es agua; esto es, hidrógeno y oxígeno. Ver figura 1-2. e. El átomo: es la partícula más pequeña a la que se

puede reducir un elemento y que conserva las propiedades de ese elemento.

· Electrones con carga eléctrica negativa. · Protones con carga eléctrica positiva. · Neutrones sin carga eléctrica.

Los protones y los neutrones se localizan en el centro o núcleo del átomo y los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo, formando la corteza (figura 3 en la siguiente página). Los electrones se mueven alrededor del núcleo a gran velocidad y dan con ello la impresión de formar una corteza. La diferencia entre los diferentes elementos consiste simplemente en el número de partículas que poseen. Así por ejemplo, el cobre presenta 29 protones, y el zinc 30 en el núcleo. En las figuras 4 y 5 están representados en un plano, algunos modelos atómicos simplificados.


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Núcleo con 6 protones y 6 neutrones

Corteza con 6 electrones

Carbono: 6 protones 6 neutrones 6 electrones

Forma esférica

Figura 3 Partes del un átomo y forma esférica exterior.

En un átomo el número de electrones es siempre igual al número de protones. El número de neutrones suele ser diferente del de protones. En un átomo el número de electrones es siempre igual al número de protones.

Cobre: 29 protones 34 neutrones 29 electrones

Figura 5 Representación plana de átomos de los elementos Carbono y Cobre.

Los electrones describen sus órbitas en determinadas zonas alrededor del núcleo, zonas que se llaman capas y se caracterizan mediante letras correlativas. En la siguiente tabla se muestran los nombres de las capas de los electrones alrededor del núcleo, y el número máximo posible de electrones.

RECAPITULANDO En un átomo hay normalmente el mismo número de electrones y de protones, y un número igual. o superior, de neutrones.

Tabla 1 Capas de electrones alrededor del núcleo

Hidrógeno: 1 protón 1 electrón

Figura 4 Representación gráfica plana del átomo del hidrógeno.

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Los electrones que se encuentran en la última capa de un átomo reciben el nombre de electrones de valencia. Ejemplo: en un átomo de cobre (Figura 5), empezando de la capa más próxima al núcleo hasta las más lejanas, los electrones están distribuidos de la siguiente forma:



Capa K Capa L Capa M Capa N Total

2 electrones 8 electrones 18 electrones 1 electrón de valencia. 29 electrones.

Tabla 2 Capas de electrones de un átomo de cobre

Si se aplica suficiente energía a un electrón de valencia, el electrón se desligará de su átomo, ya que no existe órbita inmediata superior. La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus átomos respectivos. Sin embargo, la energía suministrada a una capa de valencia se distribuye entre los electrones en dicha capa. Por lo tanto, para determinada cantidad de energía, mientras más electrones de valencia existan, menor será la energía que tendrá cada uno de ellos. La energía suministrada para separar los electrones de su átomo puede ser: calorífica, lumínica, magnética, etc., como se verámas adelanteenlasección formasdeproducirelectricidad.

Esto indica que entre menos electrones tenga un átomo en su capa de valencia, más fácil será desprenderle un electrón, pues se necesita menor cantidad de energía. Los materiales conductores tienen un electrón de valencia, los semiconductores tienen cuatro y los aislantes tienen 6 ó más.

Figura 7 La energía aplicada al átomo se distribuye entre los cuatro electrones de valencia.

1.1.4

CARGAS ELÉCTRICAS

Los electrones pueden separarse de los átomos. Al separarse dan origen a la carga eléctrica. Cuando se transfieren los electrones, que tienen carga negativa, los átomos de los que proceden se convierten en iones positivos, o cationes, mientras que aquellos a los que se añaden se convierten en iones negativos, o aniones.

Los electrones tienen una masa en reposo de 9.109 x 10-31 kg y una carga eléctrica negativa de 1.602 x 10-19 coulumbios. Debido a que la carga es una propiedad de la materia, todo tiene carga, pero no se manifiesta, no se ve ni se siente porque está en equilibrio. Una de las formas con las que usted puede comprobar la existencia de cargas eléctricas es caminando sobre una alfombra en tiempo seco, es muy probable que se produzca una chispa al tocar la perilla metálica de la puerta.

Energía

Figura 6 La energía aplicada al átomo se distribuye entre los dos electrones de valencia.

La neutralidad eléctrica de la mayoría de los objetos en el mundo visible oculta el contenido de cantidades enormes de carga positiva y negativa que, en su mayor parte, se cancelan entre sí y no se observa ningún efecto


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externo. Sólo cuando este equilibrio se perturba, la naturaleza revela los efectos de una carga positiva o negativa no compensada o desbalanceada. Cuando se dice que un cuerpo está cargado se quiere decir que, tiene un desbalance de carga, aun cuando la carga carga neta represente una pequeña fracción de la carga positiva o negativa total contenida en el cuerpo. Existen dos tipos de carga eléctrica que son positiva y negativa. Las cargas positivas se atraen con las negativas, las negativas repelen a las negativas, al igual que lo hacen las cargas positivas con las positivas. Repulsión

Varilla de plástico

Exceso de electrones

Paño de lana Defecto de electrones Figura 9 Al frotar la varilla de plástico plástico con el paño de lana hay hay electrones que pasan del paño a la varilla. El paño queda cargado positivamente (defecto de electrones).

Cuando usted frota la varilla de vidrio con el pañuelo de seda, hay electrones que se separan de la varilla y pasan al pañuelo, con lo que en la varilla quedarán más cargas positivas que negativas (defecto de electrones).

Varilla de plástico Atracción Defecto de electrones

Figura 8 Cargas eléctricas.

Pañuelo de seda

Cargas de igual signo se repelen, cargas de signo contrario se atraen. Entre objetos eléctricamente neutros no aparecen fuerzas de atracción ni de repulsión. Con esto, usted puede ahora entender lo que sucede cuando se frota una varilla plástica plá stica con un paño de lana, o una varilla de vidrio con un pañuelo de seda. Al frotar la varilla de plástico con el paño de lana los electrones pasan del paño a la varilla, quedando cargada negativamente (exceso de electrones). 18

Exceso de electrones

Figura 9 Al frotar la varilla de plástico plástico con el paño de lana hay hay electrones que pasan del paño a la varilla. El paño queda cargado positivamente (defecto de electrones).

Luego de estar cargadas las dos varillas y al suspender libremente, sobre un hilo, una de las dos varillas y acercársele la otra, observará el efecto de atracción entre las dos varillas. Esto es debido a que tienen cargas eléctricas contrarias.



Luego de estar cargada la varilla de plástico y acercarla a recortes de papel, verá la forma en que son atraídos por ella. Al frotar dos varillas de vidrio con un pañuelo de seda y luego luego colocarla colocarlass como muestra la figura 11 observará el efecto de repulsión. Este es debido a que tienen cargas eléctricas iguales.

F

Figura 11 Dos varillas de vidrio cargadas eléctricamente con el mismo signo, se repelen.

Otra característica de las cargas es que neutralizan sus efectos, dando lugar con ello a las fuerzas de atracción entre los cuerpos cargados con distinto signo. Después de frotar el vidrio con la seda, ambos se cargan con electricidad. Pero, si la varilla de vidrio y la seda se juntan nuevamente, entonces por la atracción de cargas positivas en la varilla, los electrones electrones salen de la seda, hasta que ambos materiales quedan de nuevo eléctricamente eléctricamente neutros. Ver Ver figura 12.

1.2

Figura 12 Al juntar dos cargas diferentes, diferentes, estas se neutralizan.

FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD

Para producir electricidad existen varias formas. El proceso de producir electricidad es convertir energía de cualquier tipo en energía eléctrica. Algunos medios permiten obtener mayor potencia que otros, y es por ello, que para grandes potencias se usan unos y para pequeñas aplicaciones y para lugares alejados se usan otros de menor capacidad, debido a que que su demanda es menor.

Figura 13 Distintas formas de producir la electricidad.


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La forma de producir electricidad se puede clasificar en seis grandes categorías: · · · · · ·

1.2.1

Por fricción Por reacciones químicas Por presión Por calor Por luz Por magnetismo

ELECTRICIDA D PRODUCIDA ELECTRICIDAD POR FRICCIÓN O FROTAMIENTO

Una carga eléctrica eléctrica se separa cuando se frotan dos piezas de ciertos materiales, como por ejemplo seda y vidrio. Después de frotar los materiales, en la superficie superficie de uno, existen muchos átomos que no pueden combinarse con otros, en la misma forma en que lo hacen cuando están dentro del material, por lo tanto, los átomos superficiales contienen algunos electrones libres, ésta es la razón por la cual los aisladores, como por ejemplo el vidrio y el caucho, pueden producir cargas de electricidad estática.

¿Por qué? Cuando es frotado, el globo toma electrones del suéter o del cabello y adquiere una ligera carga negativa, la cual es atraída por la carga positiva de la pared. 2. Ahora, frote usted dos dos globos inflados, a cada uno uno de ellos áteles un hilo y trate trat e de que se acerquen uno al otro. ¿Qué ocurre? Los globos evitan tocarse entre sí. ¿Por qué? La explicación es que ambos tienen cargas negativas negativas y éstas se repelen. Esta es una de las características de la electricidad, las cargas positivas se repelen y las cargas negativas tambi ta mbién én lo ha hacen cen.. En ca camb mbio io,, la lass ca carg rgas as de diferente signo se atraen. Esto mismo mismo ocurre con los polos de un imán: el "norte" tiende a unirse con el "sur", pero los polos iguales siempre se repelen entre sí. 3.

Frote una varilla de plástico (lapicero plástico) con un paño de lana, vea la Fig. 14. Hay electrones que pasan del paño a la varilla, la cual queda cargada negativamente (exceso de electrones), vea la Fig. 15. Luego de cargar la varilla de plástico, acérquela a recortes de papel, verá como los atrae, vea la Fig. 16.

La energía calorífica producida por el frotamiento es debido a la fricción la cual se imparte a los átomos superficiales que entonces liberan los electrones. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD ELECTRICID AD POR FRICCIÓN O FROTAMIENTO

Figura 14 Fotaci÷on de una varilla de plástico

Los cuerpos cargados eléctricamente presentan una característica que usted puede comprobar fácilmente y es que, los cuerpos cargados ejercen fuerzas entre sí. Para comprobar la existencia de cargas eléctricas, usted puede realizar los siguientes procesos: 1. Frote en su ropa (de preferencia un suéter de lana) o en su propio cabello un globo inflado; puede poner el globo contra la pared y ahí permanecerá.

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Figura 15 Varilla de plástico cargada negativamente.



La corriente eléctrica no solo puede circular por conductores metálicos, sino también, a través de determinados líquidos.

Figura 16 Atracción de recortes de papel con la varilla de plástico cargada.

4. Frote dos varillas de vidrio con un pañuelo de seda, hay electrones que se separan de las varillas y se pasan al pañuelo, con lo que en las varillas quedarán más cargas positivas que negativas (defecto de electrones). Luego de estar cargadas las dos varillas y colocarlas como muestra la figura 1-17, verá el efecto de repulsión. Esto es debido a que ambas tienen cargas eléctricas iguales. F

El agua químicamente pura es un líquido que no contiene ningún tipo de sustancias extrañas y es muy mala conductora de la electricidad. Sin embargo, el agua corriente no es químicamente pura. Según la región de la que se obtenga, el agua contendrá cantidades diversas de sales y otras sustancias. Todas las sales y ácidos aumentan la conductividad del agua. Los líquidos que conducen la corriente eléctrica se llaman electrolitos. Para producir electricidad por medios químicos se necesitan dos electrodos de diferentes materiales y un electrolito. Colocando los dos electrodos dentro del electrolito, uno de los electrodos cede electrones (defecto de electrones) y el otro los recibe (exceso de electrones). Al estar cargados los dos electrodos, aparece una fuerza entre ellos llamada tensión eléctrica. La tensión eléctrica se origina por la separación entre las cargas, las cuales tienden a compensarse.

Figura 17 Dos varillas de vidrio cargadas eléctricamente con cargas del mismo signo, se repelen.

1.2.2

ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR REACCIONES QUÍMICAS

Las sustancias químicas se combinan con ciertos metales, para iniciar una actividad química en la cual habrá transferencia de electrones, produciéndose cargas eléctricas. Esta es la forma en la que funciona una batería o pila ordinaria. Las baterías o pilas son fuentes que transforman la energía química en energía eléctrica.

El símbolo empleado para la tensión eléctrica es "U", su unidad de medida es el voltio "V" y se mide con un aparato llamado Voltímetro. La tensión entre los electrodos varía, según los materiales utilizados como electrodos. Se ha medido la tensión de electrodos de diversas substancias dentro de la solución, con sus sales en una concentración constante. En segundo lugar se ha empleado un electrodo patrón (electrodo de hidrógeno). De ahí se obtiene la llamada escala o serie de tensiones. A continuación se presenta una escala de tensiones electroquímicas de diferentes materiales, con un electrodo patrón de hidrógeno a 25 grados centígrados.


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Oro Pirolusita Platino Plata Mercurio Carbón Cobre Bismuto Antimonio Hidrógeno Plomo Estaño Níquel Cobalto Cadmio Hierro Cromo Zinc Manganeso Aluminio Magnesio Sodio Potasio Litio

+ 1.50 V + 0.9 V + 0.86 V + 0.80 V + 0.79 V + 0.74 V + 0.34 V + 0.28 V + 0.14 V 0V - 0.13 V - 0.14 V - 0.23 V - 0.29 V - 0.40 V - 0.44 V - 0.56 V - 0.76 V - 1.10 V - 1.67 V - 2.40 V - 2.71 V - 2.92 V - 2.92 V

A las fuentes que transforman la energía química en energía eléctrica se les llama pilas galvánicas o pilas electrolíticas. Las pilas electrolíticas a su vez, se clasifican en pilas primarias y pilas secundarias o acumuladores. Los procesos electroquímicos que se desarrollan en las pilas primarias son irreversibles. Las pilas no pueden volver a utilizarse una vez descargadas, es decir, no pueden cargarse de nuevo. En las pilas secundarias, sí es posible invertir el sentido de los procesos electroquímicos. Esto se consigue suministrando energía eléctrica. Por tanto, los acumuladores pueden almacenar energía eléctrica en forma de energía química y volver a suministrarla cuando se necesite. Pilas electrolíticas

Suministro de energía eléctrica Pilas secundarias acumulador de energía

Pilas primarias

Tabla 3

Un electrodo de oro (+ 1.50 V) y otro de litio (- 2.92 V) sumergidos en un electrolito, dan como resultado una tensión entre los dos electrodos de 4.34 V (1.50 + 2.92), siendo el electrodo de oro el polo positivo y el electrodo de litio el polo negativo. Los materiales de los electrodos a utilizar para las baterías o pilas, dependen del costo, de los efectos de la corrosión electroquímica y de otras propiedades de los materiales. En las pilas de 1.66 V se utilizan electrodos de zinc y pirolusita (bióxido de manganeso). La tensión depende también, del tipo de electrolito utilizado y de su concentración. Si ambos electrodos son del mismo material no puede originarse una tensión entre ellos.

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Descarga

Carga Descarga

Consumo de energía. p. ej., calor Figura 18 División de las pilas electrolíticas.

a. PILAS PRIMARIAS

Una gran cantidad de pilas electrolíticas que se utilizan diariamente tienen electrodos de zinc y dióxido de manganeso, carbono como electrodo de contacto y un electrolito de cloruro amónico. Todas estas pilas difieren simplemente en su aspecto exterior y por el número de pilas conectadas en serie.



La figura 19 muestra la estructura de una pila. El revestimiento de zinc es el polo negativo de la fuente. El polo positivo es de dióxido de manganeso, conectado mediante una varilla de carbón. Entre ambos electrodos se encuentra una solución espesa de cloruro amónico (no mostrada en la figura) que se impregna con sustancias absorbentes, como por ejemplo el almidón. El revestimiento de zinc se disuelve lentamente en el electrolito, dando lugar a iones positivos. Mientras el revestimiento de zinc se vuelve negativo, el dióxido de manganeso se hace positivo, pues cede electrones.

3. Tensión en los terminales La tensión en los terminales de una pila no es constante, pues decrece al aumentar el tiempo de descarga. Una fuente de tensión electroquímica sólo puede proporcionar una determinada intensidad de corriente, durante un tiempo limitado. Cada fuente tiene una capacidad diferente. La capacidad K de una pila electrolítica es la cantidad de carga Q que puede proporcionar, expresada en amperios-hora. La capacidad depende fuertemente de la estructura de la pila y de la carga que se conecte. Es por ello que los fabricantes no indican valores de capacidad constante, sino valores indicativos para cada caso. 4. Tensión de trabajo Es la tensión que aparece en los bornes de la pila cuando se conecta una carga. Su valor puede ser de 1.2 a 1.5 Voltios.

Figura 19 Estructura de una pila primaria.

Al cerrar el circuito eléctrico exterior, los electrones del recipiente de zinc pasan al electrolito a través del electrodo positivo, con lo que circulará una corriente. Para poder trabajar adecuadamente con pilas electrolíticas es importante que tome en cuenta las siguientes tensiones: 1. Tensión en circuito abierto Es la tensión que existe en los electrodos cuando no se conecta ninguna carga. En las pilas de zinc y dióxido de manganeso el valor de esta tensión se encuentra entre 1.35 a 1.72 Voltios. 2. Tensión nominal Es el valor en números redondos, que se define como 1.5 voltios por pila. Se considera que una pila está descargada cuando su tensión de trabajo, vale la mitad de la tensión nominal.

Medidas de seguridad en la utilización de pilas primarias · Al cambiar las pilas de un determinado aparato debe montar siempre los tipos recomendados por el fabricante, pues sólo en este caso están garantizadas la potencia y la seguridad. · Debe vigilar que las pilas estén conectadas con la polaridad adecuada. Si se conectan con la polaridad equivocada se producirá una descarga propia, y sobre todo, se correrá peligro de una fuga del líquido electrolítico. · Si conecta todas las pilas con polaridad opuesta podría incluso, estropearse el aparato. · Debe siempre cambiar todas las pilas, pues si no, se corre el peligro de que las pilas "viejas" se descarguen excesivamente, dando lugar a fugas químicas.


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· Todos los materiales de las pilas son tóxicos, evite el contacto directo con ellos.

Aislamiento de papel

Recipiente de zinc

Figura 21 Acumulador de plomo.

Ampollamiento Desgastamiento del recipiente

Cloruro de zinc

Figura 20 Pila dañada

Paso 2: Disuelva un poco de sal en un recipiente con agua. La mezcla de sal y agua forma un electrolito.

b. PILAS SECUNDARIAS

La pila secundaria más utilizada es el acumulador de plomo. Cuando se descarga se puede volver a cargar con una corriente eléctrica. Los acumuladores de plomo se utilizan en innumerables campos. Sirven, por ejemplo, como baterías de arranque para los motores de combustión interna (Vea la Fig. 21). En instalaciones fijas se emplean como fuentes energéticas o grupos electrógenos de emergencia en instalaciones telefónicas o de señalización. PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD POR REACCIONES QUÍMICAS A continuación, realice cada paso como se le pide, para que pueda producir electricidad con reacciones químicas.

24

Paso 1: Prepare un vaso de vidrio con agua, un poco de sal, una placa de cobre, una placa de zinc, dos conectores tipo lagarto, un trapo para limpiar y un voltímetro con una escala de 3 voltios con sus cables de medición.

Paso 3: Introduzca en el agua con sal dos placas de cobre, una en el extremo derecho y la otra en el izquierdo. Paso 4: Conecte cada borne de conexión del voltímetro (escala de 3 volt ios) a la s pl ac as de cobr e, utilizando los cables de medición del voltímetro y los conectores tipo lagarto. Paso 5: Observe que el voltímetro no muestra medición de tensión. Esto es debido a que las dos placas utilizadas como electrodos son del mismo material. Paso 6: Sustituya una de las placas de cobre por una de zinc, tomando en cuenta la polaridad del voltímetro (borne positivo del voltímetro a placa de cobre y borne negativo a placa de zinc).



Paso 7: Observe que el voltímetro muestra una medición de tensión. Paso 8: Según la escala de tensiones electroquímicas de los materiales el cobre tiene + 0.35 V y el Zinc - 0.76 V, lo que da una tensión total de 1.1 V. Compare este valor con el del voltímetro. Paso 9: El agua con sal es un electrolito que no daña el ambiente y puede desecharla en el drenaje. Paso 10: Limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Cobre Polo positivo

Zinc Polo negativo

Vaso Placa negativa (catodo) Burbujas de hidrógeno

Placa positiva (anodo) Electrolito

Figura 22 Producción de electricidad por efecto químico, utilizando una placa de cobre y una de zinc introducidas en agua con sal.

1.2.3

ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR PRESIÓN

Cuando se les aplica presión a algunos materiales, la fuerza de la presión pasa a través del material, a sus átomos, desalojando los electrones de sus órbitas y empujándolos en la misma dirección que tiene la fuerza. Estos se alejan de un lado del material y se acumulan en el lado opuesto.

Así se originan cargas positivas y negativas en los lados opuestos (Fig. 23). Cuando cesa la presión, los electrones regresan a sus órbitas. Los materiales se cortan en determinadas formas para facilitar el control de las superficies que habrán de cargarse; algunos materiales reaccionan a una presión de flexión, en tanto que otros responderán a una presión de torsión. PIEZOELECTRICIDAD O EFECTO PIEZOELÉCTRICO Fenómeno físico por el cual aparece una diferencia de potencial eléctrico entre las caras de un cristal, cuando éste se somete a una presión mecánica. El efecto piezoeléctrico se produce en varias sustancias cristalinas como el bario, el titanio o la turmalina. El efecto se explica por el desplazamiento de iones en cristales que tienen una celda unitaria asimétrica (la celda unitaria es el poliedro más simple que compone la estructura de un cristal). Cuando se comprime el cristal, los iones de las celdas se desplazan, provocando la polarización eléctrica de la misma. Debido a la regularidad de la estructura cristalina, estos efectos se acumulan, produciendo una diferencia de potencial eléctrico entre determinadas caras del cristal. Dada su capacidad de convertir la deformación mecánica en voltaje eléctrico y un voltaje eléctrico en movimiento mecánico, los cristales piezoeléctricos se utilizan en dispositivos como los transductores, que se emplean en la reproducción de discos, y micrófonos. Los cristales piezoeléctricos también se usan como resonadores en osciladores electrónicos y amplificadores de alta frecuencia, ya que si se tallan estos cristales de una determinada manera, la frecuencia de resonancia es estable y bien definida. Fuerza

Figura 23 Producción de electricidad por presión.


25


1.2.4

ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR CALOR

Debido a que algunos materiales liberan fácilmente sus electrones y otros materiales los aceptan, puede haber transferencia de electrones, cuando se unen dos metales distintos, por ejemplo: con materiales particularmente activos, la energía calorífica del ambiente a temperatura normal, es suficiente para que éstos metales liberen electrones, ejemplos de estos metales son el cobre y el zinc. Así pues el zinc adquiere un exceso de electrones, por lo que se carga negativamente. El cobre, después de perder electrones, tiene una carga positiva. Sin embargo, las cargas originadas a la temperatura ambiente son pequeñas, debido a que no hay suficiente energía calorífica para liberar más que unos cuantos electrones. Pero si se aplica calor a la unión de los dos metales para suministrar más energía, se liberan más electrones. Este método es llamado termoelectricidad (Fig. 24). Mientras mayor sea el calor que se aplique, mayor será la carga que se forme. Al retirar la fuente de calor, los dos metales se enfriarán y las cargas se disiparán. El dispositivo descrito recibe el nombre de termopar. Cuando se unen entre si varios termopares, se forma una termopila. Cobre

Termoelectricidad Junta Zinc

emplearse para la medida precisa de temperaturas mediante un termopar. A temperaturas moderadas (hasta unos 260 °C) suelen emplearse combinaciones de hierro y cobre, hierro y constantán (una aleación de cobre y níquel), y cobre y constantán. A temperaturas mayores (hasta unos 1.650 °C) se utiliza platino y una aleación de platino y rodio. Como los alambres de los termopares pueden tener dimensiones muy pequeñas, también permiten medir con precisión, las temperaturas locales en un punto. El aparato para medir temperaturas, combinando el termopar y el milivoltímetro se llama pirómetro. La corriente generada puede aumentarse empleando semiconductores en lugar de metales, y puede alcanzarse una potencia de unos pocos vatios, con eficiencias de hasta el 6%. Estos generadores termoeléctricos, calentados con quemadores de queroseno, son muy utilizados en zonas remotas para alimentar radiorreceptores. a.

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD POR CALOR

A continuación realice cada paso para producir electricidad por calor. Paso 1: Prepare un conductor de cobre, un conductor de constantán, una candela o mechero, fósforos, un alicate, pinzas, navaja y un voltímetro muy sensible (milivoltímetro) para tensión continua.

La energía calorifica hace que el cobre libere electrones hacia el zinc

Paso 2: Empalme los extremos de dos conductores, uno de constantán y el otro de cobre, utilizando un alicate y una pinza.

Figura 24 Si coloca dos materiales distintos y calienta la unión, aparecerá un pequeño voltaje en los otros extremos de los materiales.

Paso 3: Conecte los otros dos extremos de los conductores a los bornes del milivoltímetro. El cobre al polo positivo y el constantán al polo negativo del voltímetro. Si el voltímetro o multímetro es de varias escalas, seleccione la escala de milivoltios. (Consulte a su facilitador o lea la lección de medición de tensión en este manual).

Para una pareja de materiales determinada, la diferencia de tensión es directamente proporcional a la diferencia de temperaturas. Esta relación puede

26



Paso 4: Encienda la candela o mechero. Paso 5: Acerque la llama de la candela o mechero a los extremos trenzados de los conductores para aplicarles calor. (Fig. 25).

c.

MEDIDAS DE PROTECCIÓN AMBIENTAL

El cobre es un metal que se puede reciclar en nuestro medio. Guárdelo en el recipiente donde almacena los demás restos de cobre.

1.2.5

Figura 25 Producción de electricidad, aplicando calor a una unión de un conductor de cobre y un conductor de constantán.

Paso 6: Observe la medida de tensión en el voltímetro. Paso 7: Apague la candela o mechero, desconecte los conductores del voltímetro y desempalme. Paso 8: Limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo. b.

MEDIDAS DE SEGURIDAD DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ELECRICIDAD POR CALOR

Tome las precauciones para no quemarse o provocar un incendio.

ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR LUZ

La luz en sí misma es una forma de energía, constituida por pequeños paquetes de energía llamados fotones. Cuando los fotones de un rayo luminoso inciden sobre un material, liberan su energía. En algunos materiales, la energía procedente de los fotones puede ocasionar la liberación de algunos electrones de los átomos. Materiales tales como potasio, sodio, cesio, litio, selenio, germanio, cadmio y sulfuro de plomo reaccionan a la luz en esta forma. El efecto fotoeléctrico se puede usar de tres maneras: 1. Fotoemisión: la energía fotónica de un rayo de luz, puede causar la liberación de electrones de la superficie de un cuerpo que se encuentra en un tubo al vacío. Entonces una placa recoge estos electrones. 2. Fotovoltaica: la energía luminosa que se aplica sobre una de dos placas unidas, produce la transmisión de electrones de una placa a la otra. Entonces las placas adquieren cargas opuestas, en la misma forma que una batería. 3. Fotoconducción: la energía luminosa aplicada a algunos materiales que normalmente son malos conductores, causa la liberación de electrones en los materiales, de manera que éstos se vuelven mejores conductores. Por ejemplo, en sólo un metro cuadrado de una azotea soleada de una casa, se recibe como promedio, la cantidad de 150 kWh al mes en energía solar, lo que equivale a la energía eléctrica que consume mensualmente un hogar normal.


27


Existe otro método que cada día se desarrolla más y tiene grandes perspectivas: la conversión directa de la luz solar en electricidad por medio del uso de celdas solares, llamada comúnmente conversión fotovoltaica de la radiación solar.

Todos los métodos para producir electricidad que utilizan generadores, se basan en el principio del electromagnetismo.

Las células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad, de forma directa. Ahora se dispone de células con eficiencias de conversión superiores al 30%. Por medio de la conexión de muchas de estas células en módulos, el costo de la electricidad fotovoltaica se ha reducido mucho. El uso actual de las células solares se limita a dispositivos de baja potencia, remotos y sin mantenimiento, como calculadoras solares, boyas y equipamiento de naves espaciales. Las instalaciones fotovoltaicas son ampliamente utilizadas en las áreas rurales.

1.2.6

ELECTRICIDAD PRODUCIDA POR MAGNETISMO

Usted ya conoce los imanes y los ha manejado alguna que otra vez. Por lo tanto, habrá observado que en algunos casos, los imanes se atraen y en otros se repelen. La razón de esto es que los imanes tienen campos de fuerza magnética que actúan uno sobre otro. La fuerza de un campo magnético también se puede usar para desplazar electrones. Éste fenómeno recibe el nombre de magneto electricidad, este es el principio que utilizan los generadores para producir electricidad. Cuando un buen conductor como el cobre, se hace pasar a través de un campo magnético, la fuerza del campo suministrará la energía necesaria para que los átomos de cobre liberen sus electrones de valencia. Todos los electrones se moverán en la misma dirección. El mismo efecto se obtiene si se hace pasar el campo magnético a lo largo del conductor. El único requisito es que haya un movimiento relativo entre cualquier conductor y un campo magnético. Este fenómeno recibe el nombre de electromagnetismo. (Fig.. 26)

28

Figura 26 Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético experimenta una separación de cargas que produce un voltaje en sus extremos.

a.

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD POR INDUCCIÓN

A continuación realice cada paso para producir electricidad por inducción. Paso 1: prepare 5 metros de conductor de cobre esmaltado numero 24, un imán permanente de barra, un pedazo de papel de lija fina y un amperímetro muy sensible (miliamperios). Paso 2: déle varias vueltas al conductor de cobre esmaltado. Esto forma una bobina. Paso 3: lije los extremos del conductor de cobre esmaltado. Paso 4: conecte los dos extremos del conductor de cobre esmaltado, a los bornes del amperímetro. Si el amperímetro o multímetro es de varias escalas, seleccione la escala de miliamperios. Si tiene dudas consulte a su facilitador. Paso 5: mueva la bobina alrededor del imán permanente de barra como lo muestra la siguiente figura.



Cada uno de estos efectos encuentra una diversidad de aplicaciones específicas. A continuación, usted aprenderá la forma en la que se obtienen estos efectos.

1.3.1 Figura 27 Producción de electricidad por inducción.

Paso 6: observe la lectura en el amperímetro. El resultado de la medición depende del número de vueltas de la bobina, de la fuerza del campo magnético del imán y del movimiento realizado por la bobina. Paso 7: desconecte los conductores del amperímetro. Paso 8: el cobre es un metal que se puede reciclar en nuestro medio. Guárdelo en el recipiente donde almacena los demás restos de cobre. Paso 9: limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

1.3

EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD

EFECTO CALORÍFICO DE LA ELECTRICIDAD

Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un conductor, y es de una intensidad relativamente grande, el conductor se calienta. El calor es producido por el choque de los electrones en el material conductor. El efecto calorífico de la energía eléctrica se utiliza para calentar algún objeto o material. Un calentador eléctrico sumergible utiliza el efecto calorífico para calentar un líquido, y el cautín, un material sólido como el estaño, para realizar soldaduras. (Fig. 28)

Figura 28 Cautín eléctrico. El efecto calorífico de la electricidad se utiliza para calentar cosas.

La plancha eléctrica, la estufa eléctrica, el horno eléctrico, la pistola para soldar (Fig. 29), tostadores de pan, etc., son aparatos donde el efecto calorífico de la electricidad es aplicado para facilitar el trabajo del ser humano.

Para que la electricidad sea útil, es necesario transformarla a otro tipo de energía. Los efectos de la transformación son los que le interesan al ser humano. Los efectos que produce la electricidad son los siguientes: · · · · ·

Calorífico Luminoso Magnético Químico Fisiológico

Figura 29 La pistola para soldar transforma la energía eléctrica en calor en su punta.


29


El efecto calorífico de la pistola para soldar se utiliza para hacer soldaduras con estaño. (Fig. 30)

Alambre de hierro o constantán Tiras de papel doblas

Cable de conexión

Cable de conexión

Fuente de poder Figura 31 Efecto calorífico de la electricidad.

Paso 5: observe que al aumentar la tensión, el alambre se calienta y las tiras de papel se queman. La corriente eléctrica calienta los alambres o conductores.

Figura 30 El efecto calorífico de la electricidad en una pistola para soldar, se utiliza para derretir el estaño en la soldadura blanda.

a.

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE CALOR POR LA ELECTRICIDAD

Paso 6: baje el voltaje y apague la fuente de poder.

Realice los siguientes pasos, para observar la forma en la que la electricidad produce calor.

Paso 7: desconecte el alambre de hierro o constantán y las conexiones de la fuente regulable.

Paso 1: Prepare 25 centímetros de alambre de hierro o constantán de aproximadamente 0.3 mm de diámetro, una fuente de poder regulable, dos soportes de porcelana para fijar cables, cables de conexión y tiras de papel.

Paso 8: el alambre de hierro o constantán guárdelo para poder utilizarlo en otro proceso. No lo deseche para no contaminar el ambiente. Paso 9: limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Paso 2: Coloque entre los dos soportes el alambre de hierro o constantán, y encima cuelgue tiras de papel dobladas.

30

Paso 3: Asegúrese de que la fuente esté apagada y conecte los terminales del alambre de hierro o constantán a la fuente regulable. (Fig. 31)

1.3.2

Paso 4: Encienda la fuente y aumente poco a poco el voltaje. Asegúrese de que nadie toque el alambre de hierro o constantán para que no se queme. También, tome todas las precauciones contra incendios.

Cuando la intensidad de la corriente eléctrica pasa a través de un filamento, y es de una intensidad grande, el filamento se calienta hasta la incandescencia y aparece junto al efecto calorífico, un efecto luminoso. Éste efecto se utiliza en las lámparas incandescentes (Fig. 32).

EFECTO LUMINOSO DE LA ELECTRICIDAD



Filamento

Ampolla de vidrio

Gas inerte

Figura 33 Lámpara incandescente, bombillo o foco incandescente.

Corriente eléctrica

Circuito Fuente de electricidad

Figura 32 Lámpara incandescente, bombillo o foco.

En una lámpara incandescente, la corriente eléctrica fluye a través de un delgado hilo de volframio denominado filamento. La corriente lo calienta hasta alcanzar unos 3,000 ºC, lo que provoca que emita tanto calor, como luz.

1.3.3

EFECTO MAGNÉTICO DE LA ELECTRICIDAD

Todo conductor recorrido por una corriente eléctrica crea a su alrededor, un campo magnético. Este efecto puede aumentarse enrollando los conductores para formar bobinas (Fig. 34). El efecto magnético se utiliza en electroimanes, generadores y motores eléctricos. Conductor

La bombilla o foco debe estar rellena con un gas inerte para impedir que el filamento arda. Durante muchos años, las lámparas incandescentes se rellenaron con una mezcla de nitrógeno y argón. Desde hace un tiempo comenzó a utilizarse un gas poco común, el criptón, que permite que el filamento funcione a una temperatura mayor, lo que da como resultado una luz más brillante. Los gases también conducen una corriente eléctrica bajo determinadas condiciones. En los tubos fluorescentes y en la lámpara de vapor de sodio, se utiliza este efecto para la obtención de luz. Para ver el efecto luminoso de la electricidad, basta con que accione el interruptor para encender la lámpara o foco de su casa.

Líneas del campo magnético Sentido de la corriente eléctrica Figura 34 Campo magnético de un conductor recorrido por una corriente eléctrica.

El campo magnético en una bobina recorrida por una corriente eléctrica es mayor en su centro, debido a que en el centro se suman los campos producidos por cada uno de los conductores. Las bobinas recorridas por una corriente forman un electroimán. Los electroimanes tienen innumerables aplicaciones, ya que constituyen un imán controlado y se pueden construir de gran potencia.


31


a.

PROCESO PRODUCCIÓN DE MAGNETISMO POR LA ELECTRICIDAD

Paso 5: Observe que todos los objetos metálicos son atraídos por la bobina, en cuanto pasa por ella la corriente eléctrica. La bobina actúa como un imán.(Fig. 35)

A continuación realice cada paso como se le pide, para que pueda producir magnetismo con la electricidad.

Paso 6: Desconecte la bobina del acumulador.

Paso 1: Prepare un acumulador o batería de automóvil, una bobina de hilo de cobre, cables de conexión y pequeños trozos de metal (clavos, tornillos grapas). Paso 2: Asegúrese de que la bobina tenga la capacidad de soportar el voltaje del acumulador o batería del automóvil. Si tiene dudas consulte con su facilitador. Paso 3: Conecte la bobina de hilo de cobre a los bornes del acumulador, usando los cables de conexión. Paso 4: Mantenga la bobina sobre los trozos de hierro (clavos, tornillos, grapas).

Paso 7: Limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

1.3.4

EFECTO QUÍMICO DE LA ELECTRICIDAD

Cuando una corriente eléctrica circula a través de un líquido en el que hay sales disueltas (electrolito), lo descompone. De este modo pueden recuperarse los elementos que componen las sales que se encuentran en el líquido, pues se depositan en los electrodos. El depósito tiene lugar sobre la superficie de los electrodos. En determinadas condiciones puede producirse adherencia, y por lo tanto, un acabado superficial. El efecto químico se utiliza para el revestimiento de superficies metálicas, mediante recubrimientos metálicos, se le llama galvanostegia. De especial importancia son, por ejemplo, los revestimientos de zinc, cobre, níquel, plata, oro y cromo. a.

Figura 35 Efecto magnético de la electricidad.

32

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE REACCIONES QUÍMICAS CON LA ELECTRICIDAD

A continuación realice cada paso como se le pide, para que pueda producir reacciones químicas con la electricidad.



Paso 1: Tenga preparado un acumulador o batería de carro, conductores, ácido sulfúrico, una cuchara de porcelana y un vaso con agua.

Paso 5: Observe que en los terminales de los cables se forman burbujas. El agua se descompone D oxígeno e hidrógeno.(Fig. 36)

Al mezclar ácido sulfúrico con agua se libera una considerable cantidad de calor. A menos que la mezcla se agite bien, el agua añadida puede calentarse más allá de su punto de ebullición y la formación repentina de calor puede hacer saltar el ácido fuera del recipiente. El ácido concentrado destruye la piel y la carne, y puede causar ceguera si se introduce en los ojos. El mejor tratamiento en caso de accidente es eliminar el ácido con grandes cantidades de agua. El ácido sulfúrico se utiliza en las baterías de plomo de los automóviles.

Paso 6: Saque los conductores del líquido y desconéctelos del acumulador.

Paso 2: Deje caer unas 15 gotas de ácido sulfúrico en el vaso con agua y luego disuelva bien con la cuchara de porcelana. Tome las precauciones necesarias para evitar accidentes. Si tiene duda con respecto a este paso, consulte con su facilitador. Paso 3: Conecte los dos conductores con los bornes del acumulador. Paso 4: Sumerja los terminales sin forro de los conductores, en el agua con ácido sulfúrico.

Figura 1-36 Efecto químico de la electricidad.

Paso 7: Limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

1.3.5

EFECTO FISIOLÓGICO DE LA ELECTRICIDAD

El efecto fisiológico de la corriente eléctrica, se presenta cuando esta circula a través del cuerpo humano o el de los animales, dando lugar a convulsiones de la musculatura. Si una persona roza o toca un conductor eléctrico desnudo, la corriente eléctrica puede circular a través de su cuerpo y recibir lo que se llama una descarga eléctrica. Aparte del efecto perjudicial, la corriente eléctrica puede tener un efecto curativo si se dosifica adecuadamente. En medicina se trabaja con intensidades de corriente del orden de microamperios. El efecto fisiológico de la corriente eléctrica se aplica en la Electromedicina, por ejemplo en el electroshock. Igualmente se aplica el efecto fisiológico en las mallas y alambradas eléctricas. El efecto fisiológico de la electricidad puede causar la muerte, por eso en el manejo de la electricidad deben tomarse las prevenciones necesarias, y además, los circuitos y aparatos eléctricos deben tener su debida protección.


33


LA TENSIÓN ELÉCTRICA es una medida de la diferencia de cargas que se establece en los extremos de un elemento del circuito. En general, se puede definir como la diferencia de los valores de voltaje entre dos puntos arbitrarios de un circuito.

A.= Fusible de protección contra corto circuitos. R. = Lámpara incandescente. I. = Motor eléctrico. E. = Timbre L. = Tostador de pan. Figura 37 Usos prácticos de la electricidad.

Para sentir el efecto fisiológico de la electricidad, toque con la lengua los bornes de una pila o batería de una linterna de bolsillo (1.5 voltios). Sentirá un cosquilleo ligero.

1.4

MAGNITUDES BÁSICAS DE LA ELECTRICIDAD

Para hablar de electricidad es necesario tener claros los conceptos de tensión eléctrica, intensidad de corriente eléctrica y resistencia eléctrica. Estos términos se definen a continuación.

1.4.1

TENSIÓN ELÉCTRICA

La fuerza eléctrica que "empuja" los electrones se llama tensión eléctrica, su símbolo es U y se mide en voltios (símbolo V). La tensión eléctrica es la diferencia de potencial entre dos puntos. La tensión eléctrica en ocasiones se denomina diferencia de potencial, fuerza electromotriz (fem) o voltaje.

34

Toda partícula eléctricamente cargada crea a su alrededor un campo de fuerzas. Para mover otra partícula cargada de un punto a otro del campo, hay que realizar trabajo. La cantidad de energía necesaria para efectuar ese trabajo sobre una partícula de carga unidad, se conoce como diferencia de potencial entre ambos puntos. Esta magnitud se mide en voltios. La tierra, un conductor de gran tamaño que puede suponerse sustancialmente uniforme a efectos eléctricos, suele emplearse como nivel de referencia cero para la energía potencial. Así, se dice que el potencial de un cuerpo cargado positivamente es de tantos voltios por encima del potencial de tierra, y el potencial de un cuerpo cargado negativamente es de tantos voltios por debajo del potencial de tierra. Un generador de corriente eléctrica permite mantener una tensión eléctrica constante, y en consecuencia, una corriente eléctrica permanente entre los extremos de un conductor. La electricidad estática es una carga eléctrica en reposo. Pero, por lo general, una carga eléctrica estática no puede desempeñar una función útil. Si se quiere usar energía eléctrica para realizar algún trabajo, es necesario que la electricidad se "ponga en marcha". Esto sucede cuando se tiene una corriente eléctrica.

1.4.2

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que, por segundo, pasa a través de un cable o elemento de un circuito. La letra utilizada para identificar la intensidad de la corriente eléctrica es I y su unidad de medida es el amperio (A). La corriente eléctrica es el flujo ordenado de electrones a través de un conductor.



1.4.3

RESISTENCIA ELÉCTRICA

La oposición que los electrones encuentran al pasar por el conductor se llama resistencia eléctrica. El movimiento de los electrones en el conductor se dificulta por los choques con los átomos vecinos. Esta propiedad se denomina resistencia eléctrica. Al chocar los electrones ceden parte de su energía de velocidad a los átomos, con lo que éstos vibran fuertemente, hecho que se manifiesta con un calentamiento. La letra para identificar la resistencia eléctrica es R y su unidad de medida es el ohmio, cuyo símbolo es Ω.

1.5

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DE LAS UNIDADES DE MEDIDA

Para indicar distancias grandes se dice que hay cierto número de "kilómetros", y de manera similar, que la potencia de un generador es de algunos "megavatios". Conociendo los múltiplos y submúltiplos de las unidades de medida internacional, usted realizará fácilmente conversiones de medidas.

1.5.1

MÚLTIPLOS

Por ejemplo 102 se lee diez a la dos o diez al cuadrado. El número pequeño se llama exponente y le indica cuantas veces debe multiplicar el número base que es el diez. En el ejemplo, usted debe multiplicar 2 veces el número diez: 102 = 10x10 =100. Si usted tiene 10 6 necesita multiplicar 6 veces el número diez. 106 = 10x10x10x10x10x10 = 1000000 = un millón. Cuando usted multiplica por diez, lo que debe hacer es agregar al número, un cero. 20x10 = 200, copia el 20 y le agrega un cero. De esta forma usted puede simplificar la forma de multiplicar potencias de diez. Si usted tiene 10 3 y desea obtener su valor total, agregue al número 1 el número de ceros que le indica el exponente (el número pequeño). Por ejemplo, si tiene 102, agréguele dos ceros al número 1 y tendrá 100, de esta forma usted podrá saber el valor de los siguientes prefijos.

NÚMERO

PREFIJO

10 18 10 15 10 12 10 9 10 6 10 3

exa peta tera giga mega kilo

SÍMBOLO E P T G M k

Tabla 4

Cuando se hace una medición de algo grande se utilizan los múltiplos. Los múltiplos son prefijos que se anteponen a una unidad de medida y que tienen un significado numérico. Por ejemplo, si usted dice 1 kilómetro (o sea 1000 metros), kilo significa que tiene mil de lo que sigue en la palabra, o sea, tiene mil metros. Los prefijos se indican en potencias de 10. Las potencias de diez son números 10 elevados a una potencia o a un exponente.

El prefijo es la palabra que usted agrega a su unidad de medida. 1000 metros= 103 metros= 1 kilometro 1000000 Watt= 106 Watt= 1 megawatt Cuando se indica en forma abreviada la medida, usted debe utilizar el símbolo. 1000 m = 1 Km (un kilómetro) 100000 W = 1 MW (un megavatio)


35


1.5.2

Cuando utilice los símbolos, tenga cuidado de representar los múltiplos con mayúscula y los submúltiplos con minúscula. La "M" significa mega y

SUBMÚLTIPLOS

la "m" significa mili, lo cual puede hacer una gran diferencia de millones.

Para indicar cantidades pequeñas se utilizan los submúltiplos, que también son potencias de diez sólo que negativas. Si usted tiene 10-2, lo que debe hacer para saber el valor total del número es dividir uno entre el número que resulta, al agregarle al uno, el número de ceros que indica el exponente. 10-3 divida 1 entre 1000 y

Si tiene 10-3 = 1/1000 = 0.001

tendrá

Si tiene 10-6 divida 1 entre 1000000 y tendrá 10-6 = 1/1,000,000 = 0.000001

NÚMERO

PREFIJO

10 -1 10 -2 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 10 -18

deci centi mili micro nano pico femto atto

SÍMBOLO d c m µ

n p f a

Tabla 5

Para todos los prefijos se aplica el mismo procedimiento. Puede ser que le suene raro decir nanómetros, pero se va a dar cuenta que algunas cosas se miden en unidades pequeñas como nanofaradios que es una medida común al medir capacitores. Es necesario que usted se familiarice con estos términos.

1.6

TIPOS DE TENSIÓN ELÉCTRICA

Para satisfacer las necesidades eléctricas, se han desarrollado diferentes tipos de fuentes de tensión eléctrica. La tensión eléctrica se clasifica en tres tipos: · Tensión continua en la que se produce una corriente directa o continua (CC). · Tensión alterna en la que se produce una corriente alterna (CA) · Tensión mixta en la que se produce una corriente combinada. Esta clasificación es por el comportamiento de la polaridad en función del tiempo. A continuación se define cada una de ellas.

Ejemplos del uso de submúltiplos 10 centímetros = 0.10m = 10 -2 m 25 micrómetros= 0.0000025 m= 10-6 m 15 miliamperios= 0.015 A= 10-3 A Usted debe utilizar el símbolo para indicar en forma abreviada la medida. 25 miliamperios = 25 mA. 30 microamperios = 30 mµ.

36

1.6.1

TENSIÓN DIRECTA

La tensión continua tiene un valor que siempre permanece constante, desde que usted la conecta, hasta que la desconecta. La polaridad de la tensión directa no varía.



La tensión directa tiene una sola polaridad al transcurrir el tiempo. El tipo de fuente de tensión directa más común es la batería. Usted puede observar en una batería que siempre tiene un polo positivo y uno negativo fijos.(Fig 38)

1.6.3

TENSIÓN MIXTA

Una tensión mixta se compone de una tensión continua y una tensión alterna simultáneamente. La siguiente figura muestra una posible forma. El valor de la tensión no es constante, pues oscila alrededor de un valor medio o central, el caso representado, entre los valores de +3 y +17 voltios. La tensión continua media vale +10 voltios.

Figura 38 La tensión directa no cambia de polaridad con el paso del tiempo.

1.6.2

TENSIÓN ALTERNA

La tensión alterna, cambia de polaridad constantemente, y con ella, el sentido de la corriente. La tensión que las centrales eléctricas suministran a su casa, es una tensión alterna. Un tomacorriente de 120 voltios, utilizado para energizar televisores, licuadoras, refrigeradoras, etc, es de tensión alterna. Aunque, este tomacorriente tiene una línea viva y otra neutral, no significa que sea de una polaridad definida. La siguiente figura muestra la forma de una tensión alterna sinusoidal.

Figura 39 La tensión alterna cambia constantemente de polaridad.

Figura 40 La tensión mixta cambia de valor constantemente sin necesidad de cambiar la polaridad.

1.7

CIRCUITO ELÉCTRICO SIMPLE

Por sí misma, la electricidad no es más que un fenómeno interesante. Para aprovecharla en algún uso práctico, debe hacérsele que desempeñe algún trabajo o función. Generalmente, esto requiere controlar la electricidad y con frecuencia, convertirla en otras formas de energía. El medio físico para lograr esta transición de fenómeno a aplicación práctica, es el circuito eléctrico.


37


1.7.1

DEFINICIÓN DE CIRCUITO ELÉCTRICO

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos eléctricos interconectados para la realización de un trabajo.

1.7.2

ESTRUCTURA DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO SIMPLE

Un circuito eléctrico está formado por los siguientes elementos o componentes:

· · · ·

La fuente de energía, El consumidor o carga, El interruptor y Los conductores.

Las fuentes de tensión pueden ser: generador, acumulador, batería, pila, etc. La polaridad de la fuente de tensión determina la dirección en la que habrá de fluir la corriente en el circuito y la cantidad de tensión suministrada por la fuente, determina cual será el valor de la corriente que fluya. En el consumidor o carga se transforma la energía eléctrica en la forma de energía deseada. Para ello se consume energía eléctrica y se produce otra forma de energía. Por lo tanto, el consumidor es un convertidor de energía. Esta conversión se realiza en el consumidor, mediante una oposición al movimiento de los electrones, que en el caso más sencillo puede determinarse mediante una magnitud eléctrica denominada resistencia eléctrica. Un foco eléctrico es una carga, como lo es un motor, un tostador, un calefactor, etc. El tipo de carga empleada determina la cantidad de energía tomada de la fuente de tensión. Los consumidores generalmente son resistencias.

Los conductores son los medios de transporte de la corriente eléctrica. Son los cables (conductor flexible de varios hilos) y alambres (conductor rígido de un solo hilo) que se utilizan para hacer las conexiones entre las fuentes y los consumidores. Los elementos de un circuito se interconectan mediante conductores. Los conductores o cables metálicos se utilizan básicamente para conectar puntos que se desea estén al mismo potencial (es decir, idealmente la caída de potencial a lo largo de un cable o conductor metálico es cero). Ver Fig. 41.

Figura 41 Circuito eléctrico y sus partes.

Un circuito eléctrico debe tener un medio para que la corriente fluya solamente cuando se necesita energía eléctrica en la carga.

En la fuente de energía se transforman diferentes tipos de energía en energía eléctrica, obteniéndose una tensión eléctrica.

En cualquier otro caso, el circuito se mantiene "abierto", y entonces no hay flujo de corriente. A este medio se le llama interruptor. (Fig. 42).

38



Figura 42 El interruptor sirve para poder conectar y desconectar la carga de la fuente.

Figura 44 Dibujo de circuito eléctrico simple sin utilizar símbolos normalizados.

La apertura o cierre de un circuito eléctrico normalmente se efectúa por medio de un interruptor. En su forma más sencilla, un interruptor consta de dos piezas de metal conductor que se conectan a los conductores del circuito. Estas dos piezas de metal conductor están colocadas de manera que sea fácil hacer que hagan contacto o que se separen. Cuando se separan los contactos del interruptor no puede fluir corriente y el circuito queda abierto. Existen diferentes tipos de interruptores (Fig. 43). Figura 45 Dibujo de circuito eléctrico simple utilizando símbolos normalizados tipo europeo según las normas DIN.

1.8

LA LEY DE OHM

a) Pulsador, b) selector o de pastillas,

La Ley de Ohm define una relación entre las tres magnitudes básicas de la electricidad: Tensión, Intensidad de la corriente y resistencia.

c) de palanca o simple y d) de cuchilla.

1.8.1 Figura 43 Diferentes tipos de interruptores.

Los circuitos eléctricos para su rápida interpretación, comprensión y diagramación deben ser dibujados con símbolos normalizados.(Figs. 44 y 45).

DEFINICIÓN DE LA LEY DE OHM

George Simon Ohm encontró que si la resistencia en un circuito se mantiene constante y aumenta la tensión de la fuente, se produce un aumento correspondiente en la corriente. Así mismo, una disminución en tensión produce una disminución en la corriente.


39


Ohm también descubrió que si la tensión de la fuente se mantiene constante, en tanto que la resistencia del circuito aumenta su valor, la corriente disminuye. En forma similar, una disminución en la resistencia tiene como resultado un aumento en la corriente.

Con esta ecuación puede calcular cualquiera de las variables, a partir de las otras dos.

Esto significa que si en un circuito eléctrico se mantiene una magnitud constante y se:

Utilice el siguiente esquema (UIR) cuando desee encontrar una de las variables (Fig. 47).

♦ ♦ ♦ ♦

El voltaje aplicado a un elemento resistivo es igual a la corriente multiplicada por la resistencia.

Eleva U, aumentará I Reduce U, disminuirá I Aumenta R, disminuirá I Reduce R, aumentará I

La intensidad de la corriente eléctrica es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia. (Fig. 46).

Figura 47 Forma para recordar la ley de Ohm.

U = I x R I = U/R R = U/I

Corriente

Otra letra utilizada generalmente para indicar tensión eléctrica es la E.(Fig. 48). Voltaje Figura 46 Relación lineal entre el voltaje y la corriente eléctrica.

El material o elemento de un circuito que obedece la ley de Ohm se llama óhmico. En forma matemática, la ley de Ohm se escribe de la siguiente forma: U= I x R U= Tensión I= Intensidad de la corriente eléctrica R= Resistencia

40

Figura 48 Esquema para recordar la ley de Ohm.

Cuando se oculta cualquiera de los símbolos, los dos símbolos restantes representan el segundo miembro de la ecuación, para encontrar el valor del símbolo cubierto.



1.8.2

CÁLCULO DE LA TENSIÓN ELÉCTRICA

Para calcular el voltaje a través de un elemento resistivo usted debe tener dos datos:

Ejemplo 2: En un circuito eléctrico se tiene una resistencia de 1 kW. La corriente máxima que soporta la resistencia es de 5mA. ¿Cuál es el voltaje máximo que puede aplicarle a la resistencia?

1) La corriente que circula por el elemento y

Solución:

2) La resistencia eléctrica del elemento

Realice la conversión de las medidas de resistencia e intensidad, para obtener un resultado de tensión en voltios. 1 K Ω = 1000 Ω 5 mA = 0.005 A Sustituya los valores I = 0.005 A y 1000 W en la fórmula U = I x R

Si usted tiene estos datos, puede hacer la siguiente operación matemática:

U = I x R

V = 0.005 A x 1000 W = 5 V La tensión es el resultado de multiplicar intensidad de la corriente por la resistencia. Respuesta// El voltaje máximo que puede aplicarse a la resistencia es de 5 voltios.

Ejemplo 1: Si tiene una resistencia de 100 ohmios y desea que por ella circule una corriente de 0.5 A, ¿Cuál es el voltaje que debe aplicarle?

1)

En un circuito eléctrico se tiene una resistencia de 100 W. La corriente es de 1 A. ¿Cuál es el voltaje que se esta aplicando a la resistencia?

Solución: Aplique la fórmula U = I x R Sustituya los valores I= 0.5 A y R = 100 W.

U = 0.5 A x 100 Ù = 50 V

Respuesta// El voltaje que debe aplicar para que en una resistencia de 100 ohmios circule una corriente de 0.5 amperios, debe ser de 50 voltios.

Figura 49 Ejercicio para calcular la tensión eléctrica de un circuito según la ley de Ohm.


41


1.8.3

CÁLCULO DE INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Para que usted pueda calcular la corriente que circula por un elemento que obedece la ley de Ohm debe tener dos datos: 1) El voltaje aplicado

2) La resistencia eléctrica del elemento. Teniendo los valores sustituya en la fórmula:

I = U/R

Para la segunda R =25 W I = 50 V / 25 = 2 A Respuesta// Para demandar los dos amperios de la fuente se debe conectar una resistencia de 25 ohmios. Ejemplo 2: Si usted tiene una fuente de voltaje de 24 voltios con un fusible de 500 mA, y la presta para probar tres circuitos que han diseñado tres de sus compañeros. El circuito del primero tiene 150 W, el del segundo tiene 200 W y el del tercero tiene 75 W. Cuando le devolvieron su fuente para que usted probara su circuito, la fuente ya no funcionó. ¿Cómo puede hacer usted para averiguar quien averió el fusible? Solución:

La intensidad de la corriente es el resultado de dividir la tensión entre la resistencia. Ejemplo 1: Se requiere que a una fuente se le demande una corriente de 2 amperios. La fuente es de 50 voltios y se tienen dos resistencias, una de 200 W y otra de 25. ¿Cuál de las dos resistencias debe conectarse? Solución:

Como usted ya conoce la ley de Ohm, sabe que debe calcular la corriente de cada uno de los circuitos, para determinar cual de las corrientes sobrepasó el límite del fusible. Para el primero: I = U/R = 50 V / 150 Ω= 0.33 A Para el segundo: I = U/R = 50 V / 200 Ω= 0.25 A

Usted debe calcular la corriente en cada una de las resistencias utilizando la fórmula

Para el tercero: I = U/R = 50 V / 75 Ω= 0.66 A

I = U/R Para la primera R = 200 W I = 50 V / 200 Ω= 0.25 A

42

Respuesta // El responsable del deterioro del fusible es su compañero número tres, ya que él excedió la corriente permisible en el fusible, que era de 0.500 A = 500 mA.



1.8.4

CÁLCULO DE LA RESISTENCIA ELECTRICA

Cuando usted aplica un voltaje a un elemento óhmico, hace circular una corriente a través de él. Si usted mide el voltaje y la corriente, puede calcular el valor de la resistencia con la siguiente fórmula (Ley de Ohm).

R = U/I La resistencia es el resultado de dividir la tensión entre la corriente. Ejemplo 1: A una resistencia se le aplica un voltaje de 12 V y por ella circula una corriente de 50 µ A (50 microamperios). Calcule el valor de la resistencia.

1.9

PROCESO DE CONEXIÓN DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO SIMPLE

Para elaborar un circuito eléctrico debe seguir el siguiente procedimiento: Paso 1: Prepare 1 interruptor simple de sobreponer, 1 plafonera, 1 espiga monofásica para 120 V, 1 bombillo de 50 vatios/120 voltios, 2 metros de cable con forro No. 14, 1 to ma corr ie nte con 12 0 V, debidamente protegido con interruptor termomagnético (flipón), 1 destornillador de castigadera mediano, 1 pinza punta plana, 1 navaja de electricista, 1 cortalambre. Paso 2: Con el cortalambre, corte 3 partes de alambre: 2 de 50 centímetros y 1 de 1 metro.

Solución: Para calcular el valor de la resistencia utilice la fórmula 1 metro

R=U/I

50 cm

50 cm

Figura 1-50 Paso 2.Conexión de un circuito simple eléctrico

Sustituyendo los datos: U = 12 V, I = 50 µ A = 0.000050 A se tiene: R = 12 V / 0.000050 A = 240,000 W = 240 K Ω. Respuesta// La resistencia es de 240 KW

Paso 3: Con la navaja para electricista y tomando en cuenta las medidas de seguridad para no cortarse, pele las puntas de los extremos de los 3 alambres.


43


Paso 6: Conecte las puntas de los alambres que le faltan en la espiga.

Figura 51 Paso3.

Paso 4: con el destornillador de castigadera afloje los tornillos del interruptor, introduzca la punta pelada de uno de los alambres de 50 centímetros en un tornillo y apriete con el destornillador hasta que el alambre quede fijo. Haga lo mismo con el otro alambre de 50 centímetros en el otro tornillo del interruptor.

Figura 54 paso 6.

Paso 7: Verifique que todos los alambres estén bien conectados, según el esquema de la figura 1.54 Paso 8: Coloque el bombillo de 50 vatios/120 voltios en la plafonera. Paso 9: Ponga el interruptor en la posición de apagado y conecte la espiga en el tomacorriente de 120 Volti os. Aseg úr ese de qu e el tomacorriente es de 120 V y no más.

Figura 1-52 paso 4.

Paso 5: Con el destornillador de castigadera afloje los tornillos de la plafonera, introduzca una punta pelada de uno de los alambres de 50 centímetros en un tornillo y apriete con el destornillador hasta que el alambre quede fijo. Haga lo mismo con el otro alambre de 1 metro, en el otro tornillo del interruptor.

Paso 10: No toque ninguno de los tornillos donde van conectados los alambres cuando el circuito esté energizado. Paso 11: Suba y baje la palanca del interruptor y observe como se enciende y apaga el bombillo. No intente realizar cambios en el circuito cuando esté energizado. Paso 12: Desconecte la espiga del tomacorriente. Paso 13: Espere a que se enfri el bombillo y luego quitelo de la plafonera.

Figura 53 paso 5.

44

Paso 14: Desconecte los alambres de los accesorios (interruptor, plafonera y espiga)



Paso 15: Recoja los pedazos de forro plásticos que quitó a los alambres, y deposítelos en un recipiente donde guarde solo materiales plásticos para que luego puedan ser reciclados. Paso 16: Guarde los alambres que utilizó, para construir un siguiente circuito. Paso 17: Ordene y guarde los materiales y herramientas utilizados en este proceso. Paso 18: Deje limpio su puesto de trabajo.

1.9.1

MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA LA REALIZACIÓN DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO SIMPLE

Al momento de hacer un circuito eléctrico, usted selecciona sus resistencias y la fuente. Para hacerlo debe considerar lo siguiente: 1. Las resistencias utilizadas deben ser de una potencia adecuada, de tal manera que permitan el buen funcionamiento de su circuito. Por ejemplo, si conecta un bombillo de una potencia muy elevada en un circuito donde los alambres son muy delgados, estos se calentarán.

6. Nunca haga cambios en el circuito con la fuente encendida.

1.10

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ANÁLOGOS Y DIGITALES

Hacer una medición es comparar con un patrón de medida. Cuando usted mide una tensión de 120 voltios, esto significa que la tensión de la red es 120 veces mayor que la unidad de medida, fijada como 1 voltio.

1.10.1

DEFINICIÓN DE INSTRUMENTO DE MEDICIÓN ELÉCTRICA

Un instrumento de medición es un aparato capaz de medir una magnitud eléctrica. Esta magnitud eléctrica puede ser: corriente, voltaje, resistencia, frecuencia, iluminancia, etc.

Cuado se habla de aparato de medición debe entenderse que es el instrumento, junto con sus accesorios. Éstos pueden ser también separables del instrumento.

1.10.2

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA

2. Los consumidores deben ser del voltaje que va a utilizar.

Los instrumentos de medición se clasifican en dos tipos básicos:

3. No conecte su circuito sin antes verificar el voltaje que le va a aplicar.

1) Análogos y

4. No conecte su circuito con la fuente encendida. 5. Haga un recorrido visual y lógico del circuito, con el fin de buscar posibles corto circuitos.

2) Digitales. Los valores analógicos se presentan cuando la magnitud medida viene indicada por el desplazamiento de una aguja indicadora o por una longitud desplazada.


45


Cuando varía la magnitud medida, por ejemplo la intensidad de la corriente, la tensión o la temperatura, también variará la desviación de la aguja o la longitud desplazada.

Figura 57 Indicaciones analógicas.

a.

ERRORES DE MEDICIÓN

Los errores de medición pueden ser de dos tipos: Figura 55 Indicaciones analógicas.

En una indicación digital el valor medido aparece en forma de número. Como en los relojes electrónicos. Ejemplos de mediciones digitales son los números que despliega un cronómetro electrónico (Fig. 56). Una medición análoga es aquella en la cual un cronómetro utiliza una aguja indicadora. (Fig. 57)

• Errores absolutos (E) y • Errores relativos (e). • Error absoluto: Es la diferencia entre el valor indicado por el instrumento de medición (I) y el valor real (R). El error absoluto es igual al valor indicado menos valor real.

E = I - R Figura 56 Medición digital.

Una indicación digital presenta la ventaja, frente a una analógica, de que puede leerse más cómodamente y sin errores. La ventaja de los instrumentos de indicación análoga reside en que suele ser más baratos y menos complicados que los digitales. Además, permiten percibir más claramente el orden de magnitud de las variaciones de los valores medidos. Una variación de la magnitud medida se ve como una variación del movimiento de la aguja y no sólo como el cambio de los números, que es lo que ocurre en una digital.

46

Error relativo (e) = Error absoluto Valor real Para determinar los errores absolutos y relativos, existen varias posibilidades. Se puede, por ejemplo, comparar el instrumento de medición a controlar, con otro de gran exactitud conectado al mismo componente. Si se conocen los datos característicos del instrumento de medición de comparación, pueden calcularse los errores absoluto y relativo del instrumento a comprobar.



Fuentes de error: Los errores debidos a la construcción de los aparatos de medición (por ejemplo, de la suspensión de la aguja indicadora), se indican mediante la clase de exactitud.

Clase

Instrumentos Instrumentos de precisión para uso industrial 0.1 0.2 0.5 1 1.5 2.5 5

La indicación de más menos (±) le indica que el valor puede ser 2.5 más o 2.5 menos del valor de 90V. Es decir que pude varia de 87.5 a 92.5 V. En el caso de 10 V, el valor real puede ser: R = 10 ± 2.5 V; el valor real puede estar en el rango de 10-2.5 = 7.5 V a 10+2.5 = 12.5. c) El error relativo es:

Tabla 6

La clase de exactitud indica el mayor error absoluto posible, en tanto por ciento, del valor total de la escala.

En el caso de 90 V: e = E/R = 2.5/87.5 = 2.86%

Ejemplo: Un voltímetro de clase de calidad 2.5, tiene un valor total en la escala de 100 voltios. a)

¿Cuánto vale el error absoluto?

b) ¿Cuál es el valor real, si el valor absoluto vale 90 V? ¿Y si es de 10 V? c) ¿Cuánto vale el error relativo en cada caso? Solución: a) El error absoluto E, se calcula multiplicando el voltaje de la escala por el error. En este caso el error está en porcentaje, por lo que hay que dividirlo entre 100%.

En el caso de 10 V e =2.5/7.5 = 33.3% Este ejemplo le muestra que el error relativo se hace tanto mayor, cuanto menor es el valor medido. Para que el error relativo sea lo menor posible, usted tiene que elegir una escala de medición de tal manera, que la desviación de la aguja indicadora se encuentre aproximadamente en el tercio final de la escala. Si usted utiliza un voltímetro con una escala de 500 voltios para hacer una medición de 10 V, el error en la medida es mayor que si lo utiliza para medir más de 300 V. Cada instrumento tiene una posición adecuada para hacer la indicación más exacta. Los errores de posición se producen cuando no se respeta la posición indicada para emplear el instrumento.

E = 100 V x 2.5/100 % = 2.5 V

Esto indica que el valor real puede ser 2.5 voltios, mayor o menor que el valor indicado por el instrumento. b) El valor real, en el caso de un error absoluto de 90 V es: R = 90 V ± 2.5V; el valor real puede estar en el rango de 92.5 V a 87.5V.

Cuando se hacen mediciones con instrumentos de aguja, el error más común es el error de paralaje. El error de paralaje se produce cuando se hacen medidas, observando la aguja por un lado. Los errores de paralaje se pueden evitar, colocando un espejo bajo la escala (Fig. 58). La lectura será entonces exacta, cuando la aguja y su imagen coincidan.


47


Figura 1-58 Escala con espejo para evitar el error de paralaje.

b. SIMBOLOGÍA UTILIZADA EN LOS

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA En la tabla siguiente se muestran los símbolos utilizados para indicar algunas características de los instrumentos de medición. En la parte inferior de la escala de los instrumentos, aparecen algunos de los símbolos de la tabla, estos indican las características de los instrumento. Por ejemplo si en el instrumento aparece el símbolo que se observa en la figura 59, este indica que el instrumento es de bobina giratoria con un imán permanente; que es una característica característica de la construcción mecánica del instrumento.

Figura 59 Símbolo que indica que el instrumento es de bobina giratoria con un imán permanente.

48



c. CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS

DE MEDICIÓN ANALÓGICOS SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN Los aparatos de medición eléctrica pueden ser de va ri os t ip os os,, de pe pend nd ie nd ndoo de la fo forr ma de accionamiento de su aguja indicadora. 1) Instrumento de bobina bobina giratoria La figura 60 muestra la construcción construcción y partes de un instrumento de bobina giratoria.

Dispositivo de medida de bobina giratoria 1. Pieza polar ar (imán permanente) 2. Cilíndro de hierro dulce 3. Bobinado 4. Cuadro de aluminio 5. Resortes recuperadores (tomas de corriente)

Figura 60 Aparato de medición con mecanismo mecanismo de bobina giratoria. giratoria.

Con este este tipo de de aparato no pueden medirse correctamente picos de tensión o de intensidad de corta duración (por ejemplo la corriente de arranque de un motor eléctrico). 2) Instrumento de hierro móvil Tabla 7 Simbología europea utilizada en los aparatos de medición.

La figura 61 muestra la construcción de un instrumento de hierro móvil.


49


Instrumento de bobinas cruzadas 1. Bobina giratoria 2. Bobina giratoria 3. Núcleo de hierro dulce 4. Imán

Sistema de hierro móvil para instrumento de precisión 1. 2. 3. 4.

Bobina Plaquitas de hierro Cámara de aire re Aleta Figura 1-62 Aparato de medición con mecanismo de bobinas cruzadas.

Se le denomina también a este dispositivo, instrumento de medición de cocientes. Además de estos mecanismos, mecanismos, existen muchos otros. otros. Figura 1-61 Aparato de medición con mecanismo de hierro móvil.

Con el mecanismo de hierro móvil puede variarse la división de la escala (en forma lineal o alineal). Carece de importancia el que la bobina sea recorrida por una corriente alterna o por una continua. Se puede utilizar este tipo de instrumento, para medir corrientes tanto continuas, como alternas. Este tipo de instrumento de medición se emplea fundamentalmente para medir grandes intensidades (hasta 300 A). No obstante el consumo propio de los instrumentos de hierro móvil, es mayor que el de los de bobina giratoria. Suele indicarse sobre la escala, la gama de frecuencias para las cuales los valores medidos se encuentran aún dentro de la clase de exactitud. 3) Instrumento de bobinas cruzadas En la Figura 1-62 se muestra la estructura básica de un instrumento de bobinas cruzadas.

50

d.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DIGITALES

Un instrumento de medición digital es un aparato electrónico que despliega despliega la medición a través de una pantalla de cristal líquido. Por lo que es más sencillo de leer. Ya sea que diseñe, instale, opere o repare equipo eléctrico, debe conocer la forma en la que se miden magnitudes eléctricas, como la resistencia, voltaje y corriente. e.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN PARA MAGNITUDES BÁSICAS DE LA ELECTRICIDAD

Los instrumentos de medición más utilizados son: • Voltímetro • Amperímetro • Ohmiómetro • Multímetro



Cada uno de éstos aparatos de medición se describe a continuación.

1) Voltímetro

Ya sea que se mida la tensión C-C o C-A, conéctese el voltimetro en paralelo con la componente

El voltímetro es un aparato de medición utilizado para medir el voltaje entre dos puntos (Fig. 63)

Voltímetro de C-C

La observación de la polaridad es necesaria cuando se conecta un voltimetro de C-C a las terminales de una componente

Figura 64 La polaridad es muy importante en los voltímetros DC.

Voltímetro de CA

Figura 63 Voltímetro análogo y simbología europea para representarlo.

Los voltímetros úselos en paralelo con al componente del circuito que se mide. A diferencia del amperímetro, el voltímetro está menos expuesto a daños por una conexión incorrecta. El voltímetro tiene una alta resistencia interna. Si conecta un voltímetro en serie con un componente de un circuito, obtendrá una lectura errónea, por lo que debe conectarlo en paralelo. Cuando conecte un voltímetro de corriente continua, siempre debe observar la polaridad. La terminal negativa del instrumento debe conectarlo a la punta negativa o de potencial bajo del componente y la terminal positiva a la junta positiva o de alto voltaje del componente.(Figs. 64 y 65)

Figura 65 Conexión de un voltímetro a una corriente alterna.

2) Amperímetro El amperímetro es un aparato empleado para medir la corriente eléctrica que circula a través de un consumidor o circuito eléctrico.(Fig 66 y 67)


51


Figura 66 Amperímetro análogo y simbología europea para representarlo.

Figura 67 Escala de amperímetro análogo.

Los medidores de corriente eléctrica siempre deben conectarse en serie con la fuente de potencia y la carga, nunca en paralelo con ellas. Un medidor de corriente es un dispositivo de muy baja resistencia, debido a esto la bobina móvil se puede quemar muy fácilmente cuando lo conecta a las terminales de la fuente de potencia, resistor u otro componente de un circuito. Si conecta un amperímetro en paralelo con un componente o con una fuente, va a dar origen a un cortocircuito y quemar el aparato. También debe fijarse en la polaridad, cuando mida corriente continua. Debe conectar la terminal negativa del medidor a la terminal negativa o de menor voltaje y conectar la terminal positiva del medidor al punto de voltaje mayor o al positivo.

Figura 68 Conexión de un amperímetro con la polaridad correcta.

Para ver la polaridad, después de abrir el circuito con su amperímetro, siga cada uno de los puntos abiertos hasta llegar a la fuente. En la fuente ya puede determinar la polaridad. (Fig. 68) La polaridad es importante cuando utilice aparatos analógicos. Una polaridad invertida, hará que la aguja se tuerza en el tope de la escala. (Fig. 69)

52

Figura 69 Conexión de un amperímetro con polaridad incorrecta o invertida.



No es necesario que considere la polaridad cuando utilice un medidor de corriente que tiene la posición cero en el centro de la escala. Cuando mida corriente alterna, tampoco debe considerar la polaridad, ya que ésta cambia continuamente. Los medidores diseñados para ser usados solamente en corriente alterna no tienen signos más y menos marcados en sus terminales. No debe conectar un amperímetro si no conoce el valor máximo aproximado de la corriente que fluye en el circuito. Los medidores frecuentemente se dañan o destruyen, debido a que deben medir corrientes superiores a su sensibilidad nominal.

4) Multímetro

Las tres magnitudes eléctricas que se miden con más frecuencia son: la corriente, el voltaje y la resistencia. En la mayor parte de los casos, es impráctico o imposible que el electricista lleve consigo todos los aparatos para medir cada una de las magnitudes. Para resolver este problema se creó el multímetro (Fig. 71)

3) Ohmiómetro

El ohmiómetro es un aparato para medición de resistencias eléctricas.El ohmiómetro también es conocido con el nombre de Ohmímetro. Un ohmiómetro no solo puede usarse para medir la resistencia de varias partes de un circuito eléctrico, sino que también puede usarse para comprobar partes abiertas o en cortocircuito y para establecer la continuidad de un circuito. (Fig 70) Para evitar dañar el ohmiómetro, asegúrese de no conectar la tensión a las puntas del aparato, cuando realice la medición. Las lecturas de resistencia sólo se hacen en circuitos no energizados. Si el circuito está energizado, la tensión puede dañar el aparato.

Figura 71 Multímetro análogo.

Básicamente, un multímetro consta de un voltímetro, un ohmíometro y un amperímetro, contenidos en un sólo aparato. Dispone además de un sólo mecanismo medidor, con una escala calibrada en voltios, ohmios y miliamperios.(Fig. 73) Cuenta con un interruptor selector frontal, para seleccionar la función particular del medidor y un rango especial para esa función.

Siempre que mida resistencias desconecte la fuente. Un multímetro básicamente está formado por un voltímetro, un amperímetro y un ohmímetro, los cuales se pueden seleccionar a través de un interruptor de selector.

A. Desconecte el circuito a medir de la fuente de tensión. B. Descargue los capacitores del circuito a medir. Figura 1-70 medición con un ohmímetro.

A. Conmutadores para seleccionar el instrumento a usar. B. Escala en voltios, amperios y ohmios. C. Resistores derivados y multiplicadores contenidos dentro de la caja.

Figura 72 Un multímetro básicamente está formado por un v oltímetro, un amperímetro y un ohmímetro.


53


Escala lineal Escala alineal Figura 73 Escala de un multímetro analógico.

Al gu nos mult ímet ros está n pr ov is tos de dos interruptores para seleccionar una función y un rango; otros multímetros, sólo tienen un interruptor. (Fig. 74) Algunos multímetros carecen de interruptores para este uso, en cambio, tienen terminales diferentes para cada función.

Figura 75 En la escala lineal (arriba), todos los rangos son iguales y en la escala alineal (abajo), las divisiones no tienen el mismo valor.

1.10.3

MANTENIMIENTO BÁSICO DE LOS APARATOS DE MEDICIÓN

Para mantener en buen estado sus aparatos de medición:

Figura 74 Multímetro digital con auto rango.

Los multímetros analógicos tienen en la carátula, varias escalas. Para hacer una lectura vea la posición del selector y busque en la carátula el rango correspondiente a esta escala. E. ESCALAS

Una escala es el rango en el cual se puede efectuar una medición.

•

Mantenga el aparato en un lugar adecuado, donde no le coloque herramientas encima.

•

Mantenga el aparato de medición lejos de la humedad.

•

Limpie el aparato de medición.

•

Asegure los bornes de conexión y sus respectivas puntas.

•

Evite los golpes al aparato.

1.10.4

Cuando utilice aparatos de medición tome las siguientes medidas de seguridad: •

Las escalas de los instrumentos de medición pueden ser lineales y alineales o no lineales.

54

MEDIDAS DE SEGURIDAD

Asegúrese de seleccionar el aparato adecuado a la magnitud que desea medir. (voltímetro para medir voltaje, amperímetro para medir corriente, etc.)



• Si no sabe el valor de la magnitud a medir, utilice la

escala más grande que tenga disponible. • Realice sus lecturas frente al instrumento, evitando

Para medir corrientes, coloque el instrumento en serie al circuito al cual se desea hacer la medición.(Fig. 77)

el error de paralaje. • Coloque al instrumento en la posición indicada por

el fabricante del aparato.

1.11

1.11

MANEJOADECUADO ADECUADO MANEJO DE LOS DE LOS INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS DE DE MEDICIÓN MEDICIÓN ELÉCTRICA. ELÉCTRICA

El instrumento de medición más utilizado es el multímetro. Los aparatos indicadores de un solo tipo de magnitud como los voltímetros, amperímetros se usan para hacer mediciones en paneles de control, por lo que están conectados de forma permanente al circuito, al que se desea efectuar la medición.

Figura 77 Amperímetro conectado en serie al circuito.

Debido a esto, en esta sección se expone el manejo adecuado del multímetro, que es el aparato que usa el electricista para hacer sus mediciones. a. PRECAUCIONES EN EL USO

DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA Cuando se disponga a hacer una medición eléctrica con un multímetro, determine la magnitud que quiere medir y tome en cuenta lo siguiente: • Para

medir voltajes, el voltímetro se coloca en paralelo al circuito.

Figura 78 Esquema con simbología europea que muestra la conexión en paralelo del voltímetro y en serie del amperímetro para la medición de tensión e intensidad a un bombillo de 50 W.

• Para hacer una medición de resistencia eléctrica, la

resistencia o el circuito al que le desea medir su resistencia, debe estar completamente desenergiza do. El ohmiómetro se daña si la resistencia o el circuito presenta una pequeña diferencia de potencial. Figura 76 Voltímetro conectado en paralelo al circuito.

• Los

multímetros normalmente tienen tres bornes de conexión en su parte inferior.


55


• Nunca

haga contacto con los terminales del multímetro. Puede sufrir una descarga o afectar la medición, en el caso de medir resistencia eléctrica.

•

Sujete las puntas del instrumento de la parte aislada.

•

Si utiliza por primera vez este tipo de aparato, tome un poco de tiempo para familiarizarse con las funciones que tiene este instrumento.

c. MANTENIMIENTO BÁSICO DEL

Bornes de conexión

MULTÍMETRO

El mantenimiento básico de los multímetros es prácticamente externo. No destape su multímetro para limpiarlo internamente, ya que los multímetros son prácticamente sellados.

Figura 79 Vea la indicación de los bornes del multímetro

En cada uno de los bornes está indicada su aplicación. El borne marcado como COMM debe tener conectado el cable, que es por lo regular de color negro. Los otros bornes tienen la indicación de si son para voltaje, para corriente o para un rango de voltaje o corriente. Si va a medir corriente, debe seleccionar la escala de corriente en el multímetro, esta selección también depende de si es corriente alterna o directa. Lo cual está indicado en la escala del multímetro. Después de seleccionar la escala, verifique que los bornes del multímetro sean los correctos. Debe proceder de ésta forma, al medir con un multímetro.

• Limpie el aparato externamente. • Mantenga

las puntas de prueba en buen estado, trátelas con cuidado y manténgalas limpias.

•

Si los números de su multímetro se ven borrosos, debe cambiar la batería. Utilice baterías alcalinas y no deje mucho tiempo el multímetro con baterías descargadas. Las baterías muy descargadas se derraman y puede estropear el sistema electrónico del multímetro.

• Cuando

reemplace un fusible de su multímetro, hágalo por otro fusible de las mismas características.

b. MEDIDAS DE SEGURIDAD AL UTILIZAR

UN MULTÍMETRO Cuando utilice un multímetro para hacer mediciones eléctricas tome en cuenta lo siguiente: •

•

56

Si está utilizando un multímetro analógico, en la parte inferior de la escala aparece una serie de símbolos. Estos le indican la posición (que el fabricante ha definido) en la que debe colocar el Multímetro, para obtener una lectura correcta. Identifique el tipo de corriente eléctrica del sistema que desea medir.

Empaquetadura Fusible 2 Fusible 1

4 tornillos cautivos

Figura 80 Vea la indicación de los bornes del multímetro



•

Si su multímetro es analógico, debe cambiar la batería cuando la escala de la resistencia ya no logra llegar a la indicación de cero.

1.12

MATERIALES CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD

Todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor grado. El aire (mal conductor de la electricidad) puede llegar a conducir la electricidad, si se le aplica alta tensión. (Fig. 82) La tensión de la descarga debe ser suficiente (Alta Tensión) para superar el medio no conductor (como el aire o el vacío) entre los conductores. Si la tensión es demasiado reducida, no pasa corriente, debido a que el aire es un mal conductor de la electricidad.

Los materiales conductores de la electricidad son utilizados para transportarla, conducirla, interrumpirla, convertirla en otro tipo de energía, etc.

Figura 82 Entre dos conductores eléctricos (los clavos metálicos) se puede producir una descarga eléctrica.

1.12.2

Figura 81 Transporte de energía eléctrica a través de conductores de aluminio.

A través de los cables de aluminio puede obtener en su vivienda, la energía eléctrica generada a distancia (en las hidroeléctricas) sin muchas pérdidas de energía, debido a que el aluminio es un buen conductor de la electricidad.(Fig. 81)

1.12.1

DEFINICIÓN DE CONDUCTOR ELÉCTRICO

Un conductor eléctrico es cualquier material que permite fácilmente, el paso de la electricidad. Es decir que, ofrece poca resistencia al flujo de electrones. Como por ejemplo, los metales como el oro, la plata, el aluminio, el cobre, el zinc, etc.

ESTRUCTURA ATÓMICA DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Los materiales conductores son aquellos que están formados de átomos, con uno o dos electrones de valencia. (Fig. 83) Los electrones de valencia son arrancados fácilmente de los átomos, para convertirse en electrones libres. Los electrones libres en movimiento causan el flujo de la corriente eléctrica. La energía se aplica a la capa de valencia y se distribuye entre los electrones de valencia

Átomo de valencia

Figura 83 Los átomos de un material conductor tienen máximo dos electrones como máximo de valencia.


57


En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; en disoluciones y gases por los iones.

1.12.3 TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES CONDUCTORES Los materiales conductores más utilizados son el cobre y el aluminio, debido a su abundancia en la naturaleza, su costo y a especialmente a que tienen una baja resistividad.

El cobre es un material metálico no ferroso, de color rojizo, encontrado en la naturaleza en forma mineral. El cobre tiene las siguientes características: C ARACTERÍSTICAS DEL COBRE • Es un material tenaz • Es fácilmente aleable • Es fácil de conformar sin arranque de viruta. • Es fácil de soldar (utilizando un material de aporte) • Es resistente a la corrosión química. • Puede ser endurecido por medio de golpes. • Sus formas comerciales son barras cuadradas, rectangulares, redondas y de otras formas.(Fig 85)

La clasificación general de los materiales es la siguiente:

Figura 85 Cable de cobre. El cobre es el material más utilizado para hacer conductores eléctricos.

El aluminio es un material no ferroso, muy blando y ligero. Su color es plateado. Figura 84 Clasificación de los materiales.

a. METALES

Los metales son materiales brillantes, generalmente son buenos conductores del calor y de la electricidad, pueden ser ferrosos y no ferrosos. •

Características del aluminio: • • • • • •

Fácil de alear Resistente a la corrosión Se puede soldar Fácil de mecanizar por arranque de viruta Buen conductor de calor y electricidad Puede mecanizarse a gran velocidad

Materiales no ferrosos

Los materiales no ferrosos son los que no contienen hierro. Entre ellos están: cobre, aluminio, plomo, zinc, estaño, magnesio, antimonio, manganeso.

1. Características de los materiales no ferrosos En esta sección se darán las características de los materiales no ferrosos más comunes.

58

Figura 86 El aluminio se utiliza en conductores desnudos.



El Plomo es un material metálico no ferroso y muy blando, de color gris azulado. Es empleado para mordazas, juntas eléctricas, revestimientos de conductores eléctricos, recipientes para ácidos y blindaje contra radiaciones. Características del plomo: • • • • •

Puede ser transformado en chapas, hilos y tubos. Es fácil de mecanizar Es muy tóxico Es un material maleable Es muy blando

El Zinc es un material blanco azulado, brillante al ser fracturado, pero se obscurece rápidamente en contacto con el aire. Características del Zinc: • • • •

Resistente a los detergentes y al tiempo Fácil de limpiar con amoníaco Es atacado por ácidos y sales Se utiliza para recubrimientos de acero (galvanizado)

El Estaño es un material brillante de color plata clara, es empleado para soldaduras blandas y en aleaciones con otros materiales. Características del estaño:

El Acero es una combinación de hierro y carbono. El porcentaje de carbono varía de 0.05% a 2.3%. Se obtiene derritiendo el mineral de hierro, juntamente con un fundente en hornos apropiados. De ésta primera fusión se obtiene un material llamado arrabio, que es llevado a otros tipos de hornos para ser transformado en acero al carbono. El Hierro fundido es un material metálico refinado en hornos. En su mayor parte se compone de hierro, unas pequeñas partes de carbono, manganeso, silicio, fósforo y azufre. El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono con un contenido de este último mayor del 2.5% y menor que 5%. El Níquel aumenta la resistencia y la tenacidad del acero, eleva su límite de elasticidad, da buena conductividad y buena resistencia a la corrosión. El acero al níquel contiene de 2 a 5% de níquel y de 0.1 al 0.5% de carbono. Los porcentajes de 12 al 21% de níquel y 0.1 de carbono producen el acero inoxidable.

1.13

MATERIALES NO CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD

En la electricidad son utilizados tanto los materiales conductores como los aislantes.

Se adhiere bien al acero, cobre y otros metales. •

1.13.1

•

Un aislante es cualquier material que no conduce la electricidad y se emplea para impedir el flujo de la corriente eléctrica de un lugar a otro.

Es de fácil fusión con otros materiales, para mejorar sus propiedades. • Fácil de mecanizar • Resistente al tiempo y a los ácidos Materiales ferrosos

DEFINICIÓN DE AISLANTE ELÉCTRICO

Un material es ferroso cuando contiene hierro como parte de sus elementos. Dentro de este grupo está el acero, que es una aleación de hierro y carbono.

Un aislante tiene más de seis electrones en su capa de valencia, lo que dificulta su movimiento.

Entre los materiales ferrosos están: el hierro fundido, níquel, cromo, manganeso y tungsteno entre otros.

Los materiales aislantes tienen dos finalidades principales:


59


• Evitar

el contacto de las partes conductoras (aislamiento de la instalación).

•

Proteger a las personas de las tensiones tensiones eléctricas (aislamiento protector).

1.13.2

CLASIFICACIÓN DE LOS AISLANTES

Los materiales aislantes se clasifican en materiales inorgánicos y orgánicos. Los orgánicos se clasifican en naturales y plásticos o sintéticos. Los aislantes plásticos se clasifican en: -

Plásticos de celulosa Termoplásticos Elastómeros Plásticos duros.

a. Aislantes inorgánicos

Son los que no provienen de ningún material vivo (no contienen carbono). Ejemplos de materiales aislantes inorgánicos son el aire, la mica, el asbesto, la cerámica y el vidrio. b. Aislantes orgánicos naturales

Son sustancias naturales de origen orgánico. Los aislantes importantes de este tipo son el papel, tejidos, goma, alquitrán, aceites. Los tipos de aislantes orgánicos naturales más utilizados son la madera, el caucho y el el hule. c. Materiales orgánicos plásticos

1. Los termoplásticos Son materiales polímeros orgánicos (compuestos formados por moléculas orgánicas gigantes) que son plásticos, es decir, que pueden deformarse hasta conseguir la forma deseada por medio de extrusión,

60

moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nailon. Los plásticos se caracterizan por una alta relación resistencia / densidad, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos. Otros sectores industriales, en especial la fabricación de motores, dependen también de estos materiales. Algunos Algun os plást plásticos icos muy resis resistente tentess se util utilizan izan para fabricar piezas de motores, como colectores, tubos de combustible, botes de emisión, bombas de combustible y aparatos electrónicos. Los plásticos se emplean también para fabricar carcazas para equipos de oficina, dispositivos electrónicos, accesorios pequeños y herramientas. Los plásticos de celulosa se forman a partir de la celulosa. La celulosa que se utiliza, proviene de la madera que se somete a un tratamiento para obtener sustancias de características plásticas. Entre los plásticos provenientes de la celulosa de la madera están el cartón prespán, papel charol, nitrato de celulosa, acetato de celulosa. 2. El cartón prespán (Conocido como "papel pescado") se fabrica prensando varias capas de papel impregnadas en resina, con lo que aumenta su resistencia mecánica. El prespán es utilizado en los cuerpos de bobinas, placas aislantes y aislamientos de ranuras. 3. El papel charol Es un papel impregnado con esmaltes sintéticos y se utiliza para el aislamiento de bobinas. - El acet acetato ato de celu celulos losaa se obt obtien ienee de la celu celulos losaa tratada con ácido acético. - Los elas elastóm tómeros eros son mate material riales es plásti plásticos cos que ti en enen en un unaa de f or orma ma ci ón li mi ta da po r su suss propiedades. Se utilizan para el aislamiento de cables y líneas.



Algunos de sus nombre nombress comerci comerciales ales son: buna o caucho de buna, perbunán, neopreno, vulcalán y silastic. - Los plásti plásticos cos duros o termoes termoestables tables son plásti plásticos cos duros y no se estiran a causa de un aumento en la temperatura, ni en la tracción.

L AS PROPIEDADES DE LOS PLÁSTICOS DUROS SON: - Las varia variacio ciones nes de temp tempera eratur turaa apenas apenas modif modifica icann la resistencia mecánica. Los plásticos duros no se vuelven plásticos, ni líquidos. - Los plásti plásticos cos duros duros no se se pueden pueden estira estirarr, dilatar dilatar ni deformar.

1.14

PROCESO DE MEDICIÓN DE CONTINUIDAD DE MATERIALES CON MULTÍMETRO DIGITAL

Si se les mide continuidad a los materiales, usted determina cuales son conductores y cuales son aislantes.

Figura 86 Proceso para encender el multímetro digital y seleccionar la medición de continuidad. continuidad.

Realice los siguientes pasos para medir continuidad. Paso 1: 1: Tenga preparado un conductor de cobre, y un multímetro digital con sus puntas de medición (roja y negra). Paso 2: Desenergice 2: Desenergice el circuito en el cual está está conectado el componente componente que va a medir. Nunca ejecute una medida de continuidad, si lo que va a medir está energizado. Paso 3: 3: Encienda el multímetro colocando el selector en medición de continuidad, representado con el símbolo ))) o el símbolo Ù . Vea figura 86. Paso 4: Presione 4: Presione momentáneamente el pulsador SELEC (Fig. 86), vuelva a presionar momentáneamente el pulsador SELEC y vea en el display la señal que indica la función audible de continuidad (Fig. 87).

Figura 1-87 Conexión del multímetro para la medición de la continuidad de un alambre.


61


Paso 5: Conecte 5: Conecte el cable negro (-) de medición, al conector conector marcado como COM (común). Vea la gigura 87. Paso 6: Conecte 6: Conecte el cable rojo (+) de medición, al conector del multímetro marcado con el símbolo Ω V . Vea figura 87. Realizados los paso 3, 4 y 5, el multímetro queda convertido en medidor de continuidad con una señal audible. Todo medidor de continuidad se conecta en paralelo al material a medir, cuando no está alimentado con tensión. Paso 7: Verifique 7: Verifique que en la pantalla del multímetro no esté el símbolo de batería baja. Si la batería está baja reemplácela inmediatamente para obtener una medición precisa.

1.15

RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Las resistencias son componentes que tienen la propiedad de presentar oposición al paso de la corriente eléctrica. La unidad en la que mide esta característica es el Ohmio y se representa con la letra griega Omega (Ω).

1.15.1

SÍMBOLOS DE LAS RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Los símbolos eléctricos que las representan r epresentan son

Paso 8: Junte 8: Junte las dos puntas de medición de color rojo y negro, para escuchar el buen funcionamiento de la señal de continuidad. Paso 9: Conecte 9: Conecte cada una de las puntas libres de medición a los extremos del conductor de cobre y escuche la señal de continuidad (Vea (Vea figura 87). El orden de conexión de los cables de medición en el conductor no importa. Paso 10: La 10: La señal auditiva le indica que el conductor no está interrumpido y que es conductor de electricidad. Paso 11: 11: Desconecte los cables de medición. Paso 12: Lea 12: Lea el manual de instrucciones de su multímetro digital, para hacer uso de todas las funciones de forma correcta. Paso 13: Limpie, 13: Limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

62

Figura 88 Símbolos utilizados para representar resistencias eléctricas.

La resistencia es la propiedad de un material de oponerse al paso de la corriente. La poseen todos los materiales en mayor o menor grado. El valor de las resistencias eléctricas eléctrica s de alambre, viene determinada por tres factores: El tipo de material; cada material tiene una resistividad que puede variar con la temperatura y con el contenido de impurezas, se indica con la letra“ letra“ρ”, de la distancia que deben recorrer las cargas, indicado con la letra “ l ” y del área transversal al flujo de cargas, indicado con la letra “A”. R= ρ x l A



Fórmula de la resistencia en función de la resistividad, la longitud y el área de la sección transversal al flujo de cargas del material.

1.15.2

CARACTERÍSTICAS DE LAS RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Las características más importantes de las resistencias, también llamadas resistores, son: - Valor nominal - Tolerancia - Potencia máxima a.

El valor real del resistor puede variar en: J) O) S) E) c.

de 80 a 120 Ω de 90 a 110 Ω de 95 a 105 Ω de 99 a 105 Ω POTENCIA MÁXIMA

Potencia máxima es la mayor potencia que será capaz de disipar la resistencia sin quemarse. Estas características vienen dadas por los fabricantes y debe tomarlas en cuenta cuando realice un circuito eléctrico.

VALOR NOMINAL

Valor nominal es el valor en Ohmios que posee un resistor. Este valor puede venir impreso o en código de colores. b.

TOLERANCIA

Tolerancia es el error máximo con el que se fabrica la resistencia. Esta tolerancia puede ser de ±1% a ±20%, por lo general.(Fig. 89)

Figura 90 La potencia del resistor determina la corriente máxima. Si excede esta corriente, el calor generado en el resistor causará un cambio en la resistencia y la destruirá.

1.15.3

TIPOS DE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Dependiendo de sus características, existen varios ti pos de resi stenci as , entr e estas está n: la s Figura 89 Ejemplos de algunas tolerancias para resistencias.

resistencias fijas, resistencias variables y resistencias especiales.


63


a. Resistencias fijas Son aquellas en las que el valor en ohmios que posee es fijo, y se define al fabricarlas. Las resistencias fijas se pueden clasificar en resistencias de usos generales , y en resistencias de alta estabilidad . 100 Ω Figura 99 Partes de una resistencia eléctrica de carbón.

Figura 91 Resistencia fija. Su valor no se puede cambiar, lo define el fabricante.

RESISTENCIAS DE ALTA ESTABILIDAD 2.Las resistencias de alta estabilidad se clasifican a su vez en: - Resistencias pirolíticas o de película: se

Figura 92 Símbolo americano para representar una resistencia fija.

100 Ω

30 Ω

70 Ω

Figura 1-93 Resistencia fija con derivación.

fabrican depositando una película de carbón sobre un soporte cerámico, y seguidamente, se raspa dicha capa de forma que lo que queda es una especie de espiral de carbón, sobre un soporte cerámico.

Sus características son: pequeño tamaño, hasta 2 W de potencia máxima, tolerancias del 1y 2% y coeficiente de temperatura medio. Composición de una resistencia estable pirolítica o de película. A) Primeramente se usa un tubo, B) Luego se agrega una película. C) Después, se colocan los alambres terminales. D) Finalmente se aplica el revestimiento.

Figura 94 Símbolo americano para representar una resistencia fija con derivación.

RESISTENCIAS DE USOS GENERALES 1. Las resistencias de usos generales se fabrican utilizando una mezcla de carbón, mineral en polvo y resina aglomerante; a éstas se las llama resistencias de composición. Sus características más importantes son: pequeño tamaño, soportan hasta 3 W de potencia máxima, tolerancias altas (5, 10 y 20%), amplio rango de valores y no son estables con la temperatura.

64

Figura 100 Composición de una resistencia estable pirolítica o de película.

• Resistencias de hilo bobinado: Se construyen con un hilo metálico de constantán o manganita, enrollado sobre un tubo de porcelana.

Sus características son: tamaño medio o grande, hasta 400 W de potencia máxima, baja tolerancia (0.25 %) y bajo coeficiente de temperatura.



los que el valor de la resistencia puede cambiarse por medio de un brazo móvil.

Figura 101 Partes de una resistencia estable pirolítica o de película.

Figura 95 Resistencia variable y sus partes. Tiene un mecanismo que permite cambiar el valor de la resistencia.

Figura 96 Símbolo americano para representar una resistencia variable. Figura 102 Partes de una resistencia de hilo bobinado.

• Resistencias de película metálica: consisten en

0 Ω

100 Ω

una película metálica a la que se le va eliminando parte de esta capa, dejando una forma similar a un hilo muy largo. 100 Ω

Sus características son: tamaño medio, pequeños valores de resistencia eléctrica, hasta 6 W de potencia máxima, tolerancias de 1, 2 y 5% y bajo coeficiente de temperatura. b. RESISTENCIAS VARIABLES Son resistencias sobre las que se desliza un contacto móvil, variándose así su valor, sencillamente, desplazando dicho contacto. Las hay de grafito y bobinadas, y a su vez, se dividen en dos grupos según su utilización, que son las denominadas resistencias ajustables, se utilizan para ajustar un valor y no se modifican hasta otro ajuste, y los potenciómetros en

Figura 97 Esquema que muestra los valores de una resistencia variable cuando el selector está en un extremo.

50 Ω

50 Ω

100 Ω Figura 98 Esquema que muestra los valores de una resistencia variable cuando el selector está en medio.


65


c.

Resistencias especiales

Son aquellas en las que el valor óhmico varía en función de una magnitud física.

DIFERENTES TIPOS DE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Las resistencias de usos especiales son poco utilizadas. Entre estas están: PTC (Positive Temperature Coefficient = Coeficiente Positivo de Temperatura); aumenta el valor óhmico al

Resistencia de carbón de 0,25 a 4 W (a)

aumentar la temperatura de la resistencia.

NTC (Negative Temperature Coefficient= Coeficiente Negativo de Temperatura): disminuye el valor óhmico al aumentar la temperatura.

LDR (Light Dependent Resistors = Resistencias Dependientes de Luz) : disminuye el valor óhmico al

Resistencia bobinada cementada: de 2 a 15 W (b)

aumentar la luz que incide sobre ella.

VDR (Voltage Dependent Resistors = Resistencias Dependientes del Voltaje): disminuye el valor óhmico al aumentar el voltaje eléctrico entre sus extremos.

Resistencia bobinada de gran potencia: 10 W en adelante. (c) NTC (a)

VDR (d)

NTC (b)

LDR (e)

PTC (c)

LDR (f)

Resistencia ajustable (d)

Resistencia variable (Potenciómetro) (e)

Figura 103 Resistencias de usos especiales. Figura 104 Diferentes tipos de resistencias eléctricas.

66



a)

Resistencia Variable

b)

Variación lineal con cursos

c)

Variación a escalones con cursos

Potenciómetro de ajuste

El código de colores consiste en unas bandas de colores que se imprimen en la resistencia y que sirven para saber el valor de ésta. Hay resistencias de 4, 5 y 6 anillos de color. En la tabla 1.6 y en la figura 106 el observe el código los colores normalizados. a. Primera cifra significativa El color de la primera banda indica el primer dígito del valor del resistor. Por ejemplo, usando la tabla del código de color, si esta banda es amarilla, el primer dígito es 4.

d) Figura 105 Simbología europea para representar distintas resistencias.

1.16

ocultos una vez que los resistores estuvieran conectados en el circuito. Naturalmente, los números se podrían marcar alrededor del resistor; pero esto sería difícil y costoso, desde el punto de vista de manufactura. Este problema se ha resuelto mediante una serie de bandas de color alrededor de los resistores para indicar sus valores de resistencia. Las posiciones de las bandas y su color, que constituyen lo que se llama código de colores, indican los valores de resistencia. Se ha adoptado un solo código estándar de colores.

CÓDIGO DE COLORES PARA RESISTENCIAS ELÉCTRICAS Y OTRAS FORMAS DE INDICAR SU VALOR

Todas las resistencias tienen su valor indicado de alguna forma. Primeramente, esto se realiza por medio de números; por ejemplo 50 ohmios o 1000 ohmios. Los resistores de potencia más grandes, los resistores de precisión y los resistores variables se marcan en esta forma. Esto es impráctico para resistores fijos y de tamaño pequeño. Estos resistores a menudo son demasiado pequeños para marcarlos. Además, su forma es tubular y tienen terminales axiales, por lo que pueden montarse en un circuito prácticamente en cualquier posición. Si sus valores de resistencia se marcaran en números, con frecuencia éstos estarían

b. Segunda cifra significativa El color de la segunda banda indica el segundo dígito, del valor del resistor. Por ejemplo, según la tabla del código de colores, si esta banda es de color negro, el segundo dígito es cero. c. Valor multiplicador El color de la tercera banda indica por cuánto deben multiplicarse los dos primeros dígitos para obtener el valor de la resistencia. Por ejemplo, mediante la tabla del código de colores, si ésta banda es verde, los primeros dos dígitos se multiplican por 100000, también se puede considerar que esta banda indica el número de ceros que deben agregarse a partir del segundo dígito. Usada en esta forma, el número de ceros que aparecen en la columna de cifras significativas de la tabla del código de colores, es el número de ceros que debe agregarse a los dos primeros dígitos. Por ejemplo, si éste código es de


67


color naranja, se agregarán tres ceros después del segundo dígito. Pero si la banda es negra, no se agregan ceros. Si la tercera banda es dorada o plateada, deberá usarse el factor de multiplicación. Tabla de códig o de color es color

Cifras

Negro Café Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Dorado Plateado Sin color

significativas 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

Valor de multiplicación 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 1000000000 0.1 1.01 -

tolerancia

±5% ±10% ±20%

Tabla 8 Código de colores

Para resistencias de cinco o seis colores; los tres colores primeros se utilizan para formar el número que hay que multiplicar por el valor equivalente del cuarto color. El quinto es el color de la tolerancia; y el sexto (para las resistencias de 6 anillos), es el coeficiente de temperatura.

1.16.1 PROCESO DE LECTURA DE RESISTENCIAS CON CÓDIGO DE COLORES Las características más importantes de una resistencia son su valor nominal y su tolerancia. Estos datos están en el código de colores y se obtienen de la manera que se explica a continuación. PROCESO DE LECTURA DEL VALOR DE UNA RESISTENCIA Paso 1: Seleccione la resistencia a la cual desea conocer su valor. Colóquela de tal manera que, la agrupación de los colores quede del lado izquierdo.

Figura 107 Para leer el código de colores debe colocar la resistencia con los colores hacia su izquierda.

Paso 2: En la tabla de código de colores lea el número que le corresponde al primer color.

Figura 106 Código de colores para resistencias eléctricas.

68

Paso 3: Para el color de la siguiente columna, también lea el número que le corresponde en la tabla de código de colores.



Este número colóquelo a la par del primero, para formar un par de números. Paso 4: Lea el color de la tercera columna en la tabla de códigos. En la tabla usted encontrará un número diez elevado a una potencia. Este valor multiplica a los dos anteriores.

EJEMPLOS:

1.

1ra. cifra

2da. cifra

4

7

Paso 5: Después de hacer la multiplicación, usted obtendrá el valor de la resistencia. Paso 6: El cuarto color, oro o plata indica la tolerancia de la resistencia.

o l l a t o i e j r l a o o i m v r a

a t a l p

Multiplicador 00

Valor de resistencia

2.

Tolerancia

10%

4700 ohmios 10%

n e l ó o d r r r r u a e z o a v m

El oro representa un 5% de tolerancia y el color plata 10% de tolerancia. Si no existe una cuarta columna, la resistencia tiene una tolerancia de 20%. Paso 7: Con el valor total y el valor de la tolerancia, calcule el rango de valores en los que la resistencia puede tener su valor.

1ra. cifra

2da. cifra

1

5

Multiplicador

Tolerancia

000000 5% Valor de 15000000 ohmios 5% resistencia

Figura 108 Ejemplos de lectura con el código de colores.

Ejemplo de lectura con código de colores.

Otros ejemplos de lectura:

Resistencia con líneas de colores en el siguiente orden: Resistencia 1) amarillo, violeta, rojo y plata. Resistencia 2) marrón, verde, azul y oro.

Figura 109 Ejemplo de lectura de resistencia con el código de colores.


69


1.17

Figura 109b Ejemplo de lectura de resistencia con el código de colores.

Figura 109c Ejemplo de lectura de resistencia con el código de colores.

CONEXIÓN DE RESISTENCIAS PURAS

Un circuito eléctrico está formado por varias resistencias o elementos. De esta forma, cuando usted desea calcular la corriente que proporciona la fuente, necesita hacer un circuito equivalente de resistencias. Los circuitos eléctricos están formados por combinaciones de resistencias eléctricas que pueden estar: En serie, en paralelo o ambas. Al analizar tales circuitos, es conveniente reemplazar la combinación de resistores con una sola resistencia equivalente, cuyo valor se elige de tal modo, que la corriente que suministre la fuente no cambie. A continuación usted aprenderá como hacer el cálculo para las dos combinaciones posibles.

1.17.1

RESISTORES CONECTADOS EN PARALELO

Dos resistores están conectados en paralelo cuando sus puntas de conexión están conectadas a los mismos puntos. Figura 109d Ejemplo de lectura de resistencia con el código de colores.

Compruebe el valor de las resistencias con un Multímetro.

En la conexión en paralelo, los elementos conectados están sometidos al mismo voltaje. La corriente de la fuente se divide en cada uno de los elementos. La corriente total de la fuente es la suma de la corriente de cada uno de los elementos.

1.16.2 MEDIDAS DE SEGURIDAD AL LEER EL CÓDIGO DE COLORES - Antes de tocar la resistencia, asegúrese de que no esté montada en un circuito eléctrico. - Limpie bien la resistencia para distinguir los colores. - Asegúrese de que los colores sean los correctos para no obtener un valor erróneo.

70

Figura 110 Resistencias conectadas en paralelo. Los extremos de ambas resistencias están conectados a un mismo punto.



La figura 110 muestra dos resistores conectados en paralelo. Para encontrar la resistencia equivalente, recuerde la Ley de Ohm vista en una sección anterior. En un circuito en paralelo la relación entre la resistencia total y las resistencias parciales es completamente diferente, la resistencia total no es la suma de las resistencias parciales. Entre más resistencias se tengan, menor será la resistencia total. La resistencia total es menor que cualquiera de las resistencias conectadas en paralelo. Si las dos resistencias están sometidas a un voltaje, la corriente en cada uno de los resistores es: I1= U/R1

e

Para encontrar la resistencia equivalente de un conjunto de resistencias, aplique el siguiente proceso. Paso 1: Para cada una de las resistencias, divida uno (1) entre el valor de la resistencia correspondiente y anote el resultado. Paso 2: Sume todos los valores que obtuvo del paso 1. Paso 3: Divida el número uno (1) entre el total de la suma obtenida en el paso tres. Paso 4: La resistencia equivalente es el resultado que obtuvo en el paso dos.

I2= U/R2 Ejemplo 1:

De acuerdo con las propiedades de un circuito en paralelo, la corriente total I debe compartirse entre las ramas, de modo que: I = I1 + I2

Calcule la resistencia equivalente de dos resistencias de 100 W y 200 W conectadas en paralelo. SOLUCIÓN:

Como se quiere reemplazar la combinación en paralelo por una sola resistencia equivalente Req, deberá fluir la misma cantidad de corriente I (porque el reemplazo no debe cambiar la operación del circuito). La corriente es, entonces:

Aplique los tres pasos siguientes: Paso 1: Divida uno entre el valor de cada resistencia. 1/R1 = 1/100 = 0.01 1/R2 = 1/200 = 0.005

I = U / Req Paso 2: Sumando los valores del paso 1, usted obtiene: Al resolver estas ecuaciones se llega a: 1/Req = 0.01+0.005=0.015 1/Req = 1 / R1 + 1 / R2 + …1 / Rn Esta fórmula se puede utilizar para averiguar la resistencia equivalente de un circuito en paralelo de varias resistencias. En la fórmula lo indicado con …1 / Rn significa que se suman la cantidad de resistencias que estén conectadas. En una conexión en paralelo de resistencias, la resistencia equivalente es igual al inverso de la suma de los inversos de cada resistencia.

Paso 3: Su resistencia equivalente es 1 dividido entre el valor del paso 2. Req = 1/0.015 = 66.66 W Paso 4: La resistencia equivalente de una resistencia de 100 y una de 200 W es de 66.66 W. Cuando usted tenga dos resistencias en paralelo puede aplicar la siguiente fórmula: Req = R 1 x R 2 R 1+ R 2


71


Esta ecuación solamente es válida para dos resistores en paralelo. Si usted tiene más de dos, debe calcular el equivalente por medio de los pasos antes indicados. Ejemplo 2: Aplique la ecuación de dos resistores en paralelo para los datos del ejemplo anterior. Solución: Req = 100x 200/(100+200) = 66.66 W La resistencia equivalente es de 66.66 W, igual que en el ejemplo 1.

1.17.2

RESISTORES CONECTADOS EN SERIE

La figura 111 muestra dos resistores conectados en serie.

Figura 112 Todos los elementos conectados en serie son recorridos por la misma corriente eléctrica.

Suponga que una batería con un voltaje V se conecta en los bornes de una combinación en serie. Se crea una corriente "I" en la combinación, y en cada uno de los resistores. El voltaje en cada uno de los resistores se calcula con la Ley de Ohm vista anteriormente. Las diferencias de potencial en los resistores son: V1= I x R1

y V2= I x R2

La suma de estas diferencias de potencial debe dar como resultado, la diferencia de potencial entre los puntos a y b mantenida por la batería, o sea: V = V1 + V2 Figura 111 Resistencias conectadas en serie.

Si se reemplaza la combinación por su resistencia equivalente Req, debe establecerse la misma corriente 1, de modo que:

Las propiedades de una conexión en serie son: - Para viajar a través de la combinación, usted debe recorrer todos los elementos en sucesión. - Una batería conectada en una combinación en serie da una caída de potencial en cada elemento. La suma de las caídas de potencial es igual al voltaje aplicado por la fuente. - En cada elemento circula la misma corriente.

72

V = I x Req Al combinar las ecuaciones se obtiene: I Req = 1R1

+ IR2

Como es la misma corriente la que circula por cada una de las resistencias se tiene:



1.17.3

Req = R 1 + R 2 Si se extiende este resultado a una combinación en serie de cualquier número de resistores, se tiene que es igual a la suma de todos los valores de los resistores. Esto es, para hallar la resistencia equivalente de una combinación en serie, halle la suma aritmética de cada uno de los resistores individuales. Note que la resistencia equivalente de una combinación en serie es siempre mayor que la máxima resistencia en la combinación en serie. Añadir más resistores en serie significa obtiener menos corriente para la misma diferencia de potencial.

RESISTORES EN CONEXIÓN MIXTA

En el apartado anterior, usted aprendió como calcular la resistencia equivalente para un conjunto de resistencias, ya fuera en serie o en paralelo. Aquí usted pondrá en práctica sus conocimientos adquiridos. Ejemplo 1: Calcule la resistencia equivalente para la siguiente configuración:

Ejemplo 1: Si tiene 5 resistencias y desea conectarlas a 12 voltios, de tal manera que circule la menor corriente posible en las resistencias. Los valores de las resistencias son: 25 Ω, 30 Ω, 50 Ω, 100 Ω y 200 Ω. ¿De que manera se deben conectar las resistencias a la fuente?

Las tres resistencias son de 150 Ω cada una.

SOLUCIÓN:

Solución:

Para que usted obtenga la menor corriente debe utilizar la conexión en serie.

Primero usted debe hallar la resistencia equivalente de la combinación en paralelo de R1 y R2.

La corriente que obtiene, conectando las resistencias en serie es:

R12= R1*R2 = 150*150 R1 + R2 150 + 150

Figura 113 Tres resistencias conectadas en paralelo-serie (mixta).

R12 = 75

I = V/ Req

Ahora su circuito equivalente es:

Req = R1 + R2 + R3 + R4 + R5 Req = 35+30+50+100+200= 415

Ω

Ω

I = V/Req = 12/415 = 28.9 A R// La corriente mínima se obtiene con los 5 resistores en serie y es de 28.9 amperios.

Figura 114 Circuito equivalente de la Fig. 113 luego de obtener una resistencia equivalente de R1 y R2.


73


La resistencia R12 y R3 están en una configuración en serie, por lo tanto: R123= R12 + R3 R123 = 75+150 = 225

Ejercicio 3: Calcule la resistencia equivalente del circuito en conexión mixta de 4 resistencias, que se muestra en la siguiente figura.

Ω

La resistencia equivalente R123 tiene un valor de 225 Ω.

Figura 115 Circuito equivalente de la Fig. 113 luego de obtener una resistencia equivalente de las tres resistencias.

Figura 1-118 Circuito serie con R1 = 200 Ω, R2 = 200 Ω, R3 = 400 Ω y R3 = 500 Ω.

Ejercicio 1: Calcule la resistencia total del circuito de 3 resistencias en serie, que se muestra en la siguiente Figura.

1.18

CÁLCULO DE CONDUCTANCIA, CONDUCTIBILIDAD, RESISTIVIDAD Y RESISTENCIA ESPECÍFICA

Figura 116 Circuito serie con R1 = 10 Ω, R2 = 20 Ω y R3 = 30 Ω.

Ejercicio 2: Calcule la resistencia equivalente del circuito en paralelo de 3 resistencias, que se muestra en la siguiente figura.

Figura 117 Circuito serie con R1 = 100 Ω, R2 = 100

74

Ω

y R3 = 50

Ω.

Los cables y alambres eléctricos están construidos de cobre o aluminio (conductor) y forrados de un material aislante (plástico). Estos se fabrican de diferentes grosores o calibres para diferentes tipos de cargas. Si a un conductor muy delgado se le conecta una carga muy grande, al momento de circular la corriente eléctrica se calentaría mucho y el plástico que lo forra, se derretiría. Luego, al quedar sin aislamiento los alambres toparían, provocando un corto circuito. Es necesario que sepa calcular el calibre del conductor adecuado a la carga. La resistencia de los alambres eléctricos depende de:



Longitud = l

en metros = m

R=

ρ x

l

A Sección o área = A en milímetros cuadrados = mm² REGLA: La resistencia especifica o resistividad del material que conduce = f en ohmios por milímetro cuadrado dividido metros = Ω x mm² / m.

a) Cuando mayor sea la resistencia específica, mayor será la resistencia del alambre o cable.

La resistividad es la resistencia de un conductor de 1 m de longitud y 1 m² de sección o área.

b) Cuando más largo sea el alambre, mayor será la resistencia del alambre o cable.

Entonces, la resistencia (R) del conductor, alambre o cable se calcula mediante la siguiente fórmula.

c) Cuanto más pequeña sea la sección o área, mayor será la resistencia del alambre o cable.

CALIBRE

No.

mm2

14 12 10 8 6

2.08 3.31 5.26 8.37 13.3

DIÁMETRO EN mm CON CAPACIDAD DE CORRIENTE A 30 °C AISLANTE TW THW THHN TW THW THHN CONDUIT AIRE CONDUIT AIRE CONDUIT AIRE 3.38 4.14 2.77 20 25 20 30 25 35 3.86 4.62 3.24 25 30 25 35 30 40 4.47 5.23 4.09 30 40 35 50 40 55 5.99 6.76 5.40 40 60 50 70 55 80 7.72 7.72 6.34 55 80 65 95 75 105 Figura 119 Tabla de capacidad de carga de conductores según aislamiento y temperatura.

Ejemplo 1:

Solución:

¿Cual es la resistencia de un rollo de l00 metros de alambre de cobre calibre 12?

R=

A

Datos: El cobre tiene una resistencia especifica (f) de 0.018 Ù x mm² / m. El calibre 12 corresponde a una sección o área (A) de 3.31 mm² (vea la Fig. 1.119) Longitud (l) = 100 m.

ρ x l

R = 0.018 x 100 = 0.5438 Ù 3.31 Ejemplo 2: ¿Cual es la resistencia de una extensión para 120 V de 50 metros de alambre de cobre calibre 12?


75


SOLUCIÓN: R = 0.5438 Ω igual que en el ejemplo 1 anterior. La extensión es de 50 metros pero se multiplica por 2 =100, debido a que las extensiones para 120 V usan dos alambres (Línea viva y neutra). La conductancia (G) es el inverso de la resistencia. La unidad de medida de la conductancia es el siemens = S y se calcula con la siguiente fórmula:

1.19

CÁLCULO DE LA CAÍDA DE TENSIÓN

La caída de tensión es la pérdida de tensión en un circuito eléctrico debido a la resistencia de los conductores, cables o alambres en el momento de conectar la carga. Mientras más sea la carga y más la resistencia del conductor mayor será la caída de tensión. La caída de tensión sólo se produce cuando circula corriente.

G= 1 R Ejemplo 3:

La caída de tensión se calcula con la siguiente fórmula:

¿Cual es la conductancia de un rollo de l00 metros de alambre de cobre calibre 12? Uv = I x R Datos: Del ejemplo 1 anterior, R = 0.5438 Ω.

Donde:

Solución:

Uv = caída de tensión en voltios. I = intensidad de la corriente R = resistencia del conductor, alambre o cable.

G=1 R

Ejemplo 1: G = 1 = 1.8389 S 0.5438 La conductividad no es lo mismo que la conductancia. La conductividad es el inverso de resistividad o resistencia especifica.

A continuación, midió las tensiones al principio y al final de la conexión con el alumbrado apagado. Ambos lados median 120 V.

Ejercicio 1: ¿Cual es la resistencia y la conductancia de un rollo de l00 metros de alambre de aluminio calibre 12? Datos: El aluminio tiene una resistencia especifica (f) de 0.028 Ω x mm² / m.

76

Una estudiante conectó un alumbrado en un terreno a una distancia de 150 m. Para ello tendió alambre de cobre TW calibre 12. Cuando conectó la instalación de alumbrado, la luz era más débil que normalmente.

Después volvió a conectar la iluminación, y al volver a medir, la tensión al final de la instalación medía 97.16 V. Por tanto, se perdieron 22.84 V en la línea de conexión o sea en los 300 m de alambre de cobre TW calibre 12. En la línea existió una caída de tensión. Además, midió la intensidad de la corriente = 14 A.



Datos: El cobre tiene una resistencia específica (f) de 0.018 Ω x mm² / m. El calibre 12 corresponde a una sección o área (A) de 3.31 mm² (vea la Fig. 119). Longitud (l)= 150 m x 2 líneas (Viva y neutra)= 300 m. Intensidad = 14 A.

1.20

1.20

LECTURA ESCALAS LECTURADEDE ESCALAS Y YRANGOS. RANGO

Los multímetros debido a sus múltiples funciones, poseen varias escalas y rangos.

1.20.1

LECTURA DE LA ESCALA DE UN VOLTÍMETRO

Solución: R=

Algunos voltímetros multirrango solo tienen un rango de valores marcados en la escala (Vea la figura 120), y la lectura debe multiplicarse por la indicación de ajuste del interruptor de rango, para obtener la tensión medida.

ρ x l

A R = 0.018 x 300 = 1.6314 Ω 3.31 Uv = I x R Uv = 14 x 1.5314 = 22.84 V Ejercicio 1 ¿Cuál es la caída de tensión en el ejemplo anterior, si la distancia del terreno hubiera sido de 200 metros?

Figura 120 Escala de un voltímetro con un grupo de indicaciones.

PÉRDIDA DE TENSIÓN ADMISIBLE La pérdida de tensión se indica generalmente en un tanto por ciento del voltaje de servicio, obteniéndose un valor que se puede referir a todas las tensiones de la red. Una pequeña pérdida de tensión basta para reducir la luminosidad de la bombilla incandescente, con el fin de que la luz y la fuerza no disminuyan hasta llegar al consumidor, la unión de centrales eléctricas ha dispuesto que las pérdidas de tensión en las líneas de alumbrado debe llegar a lo sumo 1.5% y en las instalaciones de fuerza 3%. Para la línea principal hasta la conexión del contador se admite solamente una pérdida de tensión de 1/2 %.

Conmutador de rango 1 0 V 1 V

100 V

Figura 121 Conmutador o selector de rango de un voltímetro.


77


Para encontrar el voltaje en un componente (Vea las figuras 120 y 121), multiplique la lectura de la escala por el ajuste del conmutador de rango; Voltaje = 0.6 (Vea la Fig. 120) x 10 (Vea la Fig. 121) = 6 Voltios.

Sin embargo, si el interruptor de rango está en la posición de 100mA, debe multiplicar la lectura de la escala por 100, para determinar la cantidad de corriente que fluye en el circuito.

Si el selector de rango estuviera en la posición de 1 V, la medida del voltaje seria de 0.6 V, mientras que si estuviera en la escala de 100 V, la medida sería 0.6 x 100 = 60 V. Otros multímetros tienen rangos separados en la escala para la posición del interruptor de rango. Cuando use estos instrumentos, asegúrese de leer el conjunto de va lo re s que corre sponde a la gr ad ua ción del interruptor de rango.

Figura 123 Escala de amperímetro de un solo rango.

10 MA

1 MA

100 MA

Figura 122 Escala de varios rangos de medición.

1.20.2

LECTURA DE LA ESCALA DE UN AMPERÍMETRO Figura 124 Selector de rango de un amperímetro.

Para hacer la lectura de un medidor de escala única, observe la posición de la aguja. La aguja indicará un número y éste es el valor de su medición. Algunos amperímetros de alcance múltiple tienen también un sólo grupo de valores en la escala, aunque miden varios rangos de corriente. Cuando éste sea el caso, multiplique la lectura de la escala por el ajuste del interruptor de rango. Por ejemplo, si la escala está calibrada en valores de 0 a 1 miliamperio y el interruptor de rango está en la posición de 1mA, la corriente se leerá directamente.

78

Para encontrar el amperaje en un componente (Vea las figuras 123 y 124), multiplique la lectura de la escala por el ajuste del conmutador de rango; Amperaje = 0.7 (Vea la Fig. 123) x 10 (Vea la Fig. 1.24) = 7 miliamperios. Otros amperímetros tienen un conjunto de valores separados en la escala para cada posición del interruptor de rango. En este caso, asegúrese de que está leyendo el conjunto de valores que corresponde al ajuste del interruptor de rango.



1.20.4

ESCALA DE LOS MEDIDORES DIGITALES

Cuando haga sus mediciones con un medidor digital, solamente seleccione el tipo de medición y la escala. En la pantalla se desplegará el valor de la medición.

Figura 125 Escala de amperímetro multirrango.

1.20.3

LECTURA DE LA ESCALA DE UN OHMIÓMETRO

La escala de un ohmiómetro normalmente es diferente a la de los demás aparatos de medición eléctrica. El punto de resistencia cero lo tiene al final de la escala, y el punto en el cual se lee la mayor resistencia lo indica cuando la aguja no se mueve. La escala del ohmiómetro es no lineal. Por ejemplo, un resistor de 100 ohmios causa una oscilación de dos tercios de la escala; el resistor de 50 ohmios, o sea la mitad de 100 ohmios, causa una oscilación de media escala, y un resistor de 25 ohmios, causa una oscilación hasta la tercera parte de la escala. Para resistencias grandes, los valores en la escala están más próximos. Por lo tanto para hacer una medición, debe tratar de escoger una escala que indique el valor donde los números no están muy próximos, para evitar errores.

Figura 1-126 Escala de un ohmiómetro.

Si no toma en cuenta la polaridad, en la pantalla aparecerá un signo menos, el cual indica una polaridad inversa, ya sea medida de voltaje o de corriente.

1.20.5


Cuando utilice aparatos de medición tome las siguientes medidas de seguridad: - Asegúrese de seleccionar el aparato adecuado a la medición que desea hacer (voltímetro para medir voltaje, amperímetro para medir corriente, etc.) - Si no sabe el valor de la magnitud a medir, utilice la escala más grande que tenga disponible. - Haga sus lecturas frente al instrumento, evitando el error de paralaje. - Coloque el instrumento en la posición indicada por el fabricante del aparato.

1.20.6

USO ADECUADO DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA

El instrumento más utilizado es el multímetro. Los aparatos indicadores de un solo tipo de medición como los voltímetros o amperímetros se usan para hacer mediciones en paneles de control, los aparatos de medición están conectados de forma permanente al circuito en el que se desea hacer la medición.


79


Debido a esto, en esta sección se expone el uso adecuado del multímetro, que es el aparato que usa el electricista para hacer sus mediciones. PRECAUCIONES EN EL USO DEL MULTÍMETRO Cuando se disponga a hacer una medición eléctrica con un multímetro asegúrese de que tipo de medición es la que quiere hacer y tome en cuenta lo siguiente: - Para medir voltaje, coloque el paralelo al circuito.

voltímetro en

Figura 129 Forma de representar en simbología europea la conexión en paralelo del voltímetro y en serie del amperímetro para la medición de tensión e intensidad a un bombillo de 50 W.

- Para hacer una medición de resistencia eléctrica, la resistencia o el circuito al que le desea medir su resistencia debe estar completamente desenergizado. El óhmetro se daña si la resistencia o el circuito tiene una pequeña diferencia de potencial. - Los multímetros normalmente tienen tres bornes de conexión en su parte inferior.

Figura 127 Forma correcta de conectar el voltímetro para la medición de tensión.

- Para medir corriente, coloque el instrumento en serie al circuito al cual se desea hacer la medición.

Figura 130 Vea la indicación de los bornes del multímetro.

En cada uno de los bornes está indicada su aplicación. El borne marcado como COMM debe tener conectado el cable, que por lo regular es de color negro. Figura 128 Forma correcta de conectar el amperímetro para la medición de intensidad de la corriente.

80

En los otros bornes tiene la indicación de si es para voltaje, para corriente o para un rango de voltaje o corriente.



Si va a medir corriente, seleccione la escala de corriente en el multímetro, esta selección también depende de si es corriente alterna o directa. En la escala del multímetro está indicado esto.

1.21

MEDIDAS DE TENSIÓN E INTENSIDAD DE LA CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

Realice los procesos de mediciones de tensión, intensidad y resistencia que a continuación se le describen.

Después de seleccionar la escala, verifique que los bornes del multímetro sean los correctos.Proceda de esta forma, para hacer cualquier medición con un multímetro.

1.21.1

MEDICIÓN DE RESISTENCIA ELÉCTRICA

La medición de la resistencia eléctrica puede realizarla utilizando multímetro analógico o digital. Antes de iniciar con el proceso de medición de resistencias eléctricas con el multímetro analógico, es importante que conozca las partes del multímetro a utilizar.

Figura 131 Partes del multímetro analógico.


81


a. PROCESO DE MEDICIÓN DE RESISTENCIAS CON MULTÍMETRO ANALÓGICO Para que realice la medición de resistencias con el multímetro analógico siga los siguientes pasos.

Paso 4: conecte el cable rojo de medición al borne positivo (+) del multímetro y el cable negro de medición, al conector negativo (-). Realizados los pasos 3 y 4, el multímetro quedará convertido en ohmiómetro.

Paso 1: prepare 2 resistencias cerámicas de 10 y 200 ohmios, y un multímetro análogo con sus puntas de medición (roja y negra). Paso 2: si la resistencia que va a medir con el ohmiómetro se encuentra conectada en un circuito, debe desmontarla.

Figura 134 Cables de medición conectados al multímetro para medir resistencias.

Todo ohmiómetro se conecta en paralelo a la resistencia cuando no está alimentada con tensión. Paso 5: junte las dos puntas libres de los cables de medición (rojo y negro). La aguja de medición se desplaza a cero en la escala de Ohmios (OHMS). Manteniendo las dos puntas unidas y si la aguja no se queda en cero, ajuste con el botón " Ω W ADJ". Figura 132 Desmonte la resistencia del circuito antes de medir con ohmiómetro.

Nunca ejecute una medición de resistencia con un ohmiómetro, si a la resistencia se le está aplicando una tensión. El ohmiómetro se dañaría. Paso 3: coloque el selector del multímetro en OHMS Rx1. Figura 135 Uniendo las dos puntas libres de los cables de medición (rojo y negro) para medir r esistencia, la aguja se desplaza a 0 ohmios. Para que la aguja quede exactamente en cero, se ajusta con "0 Ω ADJ".

Figura 133 Selector del multímetro colocado en rango OHMS Rx1.

82

Paso 6: conecte cada una de las puntas libres de medición a los extremos de la resistencia cerámica de 10 ohmios. El orden de conexión de los cables de medición en la resistencia no importa.



Figura 136 Esquema de ohmiómetro conectado a la resistencia a medir.

Paso 7: Observe que el ohmiómetro muestra una medición de resistencia (Fig. 137). La aguja está indicando el número 10 de la escala de Ohmios (OHMS). Multiplique este valor por 1 que es donde está el selector, dando como resultado 10 ohmios.

Figura 138 La aguja de medición del ohmiómetro indica 200 ohmios con el selector puesto en OHMS RX1.

Paso 11: Desconecte las puntas de la resistencia de 200 ohmios, coloque el selector en R x 10 (Fig. 139), repita el paso 5, para que la aguja quede ajustada a cero en este nuevo rango, y vuelva a conectar la resistencia de 200 ohmios al ohmiómetro.

Figura 137 La aguja de medición del ohmiómetro indica 10 ohmios con el selector colocado en rango OHMS RX1.

Paso 8: desconecte los cables de medición de la resistencia. Paso 9: conecte cada una de las puntas libres de medición a los extremos de la resistencia cerámica de 200 ohmios. Paso 10: Observe que el ohmiómetro muestra una medición de resistencia. (Fig. 138). La aguja está sobre el 200 de la escala de Ohmios (OHMS). Multiplique este valor por 1 que es donde está el selector, dando como resultado 200 ohmios.

Figura 139 Selector del multímetro colocado en rango OHMS Rx10.

Paso 12: Observe que el ohmiómetro marca el mismo valor de la resistencia, sólo que con este nuevo rango el valor se puede leer mejor. La aguja indica el 20 (Fig.140) de la escala de Ohmios (OHMS). Multiplique este valor por 10 que es donde está el selector de rango, dando como resultado 200 ohmios.


83


Paso 17: Limpie, ordene y guarde el equipo, la herramienta y los materiales utilizados en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Figura 140 La aguja de medición del ohmiómetro indica 200 Ohmios con el selector puesto en OHMS RX10.

Paso 13: desconecte los cables de medición de la resistencia. Paso 14: para tener una medición más exacta de la resistencia, coloque el selector en R x 100 (Fig. 141), repita el paso 5 para que la aguja quede ajustada a cero en este nuevo rango, y vuelva a conectar la resistencia de 200 ohmios al ohmiómetro.

Figura 142 La aguja de medición indica 2 o|hmios. Este número se multiplica por 100, que es donde está el selector de rango. Resultado de la medición de la resistencia cerámica = 200 ohmios.

b. PROCESO DE MEDICIÓN DE RESISTENCIA ELÉCTRICA CON MULTÍMETRO DIGITAL Antes de iniciar con el proceso de medición de resistencias eléctricas con multímetro digital, es importante que conozca las partes del multímetro a utilizar.

Figura 141 Selector del multímetro colocado en rango Rx100.

Paso 15: Observe que el ohmiómetro marca el mismo valor de la resistencia, sólo que con este nuevo rango el valor se puede leer mejor. La aguja indica 2 ohmios (Fig. 142), multiplique este valor por 100 del selector de rango, dando como resultado 200 ohmios. Paso 16: Desconecte los cables de medición de la resistencia.

84

Figura 143 Partes del un multímetro digital para magnitudes eléctricas.



PARTES DEL MULTÍMETRO DIGITAL (Fig. 143) 1. Display o pantalla digital. 2. Pulsador HOLD y SORT: presione momentáneamente para activar la función HOLD, o presiónelo por 1 segundo para activar la función SORT. 3. Pulsador RANGE (RANGO): para seleccionar rango automático o manual. 4. Pulsador para seleccionar el cero relativo y otras funciones. 5. Pulsador Recall (Recuperar): para llamar los datos guardados. 6. Selector de encendido y apagado del Multímetro, además selecciona una función. 7. COM: (Con referencia de tierra) bornera de entrada común, para to da s la s fu ncio nes, con el selector colocado correctamente.

11.Pulsador Store (Almacenar): para guardar datos que después pueden ser llamados con RECALL. 12.Pulsador Select (Seleccionar): presione momentáneamente para seleccionar segundas funciones, o presiónelo por 1 segundo para activar la luz en el display. 13.Pulsador 40000 y Record (GRABAR): presione momentáneamente para seleccionar lectura, hasta 40000, o presiónelo por 1 segundo para activar la función RECORD. 14.Pulsador 4000 y CREST: presione momentáneamente para seleccionar lectura, hasta 4000, o presiónelo por 1 segundo para activar la función CREST.

8. Ω V : Bornera de entrada para todas las funciones, excepto la de medición de corriente en amperios, con el selector colocado correctamente. 9. A: Bornera de entrada para medir de 4 A ó 10 A de corriente, con el selector colocado correctamente. 10. mA,uA: bornera de entrada para medir 400 mA, 40 mA, 4000 uA de corriente, con el selector colocado correctamente.

Figura 144 Partes del display (pantalla) de un multímetro digital para magnitudes eléctricas.


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PARTES DE LA PANTALLA (DISPLAY) DEL MULTÍMETRO DIGITAL (Fig. 144)

29. Indica que la función SORT está activada.

15. Anuncia el cero relativo y otras funciones.

30. Indica si está seleccionado el valor máximo (MAX), mínimo (MIN), máximo menos mínimo (MAXMIN) o promedio (AVG).

16. Anuncia la función audible de continuidad. 17. Escala de la barra gráfica analógica. 18. Barra gráfica analógica con dirección y polaridad.

31 Parpadea 2 veces para confirmar que se guardó un dato al pulsar STORE, y se observa cuando se pulsa RECALL para llamar el dato guardado.

19. Datos de la lectura digital de la medición actual.

32. Indica junto con los datos secundarios de la lectura actual, el número de evento en la función SORT.

20. Indica batería baja, reemplace la batería lo más pronto posible para asegurar la exactitud.

33. Dato secundario del display (pantalla) para tener dos lecturas.

21. Este símbolo indica polaridad negativa. 22. Indica el tipo de corriente: alterna, continua o mixta. 23. Indica que el beeper está encendido. 24. Indica que el apagado automático del multímetro está activado.

Para que realice la medición de resistencias con el multímetro digital siga los siguientes pasos. Paso 1: tenga preparado 2 resistencias cerámicas de 40 ohmios, y un multímetro digital con sus puntas de medición (roja y negra). Paso 2: si la resistencia que va a medir con el ohmiómetro se encuentra conectada en un circuito, debe desmontarla o desenergizarla.

25. Indica que el multímetro está en autorango. 26. Indica que la función HOLD está activada. 27. Indica que la función CREST está activada. 28. Indica que la función RECORD está activada.

86

Figura 145 Desmonte la resistencia del circuito antes de medir con el ohmiómetro.



Nunca ejecute una medida de resistencia con un ohmiómetro, si a la resistencia se le está aplicando una tensión. El ohmiómetro se dañaría. Paso 3: encienda el multímetro colocando el selector en ohmios, representado con el símbolo Ω. Vea la figura 146. Paso 4: conecte el cable negro (-) de medición al conector marcado como COM (común). Vea la figura 146. Paso 5: conecte el cable rojo (+) de medición al conector del multímetro, marcado con el símbolo Ω V O . Vea la figura 1.146. Realizados los pasos 3, 4 y 5, el multímetro queda convertido en ohmiómetro. Todo ohmiómetro se conecta en paralelo a la resistencia cuando no está alimentada con tensión. Paso 6: verifique que en la pantalla del multímetro no esté el símbolo de batería baja. Si la batería está baja, reemplácela inmediatamente para obtener una medición precisa. Paso 7: conecte cada una de las puntas libres de medición a los extremos de la resistencia de cerámica de 40 ohmios y observe el display (pantalla) digital. Vea la figura 146. El orden de conexión de los cables de medición en la resistencia no importa. Paso 8: el ohmiómetro indica una medición de resistencia en el display digital de 40.00 Ω (Fig. 146).

Figura 146 Medición de resistencia de 40 ohmios con multímetro digital.

1.21.2

MEDICIÓN DE TENSIÓN ELÉCTRICA

La medición de la tensión eléctrica la puede realizar utilizando multímetro analógico o digital.

Paso 9: desconecte los cables de medición de la resistencia.

a. PROCESO DE MEDICIÓN DE TENSIONES CON MULTÍMETRO ANALÓGICO

Paso 10: lea el manual de instrucciones de su multímetro digital, para hacer uso de todas las funciones de forma correcta.

Para que realizar la medición de tensiones con el multímetro analógico siga los siguientes pasos.

Paso 11: limpie, ordene y guarde el equipo, la herramienta y los materiales utilizados en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Paso 1: prepare una pila de 1.5 V, 1 acumulador de 12 V, una fuente de 120 V AC (tomacorriente de 120 V), Un Instalación de motor con fallo en el devanado y un multímetro analógico con sus puntas de medición.


87


- Medición de tensión de una fuente de tensión continua (pila de 1.5 V DC) con multímetro analógico. Paso 2: Coloque el selector del multímetro en el rango DCV 3.

Paso 4: Conecte el cable positivo del voltímetro al polo positivo de la pila de 1.5 V DC y el cable negativo del voltímetro al polo negativo de la pila. El voltímetro queda conectado en paralelo a la fuente de tensión. Si confunde la polaridad, la aguja de medición del voltímetro se moverá en sentido contrario y se dañaría. Cuando mida tensión continua (DC) con un voltímetro analógico, siempre tome en cuenta la polaridad (positivo con positivo y negativo con negativo).

Figura 1-147 Selector del multímetro colocado en el rango DCV 3.

Colocado el selector en el rango DCV 3, el multímetro sólo puede medir un máximo de 3 voltios de tensión continua. Si conecta el voltímetro a un voltaje mayor de 3 voltios, lo quemará. Tampoco debe conectarlo en este momento a una fuente de tensión alterna. Paso 3: Conecte el cable rojo de medición al borne positivo (+) del multímetro y el cable negro de medición al borne negativo (-).

Figura 149 Esquema de un voltímetro conectado a la fuente de tensión (pila) de 1.5 V DC.

Paso 5: Debido a que el selector está en el rango 3 DC V, seleccione para la lectura de la medición la escala de 0 a 30 DC V (vea Fig. 150 letra B) y lea en donde indique la aguja (Fig. 150 en la letra A). Divida el resultado de la lectura entre 10 para obtener el valor de tensión de la pila 15/10 = 1.5 Voltios DC).

Figura 1-148 Cables de medición conectados al multímetro para medir tensión.

Realizados los pasos 2 y 3, el multímetro quedará convertido en voltímetro para DC (tensión directa) de 3 voltios.

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Figura 150 La aguja de medición indica 1.5 voltios DC con el selector puesto en rango 3 DC V.



Dependiendo de la carga de su pila, el valor de la medición puede diferir ligeramente un poco de 1.5 Voltios DC. Paso 6: Desconecte los cables de medición de la pila. -

Medición de tensión de una fuente de tensión continua (acumulador de 12 V DC) con multímetro analógico.

Paso 9: Debido a que el selector está en el rango 30 DC V, seleccione para la lectura de la medición, la escala de 0 a 30 DC V (vea Fig. 153 letra B) y lea donde indique la aguja (Fig. 153 en la letra A). Multiplique el resultado de la lectura por 1, para obtener el valor de tensión del acumulador (Fig. 153 12 x 1 = 12 Voltios DC).

Paso 7: Coloque el selector del multímetro en el rango 30 DC V (Fig. 151). Si deja el selector en el rango 3 DC V, al momento de conectar el voltímetro al acumulador de 12 V DC, arruinará el multímetro.

Figura 152 Selector del multímetro colocado en el rango DCV 30.

Figura 151 Selector del multímetro colocado en el rango DCV 30.

Realizados los pasos 2 y 7, el multímetro quedará convertido en Voltímetro para DC (tensión directa) de 30 voltios. Paso 8: Conecte el cable positivo del voltímetro al polo positivo del acumulador de 12V DC, y el cable negativo del voltímetro al polo negativo de la pila. El voltímetro queda conectado en paralelo a la fuente de tensión. Si confunde la polaridad, la aguja de medición del voltímetro, se moverá en sentido contrario y se dañara. Cuando mida tensión continua (DC) con un voltímetro analógico siempre tome en cuenta la polaridad (positivo con positivo y negativo con negativo).

Figura 1-153 La aguja de medición indica 12 voltios DC con el selector puesto en 30 DC V.

Dependiendo de la carga de su acumulador, el valor de la medición puede diferir ligeramente un poco de 12 Voltios DC. Paso 10: Desconecte los cables de medición del acumulador. -

Medición de tensión de una fuente de tensión alterna (tomacorriente 120 V AC) con multímetro analógico.


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Paso 11: Coloque el selector del multímetro en 150 AC V (Fig. 154). Si desconoce el voltaje de la fuente a medir, seleccione el rango más alto de tensión alterna del multímetro, y al verificar que el rango inferior de tensión alterna del multímetro es mayor que la tensión que está midiendo, selecciónelo para obtener una mejor lectura. No seleccione un rango menor a la tensión que está midiendo y no mida voltajes que sobrepasen la capacidad máxima de medición de tensión del multímetro, ya que esto lo dañaría. Figura 155 Esquema de voltímetro conectado a la fuente de tensión alterna (tomacorriente).

Paso 13: Debido a que el selector está en el rango de 150 AC V, seleccione para la lectura de la medición la escala de 0 a 150 AC V (vea la Fig. 156 letra B) y lea donde indique la aguja (Fig. 156 letra A). Multiplique el resultado de la lectura por 10, para obtener el valor de tensión del tomacorriente de 120 Voltios AC (Fig. 156 12 x 10 = 120 Voltios AC). Dependiendo de la caída de tensión en el tomacorriente a medir, el valor de la medición puede variar un poco de 120 Voltios AC. Figura 1-154 Selector del multímetro colocado en el rango ACV 150.

Paso 14: Desconecte los cables de medición del tomacorriente.

Realizados los pasos 2 y 11, el multímetro queda convertido en Voltímetro para AC (tensión alterna) de 150 voltios. Paso 12: Conecte los cables de medición del voltímetro a los dos enchufes del tomacorriente. Debido a que la corriente alterna no tiene una polaridad definida, el orden de colocación de los cables de medición al tomacorriente no tiene importancia. Evite el contacto directo con los enchufes del tomacorriente y verifique que sus cables de medición no estén pelados. Si su cuerpo tiene contacto con la tensión del tomacorriente recibirá un choque eléctrico y podría causarle la muerte.

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Figura 156 La aguja de medición indica 120 voltios AC con el selector puesto en 150 ACV.



- Medición de tensión de una instalación de motor monofásico de tensión alterna con falla. Paso 15: siempre que desconozca el voltaje de la fuente a medir (L1 y N, L1 y L2 o cualquier otra fuente), seleccione el rango más alto de tensión alterna del multímetro.

Evite el contacto directo con las líneas de alimentación y verifique que sus cables de medición no estén pelados. Si su cuerpo tiene contacto con la tensión de alimentación, recibirá un choque eléctrico y podría causarle la muerte. Paso 17: Debido a que el selector está en el rango 750 AC V, seleccione para la lectura de la medición la escala de 0 a 75 AC V (vea la Fig. 159 letra B) y lea en donde indique la aguja (Fig. 159 letra A). Multiplique el resultado de la lectura por 10, para obtener el valor de tensión de las líneas L1 y N (Fig. 159 12 x 10 = 120 Voltios AC). Dependiendo de la red de distribución y de la tensión del motor, el valor de la tensión a medir en las líneas puede ser otro.

Figura 157 Selector del multímetro colocado en el rango más alto de ACV (750).

Realizados los pasos 2 y 10, el multímetro quedará convertido en Voltímetro para AC (tensión alterna) de 750 voltios. Figura 159 La aguja de medición indica 120 voltios AC con el selector puesto en 750 AC V

Paso 16: Conecte los cables de medición del voltímetro a las dos líneas de alimentación L1 y N, como lo indica la Figura 158, con la letra C. Debido a que la corriente alterna no tiene una polaridad definida, el orden de colocación de los cables de medición a las líneas no tiene importancia.

Paso 18: Como ya verificó que entre las líneas L1 y N hay 120 voltios AC, coloque el selector del multímetro en 150 AC V (Fig. 154). Paso 19: Deje un cable de medición del voltímetro en N y desconecte el otro de L1 y conéctelo antes del interruptor (Figura 158 con la letra O). El voltímetro indica 120 voltios, si el conductor entre L1 y el interruptor está en buen estado.

Figura 158 Medición de tensión de instalación de motor monofásico con falla.

Paso 20: Deje un cable de medición del voltímetro en N, desconecte el otro que está antes del interruptor y conéctelo después del interruptor (Figura 158 con la letra R). El voltímetro indica 120 voltios, cuando


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se conecta el interruptor e indica 0 voltios cuando desconecta. De esta forma verifica si el interruptor está en buen estado.

Realizados los pasos 2, 3 y 4 el mutímetro queda convertido en voltímetro para tensión directa o continua.

Paso 21: Mida la tensión entre N y después del fusible (Fig. 158 en la letra L). El voltímetro indica 120 V, si el fusible está en buen estado.

Paso 5: Conecte el cable positivo del voltímetro al polo positivo de la pila de 1.5 V DC, cable negativo del voltímetro al polo negativo de la pila y observe el display (vea Fig. 160). El voltímetro queda conectado en paralelo a la fuente de tensión. Si confunde la polaridad, el voltímetro digital le indica por medio del signo - que la polaridad es al contrario.

Paso 22: Mida tensión entre N y después del térmico (Fig. 158 la letra E). El voltímetro indica 120 V, si el térmico está en buen estado. Paso 23: Mida la tensión entre las dos líneas de entrada del motor (Fig. 158 letra T y símbolo ∗ ). El voltímetro indica 120 V, si toda la instalación está bien. El motor no funciona porque tiene una falla en los devanados. Paso 24: Desconecte los cables de medición. Paso 25: Limpie, ordene y guarde el equipo y herramientas utilizados en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Paso 6: El Voltímetro indica una medición de tensión en el display digital de 12.00 V (Fig. 1.160). Paso 7: Lea el manual de instrucciones de su multímetro digital para hacer uso de todas las funciones de forma correcta. Paso 8: Guarde el acumulador en su lugar.

b. PROCESO DE MEDICIÓN DE TENSIÓN DC Y AC CON MULTÍMETRO DIGITAL Para que realizan la medición de tensiones con el multímetro digital siga los siguientes pasos. Paso 1: Prepare un acumulador de 12 V, 1 tomacorriente de 120 V AC y un multímetro digital con sus puntas de medición (roja y negra). -

Medición de tensión de una fuente de tensión continua (acumulador de 12 V DC) con multímetro digital.

Paso 2: Coloque el selector del multímetro en la posición V (Vea la Fig. 160). Colocado el selector en esta posición el multímetro se enciende. Paso 3: Conecte el cable negro (-) de medición al conector marcado como COM (común). Vea la Figura 160. Paso 4: Conecte el cable rojo (+) de medición al conector del multímetro marcado con el símbolo Ω V . Vea la Figura 1.160.

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Figura 160 Medición de tensión de 12 voltios DC de un acumulador con multímetro digital.



- Medición de tensión de una fuente de tensión alterna (tomacorriente de 120 V AC) con multímetro digital.

1.21.3

MEDICIÓN DE INTENSIDAD AC CON MULTÍMETRO DIGITAL

Paso 9: Coloque el selector del multímetro en la posición V (Vea Fig. 161). Colocado el selector en esta posición el multímetro se enciende.

Realizados los pasos 3, 4 y 9 el mutímetro queda convertido en voltímetro para tensión alterna.

La medición de la intensidad de la corriente eléctrica la puede realizar utilizando multímetro digital, de gancho o de una escala fija.

Paso 10: Conecte los cables de medición del multímetro directamente al tomacorriente y observe el display (vea Fig. 161). El voltímetro queda conectado en paralelo a la fuente de tensión. El orden de los cables no importa, debido a que la corriente alterna no tiene polaridad definida. Paso 11: El Voltímetro indica una medición de tensión en el display digital de 120.0 V (Fig. 161).

a. PROCESO DE MEDICIÓN DE INTENSIDAD AC CON MULTÍMETRO DIGITAL Para que realizar la medición de intensidad de la corriente eléctrica con el multímetro digital, siga los siguientes pasos.

Paso 12: Desconecte los cables de medición de la resistencia.

Paso 1: Prepare una fuente de 120 V AC, una carga que consuma un máximo de 10 A (plancha eléctrica de 1200 W) y un multímetro digital con sus puntas de medición (roja y negra).

Paso 13: Lea el manual de instrucciones de su multímetro digital para hacer uso de todas las funciones de forma correcta.

Paso 2: Coloque el selector del multímetro en la posición A mA (Vea la Fig. 162). Colocado el selector en esta posición, el multímetro se enciende.

Paso 14: Limpie, ordene y guarde el equipo y materiales utilizados en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Paso 3: Conecte el cable negro (-) de medición al conector marcado como COM (común). Vea la figura 162. Paso 4: Conecte el cable rojo (+) de medición al conector del multímetro marcado con el símbolo A. Vea la figura 162. Realizados los pasos 2, 3 y 4 el multímetro queda convertido en amperímetro para corriente directa y alterna. Paso 5: Presione momentáneamente el pulsador SELECT para medir intensidad en corriente alterna. Observe que en el display aparece el símbolo ~ (Fig. 162).

Figura 161 Medición de tensión de 120 voltios AC de un tomacorriente con multímetro digital.

Paso 6: Presione nuevamente momentáneamente el pulsador SELECT para medir la intensidad y la frecuencia al mismo tiempo, haciendo uso del doble display (Fig. 163).


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Paso 7: conecte el amperímetro en serie a la carga (vea la Fig. 163). La carga no debe consumir más corriente de la capacidad de medición del amperímetro para no dañarlo. Paso 8: el Voltímetro indica una medición de intensidad en el display digital de 10.00 A y 60 Hz. (Fig. 163). Paso 9: lea el manual de instrucciones de su multímetro digital para hacer uso de todas las funciones de forma correcta. Paso 10: desconecte los cables de medición del circuito. Paso 11: limpie, ordene y guarde el equipo y materiales utilizados en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Figura 162 Multímetro con selector en A, al pulsar SELECT selecciona alterna.

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Figura 163 Medición de intensidad y frecuencia de una carga con multímetro digital.



b. PROCESO DE MEDICIÓN DE INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA CON AMPERÍMETRO DE GANCHO La medición de la corriente eléctrica es fácil de realizar con un amperímetro de gancho.

Paso 7: Observe que el motor funcione correctamente (no hace ruidos extraños, no saca humo, no se disparan las protecciones, etc). Paso 8: Abra las quijadas del amperímetro de gancho y coloque dentro, uno de los cables de alimentación de la caja de bornes del motor.

Paso 1: prepare una fuente de 120 V AC con su debida protección, un motor eléctrico monofásico de 120 V con interruptor y protección, un aparato eléctrico monofásico calefactor de 120 V, un amperímetro de gancho, conductores eléctricos, un alicate, un juego de destornilladores, una navaja, cinta de aislar y conectores. Paso 2: lea en la placa de datos del motor, la intensidad de la corriente en amperios que consume el motor conectado a 120 V. Paso 3: coloque el selector del amperímetro de gancho, a un rango un poco mayor de lo que consume el motor. Por ejemplo: si el motor consume 8 amperios, coloque el selector en el rango de 10 amperios. Si el motor consume 19 amperios, coloque el selector en rango de 25 amperios. No coloque el selector en un rango menor. Por ejemplo, si el motor consume 8 amperios y coloca el selector en el rango de 5 amperios, dañaría el amperímetro en el momento de realizar la medición. Paso 4: antes de energizar el motor, destape la caja de bornes del motor y separe los alambres que alimentan con 120 V al motor. Paso 5: Verifique que la fuente de tensión a utilizar esté desenergizada y luego realice la instalación de alimentación al motor con dos cables. Cualquier duda, consulte con su facilitador o instructor. No realice contacto directo con las líneas de alimentación, verifique que los cables de alimentación estén bien aislados. Si su cuerpo tiene contacto con la tensión de alimentación, recibirá un choque eléctrico y podría causarle la muerte Paso 6: Energice la fuente de tensión y luego conecte el motor, accionando el interruptor de arranque.

Figura 164 Partes de un amperímetro de gancho y forma de conectarlo.

Figura 165 Forma de conectar un amperímetro de gancho para medición de intensidad de corriente eléctrica de un motor.

Paso 9: Tome la lectura de la medición en la escala del amperímetro. Paso 10: Quite el amperímetro de gancho, apague el motor, desenergice la fuente de tensión y desconecte los cables que alimentan el motor. Paso 11: Limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.


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c. PROCESO DE MEDICIÓN DE INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA CON AMPERÍMETRO ANALÓGICO DE UNA SOLA ESCALA La medición de la corriente eléctrica se realiza para verificar el buen funcionamiento de los aparatos. Paso 1: prepare una fuente de 120 V AC con su debida protección, un aparato calentador eléctrico monofásico de 120 V, un amperímetro analógico, conductores eléctricos, un alicate, un juego de destornilladores, una navaja, cinta de aislar y conectores. Paso 2: lea en la placa de datos del aparato calentador, la intensidad de la corriente en amperios que consume el motor conectado a 120 V. Paso 3: seleccione el amperímetro que mida un poco más de lo que consume el aparato calentador. Por ejemplo: si el aparato calentador consume 1 amperio, seleccione un amperímetro que mida hasta 2 amperios. Si el calefactor consume 8 amperios, seleccione un amperímetro que mida hasta 10 amperios. No coloque el selector en un rango menor. Por ejemplo, si el calentador consume 1 amperio y selecciona un amperímetro que mide sólo hasta 500 mA, dañaría el amperímetro en el momento de realizar la medición.

Figura 166 Medición de intensidad de la corriente eléctrica de un calentador.

Paso 6: energice la fuente de tensión y luego conecte el calentador accionando el interruptor de encendido. Paso 7: observe que el calentador funcione correctamente (no hace ruidos extraños, no saca humo, no se disparan las protecciones, etc). Paso 8: tome la lectura de la medición en la escala del amperímetro. Paso 9: apague el calentador, desenergice la fuente de tensión y desconecte los cables utilizados en el circuito. Paso 10: Limpie, ordene y guarde lo utilizado en este proceso, incluyendo su área de trabajo.

Paso 4: antes de energizar, coloque el interruptor del calentador en la posición de apagado. Paso 5: verifique que la fuente de tensión a utilizar esté desenergizada, luego realice la instalación de alimentación al calentador y deje conectado el amperímetro en serie al calentador, según lo muestra la Fig. 166. Cualquier duda, consulte con su facilitador o instructor. No realice contacto directo con las líneas de alimentación, verifique que los cables de alimentación estén bien aislados. Si su cuerpo tiene contacto con la tensión de alimentación, recibirá un choque eléctrico y podría causarle la muerte.

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1.22

MEDIDAS DE SEGURIDAD AL TRABAJAR EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS

Usted sabe que la corriente eléctrica puede tener efectos mortales para el cuerpo humano. Por ello se deben tomar determinadas medidas para que el usuario de las instalaciones o aparatos eléctricos quede protegido contra tensiones de contacto excesivas. Usted se puede encontrar siempre en peligro de muerte, cuando trabaje con partes sometidas a tensión. Por ello, trabajar con tensión está prohibido.



1.22.1

MEDIDAS DE SEGURIDAD CON EL MANEJO DE LA ELECTRICIDAD

Para garantizar el cumplimiento de la prohibición de trabajar con tensión eléctrica existen cinco medidas de seguridad y estas son: - Desconexión total - Asegúrese que la reconexión no se pueda hacer. - Compruebe la ausencia de tensión. - Utilice puesta a tierra y cortocircuitado. - Tape o cubra las partes próximas sometidas a tensión Cuando termine de trabajar debe retirar las medidas de protección en orden inverso.Estudios sobre accidentes con contactos eléctricos revelan que, uno de cada tres es debido a que no se respetan las medidas de seguridad. Usted como técnico electricista debe hacer todo lo posible para protegerse a sí mismo y a sus compañeros de trabajo de los posibles daños. Usted debe respetar como mínimo las normas de seguridad, aún incluso cuando otras personas sean más despreocupadas y se las salten, creyendo demostrar así su valentía. Ser valiente no consiste en someterse conscientemente a un peligro al no respetar las medidas de seguridad, sino en revelarse contra los comentarios despectivos de los compañeros de trabajo. A continuación conocerá más acerca de cada una de estas medidas de seguridad. a.

DESCONEXIÓN TOTAL

La desconexión total se refiere a que debe desconectar todos los polos y por todos los lados la alimentación de la instalación o máquina a trabajar. Pasos para realizar desconexión total 1. Localice los fusibles y flipones de la máquina o equipo en el que va a trabajar.

2. Retire o baje, según el caso, los fusibles o flipones de alimentación del equipo. 3. Asegúrese de que no puedan ponerse de nuevo en funcionamiento, utilizando tapones de seguridad en el caso de los fusible, un candado en el panel o algún tipo de rótulo. b.

IMPEDIR LA RECONEXIÓN

Debe cerrar con llave los paneles de control y evitar el acceso a ellos. Si ha desenroscado los fusibles, usted no debe dejarlos junto a la caja de distribución. Debe llevarse los fusibles. Para informar a otros técnicos o usuarios, usted puede utilizar etiquetas o rótulos pegados sobre los dispositivos protectores. Normalmente son de color rojo o amarillo. Evidentemente la forma más segura de evitar que otra persona pueda tener acceso a los interruptores, es manteniendo las salas o paneles de control cerrados con llave. c.

COMPRUEBE LA AUSENCIA DE TENSIÓN

Aunque usted crea haber interrumpido el circuito eléctrico adecuado, en determinados casos aún puede suceder que algunas partes de la instalación en cuestión estén sometidas a tensión, bien sea por otras fallas o cruce de líneas, o porque los paneles no están bien identificados o lo están incorrectamente. Por ello es necesario que usted verifique la ausencia de tensión, antes de empezar a trabajar. Para hacerlo, puede emplear voltímetros o busca polos bipolares, pues los buscadores corrientes (mono polares) pueden, en determinadas condiciones, no indicar la existencia de tensión, aunque ésta esté presente. Esto se debe a que en los busca polos sencillos, la corriente necesaria para que se encienda la lámpara debe circular por el cuerpo, usted tiene que hacerle tierra para que éste marque, pero si usted está aislado completamente, el busca polos no le indicará nada.(Figs. 167 y 168)


97


Aislante

Lampara indicadora

d. PUESTA A TIERRA Y CORTOCIRCUITADO

Estas medidas adicionales garantizan que los dispositivos de protección contra sobrecorrientes se activen y desconecten, si por error alguien sometiera la instalación a tensión antes de tiempo.

Línea viva

Resistencia Figura 167 Verificación de tensión con un buscapolos (tester) monopolar.

Figura 168 Buscapolos (tester) bipolar. También llamado probador de voltaje.

Usted deberá en primer lugar, poner un cable a tierra y a continuación, cortocircuitar para que las posibles cargas existentes (si las líneas son muy largas mantienen cierta carga almacenada), puedan pasar a tierra. La unión de tierra con los cables de fases y de éstos entre sí, debe realizarla con un mínimo de resistencia. Para ello debe emplear cables de unión especiales, con abrazaderas, pinzas o garras de contacto, cuyos diámetros deben ser calculados para las intensidades de cortocircuito que pudieran aparecer. Está prohibido por ejemplo, colocar cuerdas o cadenas metálicas sobre las líneas aéreas. e. TAPE

LAS PARTES SOMETIDAS A TENSIÓN

PRÓXIMAS

Cuando trabaje en las proximidades de partes sometidas a tensión, deberá tomar las medidas necesarias que impidan un posible contacto con estas partes. Realización: con frecuencia es suficiente que tape con materiales plásticos las partes en cuestión (por ejemplo, fundas de plástico para los soportes aisladores y para los cables en las líneas aéreas).El peligro aumenta cuando se utilizan aparatos voluminosos. Si hace una señalización clara y visible de la zona de peligro logrará una seguridad adicional.

1.22.2

Figura 169 Probador de voltaje de bolsillo y peso ligero que indica los voltajes aproximados, por medio de una columna vertical de lámpara de neón.

98

MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL MANEJO DEL EQUIPO

Al trabajar con un equipo siempre debe de respetar las instrucciones dadas por el fabricante. Estas instrucciones vienen en el manual de operación del equipo.



a. CORRIENTE DE FALLO

Cuando en una instalación eléctrica ocurren fallos, algunas partes metálicas pueden quedar energizadas y producir accidentes. Estas partes energizadas pueden hacer circular corrientes indeseadas, llamadas corrientes de fallo. A continuación se explican las fallas más comunes producidas en instalaciones eléctricas. Tipos de fallos Dependiendo de que y sobre cuales líneas se haga contacto, así se definen las fallas. Los contactos indeseados entre conductores se indican mediante flechas en forma de rayo. Estos contactos vienen provocados por fallas en el aislamiento. Si estos contactos presentan una resistencia despreciable, son entonces cortocircuitos totales. El cortocircuito incompleto, también llamado contacto entre hilos, se presenta en el caso de que la corriente deba recorrer una resistencia de utilización.

Tabla 9

Y por último, la falla 4 es una falla de cortocircuito incompleto, las dos líneas vivas se unen a través de un elemento resistivo o a través de una máquina. b. TENSIONES EN CASO DE FALLO

Piense en el circuito simplificado de una máquina. Si se tiene una máquina que tiene su carcasa en contacto con una de las líneas vivas, al momento que usted toca la máquina, puede hacer contacto a tierra y estar sometido a una descarga, como se muestra en la figura 171

Figura 170 Fallas de aislamiento.

El fallo 1 es un contacto con la cubierta, en esta falla se hace contacto entre una línea viva y la cubierta de la máquina. El fallo 2 es un cortocircuito a tierra. En este caso, una de las líneas hace contacto con el conductor de tierra. El fallo 3 es el cortocircuito, en el cual se unen dos de los conductores vivos.

Figura 171 Camino de la corriente de fallo (si no hay medidas de protección, la corriente circula por el cuerpo humano).


99


A la tensión entre la carcasa o cubierta de la máquina y el punto de tierra de referencia se le llama tensión de fallo Uf. El cuerpo humano puede quedar sometido a una parte de esta tensión. A esta parte de tensión se le conoce como tensión de contacto Ub. Debe entender por tierra de referencia, un potencial con respecto al cual pueda referir las demás tensiones. Esto sólo se puede conseguir en determinadas condiciones. - Protección contra tensiones de contacto excesivas. Para protegerse de instalaciones y aparatos eléctricos usted debe utilizar determinadas medidas de protección. Para lograr que la tensión de contacto sea pequeña existen dos posibilidades básicas: 1. Trabajar sólo con tensiones nominales de menos de 50 voltios. 2. Dimensionar las resistencias del circuito de la corriente de falla de modo que en caso de falla, la tensión de contacto no sea superior a 50 voltios.

La primera posibilidad debe llevarla a cabo mediante una medida de protección que consisten en utilizar tensiones pequeñas, mientras que el aislamiento protector y el aislamiento del punto de trabajo caen bajo la segunda alternativa. La separación para protección no permite que aparezcan tensiones de contacto, pues no puede existir ningún circuito para la corriente de fallo. Otras medidas de protección no pueden evitar la aparición de una tensión peligrosa entre la cubierta y la tierra, pero sí impiden que esta tensión exista demasiado tiempo. Para ello se desconectan los aparatos en funcionamiento, al activarse los dispositivos de protección contra sobrecorrientes (fusibles, disyuntores) u otros dispositivos especiales. Algunas de las posibles medidas son: puesta a neutro, puesta a tierra, sistema con cable protector, circuito protector contra corrientes de fallo y circuito protector contra tensiones de fallo. Existen nueve métodos de protección contra contactos indirectos: 1. Sin cable conductor protector:

-

Figura 172 Conjunto de resistencias que quedan conectadas en caso de falla.

Aislamiento protector Aislamiento del punto de trabajo Tensiones pequeñas como protección Separación para protección

2. Utilizando conductor protector se puede proteger con:

Circuito eléctrico de falla: Rb: Resistencia de la puesta a tierra RL: Resistencia de la línea RF: Resistencia de fallo PM: Resistencia del cuerpo humano RSt: Resistencia de paso del cuerpo al punto de trabajo

100

-

Puesta a tierra Puesta a neutro Sistema con cable protector Circuito protector contra corrientes de fallo. Circuito protector contra tensiones de fallo.



1.22.3

DAÑOS EN EL CUERPO PRODUCIDOS POR LA ELECTRICIDAD.

La corriente eléctrica, además de ser la fuente de energía más utilizada para hacer trabajos y una fuente de energía limpia, representa una serie de peligros para las personas que trabajan con ella. Es por eso que usted debe saber las medidas de protección que debe aplicar contra los peligros de la corriente eléctrica.

• Efecto fisiológico El organismo necesita permanentemente electricidad para que los sentidos corporales informen al cerebro, y para que éste envíe señales de mando a los terminales nerviosos de los músculos. Para ello se generan impulsos de tensión del orden de 0.1 voltio. Si desde el exterior quedara aplicada una tensión adicional resultarían perturbados los procesos normales; así por ejemplo, los músculos no se relajarían y ocurriría lo que se llama un calambre muscular.

a. PELIGROS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA.

En alguna ocasión usted ha visto que el cable de un aparato eléctrico, como por ejemplo una plancha eléctrica puede estar estropeado debido al uso. Usted sabe que si usa un aparato en estas condiciones, puede en determinados casos, sufrir una descarga eléctrica. b. EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD EN EL

CUERPO HUMANO Para los seres humanos la corriente eléctrica es peligrosa, porque no posee ninguna utilidad eléctrica a gran escala. El cuerpo humano trabaja a través de pequeños impulsos eléctricos, por eso si se le aplica una descarga grande, el cuerpo no la puede utilizar y ocurren principalmente tres efectos: - Efecto químico - Efecto fisiológico - Efecto calorífico

Figura 173 Recorrido de un estímulo nervioso.

El centro de mando del corazón se encuentra en el propio corazón (el llamado nódulo seno-auricular), por lo que las corrientes extrañas que circulan a través del corazón son muy peligrosas. Muy frecuentemente, usted va a trabajar con corriente alterna de 60 Hz, con lo que los músculos del corazón, recibirían 120 veces la orden de contraerse, o sea una 90 veces más de lo normal. Como consecuencia, el corazón trabajaría a toda prisa y superficialmente, con lo que dejaría de bombear la sangre. Este fenómeno se llama fibrilación ventricular o cardiaca, y provoca un paro cardiaco.

• Efecto químico Aproximadamente dos tercios del cuerpo humano se componen de agua. Al aplicar una tensión al cuerpo aparecerá una descomposición de los elementos que lo forman. Los componentes básicos del organismo, que son las células, se mueren cuando se descompone el líquido celular.

Figura 174 Electrocardiograma de un corazón normal.


101


Figura 175 Electrocardiograma de un corazón con fibrilación.

Figura 176 Quemaduras producidas por la corriente eléctrica.

• Efecto calorífico Todas las sustancias se calientan al paso de la corriente y, por tanto, también lo hará el cuerpo humano. En especial, los puntos de entrada y de salida de la corriente quedarán amenazados, pues debido a las resistencias de paso, relativamente grandes, se disiparán en ellos grandes potenciales que se transformaran en calor. Cuando los tejidos vivos se calientan, las proteínas se coagulan y una elevación de sólo 15 grados centígrados de la temperatura de los músculos, destruye los glóbulos rojos de la sangre.

c. MÁRGENES

DE INTENSIDAD DE CORRIENTE A TRAVÉS DEL CUERPO

La gravedad que puede tener en cada caso los efectos descritos en el apartado anterior, depende sobre todo, de la intensidad de la corriente, pero también del camino por el que circule la corriente por el cuerpo, así como del tiempo que actúe y del tipo de corriente (corriente continua pura o corriente alterna, corriente mixta). Se distinguen cuatro márgenes de intensidad que se presentan en la siguiente tabla.

INTENSIDADES DE CORRIENTE Y SUS CAUSAS Margen 1

Intensidad de corriente en mA de 10 a 25

Efectos

Consecuencias

Ligero cosquilleo

Susto con movimientos incontrolados

Entumecimiento, calambres musculares

2

De 25 hasta 80

Aumento de la presión sanguínea Convulsiones del estómago

Ya no puede soltarse, paralización de la respiración A veces pérdida del conocimiento Náuseas. Rotura de huesos debidos a contracciones

Fuertes calambres musculares Falla la cirululación de la sangre Fibrilación ventricular al cabo de un tiempo 3

De 80 hasta 5000

4

Mas de 5000

Fribrilación ventricular al cabo de 0.1 segundos Quemaduras graves, grecuentemente paro cardíaco

Falta de oxígeno den le cerebro al cabo de 4 minutos. Muerte de las células del cerebro Paro cardiaco y muerte Muerte debida a quemaduras, a menudo al cabo de días o semanas

Tabla 10

102



Los valores de la tabla de intensidades de corriente y sus efectos se obtuvieron en experimentos derivados de accidentes. Ello significa que en algún caso particular pueden también producirse efectos mortales, a intensidades menores. El estado de salud y ánimo también desempeñan un papel importante en estos accidentes. C

MÁXIMAS TENSIONES PERMISIBLES POR EL CUERPO

Para poder calcular la tensión que puede ser peligrosa para el ser humano, se debe conocer primero la resistencia del cuerpo humano. Para ello se han realizado un sin número de mediciones y cálculos que han dado valores muy diferentes, por lo cual no se puede citar ningún valor de validez general. En la figura 100.1 se presenta la distribución de la resistencia en el cuerpo. Se toma como corriente máxima permisible por el cuerpo, la del margen dos, o sea hasta 25 miliamperios.

Figura 177 Valores resistivos del cuerpo humano (aproximados).

La máxima tensión de contacto permisible es de 50 voltios para el ser humano y de 24 voltios para animales domésticos. Usted debe tomar en cuenta que esto no significa que tensiones menores a 50 voltios no sean peligrosas. Estos valores son solamente valores medios. Para que usted haga contacto con la electricidad, no necesariamente tiene que tocar un cable energizado. El problema surge cuando aparece una falla.

U=IxR

1.23

Dando valores se obtiene: U =0.025x1000 = 25 V

PRECAUCIONES EN EL ÁREA DE ALTA TENSIÓN

Cuando se encuentre en lugares de alta tensión como subestaciones o debajo de líneas de transmisión debe tomar en cuenta lo siguiente:

Se considera que la menor resistencia que puede tener el cuerpo humano es de 1000 Ω.

1.23.1

Como el cuerpo no queda sometido a la tensión total, se ha determinado que en las instalaciones con una tensión nominal de más de 50 voltios, deberán tomarse medidas adicionales para protegerse contra un posible contacto indirecto.

Las siguientes medidas de seguridad le serán útiles para el trabajo con líneas de alta tensión. -

Esta tensión límite se denomina Máxima tensión permisible de contacto, y es la tensión máxima que puede soportar el ser humano sin sufrir lesiones duraderas.

Asuma que todos los cables no están protegidos y que el contacto con una línea de alta tensión puede resultar en la muerte por electrocución.

-

No use escaleras de metal, tubos, cables o antenas cerca de líneas de alto voltaje.



103


-

No toque o se acerque a líneas de alto voltaje que hayan caído al suelo.

-

No se suba en las torres de transmisión de alto voltaje o postes de cableado eléctrico.

-

No juegue cerca de sub-estaciones de alto voltaje o del equipo eléctrico.

con las manos sudorosas también pueden ser un peligro potencial para choque eléctrico. Sin embargo, no cometa el error de creer que los artículos protectores sólos lo protegerán independientemente de su acción. Casco con careta

Siempre que trabaje con electricidad debe considerar lo siguiente: a. RESPETE EL PODER DE LA ELECTRICIDAD

Guante para fusibles

La electricidad es una fuerte fuerza invisible que da poder a la maquinaria, luces, calentadores, aires acondicionados, y muchas otras formas de equipo de los que se a llegado a depender. Sin embargo, la electricidad puede ser muy peligrosa. El contacto accidental con la corriente eléctrica puede provocar lesiones, fuego, daños extensivos y hasta la muerte. Es muy importante recordar que trabajar con y alrededor de la electricidad requiere toda su atención y respeto. b. INFORME A SU SUPERVISOR SOBRE

ALGÚN EQUIPO DEFECTUOSO El contacto con la electricidad no tiene que ocurrir si usted sigue algunos lineamientos generales. Es muy importante que informe inmediatamente a su supervisor acerca de cualquier equipo defectuoso, de modo que pueda ser reparado o reemplazado. No trate de reparar la herramienta usted mismo. Cierre el equipo, o cuando menos, póngale etiqueta para que otros estén conscientes de que el equipo está dañado. c.

USE ROPA PROTECTORA

Debería ser parte de su rutina usar guantes de hule y zapatos de suela de hule o botas, especialmente si está trabajando alrededor de la electricidad en un ambiente mojado. Por supuesto, usted sabe que el agua y la electricidad no se mezclan, pero ¿qué tan seguido piensa usted acerca de otros líquidos, tales como grasa, aceite o solventes? Operar un taladro

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Fusible NH Figura 178 Equipo de protección para cambio de fusibles NH.

d . INSPECCIONE REGULARMENTE LAS

HERRAMIENTAS ELÉCTRICAS Inspeccione sus herramientas eléctricas regularmente, incluyendo herramientas grandes tales como sierras de mesa, taladros y esmeriles de mesa. Pruebe su equipo primero, antes de empezar a trabajar. Si cualquier herramienta le da un choque ligero o le sale humo y chispas cuando el aparato está encendido, no lo utilice, avísele a su supervisor inmediatamente. e. INSPECCIONE

LOS

CABLES

DE

ALIMENTACIÓN Revise el aislamiento alrededor del cable de alimentación de la herramienta y equipo, para asegurarse de que está en buenas condiciones. No debería haber ningún alambre expuesto o puntas desgastadas. Conexiones en malas condiciones deberán ser reemplazadas, nunca pegadas con cinta adhesiva o empalmadas. Revise la espiga al final del



cordón, para asegurarse que los contactos están seguros en la espiga, y que ninguno falta. Si falta un contacto, no utilice la herramienta. Si nota que una de las puntas en la espiga es ligeramente más grande que la otra, no trate de recortarla para concordar con la más pequeña. Estas espigas están polarizadas para evitarle un choque. Cuando desconecte conexiones del enchufe, recuerde halarlas de la espiga y no del cordón. f . ASEGÚRESE DE QUE EL EQUIPO ESTÉ

CONECTADO A TIERRA El equipo eléctrico adecuadamente conectado a tierra, puede ofrecerle protección en caso de que el equipo no funcione bien eléctricamente. Si su herramienta eléctrica indica que está aislada doblemente, en la etiqueta del fabricante, esto significa que hay aislamiento en el interior de la herramienta, para protegerlo de un choque. Si la herramienta no indica que está aislada doblemente, entonces tiene que tener un tercer diente en el enchufe. Esté tercer diente, o enchufe está conectado a tierra, conecta su herramienta a tierra así en caso de un funcionamiento deficiente, la electricidad correrá a través de este diente, de tierra a tierra, y protegerá su cuerpo. Si el diente se quiebra, usted no tendrá protección alguna y toda la electricidad atravesará su cuerpo. Un interruptor de circuito de falta de tierra debería de ser utilizado donde exista la posibilidad de que usted pueda hacer contacto con la humedad sobre el suelo, como cuando trabaja en exteriores. g. CUIDE LOS

CORDONES DE LAS

EXTENSIONES Los cordones de extensión parecen inofensivos, pero pueden causar una buena porción de daños si son maltratados. Ningún cordón de extensión que esté torcido, atado en un nudo, aplastado, cortado, o doblado puede aislar la corriente eléctrica en una manera segura. Un cordón de extensión que es maltratado de esta manera puede provocar un cortocircuito, fuego o hasta un choque eléctrico. No utilice cordones de extensión en áreas que reciben una gran cantidad de tráfico porque no solamente causarán que alguien se tropiece, sino que el constante tráfico gastará la cubierta de plástico aislante.

Si usted no tiene opción y tiene que utilizar cordones en áreas de mucho tráfico, asegúrese de que los cordones estén asegurados en el suelo con cinta adhesiva o que estén colgados en alto. Los cordones de extensión serán utilizados temporalmente y nunca como una fuente de poder permanente para el equipo. h. NUNCA APAGUE UN FUEGO ELÉCTRICO

CON AGUA Como se mencionó anteriormente, el agua y la electricidad no se mezclan. En realidad, el agua es un excelente conductor de la electricidad, y si se vierte agua sobre un fuego eléctrico, solamente lo esparcirá. En lugar de eso, utilice un extinguidor químico de fuego. Asegúrese de saber como operar un extinguidor químico de fuego y donde está el más cercano, en caso de emergencia. Si tiene dudas o desea en localizar un extinguidor, pídale ayuda a su supervisor. i.

SEA ORDENADO EN SU TRABAJO

La seguridad con la electricidad involucra algo más que simplemente asegurarse de que el equipo eléctrico esté en buen estado de operación. También involucra asegurarse de que usted pueda obtener la fuente de poder principal, tan rápido como sea posible, sin subir sobre obstrucciones, en caso de emergencia. Mantenga los pasillos y caminos libres y limpios de basura, y asegúrese de que todos los líquidos inflamables, tales como gases o productos químicos, estén almacenados lejos del área donde cualquier herramienta eléctrica será operada. Muchas herramientas eléctricas producen chispas, que pueden encender los humos de líquidos inflamables y causar un daño extensivo.

1.24

PROCESO DE APLICACIONES DE PRIMEROS AUXILIOS

Al tr ab ajar en instalac iones eléctr icas pueden producirse accidentes, a pesar de todas las medidas de seguridad. Cuando ocurre una situación de estas, es necesario obtener una ayuda rápida, pues los efectos de una corriente eléctrica de duración prolongada pueden ser desastrosos.


105


En los accidentes de origen eléctrico un comportamiento incorrecto puede poner en peligro al lesionado, pero también al que pretende ayudar. Por esa razón es importante que lea detenidamente los párrafos siguientes y los discuta con sus compañeros de trabajo. Estos consejos no debe tomarlos como sustitutivos de un curso de primeros auxilios, sino simplemente como primera ayuda para cualquier persona.

1.24.1

PROCESO DE APLICACIÓN DE PRIMEROS AUXILIOS

Los pasos siguientes debe aplicarlos en el orden indicado. Paso 1: Desconecte la corriente. Seguro que todos intentarán desconectar la corriente, en primer lugar, pero resulta que a veces, esto no es posible con la rapidez requerida, porque el accidentado bloquea el camino hasta el interruptor o fusible. En este caso, deberá intentar llegar hacia el interruptor con un objeto aislante (como por ejemplo, con un palo de madera)

de vestir. Sólo entonces, podrá mover al accidentado. En ningún caso podrá tocarlo directamente, sino que deberá alejarlo de la zona de peligro por sus ropas, o mediante objetos aislantes. Si ya se hubiera desconectado la corriente, no deberán soltarse con violencia los dedos contraídos. Paso 3: Apague el fuego. En los accidentes eléctricos se producen con frecuencia arcos voltaicos (chispas saltando de un lado a otro) que provocan incendios. Deberá apagarlas con mantas u objetos similares. ¡Precaución! Solo podrá emplear agua cuando haya desconectado la corriente. Las quemaduras del lesionado podrán enfriarse con agua, pero en ningún caso, con pomadas o polvos de talco. Paso 4: Llame al médico. Antes de pasar a otras medidas deberá llamar a un médico o una ambulancia. Antes de su llegada deberá aplicar aún, las siguientes normas. Paso 5: Determine las lesiones. Usted debe determinar si además de las lesiones externas, existen dificultades o incluso, paro cardiaco o respiratorio. Paso 6: Paro cardíaco o respiratorio. Para determinar si existe un paro respiratorio: Coloque frente a la boca y nariz del accidentado, un espejo. Si el espejo no se empaña es porque existe un paro respiratorio.

Figura 179 Ponga a salvo al accidentado utilizando materiales aislantes. Párese sobre un punto aislado.

Paso 2: aleje al accidentado de la zona de peligro. En el caso de que no haya podido desconectar la corriente, proceda con especial precaución, para no quedar amenazado ni amenazar a otros. En primer lugar, el que pretenda ayudar deberá aislarse respecto a tierra, lo que puede lograrse con mantas o prendas

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Otra posibilidad es colocar un trozo de papel sobre la boca y nariz del accidentado, y observar si el papel se mueve. Para determinar si existe un paro cardiaco, observe si las pupilas del accidentado no se estrechan al incidir sobre ellas la luz, si no se estrechan existe un paro cardiaco.



En ambos casos deberán realizar los primeros auxilios personas preparadas especialmente para ello. En el primer caso se realizará la respiración artificial y en el segundo, un masaje cardiaco. Es necesario darse prisa, pues la falta de oxígeno provoca que las células del cerebro mueran al cabo de unos 4 minutos. Por ello, todo operario y técnico debería haber realizado un cursillo de primeros auxilios, con clases especiales sobre la reanimación del corazón y los pulmones. a. Respiración boca a boca

a) Coloque a la víctima horizontal con la cara hacia arriba.

Figura 181 Coloque a la víctima de manera que el paso de la garganta quede sin obstrucciones.

Abra la boca de la victima empujando la parte superior de la cabeza hacia atrás y tirando de la mandíbula inferior hacia delante.

b) Si existe cualquier materia extraña (como goma de mascar, alimento, arena) visible en la boca, voltee la cabeza de la victima hacia un lado (Fig. 181). Limpie la boca rápidamente usando los dedos o con un pañuelo arrollado a los dedos. Llegue hasta la garganta, si es necesario.

Figura 180 Voltee a la victima para sacarle cualquier materia extraña.

Coloque a la víctima de manera que el paso de la garganta quede sin obstrucciones. Se hace esto poniendo una mano debajo del cuello de la víctima y echando su cabeza hacia atrás. (Fig. 181).

Figura 182 Abra la boca de la victima empujando la parte superior de la cabeza hacia atrás y tirando de la mandíbula inferior hacia delante.

Llénese los pulmones de aire. Abra la boca lo más que se pueda sobre la boca de la victima. Pegue fuertemente los labios alrededor de la boca de la víctima. Para evitar la fuga del aire por la nariz, oprima las fosas nasales de la persona con los dedos pulgar e índice


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Paso 7: Shock. El pulso se acelera y debilita simultáneamente. El accidentado tiene frío y tiene la frente sudorosa. Deberá colocarlo estirado sobre la espalda y levantarle las piernas para que la sangre pueda volver a circular por el cuerpo. (Fig. 185)

Figura 183 Impulse vigorosamente la respiración hacia adentro de la víctima.

Impulse vigorosamente la respiración hacia adentro de la víctima hasta que se vea que se dilata el tórax.(Fig. 183) Entonces sepárese de la boca para permitir que salga el aire. Respire de nuevo conforme escuche que sale el aire de la victima. Infle los pulmones de la víctima una vez más, tan pronto como vea que el pecho cae a su posición normal.

Figura 185 Coloque al accidentado en posición de shock.

Paso 8: coloque al accidentado sobre un costado. Si usted ya comprobó que la circulación y la respiración funcionan correctamente y que no existe shock, entonces deberá colocar al accidentado sobre un costado. La cabeza debe quedar ligeramente hacia atrás. Además deberá protegerlo contra el frío, la humedad o el calor excesivos.

Repita el procedimiento de 10 a 15 veces por minuto. Se pueden turnar dos o más personas cada 5 ó 10 minutos. Un gorgoteo o una respiración ruidosa indica la necesidad de mejorar la posición de la cabeza hacia atrás o la de limpiar una vez más la garganta. Continué la respiración artificial hasta que la victima empiece a respirar o hasta que llegue el médico.

Figura 184 Segundo paso, reanimación del corazón.

108

Figura 186 El accidentado debe colocarlo sobre un costado. A) con la cabeza ligeramente hacia atrás, B) con l a mano debajo de la quijada y C) con una pierna hacia delante.

Paso 9: que un médico examine al accidentado. En cualquier caso el lesionado deberá ser examinado por un médico, ya que las lesiones internas pueden tener en determinadas condiciones efectos mortales al cabo de cierto tiempo. Como persona que quiere ayudar, usted deberá encargarse de que se cumpla esta norma aunque el propio accidentado no lo crea necesario.



1. La Electricidad En grupos de 5 personas, tomen 15 minutos para que cada uno explique a los demás integrantes de su grupo las diferentes características de la electricidad. Luego, elaboren una lista común de las mismas, escríbanlas en una hoja de rotafolio y realicen una exposición ante los demás grupos de trabajo.

2. Identificación de partes de un circuito eléctrico Observe el sistema de iluminación del taller o del aula donde se encuentre. Cuente el número de lámparas existentes y el número de interruptores.. Vea cuantas lámparas se activan con cada interruptor. Realice un dibujo que muestre cada una de las partes del circuito de iluminación y explique su funcionamiento.

3. Formas de producir electricidad Haga una investigación bibliográfica acerca de las formas de producir electricidad en forma industrial y responda las siguientes preguntas: ¿Cuál es la forma que proporciona más potencia? ¿Cuál es la más utilizada? ¿Qué forma de producir electricidad es la que protege más el ambiente? ¿La forma que protege el ambiente puede proporcionar potencia suficiente para el país?.

4. Efectos de la electricidad En grupos de 5 personas, tomen 15 minutos para realizar una lista en papel rotafolio de 8 aparatos o máquinas eléctricas, del efecto magnético, luminoso y calorífico, luego muestren la hoja a sus demás compañeros y expliquen cuáles son de cada efecto.


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5. Resistencias eléctricas Visite un distribuidor de componentes electrónicos y solicítele un catálogo de resistencias eléctricas. Vea en el catálogo los rangos de valores y los tipos que están disponibles en el mercado. Pregúntele al distribuidor cuál es la potencia más grande que tiene disponible en resistencias comunes. Si usted desea una resistencia mucho más potente ¿Dónde la buscaría?

6. Familiarización con el código de colores Busque un aparato electrónico descompuesto u otro tipo de aparato que posea componentes electrónicos y destápelo hasta tener acceso a su placa de componentes. Identifique 10 resistencias dentro del circuito del aparato y lea el valor de cada una, utilizando el código de colores. Si usted hace una medición directa a las resistencias ¿El valor obtenido sería el verdadero? ¿Cuál es la principal fuente de error al medir una resistencia conectada a un circuito eléctrico?

7. La ley de Ohm Conecte un circuito eléctrico utilizando una resistencia, una fuente de tensión DC variable. Aplique al circuito diferentes voltajes y mida la corriente que circula por la resistencia para el voltaje aplicado. Haga esto con 6 diferentes tipos de voltaje, anotando los datos obtenidos. Grafique los resultados en una hoja de papel milimetrado colocando los pares de datos obtenidos. ¿Qué forma tiene la gráfica resultante?

8. Normas de seguridad al trabajar con electricidad En grupos de 4 personas, tomando 10 minutos de trabajo en equipo, elaboren un listado de las medidas de seguridad personal que ustedes consideran que deben aplicarse cuando se trabaje con la electricidad, relacionadas al uso del equipo, herramientas, materiales e instalaciones de trabajo en la empresa. Luego, escríbanlas en una hoja y déjenla en un lugar visible dentro del aula o del taller donde se realiza la capacitación.

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9. Primeros auxilios En grupos de 6 personas, tomando 15 minutos de trabajo en equipo, simulen el caso de un electrocutado que se quede prendido a la fuente o a la línea y que al desprenderlo está inconsciente. Apliquen en equipo el procedimiento necesario para aplicar los primeros auxilios. No preparen nada, simplemente actúen pensando que el electrocutado es un compañero de trabajo, utilicen lo que tengan a la mano. Actúen rápidamente. Después de la simulación critiquen los errores cometidos y búsquenles una solución.

10. Familiarización con el multímetro Utilizando un multímetro haga mediciones de voltaje en los diferentes tipos de tomacorrientes instalados en el taller. Antes de hacer la medición vea si el tomacorriente tiene indicaciones de voltaje, utilice los procesos dados en este manual para hacer las mediciones y tome en cuenta la medidas de seguridad para usted y el equipo.

11. Trabajo con el multímetro Utilizando un multímetro haga mediciones de voltaje en los diferentes tipos de consumidores: Bombillo incandescente de 100 W, una plancha eléctrica, una licuadora y un radio, todos de 120 V. Utilice los procesos dados en este manual para hacer las mediciones y tome en cuenta las medidas de seguridad para usted y el equipo. Anote los valores en orden ascendente de acuerdo al consumo, haga comparaciones con sus demás compañeros para ver si tienen el mismo orden ascendente y si no las tiene igual, ratifique sus mediciones y vuelva a comparar, y si aún no están igual consulte a su facilitador.


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La estructura de la materia, puede estar en tres estados que son gaseoso, líquido y sólido. La materia está constituida por materiales básicos llamados elementos los cuales están formados por un solo tipo de átomos. El átomo es la partícula más pequeña que existe y que mantiene las propiedades del material al que pertenece. La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus átomos. La energía suministrada para separar los electrones de un átomo puede ser calor, luz, magnetismo, presión, etc. La electricidad es un fenómeno y el medio para lograr la transición de este fenómeno a una aplicación práctica es el circuito eléctrico, el cual está formado por un conjunto de elementos activos y pasivos interconectados entre sí. El circuito eléctrico está formado por la fuente de energía, la cual transforma los diferentes tipos de energía en energía eléctrica, el consumidor en el cual se transforma la energía eléctrica en el trabajo deseado, los conductores que son el medio de transporte de la corriente eléctrica, el interruptor que es el medio para que la corriente fluya solamente cuando se necesita energía eléctrica en la carga o consumidor. Las magnitudes utilizadas para describir el comportamiento de un circuito son: la intensidad de corriente eléctrica y la resistencia eléctrica. Las diferentes formas de producir electricidad son: Por fricción Por reacciones químicas Por presión, también llamada piezoelectricidad. Por calor Por luz y por magnetismo Las resistencias eléctricas son componentes electrónicos que tienen la propiedad de presentar oposición al paso de la corriente eléctrica, la unidad de medida de ésta característica es el ohmio. (Ohm) Las resistencias pueden ser fijas, variables y especiales, en las cuales el valor ohmico, varía en función de una magnitud física (luz, calor, etc). El valor de las resistencias es indicado por medio del código de colores. Mediante la correcta interpretación de éste código usted puede obtener las características más importantes de una resistencia que son su valor nominal y su tolerancia. Ya que la potencia la define antes de comprarla. Con la ley de ohm usted puede calcular voltaje, corriente o resistencia de un circuito eléctrico, siempre que tenga de incógnita una variable y las otras dos sean datos del problema. Los circuitos eléctricos pueden estar formados por combinaciones de resistencias eléctricas que pueden ser: en paralelo y en serie. Usted aprendió las leyes para la solución de circuitos

112



eléctricos para lo cual es importante tener presente los conceptos relacionados con ellos, como lo es un nudo que es la unión de mas de dos cables; una rama que es un recorrido a lo largo del circuito entre dos nudos consecutivos y una malla que es un recorrido cerrado. Las reglas que se utilizan para el estudio de circuitos eléctricos son llamadas leyes de Kirchhoff, la ley de nudos proviene de la conservación de la carga y dice que la suma de las corrientes que llegan a un nodo es cero y la ley de mallas que establece que la suma de las caída de potencial a lo largo de una malla debe coincidir con la suma de las fuerzas electromotrices a lo largo de ésta. La corriente eléctrica puede tener efectos mortales para el cuerpo humano, por lo que existen normas de seguridad y la forma en que usted debe asegurarse de cumplirlas, previo a trabajar en instalaciones eléctricas. Nunca debe olvidar que está prohibido trabajar con tensión por lo que debe obedecer las cinco normas que garantizan el cumplimiento de ésta prohibición. Tome precauciones en el área de alta tensión, entre las cuales están, respete el poder de la electricidad, use ropa adecuada, inspeccione regularmente las herramientas eléctricas, asegúrese de que el equipo esté bien conectado a tierra. Un multímetro es un instrumento de medición capaz de medir corriente, voltaje, resistencia, frecuencia, etc. Los instrumentos de medida pueden tener indicaciones analógicas cuando lo hacen con una aguja, y digitales cuando el valor medido lo indica por medio de números. Al hacer mediciones pueden producirse errores absolutos y relativos.


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Evaluación 1. Afirmación falsa sobre la siguiente figura: A) La envoltura del átomo está formada por electrones con carga negativa. B) Los elementos del núcleo del átomo, marcados con A, se denominan neutrones. C) Los elementos del núcleo del átomo, con carga positiva, se denominan protones. D) Todos los elementos del átomo con carga eléctrica, se denominan electrones.

2. Los electrones que son más fáciles de desprender del átomo son: A) B) C) D)

Los que están en el núcleo Los más cercanos al núcleo Los más alejados del núcleo Los que están en medio

3. Al conjunto de elementos eléctricos interconectados para la realización de un trabajo se llama: A) B) C) D)

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Máquina eléctrica Circuito eléctrico Componentes eléctricos Fuente de energía



4. Los elementos básicos de un circuito eléctrico son: A) B) C) D)

El consumidor, la carga, los aislantes, la corriente El voltaje, el consumidor, el interruptor La fuente de energía, el consumidor, los cables El motor, el bombillo y el amperímetro.

5. La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga que: A) B) C) D)

Pasa por la sección de un conductor Pasa por la sección de un conductor Cabe en un conductor eléctrico Calienta un conductor eléctrico.

6. La forma más utilizadade producir electricidad es por: A) B) C) D)

Fricción Reacciones químicas Luz Magnetismo

7. Los materiales que se utilizan para conectar circuitos y transportar la electricidad son buenos: A) B) C) D)

Conductores de calor Conductores eléctricos Aislantes eléctricos Semiconductores

8. Las características más importantes de una resistencia eléctrica son: A) B) C) D)

Su tamaño, peso, largo de conexiones Potencia, tolerancia y valor nominal de resistencia. Voltaje, resistencia, y tolerancia El material, la tolerancia y el valor nominal

9. El valor de las resistencias pequeñas se indica por medio de: A) B) C) D)

El valor impreso Barras de colores Código de barras Clave


115


10. Define una relación lineal entre el voltaje aplicado a un material y la corriente que circula por el: A) B) C) D)

Ley de Watt Ley de Ohm Resistencia eléctrica Linealidad

11. La resistencia equivalente de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo es: A) B) C) D)

Igual a la suma de las resistencias Igual a la suma de los inversos Igual al inverso de la suma de los inversos Más grande que todas

12. La resistencia equivalente de un conjunto de resistencias es más pequeña que la más pequeña del conjunto, por esto las resistencias están conectadas en: A) B) C) D)

Serie Paralelo No se puede saber Ninguna

13. El valor de la resistencia equivalente de un conjunto de resistencias conectadas en serie es: A) B) C) D)

Igual a la multiplicación de las resistencias Igual a la suma de cada una de las resistencias Igual al inverso de las resistencias La suma de la multiplicación de todas

14. Al efecto que produce la descomposición de los elementos que forman los fluidos del cuerpo humano se le llama: A) B) C) D)

116

Fisiológico Químico Calorífico Físico



15. El rango en el cual el cuerpo experimenta un ligero cosquilleo, entumecimiento y aumento de la presión sanguínea es: A) B) C) D)

10 a 25 A 10 a 25 mA 25 a 80 mA 20 a 30 kA

16. Para ayudar a un electrocutado primero hay que: A) B) C) D)

Golpearlo para que se desprenda Halarlo con lo que se tenga en la mano Desconectar la fuente de energía Llamar a un médico

17. Para hacer una medición eléctrica se utiliza: A) B) C) D)

Un amperímetro Un voltímetro Un ohmiómetro Depende de la medición

18. Un multímetro es un aparato para medir: A) B) C) D)

Varias magnitudes eléctricas Sólo para medir voltaje y corriente Sólo para hacer mediciones digitales Es igual que un ohmiómetro

19.En el esquema siguiente el interruptor S1 está abierto. De la fuente de tensión fluye una corriente por el circuito. Cuando se cierra el interruptor S1 esta corriente: A) B) C) D)

Aumenta poco Aumenta mucho Baja poco Baja mucho


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20. Las siguientes figuras muestran partes de la escala de un instrumento de medición análogo. De las lecturas subrayadas la falsa es:

21. De los esquemas siguientes el amperímetro y el voltímetro conectados correctamente es el indicado en el esquema:

22. La caída de tensión en un circuito eléctrico depende de la red: A) B) C) D)

Resistencia del conductor. Longitud del conductor y la resistencia especifica. Área del conductor y la conductibilidad. Resistencia del conductor y la intensidad de la corriente.

23. La resistencia específica de un conductor depende del: A) B) C) D)

118

Material, el área y la longitud del conductor. Área y longitud del conductor. Area del conductor. Material del conductor.



24. Afirmación correcta sobre las cargas eléctricas: A) El protón no tiene carga, el electrón lleva una carga elemental positiva. B) El protón lleva una carga elemental negativa, el electrón una carga elemental positiva. C) El protón lleva una carga elemental negativa, el electrón no tiene carga. D) El protón tiene una carga elemental positiva, el electrón una carga elemental negativa. 25. De los siguientes materiales es mejor conductor de la electricidad el: A) B) C) D)

Aluminio Cobre Hierro Porcelana

26. De los siguientes materiales es mejor aislante de la electricidad el/ella: A) B) C) D)

Agua con sales y minerales Aire Cobre Porcelana

27. Dos resistencias de 150 ohmios están conectadas en serie, la resistencia total de este circuito en serie es de __________ ohmios. A) B) C) D)

150 300 75 2

28. Dos resistencias de 300 ohmios están conectadas en paralelo, la resistencia total de este circuito en paralelo es de _________ ohmios. A) B) C) D)

300 2 600 150


119


29. En el siguiente circuito en serie de resistencias existen los siguientes valores: 1 U = 60 V 1U3 = 20 V 1R2 = 60 Ω I = 0.5 A El valor de la resistencia uno (R1) es de _____________ ohmios. A) B) C) D)

20 10 30 60

30. En el siguiente circuito en paralelo de resistencias existen los siguientes valores: I1 = 0.5 A I2 = 0.2 A R1 = 24 Ω R3 = 10 Ω El valor de la intensidad total (I) es de _____________ amperios. A) B) C) D)

120

1.2 0.5 2.5 1.9



31. En el siguiente circuito mixto de resistencias existen los siguientes valores: R1 = 24 Ω R2 = 10 Ω R3 = 24 Ω R4 = 10 Ω U = 24 V El valor de la intensidad total (I) es de _____________ amperios. A) B) C) D)

1.8 1 2 3

32. En un multímetro análogo el selector está colocado en el rango 300 ACV, la tensión que indica la aguja en la siguiente figura es de __________ voltios alternos. A) B) C) D)

22 120 220 12


121

MEDICIÓN DE POTENCIA Y TRABAJO ELÉCTRICO MONO FÁSICO

33. En un multímetro análogo el selector está colocado en el rango 150 ACV, la tensión que indica la aguja en la siguiente figura es de __________ voltios alternos A) B) C) D)

90 95 9.5 9

34. En la siguiente figura, el error en la medición de una batería es: A) B) C) D)

122

El selector del multímetro está mal colocado. Con este multímetro no se pueden medir baterías. Una de las puntas de medición está mal conectada en el multímetro. Las dos puntas de medición están mal conectadas en el multímetro.



UNIDAD 2 MEDICIÓN DE POTENCIA Y TRABAJO ELÉCTRICO MONOFÁSICO Objetivos de la unidad Con el contenido de esta unidad, usted será competente para:

1 2 3

Identificar principios de trabajo eléctrico y calcular costo de la energía a eléctrica. Medir trabajo y potencia en una instalación eléctrica monofásica, de acuerdo a especificaciones técnicas de fábrica. Medir el trabajo eléctrico realizado por una máquina.


123


2.1

TRABAJO ELÉCTRICO

En toda fuente de tensión se transforma algún tipo de energía en energía eléctrica. La energía así obtenida, debe poseer la capacidad de realizar un trabajo. La electricidad, a través de un motor eléctrico instalado en un elevador, tiene la capacidad de subir personas en los edificios.

2.1.1

DEFINICIÓN DE TRABAJO ELÉCTRICO

Cuando en un circuito circula una corriente I producida por un voltaje V, se realiza un trabajo durante el tiempo en que estén aplicados.

Se realiza trabajo cuando una fuerza actúa a lo largo de un camino. Por ejemplo, cuando un albañil sube una bolsa de cemento desde el primer piso de un edificio en construcción hasta el tercero, está realizando un trabajo. Para el transporte de cada uno de los sacos de un quintal debe realizar una fuerza y mantenerla durante todo el recorrido. Después de realizado el trabajo se puede preguntar ¿Qué potencia desarrolló? Para calcularla hay que tener en cuenta además, el tiempo que tardó en realizar el trabajo. Si se dio prisa, habrá desarrollado más potencia que si subió más lentamente las escaleras. Pero en ambos casos, habrá desarrollado el mismo trabajo. La potencia es mayor cuando el tiempo en el que se realiza el trabajo es menor. La potencia es mayor cuando el trabajo realizado es mayor, y menor el tiempo empleado para hacerlo.

El trabajo eléctrico, símbolo W, se define como el voltaje por la corriente por el tiempo que circula la corriente. La fórmula del trabajo eléctrico es: W= U x I x t La unidad de medida del trabajo eléctrico es el Joule (Julio) que es igual al producto de las unidades de tensión, intensidad y tiempo. 1J = 1V x 1A x 1s

2.1.2

POTENCIA ELÉCTRICA

La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el Vatio (Watt), que equivale a la potencia necesaria para efectuar 1 Joule de trabajo por segundo. Una unidad de potencia muy utilizada es el caballo de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746 vatios.

124

Figura 187 La potencia indica la velocidad con la que se hace un trabajo.

Para la potencia eléctrica se tienen las mismas relaciones que para la mecánica. Potencia = Tiempo=

trabajo = W t



El trabajo eléctrico es igual al producto de la tensión por la intensidad por el tiempo. (Consulte la sección 2.1.1 de trabajo eléctrico).

2.2

LEY DE WATT

W =V x I x t Por lo tanto, la potencia eléctrica es el producto del voltaje por la corriente. P=UxI 1W = 1V x 1A Algunos ejemplos de potencia eléctrica son: Micrófono Radio portátil Televisor a colores Bombilla 120 V Plancha eléctrica Tren eléctrico

0.000000005 W 5W 200 W 1 00 W 1200 W 1000000 W

Calcule la potencia disipada por una bombilla de 200 W, que se conecta a un voltaje de 24 voltios.

James Watt definió que la potencia eléctrica consumida por una máquina eléctrica, era igual a la energía que consumía, dividida entre el tiempo en el que la consumía. P = VxQ/t P = (Energía x carga eléctrica)/tiempo P= Vx C/seg Donde P es la potencia en watts, V el voltaje, Q la carga en coulombs y t el tiempo en segundos. Como puede ver, esta fórmula no es muy útil, ya que para medir la carga eléctrica no hay un equipo práctico. Por lo que debe cambiar el término carga /tiempo por corriente eléctrica (consulte el tema corriente eléctrica en la unidad 1 para más detalles). La fórmula de la potencia queda: P = VxI Potencia = Voltaje x corriente Donde P se expresa en watts, V en voltios e I en amperios.

Figura 188 Conexiones para el ejemplo anterior.

La potencia es la velocidad a la que se consume la energía (energía / tiempo).

Solución: Utilice la ley de Ohm: I = V/R I = 24/200 =0.12 A = 120 mA Utilice la fórmula de la potencia eléctrica W=VxI V = 24 x 0.12 = 2.88 vatios. R// La potencia que consume la bombilla es de 2.88 W.

2.2.1

PRINCIPIOS DE LA LEY DE WATT

Los principios de la ley de watt son: - Toda máquina eléctrica para hacer un trabajo, consume energía a una rapidez variable (P = W/t) - La energía eléctrica es igual al voltaje multiplicado por la carga


125


- La carga por unidad de tiempo es la corriente eléctrica - La energía consumida por una máquina es directamente proporcional a la potencia e inversamente proporcional al tiempo en el que es consumida.

2.2.2

VATÍMETRO

Un vatímetro eléctrico, es un aparato para medir la potencia. Tiene una estructura más sencilla que la de un contador eléctrico, ya que no tiene ningún dispositivo contador. Cuando conecte un vatímetro debe prestar especial cuidado a no intercambiar los dos circuitos. El circuito de tensión presenta una gran resistencia y debe conectarse a la tensión aplicada. El circuito de intensidad tiene una pequeña resistencia, y debe conectarse en serie con el circuito por el que pasa la corriente. Si lo conecta a la tensión total, circulará por él una corriente muy intensa que deteriorará el aparato. Un vatímetro puede dañarse incluso aunque esté bien conectado y su aguja no indique el valor máximo. Este problema puede darse en los vatímetros que tienen diferentes escalas para la corriente y para el voltaje. Por ejemplo, en un vatímetro el circuito de tensión se ajusta a la gama de 300 V, y el circuito de intensidad a la de 1 A. Por lo tanto, el margen de medición es de 300 W. La carga cuya potencia se debe medir se encuentra sometida a 100 V, y por ella circula una corriente de 2.5 A. El instrumento indica el valor correcto, o sea, 250 W. El valor medido se encuentra dentro del margen de medición del vatímetro. Sin embargo, éste quedará dañado, pues su circuito de intensidad está sobrecargado en un 150%.

126

Figura 189 Vatímetro con selector de escalas de corriente y voltaje.

a. DIAGRAMA DE CONEXIONES DE UN

VATÍMETRO Observe en la siguiente la figura, tres tipos de posibles circuitos para medir la potencia en una red monofásica. Para que la diferencia de tensión entre los circuitos de tensión e intensidad no sea excesiva, el fabricante coloca una resistencia en serie con el circuito de tensión.



2.3.1

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS PARA LA POTENCIA ELÉCTRICA

Tabla 1 Múltiplos y Submultiplos para la potencia eléctrica.

Figura 190 Diagramas de conexión para un vatímetro a una red monofásica.

b. PRECAUCIONES CON EL USO DEL

Estos son valores comunes de potencia eléctrica. Existen otros múltiplos y submúltiplos, si desea recordarlos y repasar las conversiones ellos consulte la unidad uno de este manual, en la sección de múltiplos y submúltiplos.

VATÍMETRO Cuando use el vatímetro para medir la potencia y circulen corrientes de poca intensidad y gran voltaje, su medición tendrá errores y de igual manera cuando mida grandes intensidades y pequeños voltajes. Para evitarlo vea las instrucciones del fabricante del vatímetro que va a utilizar, y verifique el rango en el que va a operar en el circuito eléctrico que desea medir.

2.3

UNIDADES DE MEDIDA POTENCIA Y TRABAJO ELÉCTRICO

La potencia eléctrica se mide en Watt = VxA (voltaje por corriente) y el trabajo eléctrico se mide en Watts por segundo o en VxAxseg y a esta unidad se le llama Joule (consulte el tema trabajo y potencia eléctrica en esta unidad).

2.4

EL CONTADOR ELÉCTRICO

Un contador es un motor eléctrico cuya velocidad es proporcional a la potencia; por lo tanto, la medición de la energía, consiste en determinar el número de revoluciones que ha efectuado el motor. El elemento encargado de hacer esta medición se llama totalizador.

2.4.1

TOTALIZADORES PARA CONTADORES ELÉCTRICOS

Los totalizadores más usuales son: - El de numerador de cuadrantes - y el numerador de lectura directa.


127


a.

NUMERADOR DE CUADRANTES

Está constituido por un conjunto de ejes paralelos que mediante engranajes, transmiten su movimiento de unos a otros con una disposición tal que los índices giran en el mismo sentido.

2.4.2

TIPOS DE CONTADORES ELÉCTRICOS

Según el tipo de funcionamiento, los contadores se clasifican en: a. CONTADOR DE INDUCCIÓN

Los contadores de inducción son los más utilizados en instalaciones eléctricas de corriente alterna (monofásica y trifásica): se derivan de los vatímetros de inducción, y por lo tanto, poseen características similares, es decir, son sencillos, robustos y simples en su construcción. Figura 191 Mecanismo indicador de contadores tipo numerador de cuadrantes.

b. NUMERADOR DE LECTURA DIRECTA O

DE RODILLOS Este mecanismo tiene la ventaja de indicar la lectura directamente, eliminando con ello, una gran cantidad de errores. Está constituido por un conjunto de cilindros, que llevan marcados en su cara externa las cifras del 0 al 9. Un conjunto de engranajes se encarga de moverlos. En la ventanilla se puede visualizar los números correspondientes a las vueltas que hayan girado los cilindros. La cifra que visualice en la ventanilla será la correspondiente al número de kilowatt-hora consumidos.

Básicamente consta de dos electroimanes, uno para la bobina amperimétrica de hilo muy grueso, intercalado en serie con el circuito principal, y el otro para la bobina voltimétrica de hilo muy delgado, que se conecta en paralelo y es recorrido por una corriente (intensidad) proporcional a la tensión de la red. Al ser atravesadas ambas bobinas por la corriente eléctrica, cada una de ellas creará un campo magnético de líneas de fuerza, perpendiculares al disco de cobre o aluminio, el cual podrá girar entre los polos de un imán permanente N-S, por lo tanto, aparecerán en el disco unas corrientes parásitas, dando lugar a un par resistente proporcional a la velocidad de rotación del disco. Bobina de corriente

Bobina de voltaje Imán

Disco Bornes de conexión Figura 192 Numerador de lectura directa para contadores eléctricos.

128

Figura 193 Estructura interna de un contador eléctrico monofásico de inducción.



Contador

Interruptor principal

Líneas de distribución de la Empresa Eléctrica Líneas para alimentar tomacorrientes, lámparas, etc

Tablero de distribución

Figura 194 El contador eléctrico se conecta directamente a las líneas de distribución de la empresa eléctrica, mientras que los circuitos de la casa deben conectarse a través de tableros de distribución.

b. CONTADOR DINAMOMÉTRICO.

También llamados tipo Thompson, se utilizan para medir la energía consumida, tanto en corriente continua, como en corriente alterna. Aunque para corriente alterna se utilizan más frecuentemente los contadores de inducción explicados anteriormente. Su funcionamiento se basa en los efectos electrodinámicos de la corriente eléctrica y están construidos de igual forma que un motor eléctrico de DC.

El par de giro será proporcional a la velocidad de giro del disco, siendo ésta proporcional a la potencia medida por el contador. Por lo tanto, el número de vueltas que señale el totalizador, será proporcional a la energía consumida. Para evitar el embalamiento dispone de un imán de frenado.El diagrama de conexiones de un contador eléctrico es muy parecido al de un vatímetro.

Imán

Bobinas

Figura 197 Contador tipo Thompson.

c. CONTADORES ELECTRÓNICOS

Figura 195 Conexión de un contador, a una red monofásica.

Los contadores de energía eléctrica, generalmente son de 5 relojes, como el que se muestra en la figura 195.

Son contadores basados en sistemas electrónicos. El empleo del contador electrónico se justifica cuando se requiere una gran precisión en la contabilización de la energía eléctrica, como para medir grandes cantidades de energía, por ejemplo, en los intercambios de energía entre las grandes empresas suministradoras de energía. Para realizar la medición del consumo con un contador eléctrico deben hacerse dos lecturas: una al inicio y otra al final del periodo en que se está midiendo el consumo.

Figura 196 Contador de energía eléctrica.

El medidor cuenta con cuatro o cinco carátulas que indican, de izquierda a derecha, millares, centenas, decenas y unidades.


129


2.5 Millares

Centenas

Decenas

Unidades

Figura 198 Contador eléctrico de 4 relojes.

Para leer un contador, tome el menor de los números entre los cuales se encuentre la aguja. Si ésta se encuentra sobre un número, debe leer la siguiente carátula a la derecha, para determinar el número correcto. Cuando esto sucede, la aguja de la carátula inmediata sólo puede estar en dos posiciones: entre 9 y 0 y entre 0 y 1. Por ejemplo, si la aguja está sobre el número 3 y en la siguiente carátula a la derecha, está entre el 9 y 0, la lectura será: 2 y 9. Si la aguja se encuentra sobre el número 3 y en la carátula a la derecha entre 0 y 1, la lectura será: 3 y 0. El consumo en kilowatts-hora (kWh) es el resultado de la diferencia entre la lectura que se realiza al inicio de un periodo y la que se efectúa al final del mismo. Ejemplo: si la primera lectura que hizo fue de 5315 y la actual es de 5428, el consumo del periodo es de 113 kWh. Cuando lea contadores que muestran el consumo de energía con indicaciones digitales (con pantalla con números) y no analógicas (con relojes), solamente reste los dos valores obtenidos en el intervalo de tiempo.

PROCESO DE LECTURA DE UN CONTADOR ELÉCTRICO

Para obtener los kilowatt-hora indicada por un contador siga los siguientes pasos: Paso 1: cuente el número de relojes que tiene el contador. Por cada reloj va a obtener un número, cada uno, de derecha a izquierda le indica las unidades, decenas, centenas y millares. Paso 2: empiece la lectura con el reloj de los millares. Tome el menor de los números entre los cuales se encuentre la aguja. Si la aguja se encuentra sobre un número, debe ver la siguiente carátula a su derecha para determinar el número correcto. Cuando esto sucede, la aguja de la carátula inmediata sólo puede estar en dos posiciones: entre 9 y 0 y entre 0 y 1. Por ejemplo, si la aguja está sobre el número 5 y en la siguiente carátula a la derecha está entre el 9 y 0, la lectura será: 4 y 9. Si la aguja se encuentra sobre el número 5 y en la carátula a la derecha entre 0 y 1, la lectura será: 5 y 0. Paso 3: Coloque todos los números para formar el número total de kWh. Paso 4: Haga las mediciones con un intervalo de tiempo, procediendo de la forma indicada. Luego reste los valores obtenidos y obtendrá el total de kWh.

Figura 199 Contador eléctrico con indicación directa.

130

Tome en cuenta que no todos los relojes giran a la misma velocidad. Cuando el reloj de las decenas cambia de un número a otro, es necesario que el de las unidades haya pasado de 0 hasta 9, lo que constituye una vuelta completa. Para que el reloj de la izquierda cambie en un número, es necesario que el inmediato a la derecha de una vuelta completa.



Cuando usted cuenta de uno en uno, tiene que contar desde 0 hasta 9, encontrar el primer número en las decenas que es el diez. Esto es lo que pasa con el contador: él cuenta desde 0 hasta 1, lo que constituye una vuelta completa, y luego cambia al siguiente reloj, de un número al siguiente. En el ejemplo de contar, si sigue hasta veinte, tendría que pasar desde el número 11 hasta el 19, para cambiar el número de las decenas a 2, para formar el 20. Ejemplo: Observe la figura 200.

Figura 200 La lectura de éste contador es: 1348 KWH.

2.5.1

MEDIDAS DE SEGURIDAD AL LEER CONTADORES

Tome en cuenta las siguientes medidas de seguridad al leer contadores eléctricos. - No destape el contador - No intente hacer cambios en las conexiones del contador. - No rompa el precinto de seguridad del contador.

2.6

TRABAJO Y COSTO DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

El trabajo que hace la energía ya se definió como el producto de la potencia por el tiempo. La Empresa Eléctrica de Guatemala le cobra a usted el trabajo que hace la energía en su casa. Si desea repasar el cálculo del trabajo consulte en la primera parte de esta unidad el tema "El trabajo eléctrico".

2.6.1

COSTO DE LA ENERGÍA

La Empresa Eléctrica de Guatemala tiene estipuladas varias tarifas clasificadas como: domiciliares menores de 300 kWh, domiciliares mayores de 300 kWh, industriales, y grandes consumidores. La tarifa está establecida por kilowatt hora consumido. La lectura del consumo se hace en un período aproximado de un mes, a través del contador instalado en el exterior de su casa. La lectura obtenida se multiplica por la tarifa correspondiente y de esta manera se obtiene el total que usted debe pagar. Para saber cuanto paga por kilowatt hora en su casa, haga lo siguiente: - Busque uno de sus recibos emitidos por la Empresa Eléctrica - Vea el consumo total de kWh y el total a pagar. - Divida su total a pagar en quetzales, entre el consumo del mes, y obtendrá el costo en quetzales por kWh. Ejemplo: El recibo emitido por la Empresa Eléctrica de Guatemala para una casa con un consumo de 308 kWh, indica que el costo del servicio es de Q195.80 sin IVA. ¿Cual es la tarifa que se paga en esta casa? SOLUCIÓN: Dividiendo el total a pagar entre los kWh obtiene: Costo Q/kWh = 195.80/308=0.6357 Esta casa tiene una tarifa de 63.57 centavos de quetzal por kilowatt hora. El costo total del mes de esta casa es de Q237.40 que incluye el IVA y la tarifa municipal. El costo total por kWh es:


131


Costo total = 237.4/308 = 0.7707 W

El costo total del kWh en esta casa es de 77.07 centavos de quetzal.

2.7

U

MEDICIÓN DE POTENCIA EN FORMA INDIRECTA

La fórmula para calcular la potencia eléctrica muestra que es muy fácil medir potencias eléctricas. A la determinación de la potencia a través de los valores de corriente y voltaje, se le llama medición indirecta de la potencia. Solamente necesita un amperímetro y un voltímetro. Multiplicando los dos valores medidos obtendrá la potencia eléctrica. P= U x I A

U

V

Foco

Figura 202 Medición directa de la potencia eléctrica. Se utiliza un vatímetro.

2.9

PROCESO DE MEDICIÓN DE TRABAJO ELÉCTRICO

Para hacer la medición del trabajo eléctrico, hecho por un aparato, sin utilizar un contador eléctrico, realice el siguiente proceso: Paso 1: seleccione el aparato eléctrico al cual desea medirle el trabajo. Paso 2: conecte el aparato a través de un amperímetro con escala adecuada.

Figura 201 Medición indirecta de potencia eléctrica. Se utiliza un voltímetro y un amperímetro.

2.8

MEDICIÓN DE POTENCIA EN FORMA DIRECTA

Para aplicaciones técnicas existen también, aparatos denominados vatímetros, en los que el voltímetro y el amperímetro actúan sobre la misma aguja indicadora, con lo que puede leerse directamente la potencia. A éste método se le conoce como medición directa de la potencia.

132

Paso 3: conecte un voltímetro en paralelo a la máquina que desea medirle el trabajo. Paso 4: encienda la fuente de alimentación del circuito. Paso 5: mida el tiempo en el cual la máquina trabaja, con un cronómetro, o el tiempo en el cual desea saber la cantidad de trabajo que realiza la máquina. Paso 6: utilice la fórmula para calcular el valor del trabajo eléctrico.



1 min. = 60 seg. 10 min = 10 x 60 = 600seg W = 720,000 Ws = 720 kWs

t

10 min = 1/6 horas W = 120x10x 1/6=200 kWh

Medida indirecta de trabajo Figura 203 Medición indirecta del trabajo eléctrico utilizando un voltímetro, un amperímetro y un cronómetro.

Si utiliza un contador eléctrico para medir el trabajo, solamente conecte el contador y encienda la máquina. Haga una lectura al iniciar o al encender la máquina y luego haga otra medición al momento de pararla. El trabajo eléctrico será la resta de las dos medidas.

• Ejemplo de cálculo del trabajo eléctrico Una secadora de pelo consume 10 amperios cuando se conecta a 120 V. La persona utiliza la secadora durante 10 minutos. Calcule el trabajo realizado por la secadora de pelo. Figura 205 Medición directa del trabajo con un contador eléctrico (medidas de tensión e intensidad sólo como comprobación).

2.9.1

MEDIDAS DE SEGURIDAD AL MEDIR TRABAJO ELÉCTRICO

- Conecte los aparatos de medición antes de encender la fuente de alimentación del circuito. Figura 204 Ejemplo del cálculo de trabajo eléctrico hecho por una secadora de pelo.

- No haga cambios en las conexiones con el circuito energizado.

SOLUCIÓN:

- Realice las mediciones con correctamente.

Como ya cuenta con los datos, no es necesario que realice los pasos 1-5.

- Asegúrese de que el cronómetro se active al mismo tiempo que la máquina, y que se apague de igual manera.

Utilice la fórmula para calcular el trabajo eléctrico:

- Asegúrese que la escala utilizada de los aparatos de medición sea adecuada para hacer la medición.

W=VxIXt W = 120V x 10 A x 10 min W = 12000 VA min

los aparatos

- Cuando trabaje con corriente alterna tome en cuenta el factor de potencia.


133


1.El trabajo Escriba un ejemplo de trabajo mecánico hecho por un motor. Luego explique que efectos tiene sobre el trabajo realizado un aumento o una disminución en la potencia del motor. Si utiliza dos motores de la misma potencia, pero de diferente velocidad, cuál es el efecto que tiene sobre el trabajo realizado.

2.Familiarización con las unidades de potencia Haga los cálculos necesarios para hacer una tabla de 3 columnas y 4 filas con la siguiente información. En la primera columna escriba 4 múltiplos de la potencia eléctrica, en la segunda columna escriba una conversión utilizando múltiplos diferentes pero que indiquen la misma cantidad. En la tercera columna escriba el valor completo de la potencia.

3.Lectura de un contador eléctrico Busque el recibo de luz de su casa y vea de cuanto fue la última lectura que hizo el personal de la Empresa Eléctrica de Guatemala. Luego haga usted la lectura actual del contador y reste la lectura anterior de la lectura actual para obtener su consumo en kWh desde que fue hecha la lectura; hasta el momento en que usted está haciéndola. Si puede hacer la lectura, cuando el personal de la Empresa la haga, verifique el dato.

134



4.Comprobación del trabajo eléctrico Apague y desconecte todos los aparatos eléctricos de su casa. Conecte solamente uno que tenga la placa de características eléctricas visibles. Haga la medición del contador antes de conectarlo, luego conéctelo y tome un tiempo de 10 minutos (1/6 hora). Haga nuevamente la lectura del contador y calcule el consumo hecho por su aparato. Con los datos de la placa y el tiempo medido haga el calculo del trabajo. Compárelos, ¿Es realmente significativa la diferencia? ¿A qué se debe ésta diferencia?

5.Tarifa eléctrica Busque su recibo de la Empresa Eléctrica por consumo de energía y calcule la tarifa en quetzales/ kilovatio que está pagando. Compare con otro compañero que no viva en el mismo sector que usted, la tarif a que pagan los dos. Luego haga el cálculo con el recibo del taller donde trabaja. ¿A que se debe la diferencia de tarifas?

6.Diagramas de conexión de los contadores eléctricos Con el diagrama presentado en ésta unidad, identifique cada borne de conexión viendo el contador del taller. Identifique en el diagrama la bobina de corriente y la bobina de voltaje. Si no identifica bien los bornes ¿Cuáles son las posibles fallas que puedan ocurrir y cual es el peor de los casos si se hace una conexión inadecuada?


135


La potencia es la velocidad a la que se absorbe energía de una fuente. El trabajo eléctrico es la potencia consumida por unidad de tiempo. La ley de Watt establece los principios para el cálculo de la potencia eléctrica, se aplica como principio para el funcionamiento de los medidores de potencia. La potencia eléctrica se puede medir de diferentes formas, de manera directa utilizando un vatímetro o de una forma indirecta utilizando un amperímetro y un voltímetro. El vatímetro utiliza un mecanismo electrodinámico para hacer la indicación de potencia. Usted puede determinar la tarifa que paga por el consumo de energía eléctrica haciendo cálculos a partir de los datos de su recibo de luz. Además puede verificar que le hagan una lectura correcta. Para poder cobrar el valor de la energía consumida, se utilizan los contadores eléctricos. Existen principalmente tres tipos de contadores eléctricos. El sistema indicador de los contadores puede ser de numerador de cuadrantes (relojes) o de lectura directa. Los más utilizados son los contadores de inducción. Para hacer la medición de pequeñas cantidades de energía se utilizan los contadores de inducción, mientras que para potencias grandes se utilizan contadores electrónicos, esto se debe a que los electrónicos son más precisos que los de inducción, un error en 1% en un consumo de varios MWh representa una gran cantidad de dinero. En esta unidad usted aprendió procedimiento prácticos para hacer la medición de trabajo eléctrico tomando en cuenta medidas de seguridad.

136



Evaluación 1. Se hace trabajo mecánico cuando: A) B) C) D)

La gravedad actúa sobre un cuerpo. Una fuerza actúa sobre un cuerpo a lo largo de una distancia. Una fuerza actúa sobre un cuerpo hacia abajo. Una fuerza actúa sobren una masa para moverla.

2. La potencia es la velocidad a la que se realiza: A) B) C) D)

La energía El voltaje La corriente eléctrica Un trabajo

3. El equipo necesario para una medición de potencia directamente se llama: A) B) C) D)

Multímetro Amperímetro y voltímetro Contador eléctrico Vatímetro

4. El contador eléctrico puede utilizarse para medir potencia eléctrica, utilizando además un: A) B) C) D)

Amperímetro Voltímetro Cronómetro No puede utilizarse


137


5. En la siguiente figura, la medición correcta que indica el contador es de ___________ KWh. A) B) C) D)

3758 14869 4768 04768

6. En la siguiente figura la medición correcta que indica el contador es de ___________ KWh. A) B) C) D)

13563 13573 13573 12563

7. Una plancha eléctrica de 1200 W, conectada a 120 V, consume lacorriente de ___________ amperios. A) B) C) D)

138

1 2 100 10


MEDICIÓN DE INTESIDAD LUMÍNICA

UNIDAD 3 MEDICIÓN DE INTENSIDAD LUMÍNICA Objetivos de la unidad Con el contenido de esta unidad, usted será competente para:

1 2 3 4

Identificar los tipos de iluminación que existen, de acuerdo a las características del ambiente, características de las luminarias y propiedades de las fuentes de luz, flujo y nivel de iluminación. Calcular el nivel iluminación de un ambiente, utilizando un procedimiento técnico establecido. Utilizar el luxómetro para hacer mediciones del nivel de iluminación, de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Seleccionar el tipo de lámpara a utilizar en un ambiente, de acuerdo a las características del fabricante.


139


3.1

ILUMINACIÓN

La luz, al igual que las ondas sonoras, el calor o los rayos del sol son formas de energía. No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y produce la misma sensación de luminosidad, y no toda la energía que consume una fuente luminosa se convierte en luz. Todo esto debe evaluarse de alguna manera y para ello, usted debe conocer algunas definiciones como: flujo luminoso, intensidad luminosa, iluminancia, luminancia, rendimiento o eficiencia luminosa y cantidad de luz. Considere por ejemplo dos bombillas: una de 25 W y otra de 60 W. La de 60 W dará una luz más intensa. ¿cuánto brilla cada bombilla?

Su símbolo es φ y su unidad es el lumen (lm). A la relación entre la potencia (en watts) y el flujo luminoso (en lúmenes) se le llama equivalente luminoso de la energía y equivale a: 1 watt-luz a 555 nm = 683 lm Flujo luminoso

3.1.2

Símbolo: φ Unidad: lumen (lm)

INTENSIDAD LUMINOSA

El flujo luminoso es la cantidad de luz que emite una fuente de luz, como por ejemplo una bombilla, en todas las direcciones del espacio. Por el contrario, si piensa en un proyector es fácil ver que sólo ilumina en una dirección. Parece claro que se necesita conocer cómo se distribuye el flujo en cada dirección del espacio y para eso se define la intensidad luminosa.

Figura 206 Las características de la iluminación dependen de la cantidad de luz que emite una fuente y ésta a su vez, depende dela potencia.

Cuando se habla de 25 W ó 60 W , esto se refiere sólo a la potencia consumida por la bombilla de la cual, sólo una parte se convierte en luz visible, es el llamado flujo luminoso. Podría medirlo en vatios (watts = W), pero es más sencillo definir una nueva unidad, el lumen, que toma como referencia la radiación visible.

3.1.1

FLUJO LUMINOSO

Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiación luminosa, a la que el ojo humano es sensible.

140

Intensidad luminosa

Flujo luminoso

Figura 207 Diferencia entre flujo e intensidad luminosa. El flujo es en todas direcciones y la Intensidad es en una dirección específica.

Se le conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por una fuente de iluminación en una dirección concreta. Su símbolo es I y su unidad es la candela (cd). Intensidad luminosa: Símbolo: I


Unidad: candela (cd)


3.1.3

ILUMINANCIA

Quizás haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes distancias. Si pone la mano delante de la linterna puede verla fuertemente iluminada por un círculo pequeño y si se ilumina una pared lejana, el circulo es grande y la luz débil. Esta sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia.

En el ejemplo de la linterna puede ver que la iluminancia depende de la distancia del foco al objeto iluminado. Es algo similar a lo que ocurre cuando escucha alejarse a un automóvil; al principio se escucha alto y claro, pero después el sonido va disminuyendo hasta perderse.

3.1.4

LUMINANCIA

Hasta ahora a visto magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz (flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia). Pero no se ha dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que se ve. De esto trata la luminancia. Tanto en el caso de que se vea un foco luminoso, como en el de que se vea una luz reflejada procedente de un cuerpo, la definición es la misma. Figura 208 Ilustración del Concepto de iluminancia. Un objeto cercano a una fuente de luz está más iluminado que otro que esté más lejos. A) Iluminación de un objeto cercano B) Iluminación de un objeto lejano.

Se define la iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie. Su símbolo es E y su unidad es el lux (lx) que es un lm/m2.

Iluminancia: Símbolo: E Lux= lumen / m2 Unidad: lux (lx)

Existe también otra unidad, el pie candela (fc), utilizada en países de habla inglesa cuya relación con el lux es: 1 fc = 10 lx 1 lx = 0.1fc

Figura 209 Ejemplo de la luminancia. Una superficie cercana a una fuente tiene un nivel de iluminación más alto que otra lejana.

Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo, en una dirección determinada. Su símbolo es L y su unidad es la cd/m2 (Candela por metro cuadrado). También es posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cd/m2) o el nit (1 nt = 1 cd/cm2).


141


Símbolo: L Unidad: cd/m2

3.1.5

RENDIMIENTO LUMINOSO O EFICIENCIA LUMINOSA

Para poder valorar la rentabilidad de una fuente luminosa debe conocerse la porción de la potencia eléctrica que se transforma en potencia luminosa. El rendimiento luminoso es el cociente entre el flujo luminoso obtenido y la potencia eléctrica necesaria para generarlo.

Símbolo: Unidad: lm / W Rendimiento: Flujo luminoso Potencia consumida

Esto implica, al hablar del flujo luminoso, que no toda la energía eléctrica consumida por una lámpara (bombilla, fluorescente, etc.) se transformaba en luz visible. Parte se pierde por calor, parte en forma de radiación no visible (infrarrojo o ultravioleta), etc.

La energía útil se define el rendimiento luminoso como el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica consumida, que viene con las características de las lámparas dadas por los fabricantes (25 W, 60 W). Mientras mayor sea el rendimiento mejor será la lámpara y menos gastará. La unidad de rendimiento luminoso es el lumen por watt (lm/W).

3.1.6

Esta magnitud sólo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz de dar un flash fotográfico o para comparar diferentes lámparas según la luz que emiten durante un cierto periodo de tiempo. Su símbolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lm x s). Cantidad de luz Q= φ x t Símbolo: Q Unidad: lm x s

3.2

142

UNIDADES DE MEDIDA

Muchas propiedades de la materia son cuantitativas (se pueden contar), esto es, están asociadas con las cifras. Cuando una cifra representa una cantidad medida, las unidades de esa cantidad debe especificarlas. Si usted dice que tiene un lápiz de 15 no tiene sentido. Si por otra parte dice que tiene 15 cm, especifica apropiadamente la longitud del lápiz. Las unidades que se utilizan para las mediciones son las del sistema métrico.

3.2.1

Figura 210 La potencia total consumida por una fuente de luz no se transforma toda en luz visible, una gran parte de la potencia se pierde.

CANTIDAD DE LUZ

DEFINICIÓN

El sistema métrico, desarrollado por primera vez en Francia a finales del siglo XVIII, se utiliza como sistema de medidas en la mayoría de los países.



3.2.2

TIPOS DE UNIDADES DE MEDIDA

Las unidades básicas del sistema métrico se muestran en la tabla siguiente:

3.3

LUXÓMETRO

A continuación lea la definición del luxometro.

Magnitud física

Nombre de la unidad

Abreviatura

3.3.1

Masa Longitud Tiempo Corriente eléctrica Temperatura Intensidad luminosa Cantidad de sustancia

Kilogramo Metro Segundo Amperio o Ampere Kelvin Candela

Kg M s o seg A

El luxómetro es un aparato para medir la iluminación. Su escala está en lux y puede utilizarse para comprobar si realmente se alcanza la iluminación recomendada.

Mol

Mol

K cd

3.3.2

Tabla 1 Unidades del sistema métrico.

DEFINICIÓN

PARTES DE UN LUXÓMETRO

Los luxómetros están formados básicamente por dos partes: el aparato indicador y la sonda de medición.

Todas las demás unidades que usted conoce, se derivan de éstas siete. Las unidades utilizadas en la iluminación se representan en la tabla 2. Magnitud física

Unidad de Abreviatura Conversión medida

Flujo Luminoso

Lumen

lm

Intensidad Lumínica Iluminancia

Candela

cd

Lux

lx 2

Luminancia Cd/m Rendimiento luminoso Cantidad de luz

Cd/m lm/W

Iluminancia

lx

Lux

1.1 2

Sonda de medición

Aparato indicador

pie

candela

lm seg lm/m2

Tabla 2 Magnitudes utilizadas en iluminación.

Figura 211 Las partes de un luxómetro son: sonda de medición y el aparato indicador.


143


La sonda de medición está formada por una fotocelda que recibe la iluminación y la transforma en una señal de voltaje. El voltaje producido en la sonda es proporcional a la luz recibida.

Los luxómetros modernos tienen incorporada la sonda de medición en un sólo aparato y su indicación de la luminancia es de forma digital.

El aparato indicador está compuesto por un circuito electrónico que hace la indicación, a través de un mecanismo de aguja o por medio de indicaciones digitales.

3.3.3

TIPOS DE LUXÓMETROS

Los luxómetros pueden ser digitales o análogos. Por la forma de la sonda pueden ser, con sonda de medición independiente o con sonda de medición incorporada.

Figura 213 Luxómetro con sonda incorporada al aparato de medición.

3.3.4

Figura 212 Luxómetro digital con sonda de medición.

144

USOS DEL LUXÓMETRO

Los luxómetros se utilizan para verificar si una instalación de iluminación cumple con las condiciones recomendadas, para que el ojo humano no sufra daños. Otro uso de los luxómetros es para medir la iluminación que hace posible la visión sin dañar la vista, al efectuar determinados trabajos y así poderla recomendar para estos.



3.3.5

MANTENIMIENTO BÁSICO DEL LUXÓMETRO

El mantenimiento que le puede dar a un luxómetro, es similar al que se le da a los multímetros, con la diferencia de que debe limpiar el lente de la sonda.

3.3.6


Cuando utilice un luxómetro haga lo siguiente: - Mantenga el lente de la sonda limpio y libre de cualquier sustancia. - No utilice líquidos para limpiar el luxómetro. - No hale del cable de la sonda al luxómetro. - Mantenga la sonda protegida de golpes, al igual que al aparato. - Si desconoce el aparato, no lo use. - Fuente de luz muy intensa. - Vea las características del fabricante y la escala máxima del aparato. - Inspeccione el aparato antes de utilizarlo.

Ejemplos de coeficientes de reflexión para 3 diferentes colores. Amarillo Café Negro

78% 20% 9%

Las superficies claras de una habitación darán lugar a una mayor luminosidad, para el mismo flujo luminoso que las oscuras. La luminosidad de una habitación determinada se describe mediante su iluminación nominal; es el valor medido que deberá reinar en toda la habitación o en determinadas zonas de ella. Generalmente se calcula para un plano de referencia (plano de trabajo) situado a 85 ó 90 centímetros sobre el suelo, que es la altura aproximada de una mesa. El valor de la iluminación nominal depende de la dificultad que represente para la vista, el trabajo a realizar. Esta dificultad depende a su vez del contraste existente entre el objeto a observar y sus inmediaciones, así como el tamaño del objeto.

• Efectos del contraste.

LUMINOSIDAD

Cuando el contraste es elevado, las letras de este texto pueden leerse más fácilmente y mejor.

La calidad de una instalación de alumbrado no solo consiste en que proporcione una iluminación suficiente, sino que también depende de otros factores que se tratarán a continuación.

En cambio, cuando el contraste es menor, deberá aumentarse la iluminación para obtener la misma capacidad visual. Lo mismo ocurre con otros trabajos visuales.

3.4

a. NIVEL

Y DISTRIBUCIÓN LUMINOSIDAD

DE

LA

En un cuarto de trabajo debe existir una determinada luminosidad (nivel de iluminación), que no depende solamente del flujo luminoso irradiado por las diferentes lámparas instaladas, sino que también queda modificada por la cantidad de luz reflejada por el techo, las paredes, los muebles y el suelo.

Cuando el contraste es elevado, las letras de este texto pueden leerse mas fácilmente y mejor. En cambio, cuando el contraste es menor, deberá aumentarse la iluminación para obtener la misma capacidad visual. Lo mismo ocurre con otros trabajos visuales.


145


b. NIVELES DE ILUMINACIÓN

Para poder hacer el cálculo de iluminación es necesario conocer el nivel de iluminación que debe tener un ambiente, para que el ojo trabaje bien. A continuación se presenta una lista de niveles de iluminación recomendados para diversos ambientes interiores y tareas, publicada en el informe #29 de la "International Comisión on Illumination" (Comisión internacional de iluminación). Los valores de la tabla corresponden a los niveles de iluminación medidos en medio del período, transcurrido entre la puesta en servicio de la instalación y el primer mantenimiento.

TALLERES DE MONTAJE

NIVEL DE ILUMINACIÓN (LUX)

Se refieren al promedio interior considerado globalmente y a un plano horizontal de trabajo, situado a 75 centímetros por encima del nivel del suelo. Cuando la zona de trabajo esté en diferente posición, el nivel de iluminación recomendado debe considerarse en dicha posición. El valor medio en todos los puestos de trabajo no debe ser inferior al 80 por ciento del nivel de iluminación recomendado, cualquiera que sea la antigüedad de la instalación. El valor en cualquier puesto de trabajo y en cualquier momento no debe ser menos del 60 por ciento del valor recomendado. Al especificar el nivel de iluminación de cierta área, para una tarea especifica se debe considerar otros aspectos además del económico, entre otros: 1)

Una iluminación adecuada es muy importante para lograr un ambiente confortable, que haga del trabajo una actividad agradable, lo que conlleva una mejor calidad y una productividad alta. 2) En el hogar, una iluminación adecuada aumenta la comodidad y ayuda a mantener un ambiente acogedor. En las tablas siguientes se indican los niveles de iluminación recomendados por la Comisión Internacional de Iluminación para distintos ambientes de trabajo. 146

Trabajos pesados: ensamble de maquinaria pesada

300

Trabajos semipesados: ensamble de motores y carrocerías

500

Trabajos fino: ensamble de maquinaria electrónica y de oficinas

750

Trabajos muy precisos: ensamble de instrumentos

1500

Reproducción e impresión en colore

1500

Grabado en cobre y acero

2000

Encuadernado

500

Recortado y empastado

750

Tabla 3 Niveles de iluminación recomendados por la Comisión Internacional de Iluminación para distintos ambientes de trabajo.



INDUSTRI TEXTIL


Desmenuzado, cardado, estirado Hilado, ovilldo, devanado, peinado y teñido Hilado fino, torcido y trenzado Cosido e inspección

OFICINAS Y ENCUESTAS Ofinas normales, mercanografiado y salas de procesos de catos Oficinas generales extensas Salas de dibujo Salas de conferencias Salones de clase y auditorios Laboratorios, bibliotecas, salas de lectura

300

500

750 1000 NIVEL DE ILUMINACIÓN (LUX)

500

750 750 500 300 500

HOGARES Y HOTELES


Dormitorios: General

50

En la cabecera de la cama

200

Cuarto de aseo: General

100

Afeitado y maquillado

500

Ciarto de estar: General

100

Costura y lectura

500

Cocinas: General

300

Zonas de trabajo

500

Cuartos de trabajo y de estudio

300

Cuartos de niños

150

Vestíbulo de entrada

300

Comedor

200

Dormitorios, baños: General

100

Local

300


147


INDUSTRIAS ELÉCTRICAS

NIVEL DE ILUMINACIÓN

Fabricación de cables

300

(LUX)

Ensamble de aparatos telefónicos Embobinados

500 750

Montaje de receptores de radio y TV

1000

Ensamble de componentes electrónicos y trabajos de precisión

c. LUMINARIAS

Las lámparas empleadas en iluminación de interiores abarcan casi todos los tipos existentes en el mercado (incandescentes, halógenas, fluorescentes, etc). Las lámparas escogidas, por lo tanto, serán aquellas cuyas características (fotométricas, cromáticas, consumo energético, economía de instalación y mantenimiento, etc.) mejor se adapten a las necesidades y características de cada instalación (nivel de iluminación, dimensiones del local, ámbito de uso, potencia de la instalación)

1500

Criterios de selección de luminarias. La elección de las luminarias está condicionada por:

Tabla 3 Niveles de iluminación recomendados por la Comisión Internacional de Iluminación para distintos ambientes de trabajo.

- La lámpara utilizada - El entorno de trabajo de é sta. - La altura del ambiente

Tabla 4 148



Hay muchos tipos de luminarias y sería difícil hacer una clasificación exhaustiva. La forma y tipo de las luminarias oscilará entre las más funcionales, donde lo más importante es dirigir el haz de luz de forma eficiente como pasa en el alumbrado industrial, a las más formales donde lo principal es la función decorativa como ocurre en el alumbrado doméstico. Las luminarias para lámparas incandescentes tienen su ámbito de aplicación básico en la iluminación doméstica.

Figura 214 Partes de una lámpara incandescente (foco o bombilla).

Por lo tanto, predomina la estética sobre la eficiencia luminosa. Sólo en aplicaciones comerciales o en luminarias para iluminación suplementaria se buscará un compromiso entre ambas funciones. Son aparatos que necesitan apantallamiento, pues el filamento de estas lámparas tiene una luminancia muy elevada y puede producir deslumbramientos. En segundo lugar están las lámparas fluorescentes. Se utilizan mucho en oficinas, comercios, centros educativos, almacenes, industrias con techos bajos, etc. por su economía y eficiencia luminosa. Así pues, existe una gran variedad de modelos que van, desde los más simples a los más sofisticados, con sistemas de orientación de la luz y apantallamiento (modelos con rejillas cuadradas o transversales y modelos con difusores). Por último están las luminarias para lámparas de descarga a alta presión. Estas se utilizan principalmente para colgarse a gran altura (industrias y grandes naves con techos altos) o en iluminación de pabellones deportivos, aunque también hay modelos para pequeñas alturas. En el primer caso se utilizan las luminarias intensivas y los proyectores y en el segundo, las extensivas.

Figura 215 Partes de una lámpara de vapor de mercurio.

Casquillo

Electrodo

Recubrimiento fluorescente

Flujo de electrones

Casquillo

Tubo de descarga

Figura 216 Partes de una lámpara fluorescente.


149


Ampolla electrodo

Soporte de montaje

Electrodo principal

Tubo de descarga

Tubo de descarga

Filamento

Ampolla

Electrodo de arranque

Soporte de montaje electrodo

Resistencia de arranque Lámpara de halogenuros metalicos

casquillo

Casquillo Lámpara de luz de mezcla Figura 220 Partes de una lámpara de luz de mezcla.

Figura 217 Partes de una lámpara de halogenuros metálicos.

Electrodos

Soporte de montaje

Puntos de condensación del vapor de sodio

Tubo de descarga

Ampolla

Electrodo principal

Electrodo de arranque casquillo Tubo de descarga

Ampolla exterior

Resistencia de arranque

Lámpara de vapor de sodio a baja presión

Casquillo Lámpara de vapor de mercurio a alta presión

Figura 218 Partes de una lámpara de vapor de sodio a baja presión.

Figura 221 Partes de una lámpara de vapor de mercurio a alta presión. Ampolla Tubo de descarga

3.4.1

CÁLCULO DE ILUMINACIÓN

Para calcular el número de lámparas necesarias para iluminar un ambiente, realice el siguiente proceso: casquillo

Figura 219 Partes de una lámpara de vapor de sodio a alta presión.

150

a. Proceso de ejecución.

Paso 1: escoja el nivel lumínico de acuerdo al tipo de ambiente, según la tabla de niveles de iluminación recomendados por las normas americanas. Este es el valor de la iluminancia en lux.



Paso 2: escoja el tipo de lámpara de acuerdo al tipo de ambiente. Paso 3: identifique el tipo de iluminación que proporciona la lámpara que seleccionó en el paso anterior, clasificada como de iluminación directa (D), indirecta (I), semidirecto (SD), semi indirecto (SI), y de difusión general, de acuerdo al porcentaje de luz dirigida hacia arriba y hacia abajo. Estos datos son proporcionados por el fabricante de las lámparas. Generalmente va a utilizar la iluminación directa (toda la luz sirve para iluminar).

Donde ancho y largo son las dimensiones del ambiente y el alto es la altura de suspensión de la lámpara sobre la superficie de trabajo. Paso 7: En la siguiente tabla, busque el coeficiente de utilización (c). Localice en la tabla los colores del ambiente y la relación de ambiente para hallar el valor. Si no aparece el valor exacto de RA, utilice el inmediato superior.

Paso 4: clasifique los colores del piso, techo y paredes de acuerdo al color que tienen utilizando el siguiente criterio: Blanco Marfil colores Colores pálidos claros Amarillo Marrón claro Verde claro Gris Azul Rojo Marrón oscuro

colores semiclaros Tabla 5 Coeficientes de utilización. colores oscuros

Para los colores no indicados, utilice su criterio. Paso 5: seleccione un coeficiente de mantenimiento (k´), que toma en cuenta la disminución de la luz, debido al envejecimiento de las lámparas y la suciedad, de acuerdo al siguiente criterio: - Poco o ningún mantenimiento k´=0.5 - Mantenimiento regular k´=0.70. - Buen mantenimiento k´= 0.80. Paso 6: calcule la relación del ambiente, RA, utilizando la siguiente fórmula: RA = Ancho x largo Alto (ancho + largo)

Paso 8: calcule el flujo lumínico total que debe tener el ambiente, utilizando la siguiente fórmula:

cxk Siendo φ el flujo total, E la iluminancia en lux, S el área o superficie del ambiente (largo por ancho), c el coeficiente de utilización y k´ el coeficiente de mantenimiento. Paso 9: Determine el número de lámparas necesarias, dividiendo el flujo total entre el flujo de cada una de las lámparas seleccionadas. Si no posee los datos del fabricante de las lámparas que está utilizando, emplee la siguiente tabla del catálogo de Westinghouse.


151


5.

La escuela en la que se encuentra el salón de clases no tiene ningún mantenimiento, por lo tanto, el coeficiente de mantenimiento es el menor k´=0.5 6. La relación del ambiente es: RA = largo x ancho Alto (ancho + Largo)

Tabla 6. Lúmenes emitidos por lámparas incandescentes y fluorescentes en las potencias más comunes. Fuente Westinghouse. Paso 10: distribuya las lámparas uniformemente, utilizando una separación de 1.5 a 2.5 veces la altura de las lámparas sobre la superficie de trabajo.

RA = 5 x 12 (3-0.9)(5+12) RA = 1.68

7. El coeficiente de utilización se busca en la tabla si de coeficientes, así:

Ejemplo de cálculo Diseñe el alumbrado para un salón de clases de 5 x 12 metros, la altura de los escritorios es de 0.90 m y las lámparas se van a colocar a 3m sobre el piso, el techo es de color blanco, las paredes de color marfil y el piso de color gris. La iluminación se va a utilizar de forma continua. SOLUCIÓN: 1. El nivel lumínico recomendado para un salón de clases es de 300 lux. 2. Se utilizan lámparas fluorescentes de 2 tubos de 40 watts.

El valor del coeficiente de utilización es de 0.71. 8. El flujo total del salón debe ser:

3. Las lámparas son de iluminación directa. 4. La clasificación de los colores es la siguiente:

- Piso semiclaro. - Techo claro. - Paredes claras.

152


0.71 * 0.5


9. El número de lámparas será: No. lámparas = flujo total/ flujo de cada lámpara

3.5.1

ILUMINACIÓN DIRECTA

No. lámparas = 50704/(2x3200) = 7.9 = 8 lámparas. 10. Las lámparas quedan distribuidas de la siguiente manera:

La iluminación directa se produce cuando todo el flujo de las lámparas va dirigido hacia el suelo. Es el sistema más económico de iluminación y el que ofrece mayor rendimiento luminoso. Su inconveniente es el riesgo de deslumbramiento directo que es muy alto y produce sombras fuertes y poco agradables para la vista. Se consigue utilizando luminarias directas.

3.5.2

Figura 222 Plano de distribución de lamparas.

Para la iluminación del salón de clase de 5 x 12 se deben utilizar 8 lámparas de 2 x 40 Watts.

3.5

TIPOS DE ILUMINACIÓN

Cuando una lámpara se enciende, el flujo emitido puede llegar a los objetos del ambiente directamente o indirectamente, por reflexión en paredes y techo. La cantidad de luz que llega directa o indirectamente determina los diferentes sistemas de iluminación con sus ventajas e inconvenientes.

ILUMINACIÓN SEMIDIRECTA

En la iluminación semidirecta la mayor parte del flujo luminoso se dirige hacia el suelo y el resto es reflejada en el techo, y las paredes. En este caso, las sombras son más suaves y el deslumbramiento es menor que el anterior. Sólo es recomendable para techos que no sean muy altos y sin difusores, puesto que la luz dirigida hacia el techo se perdería por ellas. Si el flujo se reparte al cincuenta por ciento entre la procedencia directa e indirecta, se tiene iluminación difusa. El riesgo de deslumbramiento es bajo y no hay sombras, lo que le da al ambiente un aspecto monótono y sin relieve a los objetos iluminados. Para evitar las pérdidas por absorción de la luz en el techo y las paredes, es recomendable pintarlas con colores claros o mejor aún blancos. Cuando la mayor parte del flujo proviene del techo y de las paredes se tiene una iluminación semiindirecta. Debido a esto, las pérdidas de flujo por absorción son elevadas y los consumos de potencia eléctrica también, lo que hace imprescindible pintar con tonos claros o blancos. Por el contrario la luz es de buena calidad, produce muy pocos deslumbramientos y con sombras suaves que dan relieve a los objetos.


153


3.5.3

ILUMINACIÓN INDIRECTA

La iluminación indirecta se da cuando casi toda la luce dirige hacia al techo. Es la más parecida a la luz natural, pero es una solución muy cara, puesto que las pérdidas por absorción son muy elevadas. Por ello, es imprescindible usar pinturas de colores claros con reflectancias elevadas.

Figura 223 Tipos de iluminación A) directa B) semidirecta (proveniente de paredes) C) Indirecta (proveniente del techo).

5.3.4

DESLUMBRAMIENTO

El deslumbramiento es una sensación molesta que se produce cuando la luminancia de un objeto es mucho mayor que la de su entorno. Es lo que ocurre cuando usted mira directamente una bombilla o cuando observa el reflejo del sol en el agua. (Cuando usted se deslumbra, normalmente dice que está encandilado)

cuando conduciendo de noche se cruza un automóvil con las luces altas. El segundo consiste en una sensación molesta, provocada porque la luz que llega a los ojos es demasiado intensa y produce fatiga visual. Esta es la principal causa de deslumbramiento en interiores. Pueden producirse deslumbramientos de dos maneras. La primera es por observación directa de las fuentes de luz; por ejemplo, ver directamente las luminarias. Y la segunda es por observación indirecta o reflejada de las fuentes como ocurre cuando se ve reflejada en alguna superficie (una mesa, un mueble, un cristal, un espejo, etc.)

Figura 224 Tipos de deslumbramiento. Directo cuando la luz llega a los ojos directamente de la fuente. Indirecto: cuando la luz deslumbrante es reflejada por algún objeto.

Estas situaciones son muy molestas para los usuarios y deben evitarse. Entre las medidas que se pueden adoptar están: ocultar las fuentes de luz del campo de visión usando rejillas o pantallas, utilizar recubrimientos o acabados mates en paredes, techos, suelos y muebles, para evitar los reflejos, fuertes contrastes de luminancias entre la tarea visual y el fondo, y/o cuidar la posición de las luminarias respecto a los usuarios, para que no caigan dentro de su campo de visión.

TIPOS DE DESLUMBRAMIENTO Existen dos formas de deslumbramiento, el perturbador y el molesto. El primero consiste en la aparición de un velo luminoso que provoca una visión borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece al cesar su causa; un ejemplo muy claro es 154

Figura 225 Formas correctas de iluminar el área de trabajo.



Paso 2: Encienda el luxómetro. Paso 3: Coloque la sonda de medición, dirigida hacia la fuente de luz. Haga la lectura en la escala del aparato. Paso 4: Si el luxómetro tiene varias escalas, primero seleccione la más alta y luego cámbiela, hasta hacer una buena medición. Paso 5: Compare o verifique el resultado de la medición con en nivel de iluminación recomendado para ese ambiente y tipo de trabajo.

Figura 226 Luminarias colocadas adecuadamente para evitar el deslumbramiento.

3.6

PROCESO DE MEDICIÓN DE LA INTENSIDAD LUMÍNICA

Para medir la intensidad luminosa con un luxómetro, realice el siguiente proceso técnico: Paso 1: prepare un luxómetro y seleccione el punto en el cual desea determinar el nivel de iluminación.

Paso 6: Guarde el luxómetro en su estuche y lugar correspondiente.

3.7


Para efectuar la medición del nivel de iluminación con un luxómetro, tome en cuenta las siguientes medidas de seguridad: - La dirección de la sonda, hace que la medición sea en esa dirección. Fíjese en la dirección de la sonda. - La iluminación natural es afectada por la hora y por el clima, al momento de hacer la medición.

Fuente de iluminación

- Si va a verificar el nivel de iluminación, tome en cuenta la hora a la que hace la medición y la hora a la que se trabaja en ese ambiente. - Asegúrese que la lente de la sonda esté limpia al momento de hacer la medición.

Luxómetro Sonda

- Tome en cuenta que la intensidad luminosa varía con el inverso del cuadrado de la distancia. Por lo tanto, un cambio leve en la altura o distancia, desde la sonda hasta la fuente de luz, puede provocar un cambio muy significativo.


155


1. La iluminación adecuada en un ambiente En grupos de cuatro personas tomen 10 minutos de trabajo y en equipo observen el sistema de iluminación del taller y del aula de clase; discutan si estos ambientes tienen el nivel de iluminación adecuado, de acuerdo a las recomendaciones dadas por la Comisión Internacional de Iluminación. Cada uno exponga al resto del grupo, si la iluminación cumple o no con lo recomendado y escriban las recomendaciones para mejorar el nivel de iluminación.

2.Diferencia entre flujo luminoso e intensidad luminosa Identifique las partes del luxómetro y explique a sus compañeros la función de cada una de ellas. Luego encienda el luxómetro y haga una medición del nivel de iluminación en un punto, mueva la sonda de medición lentamente en varias direcciones, y vea la indicación del equipo. Discuta con sus compañeros por qué existe un cambio en la lectura indicada por el luxómetro, en la pequeña área donde está moviendo el equipo. Puede ver esta diferencia en el nivel de iluminación.

3.Tipos de lámparas utilizadas para iluminar interiores Visite a un distribuidor de lámparas y solicítele un catálogo de lámparas para ver las características de iluminación y aplicaciones de las lámparas que se encuentran disponibles en el mercado, así como algunos otros datos de fabricantes. Identifique en el catálogo, las lámparas más utilizadas de acuerdo a su experiencia. Si no se ha fijado en tipos de lámparas, preste atención a los sistemas de iluminación de los lugares que visite de hoy en adelante.

4.Cálculo de lámparas utilizadas para iluminar interiores Calcule el número de lámparas necesarias para iluminar un área de 30 x 90 x 5 m, utilizando colores claros en todo el ambiente. Luego cuente el número de lámparas en un supermercado grande o en un estadio, y compare el resultado de su cálculo con el número de lámparas instaladas. Además observe la altura de suspensión, el tipo de difusor, el tipo de lámpara, la separación a la que se encuentran y el nivel de iluminación que posee. ¿Cree usted que puede reducirse el número de lámparas? Si, no ¿por qué?.

156



En esta unidad usted aprendió que iluminar es proyectar una luz suficiente sobre un objeto, de tal manera que sea fácil para el ojo humano verlo. El flujo luminoso es la cantidad total de luz que emite una fuente. La intensidad luminosa es la cantidad de luz emitida por una fuente en una dirección. La iluminancia es el flujo luminoso que recibe una superficie y se mide en lux. Una fuente de luz no transforma toda su potencia consumida en luz; para indicar cuanta potencia se aprovecha se utiliza el rendimiento luminoso en lumen/Watt. Las unidades de medida son indispensables para saber qué es lo que se está midiendo, el sistema internacional de unidades o sistema métrico tiene siete unidades básicas y de éstas se derivan todas las demás. El luxómetro es el equipo de medición de la iluminancia y que sus partes principales son la sonda de medición y el aparato indicador. La sonda del luxómetro transforma la luz en una señal proporcional de voltaje. Además, usted aprendió los cuidados que debe tener y el mantenimiento que debe dar a un equipo de este tipo. Se expuso una técnica de trabajo para hacer la medición de la intensidad lumínica, dependiendo del camino que recorran los rayos de luz, antes de llegar a un objeto o a alguna superficie la iluminación, se puede clasificar en directa o indirecta. También aprendió que las lámparas se deben colocar de tal manera que no produzcan deslumbramiento a las personas que trabajen bajo esta iluminación. Dependiendo del trabajo que se realice, la iluminación debe tener como mínimo los valores de nivel de iluminación recomendados por la Comisión Internacional de Iluminación, para que el ojo humano no pierda detalle de los objetos con los que trabaje, además, los colores del ambiente influyen mucho en la eficiencia del sistema de iluminación, un ambiente claro requiere menos lámparas que uno oscuro para un mismo nivel de iluminación. Las lámparas más utilizadas para iluminación de interiores a mediana altura son las incandescentes y las fluorescentes, mientras que para las exteriores se utilizan las de vapor de mercurio y de sodio. Finalmente, se expuso un procedimiento práctico para calcular el número de lámparas necesarias para obtener un nivel de iluminación adecuados tomando en cuenta todas las características importantes del ambiente. Este procedimiento se ilustró con un ejemplo.


157


Evaluación 1. A la potencia emitida en forma de radiación luminosa, que es detectada por el ojo humano se le denomina flujo: A) B) C) D)

Solar Ilumínico Luminoso Lumínico

2. Flujo luminoso emitido por una fuente de iluminación en una dirección concreta: A) B) C) D)

Densidad lumínica Intensidad luminosa Flujo luminoso unidireccional Emisión lumínica

3. Equipo eléctrico utilizado para hacer la medición del nivel de iluminación: A) B) C) D)

158

Lumómetro Multímetro Fotómetro Luxómetro



4. Las partes principales de un equipo de medición de iluminación son, aparato: A) B) C) D)

Contador y sonda de medición Colector y sonda colectora Indicador y sonda de medición Dde medición y sonda indicadora

5. La iluminación indirecta es la que: A) Llega a iluminar un objeto después de reflejarse en los entornos del ambiente. B) Ilumina el objeto pasando a través de él. C) Llega al objeto a iluminar desde la fuente de luz sin reflejarse en el entorno del ambiente. D) Ilumina al objeto con luz natural proveniente del sol 6. Una iluminación adecuada proporciona el siguiente beneficio: A) Hace el ambiente de trabajo agradable, evita que se fuerce el sentido de la vista B) Se ven mejor las sombras y permite realizar el trabajo más rápido. C) Hace que las cosas se vean más grandes y no cambien de color. D) Cambia los colores para que el ojo humano pueda ver sin esforzarse.


159



161


AIISLADOR A OR:: material de baja conductividad, conductividad, se usa para cubrir los conductores y también para para evitar fugas de tensión. ALA A LAM MBR BREE: Un solo conductor eléctrico, cubierto por un aislador. ANAL AN ALÓG ÓGIC ICO: O: Representación de los valores de una magnitud que varía en forma continua mediante otra magnitud que varía en forma análoga a la primera, tal como la dilatación del mercurio en un termómetro varía en forma análoga con la temperatura o como la posición de la aguja de una amperímetro varía en forma análoga al amperaje que se mide. CABLE: Grupo de dos o más conductores aislados encerrados en un forro exterior grueso. Los cables son utilizados cuando se necesitan conductores de calibre grueso debido a que son más flexibles que los alambres (un solo conductor). CARCINÓGENO o Cancerígeno: Cualquier agente químico, biológico, o físico que puede en potencia inducir cáncer. CARGA: Dispositivo conectado a una fuente eléctrica para realizar trabajo; es decir, para producir luz, calor, movimiento, etc. CHOQUE ELÉCTRICO: La gente experimenta un choque eléctrico cuando sus cuerpos se convierten en una trayectoria para el paso de la corriente. Un choque choque eléctrico produce lesiones fuertes en el cuerpo humano. CIRCUITO: Es una combinación de una fuente de energía, conductores, un medio para controlar la energía (Interruptor) y una carga. Debe existir un circuito para que la electricidad realice un trabajo útil.

162



CIRCUITO ABIERTO: Es un circuito que no tiene una trayectoria completa para el paso de la corriente. CIRCUITO PARALELO: Es un circuito en que todas las derivaciones (cargas) tienen el mismo voltaje aplicado. Las corrientes de los circuitos derivados pueden ser las misma o diferentes, dependiendo de la resistencia de cada uno de ellos. CIRCUITO SERIE: Es un circuito en el que todas las cargas se conectan una a la otra formando un lazo continuo, y la misma corriente fluye por todas las cargas. El voltaje a través de cada carga puede ser el mismo o diferente, dependiendo de la resistencia. CIRCUITO MIXTO: Es un circuito en el que se usan disposiciones de la carga tanto en serie como en paralelo. CONDUCTOR: Material o dispositivo que deja pasar, o conduce, con facilidad la corriente eléctrica. CONTINUIDAD: En las obras eléctricas, es un término que indica la existencia de una trayectoria continua para el paso de la corriente. CORRIENTE ALTERNA (CA): Es la corriente eléctrica que invierte su dirección a intervalos regulares y cuya magnitud varia continuamente. El voltaje que provoca el flujo de esta corriente también varía de manera continua e invierte periódicamente su polaridad. CORRIENTE CONTINUA (CC): Es la corriente eléctrica que fluye en una dirección. El voltaje que provoca el flujo de la corriente permanece con magnitud constante.


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HISTORIOGRAFÍA INDEPENDENTISTA Y REPUBLICANA

CORTOCIRCUITO: Es la trayectoria de baja resistencia o de resistencia cero entre dos puntos, caracterizada por un flujo extremadamente alto de corriente. CORRIENTESPARÁSITAS: Corrientes indeseadas que aparecen en los conductores eléctricos debido a la cercanía de campos magnéticos. COULOMB: Charles de (1736-1806), físico francés, pionero en la teoría eléctrica. Nació en Angulema y trabajó como ingeniero militar al servicio de Francia en las Indias Occidentales (actuales Antillas), pero se retiró a Blois (Francia) durante la Revolución Francesa para continuar con sus investigaciones en magnetismo, rozamiento y electricidad. En 1777 inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de atracción magnética y eléctrica. Debido a sus aportes a la electricidad y a sus descubrimientos, la unidad de carga eléctrica lleva su nombre. CRONÓMETRO: Medidor de tiempo más preciso que un reloj común. DIGITAL: Representación de los valores de una magnitud que varía en forma continua o discontinua mediante dígitos, o sea, números como el los relojes electrónicos que miden el paso continuo del tiempo mediante impulsos eléctricos que van formando los números en la carátula. ENERGÍA CINÉTICA: Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto. ESCALA INVERSA: Escala del ohmiómetro en que las lecturas alta y baja se encuentran opuestas a las escalas de voltaje. EXTRUSIÓN: Proceso mediante el cual se obliga a una sustancia, especialmente un metal o un termoplástico, a pasar por un troquel, creando así distintas formas de sección uniforme utilizadas en la industria, la construcción y la fabricación de distintos tipos de utensilios y aparatos.

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HISTORIOGRAFÍA DE GUATEMALA


GRAVEDAD: Laceleración que imparte la tierra a los objetos que están sobre su superficie. Tiene un valor de 9.806 metros por segundo cada segundo. INDUCCIÓN: Fenómeno eléctrico producido al mover un conductor en un campo magnético o viceversa. JOULE: James Prescott (1818-1889), físico británico, nacido en Salford (Lancashire). Uno de los más notables físicos de su época, es conocido sobre todo por su investigación en electricidad y termodinámica. En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, formuló la ley actualmente conocida como ley de Joule que establece que la cantidad de calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica cada segundo, es proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente. Joule verificó experimentalmente la ley de la conservación de energía en su estudio de la conversión de energía mecánica en energía térmica. LUMINARIA: Se le llama así a todo tipo de lámpara o fuente de luz. MECANISMO: Conjunto de piezas mecánicas que juntas realizan un trabajo. MEDICIÓN INDIRECTA: Consiste en hacer una medición a través de la medición de otras magnitudes. MOTOR ELÉCTRICO: Máquina que convierte la energía eléctrica en energía mecánica rotatoria. OHM: Georg Simon (1787-1854), físico alemán conocido sobre todo por su investigación de las corrientes eléctricas. Nació en Erlangen, en cuya universidad estudió. Desde 1833 hasta 1849 fue director del Instituto Politécnico de Nuremberg y desde


165


1852 hasta su muerte fue profesor de física experimental en la Universidad de Munich. Su formulación de la relación entre intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia constituye la ley de Ohm. La unidad de resistencia eléctrica se denominó ohmio en su honor. PAR: Efecto que produce una fuerza cuando actúa sobre una palanca, llamado también torque o momento. PÉRDIDASELÉCTRICAS: Son las pérdidas de energía manifestadas en forma de calor debido al paso de la corriente eléctrica. POLARIDAD: Son los puntos en un material o dispositivo en los que existen fuerzas opuestas. POLÍMERO: Sustancia que consiste en grandes moléculas formadas por muchas unidades pequeñas que se repiten, llamadas monómeros. RAYOSGAMA: Radiación electromagnética de alta energía. RAYOS X: Radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible. RESISTENCIA: Es la oposición al paso de la corriente provocada por la naturaleza y dimensiones físicas de un conductor. La resistencia se mide en ohmios. SONDA DE MEDICIÓN: Parte del luxómetro que transforma la luz en señales eléctricas. VATIO: Llamado también Watt, unidad de medida de la potencia eléctrica; el trabajo real que se está realizando en cualquier momento dado.

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Manual Mediciones Eléctricas Básicas

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