Archivos Mensuales: julio 2016
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Combinación de resistencias…
Tal y como vimos en apartados anteriores, en los circuitos eléctricos suelen emplearse unos dispositivos que se oponen al paso de la corriente eléctrica de una forma más pronunciada de los normal. Estos dispositivos reciben el nombre de resistencias y pueden asociarse de tal forma que en conjunto equivalgan al valor de otra resistencia, llamada resistencia equivalente.
Se denomina resistencia resultante o equivalente, al valor de la resistencia que se obtiene al asociar un conjunto de ellas.
Principalmente las resistencias se pueden asociar en serie, paralelo o una combinación de ambas llamadas mixta.
Asociación de Resistencias en Serie
Dos o más resistencias se dice que están en serie, cuando cada una de ellas se sitúa a continuación de la anterior a lo largo del hilo conductor.
Cuando dos o más resistencias se encuentran en serie la intensidad de corriente que atraviesa a cada una de ellas es la misma.
Si aplicamos la ley de Ohm a cada una de las resistencias de la figura anterior obtenemos que:
VA−VB=I⋅R1 ⋮ VB−VC=I⋅R2 ⋮ VC−VD=I⋅R3
Si realizamos una suma miembro a miembro sobre las tres ecuaciones, observamos que:
VA−VB+VB−VC−VC−VD=I⋅R1+I⋅R2+I⋅R3 ⇒VA−VD=I⋅(R1+R2+R3) ⇒VA−VD=I⋅R
La ecuación anterior queda así, si tenemos en cuenta que:
R=R1+R2+R3
Por lo tanto, si te das cuenta, puedes observar que las tres resistencias en serie anteriores son equivalentes a una única resistencia cuyo valor es la suma de las tres anteriores.
Una asociación en serie de n resistencias R1, R2, …, RN es equivalente a poner una única resistencia cuyo valor R es igual a la suma del valor de las n resistencias.
Asociación de Resistencias en Paralelo
Cuando dos o más resistencias se encuentran en paralelo, comparten sus extremos tal y como se muestra en la siguiente figura:
Si disponemos de n resistencias en paralelo, todas las resistencias poseen la misma diferencia de potencial en sus extremos y la intensidad de entrada I se divide entre cada una de las ramas de tal forma que:
I=I1+I2+...+IN
Si aplicamos la ley de Ohm en cada una de las resistencias de la figura:
VA−VBR1=I1 ⋮ VA−VBR2=I2 ⋮ VA−VBR3=I3
Sabiendo que la suma de las intensidades de cada resistencia es la intensidad antes de entrar y salir del conjunto formado por las tres resistencias:
I = I1+I2+I3 =(VA−VB) (1R1+ 1R2+1R3) ⇒I=(VA−VB) R
De aquí podemos deducir que:
Una asociación de resistencias en paralelo es equivalente a una única resistencia R, en la que se cumple que:
1R=1R1+ 1R2+1R3
Asociación de Resistencias Mixta
Generalmente, en los circuitos eléctricos no sólo parecen resistencias en serie o paralelo, si no una combinación de ambas. Para analizarlas, es común calcular la resistencia equivalente calcular la resistencia equivalente de cada asociación en serie y/o paralelo sucesivamente hasta que quede una única resistencia.
Para entender mejor,como abordar este tipo de asociaciones, lo ilustraremos con un ejemplo. Imagina el siguiente esquema de resistencias:
En este caso, puedes comprobar que hay dos resistencias en serie (R2 y R3), y ambas en paralelo con R1. Para poder asociarlas en paralelo, debe haber únicamente una resistencia en cada rama, por lo que en primer lugar asocairemos las que se encuentran en serie:
Ahora es posible asociar en paralelo el nuevo circuito obtenido:
Potencia eléctrica…
La Potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo, es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La potencia eléctrica se representa con la letra P y la unidad de medida es el Vatio (Watt)
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo cualquiera para realizar un trabajo.
El desplazamiento de una carga eléctrica (Q) entre dos puntos sometidos a una diferencia de potencial (U) supone la realización de un trabajo eléctrico (Energía) W= Q*U, como Q = I*t, entonces W = U*I*t. donde I es la corriente del circuito y t el tiempo
El trabajo desarrollado en la unidad de tiempo es la potencia P, entonces P = W/t = U*I*t/t= U*I. La energía eléctrica se puede producir, ejemplo un alternador, o bien consumir, ejemplo un motor.
Cuando se conecta un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria, esta energía consumida se mide kWh
De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento, o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.
Potencia en corriente continua
Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es
P = W/t
Donde W es la energía.
W= U*I*t
Entonces
P= U*I*t/t
Simplificando el tiempo queda.
P=U*I
Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios). Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como,
P = R * I2 = U2 / R
Potencia en corriente alterna
El cálculo de la potencia eléctrica en circuito de corriente alterna se hace más complejo debido al desfase que provocan ciertos consumidores entre la corriente y la tensión.
Por esto cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.
Si a un circuito se aplica una tensión sinusoidal V(t) con velocidad angular w y valor de pico V0 de forma que. V(t) = V0 * sen(wt)
Esto provocará, en el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común), una corriente I(t) desfasada un ángulo Ø respecto de la tensión aplicada.
I(t) = I0 * sen (wt – Ø)
Para el caso puramente resistivo, se puede tomar el ángulo de desfase como cero. La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:
P(t) = V0 * I0 * sen (wt) * sin (wt – Ø)
Aplicando trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:
P(t) = U0 * I0 *
Sustituyendo los valores del pico por los eficaces:
P(t) = V * I cos(Ø) – V * I cos(2wt – Ø)
Se obtiene así para la potencia un valor constante, V * I cos(Ø) y otro variable con el tiempo V * I cos(2wt – Ø) , al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.
Tanto en los circuito inductivos como capacitivos la corriente se desfasa de la tensión en ángulo Ø esto provoca que aparezcan componentes activos y reactivos en la corriente eléctrica y que la corriente total o aparente del circuito sea la suma vectorial de ambos componentes, algo muy similar sucede con la potencia eléctrica del circuito.
La figura muestra el comportamiento de la tensión y la corriente en circuitos inductivos y capacitivos, aquí se puede apreciar que el componente activo de la corriente se encuentra en fase con la tensión y el componente reactivo se encuentra en cuadratura con ella.
Los valores de estas componentes pueden ser calculados de la siguiente forma.
Ia = I * cos Ø
Ir = I* sen Ø
El surgimiento de una componente activa y reactiva en la corriente, provoca que la potencia se comporte de igual modo dando lugar a que en los circuitos de corriente alterna aparezcan tres tipos de potencia.
Potencia total o aparente que se representa con la letra S.
Potencia reactiva que se representa con la letra Q.
Potencia activa que se representa con la letra P.
Resistencia eléctrica…
La resistencia eléctrica es una propiedad que tienen los materiales de oponerse al paso de la corriente. Los conductores tienen baja resistencia eléctrica, mientras que en los aisladores este valor es alto. La resistencia eléctrica se mide en Ohm (Ω).
El elemento circuital llamado resistencia se utiliza para ofrecer un determinado valor de resistencia dentro de un circuito.
Resistencia de un conductor
La resistencia de un material es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional a su sección. Se calcula multiplicando un valor llamado coeficiente de resistividad (diferente en cada tipo de material) por la longitud del mismo y dividiéndolo por su sección (área).
ρ = Coeficiente de reistividad del material
l = Longitud del conductor
s = Sección del conductor
Además de los conductores y los aisladores encontramos otros dos tipos de elementos: los semiconductores y los superconductores. En los semiconductores el valor de la resistencia es alto o bajo dependiendo de las condiciones en las que se encuentre el material, mientras que los superconductores no tienen resistencia.
La unidad de la resistencia eléctrica es el ohmio, que se representa por la letra griega W(omega). El ohmio se define como la resistencia que opone al paso de corriente eléctrica, una columna de mercurio de 106’3 centímetros de longitud y 1 milímetro de sección.
Los múltiplos del W son el kilo-ohmio (KW) que equivale 1.000 W, y el mega-ohmio (MW) que equivale a 1.000 KW, es decir a 1.000.000 W.
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