TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TEHUACÁN
ING. MECATRÓNICA
DOCENTE:
ING. JESÚS RAYMUNDO FLORES CABRERA
ALUMNO:
JOSE ALFREDO ARELLANO CORTES
CARPETA DE EVIDENCIA
TEHUACAN, PUEBLA 25 DE MARZO DEL 2022
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carpeta de circuitos, Apuntes de Análisis de Circuitos Eléctricos
en este veremos las practicas echas en el laboratorio de mecatronica sobre ciertos circuitos
Tipo: Apuntes
2021/2022
1 / 40
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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TEHUACÁN
ING. MECATRÓNICA
DOCENTE:
ING. JESÚS RAYMUNDO FLORES CABRERA
ALUMNO:
JOSE ALFREDO ARELLANO CORTES
CARPETA DE EVIDENCIA
TEHUACAN, PUEBLA 25 DE MARZO DEL 2022
Circuitos eléctricos o red eléctrica es una colección de elementos eléctricos interconectados en
alguna forma especifica
Un circuito es una interconexión de componentes eléctricos, baterías, resistores, inductores,
condensadores, interventores, transistores, entre otros que transporta corriente eléctrica atreves
de una trayectoria cerrada
Existen dos tipos de corriente eléctrica en un circuito:
- Corriente continua o directa
- Corriente alterna
La ventaja de corriente continua es que se puede almacenar
Ventaja de corriente alterna es que puede recorrer grandes distancias.
Se necesita subir la tensión
Ventaja principal de la corriente alterna es que es transformable
Los componentes se deben organizar en circuito, ya que entre ellos se transporta la corriente
eléctrica, esta para poder circular debe tener una trayectoria cerrada (circuito cerrado) de esta
manera la corriente que circula por todo el circuito tenga un efecto a la salida como: encendido de
un foco, la puesta en marcha de un motor, etc.
Le electricidad se manifiesta mediante varios fenómenos y propiedades física:
Cargas eléctricas: una propiedad de algunas partículas, subatómicas que determina su interacción
electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es fluida por los campos
electromagnéticos
Corriente eléctrica: el flujo de electrones que circula por un conductor en un determinado momento
se mide en amperios
Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso
cuando no se está moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor
cuanto mayor sea la distancia que separa las 2 cargas. Además, las cargas en movimiento producen
campos magnéticos
Potencial eléctrico: es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para atraer una carga positiva
unitaria que debe el punto de referencia hasta el punto considerado va en contra de la fuerza
eléctrica y a velocidad constante.
Magnetismo: la corriente eléctrica produce campos magnéticos y los campos magnéticos con
variables en el tiempo generan corriente eléctrica
Diamagnetismo: no magnético
Paramagnético: que más o menos es magnético, es decir, equivalente a semiconductor
Ferromagnético: conduce magnetismo
la unidad es siemens por metro o Ω-1*m-1. Usualmente, la magnitud de la conductividad es la
proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la densidad de corriente de conducción J.
J= σ E
Resistividad eléctrica
Es la resistencia especifica de un determinado material. Se designa por la letra griega “rho”
minúscula (p) y se mide en ohm *metro (Ωm)
simbolo nombre unidad
P Resistividad Ωm
R Resistencia Ω
S Sección transversal M^
I longitud m
Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica: un valor
alto de resistividad indica que el material es un aislante, mientras que un valor bajo indica que es
un conductor
Resistividad para electricistas: la industria eléctrica suministra conductores eléctricos de una
determinada sección, además de otras características. Los profesionales de la electricidad a la hora
de pedir conductores lo hacen indicando esta sección en milímetros cuadrados (mm^2) y a la hora
de hacer cálculos, también se emplea esta unidad.
Por lo tanto, la formula a emplear en la practica es la misma de la figura en el párrafo anterior, pero
con la sección en mm^2, es decir:
P=Rs/l= Ω mm^2/m
A la hora de calcular la resistencia de un conductor
R=p I/s= Ω mm^2/m m/ mm^2= Ω*1= Ω
R=p I/s= Ω mm^2/m m/ mm^2= Ω*1= Ω quedaría como la resistencia en ohms
La resistencia es la inversa de la conductividad eléctrica, por tanto:
P=1/ σ
Usualmente la magnitud de la resistividad (p)es la proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la
densidad de corriente de conducción J:
E=pJ
Materiales de resistencias:
Hay materiales que se utilizan cuando se desea introducir una resistencia a un circuito, como en el
de termostatos, potenciómetro, elementos de calefacción, limitaciones de corrientes instrumentos
de medición y varias aplicaciones más:
Algunas son: aplicaciones de níquel – cromo, níquel-hierro, cobre-níquel.
Las resistencias electrónicas están echas a partir de materiales conductores y resistivas, como
carbón prensado, una película metálica y alambre, recubiertas en cerámicas. Ajustando la
proposición entre los componentes, se logran los valores resistivos deseadas. Se tiene en cuanto la
fama del resistor para efectos de alta frecuencia.
Las resistencias calefactoras también representan una de las grandes aplicaciones de las resistencias
eléctricas. En la actualidad las resistencias calentadoras, se utilizan para infinidad de aplicaciones.
La gran mayoría de ellas son fabricadas con un alambre de aleación de níquel (80%) y cromo (20%)
y esta aleación soporta temperaturas muy altas (1000ºc)
Existen muchos otros materiales empleados para hacer las resistencias calentadoras: platino,
dislacero de molibdeno y carburo de silicio. El carburo de silicio tiene un punto de fusión de 2730ºc
y lo usan los calentadores de gas para detectar la flama de llama.
Otra forma de resistencia en el termistor
Es un tipo de resistencia (componente electrónico) cuyo valor varía en función de la temperatura
de una forma mas acusara que una resistencia común. Funcionamiento se basa en la variación de
resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. Este componente te gusta
frecuentemente como sensor de temperatura o protector de circuitos contra exceso de corriente.
Materiales semiconductores
Se define como sustancias cuya conductividad eléctrica la temperatura ambiente es mucho menor
que la de los materiales típicos, pero mucho mayor que la de los aisladores típicos.
El semiconductor más utilizado es el silicio es el elemento más abundante en la naturaleza, después
del oxígeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio. Los átomos de silicio tienen en su
órbita externa incompleta con sólo cuatro electrones denominados electrones de Valencia punto
estos átomos formados este una red cristalina en la
que cada átomo comparte sus cuatro electrones de
Valencia con los cuatro átomos vecinos cerraste
formando enlaces covalentes. A temperatura
ambiente, algunos electrones de Valencia absorben
suficiente energía calorífica para liberarse del
enlace covalente y moverse a través de la red
cristalina convirtiéndose en electrones libres. Si
estos electrones, ya han roto el enlace covalente, se
le somete al potencial eléctrico de una pila, se
dirigen al polo positivo.
Además del silicio selenio existen otros materiales
semiconductores como el carbón telurio algunas
mezclas de cloruros y de sulfuros entre otros
Aunque sea emplean diferentes materiales metálicos en distintos dispositivos eléctricos y
electrónicos, los conductores eléctricos normalmente están fabricados de cobre y aluminio.
Cables conductores
Un eléctrico tiene la finalidad de transportar la energía eléctrica de un puerto a otro. En función de
su aplicación final, los cables pueden tener diferentes configuraciones basados siempre su diseño
según sus normativas nacionales e internacionales. Existe una gran diversidad de tipos de cables y
clasificaciones según su uso y capacidad. La tensión de un cable eléctrico se mide en voltios y
dependiendo de estos se categorizan en grupos como:
Baja tensión hasta 750 V: en diversidad de aplicaciones, y con recubrimientos termoplásticos y
termoestables, están diseñados y construidos según normas organizadas.
Baja tensión hasta 1000 voltios: los cables de este apartado son utilizados para instalaciones
industriales de potencia en diversos ámbitos industriales general, instalaciones públicas,
infraestructuras, etc. Están diseñados según normas internacionales.
tensión media de 1 KV hasta 36 KV: se utilizan para distribuir la electricidad desde subestaciones
eléctricas hasta las centrales transformadoras.
Alta tensión desde 36 kv: el pisan para transportar la electricidad desde las centrales generadoras
hasta las subestaciones eléctricas.
baja tensión: los conductores eléctricos los
podemos clasificar en alambres y cables, los
alambres son un hilo sólido mientras que el
cable está conformado de varios hilos lo
que le da más flexibilidad.
Además, estos pueden ser desnudos o
aislados con una cubierta o forro, este
aislamiento o forro puede ser de diferentes
materiales con diferentes características
que hacen al conductor más o menos
resistente a fuerzas mecánicas, humedad,
temperatura, productos químicos y polvos.
Estos pueden tener integrados varios conductores o polos para diferentes aplicaciones. En los
conductores eléctricos, la conductividad del aluminio es del 61% del
valor de lo conductividad eléctrico del cobre.
Un cable eléctrico está compuesto por:
Conductor eléctrico canaliza el flujo electrónico
Aislamiento: que recubre y contiene el flujo eléctrico en el
conductor.
Para conductores de mayor potencia, también está compuesto de:
Elementos auxiliares: que protegen el cable y garantizan su longitud.
Cubierta: cubre a todos los materiales mencionados, protegiéndolos del exterior.
Dimensionamiento en cables conductores:
Existen 2 dimensionamientos para conductores de cobre:
En el dimensionamiento los conductores se definen especificando un número de hilos y un diámetro
de cada hilo. Este calibre va de 36 a 0000
También se emplea la unidad circular mills, para la sección transversal del conductor.
Los siglos M.C.M. indican el área transversal de los conductores eléctricos en 1000 circular mills se
dice que se tiene un c.m.c, cuando el área transversal tiene un diámetro de una milésima de pulgada
(1 milímetro cuadrado =1970 c.m) aunque existe un ligero error, por hacerlo mas practico se
consideran las siguientes equivalencias.
1mm^2=2000cm (circular millas)= 2 mil circular millas (2M.C.M.) o (2k)
Mencionado europeo se emplean los MM^2:
Existen plazas para saber las equivalencias entre las diferentes calibres y diámetros. Los conductores
se definen especificando la resistencia máxima del conductor. Los conductores rígidos o flexibles se
definen especificando el número mínimo de alambres o el diámetro máximo de los hilos que lo
forman. La resistencia de un conductor está dando para la siguiente fórmula:
R: resistencia
L: longitud del conductor
s: área de la sección transversal del conductor
p: resistividad
para varios conductores se puede encontrar los valores de resistividad en forma directa por medio
de tablas, normalmente en las siguientes unidades:
Ωpulg^2/; Ωpulg^2/pie; Ωcm^2/cm; Ωcm^2/m; Ωm^2/m
También es común encontrar la resistencia por unidad de longitud para un calibre del conductor
dado, por ejemplo:
0.001588 Ω/ft @68ºF (20ºc)
0.05210 Ω/m@20ºc(68ºf)
A la sección de conductores eléctricos en un circuito de una instalación eléctrica nos debemos basar
en 2 criterios:
Puesto que el voltaje es el número de Joules de trabajo efectuado sobre un coulomb podemos decir
que:
Donde:
V: volts
J: Joules
C: coulomb
También podemos escribir el voltaje a través de un
elemento en términos de caída o elevación de tensión.
Ley de ohm
Ésta establece que para una corriente constante en un
circuito, su intensidad es directamente proporcional a la fem
o voltaje total aplicando al circuito e inversamente
proporcional a la resistencia total del mismo.
I=intensidad
V=voltaje
R= resistencia
Potencia eléctrica:
La unidad de potencia es el guapo o batió como símbolo de
potencia se ocupa P o p. Considerando la razón de cambio de la energía entregada o dada por
elemento. Si el voltaje a través de un elemento es V y se mueve una pequeña carga a través del
elemento a la terminal positiva a la negativa, entonces la energía absorbida está dada por:
lim
∆𝑡→ 0
= lim
∆𝑡→ 0
2
2
Los circuitos eléctricos se clasifican de la siguiente forma
Ley de ohm resistores
Los resistores en serie, son aquellos que están conectados una después de la otra. El valor de la
resistencia equivalente a las resistencias conectadas en serie es igual a la suma de los valores de
cada una de ellas. RTS igual R1+R2….Rn
Donde n es el numero de resistencias en serie. Resistencias en serie.
Ejemplo: se tiene 3 resistencias en serie de
2 Ω, 4 Ω, 3 Ω ¿Cuál será la resistencia
equivalente?
RT (resistencia total) =R1+R2+R3=2 Ω+
Las resistencias están en paralelo cuando
sus dos terminales están conectados a los mismos nodos.
Esto es suficiente para empezar retomando las 3 expresiones de la ley de ohm para resolver la
corriente en términos de voltaje y la resistencia:
Sustituye estas expresiones en la suma de las corrientes:
Factoriza el termino común v:
Resistor equivalente en paralelo
La ecuación anterior sugiere que podemos definir un nuevo resistor, equivalente a los resistores
paralelo. Este nuevo resistor es equivalente en el sentido de que, para una i dada, parece el mismo
voltaje V
El resistor equivalente en paralelo es el inverso de la suma de las inversas. Podemos escribir esta
ecuación de otra forma al reacomodar el inverso gigante.
Ejemplo: encuentra la resistencia equivalente del siguiente circuito.
i=100mA
R1: 50 Ω
R2: 100 Ω
R3: 500 Ω
RESISTENCIAS EN SERIE Y PARALELO (CIRCUITOS MIXTOS)
Un circuito mixto es cuando se combinan elementos en serie y paralelo usualmente suele ser un
elemento activo conectado con varios elementos positivos. El comportamiento de la corriente y la
diferencia de voltaje son distintos dependiendo si los elementos están en serie o paralelo. Esto abre
la puerta a que haya una infinidad de combinaciones, lo cual permite diseñar circuitos y
configuraciones con un objetivo deseado. Las distintas corrientes que pueden abrir un circuito mixto
dependen de cómo están colocados los componentes pasivos en el circuito. Cuando los elementos
del circuito están en serie, la corriente total que atraviesa esos elementos en serie es la misma.
Cuando los elementos del circuito están en paralelo, la corriente total que atraviesa estos elementos
es la suma de la corriente individual de cada elemento verificado. La magnitud de toda la corriente
individual dependerá del valor de la resistencia por ley de ohm. Es importante destacar que estos
comportamientos provienen de la ley de nodos y mallas de Kirchhoff.
Ley de ohm
La ley de ohm, chulada por el físico y matemático alemán Simon ohm, es una ley básica de los
circuitos eléctricos. Establece que la diferencia de potencia V te aplicamos entre los extremos de
un conductor determinado es directamente proporcional a la intensidad de la corriente i que
circula por él conductor. Ohm completó la ley introduciendo la nación de resistencias eléctricas R;
qué es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre V e I
𝑉
𝑅
Caída de tensión
𝑉𝑅 1 = 12 Ω ∗ 2. 4193 𝐴 = 29 .0316V
𝑉𝑅 2 = 5 Ω ∗ 5. 5555 𝐴 = 27. 7775 V
2
1
1
2
1
2
1
2
2
1
EJERCICIO:
A. Determina la corriente a través de la batería
B. La caída de tensión en el resistor de 2 Ω
C. La potencia total del circuito
D. El trabajo que ha realizado el circuito total en joules y en K.W.H sí ha trabajado 5 horas
A)
𝑒
1
1
7 Ω
1
5 Ω
𝑒
𝑇
𝑉
𝑅
30 𝑉𝑐𝑑
- 31
En el siguiente circuito encuentre la corriente en cada resistir la corriente qué se drena de la
batería. Así como la potencia total que tiene que generar la fuente y el trabajo del circuito en 2
horas.
− 7
− 7
Para convertir dividir entre
6
6
1
2
3
TRABAJO:
1,055 joules= 0.252 k
EJERCICIO:
Determine en el circuito de la figura:
A. La intensidad de la corriente total
B. Las diferencias de potencia total E1, E2, E
C. La intensidad de la corriente en cada una de las resistencias
D. La potencia total del circuito en R
E. El trabajo total del circuito en 8 hrs (en kj y kwh