Electricidad en corriente continua

 

ELECTRICIDAD EN CORRIENTE CONTINUA

1. Repaso de algunos conceptos básicos
2. Leyes de Kirchoff
3. Elementos de maniobra
4. Efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano

 

• Repaso de algunos conceptos básicos

a)Componentes de los circuitos eléctricos
Generadores: Proporcionan la tensión o la intensidad necesarias al circuito. Son de dos tipos:

• Pilas o generadores de tensión

• Generadores de intensidad

Conductores:Transportan la corriente eléctrica
Receptores:Usan la corriente eléctrica.
Elementos de maniobra:Sirven para manejar el circuito. Los más importantes son los interruptores, pulsadores, conmutadores, etc

b)Magnitudes eléctricas fundamentales. Ley de Ohm
Intensidad: Cantidad de carga que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo

I = q/t             I:  Amperios
q:  Culombios ( 1C = 6,3.1018 e-)
t:  Segundos
Resistencia:Oposición que presenta un material al paso de la corriente eléctrica

R = r . l/s      R: W (ohmios)
r : Resistividad (W/m)
l: Metros
s: Segundos
Tensión, voltaje o ddp: Se llama tensión a la capacidad de hacer circular corriente eléctrica. Se define el voltio como la unidad de ddp capaz de provocar una corriente de 1 A atravesando una resistencia de 1 W.
Ley de Ohm: “La diferencia de potencial entre 2 puntos de un circuito es igual al producto de la intensidad que circula entre dichos puntos por la resistencia que existe entre ellos”.

VAB = I . R
Potencia: Energía generada o disipada por un elemento de un circuito por unidad de tiempo.

P = V . I    P:Watios
V:Voltios
I:Amperios
Resistencias en serie :Se dice que dos resistencias están en serie cuando están siendo  atravesadas por la misma intensidad

Req = R1+ R2 +....+Rn
Resistencias en paralelo:Se dice que dos resistencias están en paralelo cuando están sometidas a la misma ddp

1/Req = 1/R1 + 1/R2 +...+1/Rn

• Leyes de Kirchoff

Nudo: Se llama nudo a la unión de dos  o más conductores en un circuito
Malla: Se llama malla a cada uno de los posibles caminos cerrados posibles en un circuito

a)Ley de los nudos : “ La suma algebraica de las intensidades que concurren en un nudo de una red es
igual a 0”

Adoptaremos el siguiente criterio de signos:

• Intensidades entrantes al nudo : Signo +
• Intensidades salientes del nudo : Signo –

Ejemplo: Dado el siguiente nudo de una red, halla la intensidad que circula por el cable 4

Asignando los signos como hemos dicho anteriormente
_y aplicando la ecuación arriba descrita obtenemos:                                                     2A 

3 A - 2 A + 1 A + I4 = 0 => I4 = - 2 A
Luego el valor absoluto de I4 es de 2 A y su sentido es saliente

 

b) Ley de las mallas: “ La suma algebraica de las tensiones proporcionadas por las fuentes de una malla es igual a la suma algebraica de los productos R . I en la misma malla”.

La mejor manera de entender la aplicación de la segunda ley es con una ejemplificación como la que sigue.
Ejemplo:
Dado el siguiente circuito. Hallense:

• Intensidades de malla
• Intensidad por la rama A-B, IAB
• Halla y representa todas las intensidades reales
• Tensiones VAB y VCD
• Potencias comprobando que la suma de las potencias absorbidas o generadas por  las fuentes es igual a la suma de las potencias consumidas por las resistencias

                                      C                                                    

 

Antes de empezar notemos que para la dibujar las intensidades usaremos flechas en linea continua
_mientras que para dibujar diferencias de potencial usaremos flechas en linea discontinua.
Recordemos que en las flechas de tensión la cabeza indica el punto de mayor potencial de entre los dos considerados

a)Lo primero que haremos será pintar las intensidades de malla. No son intensidades reales sino un artificio. Por convenio las pintaremos siempre a derechas (sentido de las agujas del reloj).
 

Si al resolver, el resultado sale positivo es que está bien pintada, si sale negativo es que el sentido es el contrario al dibujado.

Deberemos pintar también las flechas de tensión sobre las pilas. Recordemos que la cabeza de la flecha va en el polo positivo

 

Lo siguiente que hacemos es plantear el sistema. Obsérvese que las pilas si su flecha de tensión coincide en sentido con la intensidad de malla se considera positiva; en caso contrario se considera negativa. Obsérvese también que la resistencia de  1W afecta a ambas mallas (está atravesada por I1 por un lado e I2 por el otro).

2-6-4=2.I1+3.I1+1.(I1-I2)          =>      -8=6.I1-I2
6-1+23-7=4.I2+5.I2+1.(I2-I1)   =>      21=-I1+10.I2

Despejamos I2 de la primera ecuación

-8=6.I1-I2   =>   I2=6.I1+8

Sustituimos en la segunda ecuación

21=-I1+10.(6.I1+8)  =>   21=-I1+60.I1+80  => 59=-59.I1  => I1=-1A

Y obtenemos I2

I2 = 2A

Obsérvese que I1 sale negativo, luego estaría mal pintado. Pasamos ahora a pintarlo bien y quedaría como sigue.

 

b) Calculemos ahora la intensidad por la rama AB. Para ello aplicamos la ley de los nudos
Fijándonos en lo obtenido en el apartado anterior podemos calcularlo facilmente
 

   1 A                    2A

                 IAB
-1-2+IAB=0   =>   IAB=3
Como nos ha salido positivo, la IAB está bien pintada y efectivamente entra en el nudo.

c)Pintaremos ahora las intensidades reales explicando lo siguiente:
-En los tramos en los que sólo hay una intensidad de malla, la intensidad real coincide con la intensidad de malla.
-En los tramos donde hay dos intensidades de malla, hay que hallarla mediante la regla de los nudos como hemos hecho en el apartado anterior.

Por tanto obtendremos

                               1 A                                                             2 A

d) Pasemos ahora al cálculo de  tensiones. Para ello pintaremos el tramo indicado, así como la flecha de tensión a hallar junto con las flechas de tensión de las pilas y de las resistencias ( de valor R . I de acuerdo con la ley de Ohm y siempre en sentido contrario a la intensidad). Si los sentidos de las flechas de las pilas y/o resistencias son iguales que las de la tensión a hallar pondremos signo positivo, en caso contrario pondremos signo negativo.
Notemos que si el resultado sale negativo NO hay que darle la vuelta a nada, sólo indica que hay menos tensión en la cabeza de la flecha que en la cola.

VAB =+6 – 3.1 = 3V                                                                       

 

 

VCD=-1.3+1+2.4=6V

e) Por último calculamos las potencias. Las potencias disipadas por las resistencias se recomienda calcularlas por la fórmula I2.R
Las potencias de las pilas se deben calcular por la fórmula Vpila . I   haciendo la salvedad de que si la flecha de Vpila y la de la I que la atraviesa tienen el mismo sentido la pila generará potencia y pondremos signo +; en caso contrario absorberá potencia y pondremos signo -.

POTENCIAS GENERADAS POR LAS PILAS	POTENCIAS ABSORBIDASPOR LAS RESISTENCIAS
P1= 4V.1A = 4W	Pr1=12. 2=2W
P2 = -2V.1A=-2W	Pr2=123. =3W
P3=6V.3A=18W	Pr3=32. 1 =9W
P4=-1V. 2 A=-2W	Pr4=22.4=16W
P5=23V.2A=46w	Pr5=22.5=20W
P6=-2V.7A=-14W
Total= 50W	Total=50W

 

3. Elementos de maniobra
Se denominan elementos de maniobra de una instalación eléctrica a los dispositivos que tienen la función de manipular a voluntad los circuitos.Los más comunes son:

a)Pulsador

Tiene la función de activar el circuito mientras se mantenga la presión sobre el pulsador según sea un pulsador NA o NC..
Se utilizan sobre todo en timbres, puntos de luz, alumbrados de escalera, etc.
b) Interruptores

Son aparatos diseñados para abrir o cerrar un circuito. Se activan manualmente.
Pueden ser de dos tipos:
-Unipolares : Cortan o cierran uno sólo de los hilos del circuito. Se emplean en circuitos con receptores que consumen poca potencia, como por ejemplo en el alumbrado doméstico.
-Bipolares : Cortan o cierran los dos hilos del circuito. Se usan en circuitos con altos consumos de potencia como en el circuito que alimenta al horno donéstico, lavadora, etc.
c) Conmutadores
Se representan como:

 

Tiene dos posiciones distintas que se activan manualmente.
 

 

Uno de sus usos más comunes es el apagado de un punto de luz desde dos lugares distintos.
 

 

d)Conmutadores de cruce
Se representan como.

 

Poseen dos posiciones: -Conectando 1-2 y 3-4
1                  3

                                                                                
                                      -Conectando 1-3 y 2-4
                                                               
Uno de los circuitos más típicos es el circuito de encendido de un punto de luz desde tres lugares distintos    

 

4. Efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano
El cuerpo humano es conductor de la electricidad. La intensidad que por él circula es consecuencia directa de la tensión aplicada y de la resistencia que ofrece al paso de la corriente. Esta resistencia va a depender de la superficie de contacto, humedad de la piel, presión de contacto, tipo de calzado y humedad del suelo. Y las consecuencias del paso de la corriente por el cuerpo variarán según sea la intensidad de la corriente, duración del choque y zona del cuerpo recorrida.

Los efectos fisiológicos de la electricidad sobre el cuerpo humano se pueden clasificar en directos e indirectos y sus diferentes grados vienen reflejados en las siguientes tablas:

 

Los accidentes eléctricos se producen cuando la persona entra en contacto con la corriente eléctrica. Este contacto puede ser de dos tipos:

• Contacto directo.

El que se produce con las partes activas de la instalación.

• Contactos indirectos.

Se produce con las masas puestas en tensión y que en circunstancias normales estan aisladas de las partes activas. La corriente de defecto que suele circular hacia la instalación de puesta a tierra puede derivar en parte a tierra por nuestro cuerpo si nos ponemos en contacto con la masa.