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Este documento ofrece una introducción básica a la electricidad, abordando conceptos como cargas eléctricas, circuitos eléctricos y dispositivos eléctricos. Se explica cómo los átomos generan corriente eléctrica, la importancia de campos electromagnéticos y cómo se adquiere carga eléctrica. Además, se presentan dispositivos como interruptores, tableros eléctricos y medidores, y se explora su función en circuitos eléctricos.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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Actividad: Investigación de la primera unidad Presenta: Ramírez Cabrera Karen Nadxielli Asesor: Albino Semestre y grupo: 6EA El Espinal, Oaxaca, México Marzo 15 , 202 2 TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DEL VALLE DE ETLA INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES
Introducción Todos los efectos de la electricidad pueden explicarse y predecirse presumiendo la existencia de una diminuta partícula denominada electrón. Aplicando esta teoría electrónica, los hombres de ciencia han hecho predicciones y descubrimientos que pocos años atrás parecían imposibles. La teoría electrónica no sólo constituye la base para el diseño de equipos eléctricos y electrónicos de todo tipo, sino que explica los fenómenos químicos y permite a los químicos predecir y formar nuevos compuestos, como las maravillosas drogas sintéticas. En vista de que la presunción de la existencia del electrón ha conducido a tantos importantes descubrimientos en el campo de la electricidad, la electrónica, la química y la física atómica, podemos suponer sin temor a equivocarnos que el electrón es una realidad. Todos los equipos eléctricos y electrónicos han sido diseñados en base a la teoría de los electrones. Para entender bien estos conceptos, debemos empezar por el principio: conociendo al electrón, al átomo y a la estructura atómica de la materia. ¿Qué es la electricidad? La electricidad es acción que producen los electrones al trasladarse de un punto a otro, ya sea por su falta o exceso de los mismos en un material. ¿Cómo se desplaza el electrón en un material? Para que los electrones puedan moverse es necesario que alguna forma de energía se convierta en electricidad. Se pueden emplear seis formas de energía, cada una de la cuales podría considerarse como fuente independiente de electricidad.
Estructura de la materia. La materia puede definirse como cualquier cuerpo que ocupa un lugar en el espacio y tiene peso. Por ejemplo, la madera, el aire, el agua, etc. Toda materia está compuesta de moléculas formadas por combinaciones de átomos, los cuales son partículas muy pequeñas. Los principales elementos que forman al átomo son el electrón, el protón, el neutrón y el núcleo. Estructura de un átomo El origen de la electricidad Los electrones giran alrededor del núcleo debido al equilibrio de dos fuerzas: la fuerza propia del electrón que lo mantiene siempre en movimiento y la fuerza de atracción que ejerce el núcleo sobre el electrón. Los electrones que se encuentran en la órbita más lejana del núcleo pueden salirse de sus órbitas, aplicándoles alguna fuerza externa como un campo magnético o una reacción química. A este tipo de electrones se les conoce como electrones libres. El movimiento de electrones libres Materia Moléculas Átomos Electrones Protones Neutrones Núcleo En el núcleo de un átomo hay:
carga positiva (+);
carga. Los electrones, en cambio, se encuentran girando en órbitas alrededor del núcleo y tienen una carga negativa (-).
Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas con diferente signo se atraen. Se puede definir entonces, La carga eléctrica Es una propiedad física propia de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. Y paralelamente, un campo electromagnético es un campo físico de fuerzas producido por aquellos elementos cargados eléctricamente, que afecta a partículas con carga eléctrica. Circuito eléctrico Cuando un cuerpo está cargado negativamente y el otro está cargado positivamente, se dice que entre ellos hay una diferencia de cargas. Cuando conectamos mediante un elemento conductor dos puntos con una diferencia de cargas eléctricas, los electrones circularán provocando la corriente eléctrica. Una vez conectados, los electrones en exceso de uno, serán atraídos a través del conductor (que permite el paso de electrones) hacia el elemento que tiene un defecto de electrones, hasta que las cargas eléctricas de los dos cuerpos se equilibren. Esta diferencia de cargas la podemos encontrar, por ejemplo, en una pila, que tiene dos puntos con diferencias de cargas (el polo positivo y el polo negativo). Si conectamos un cable conductor entre los polos, se establecerá una corriente
eléctrica. Cuanto mayor sea la diferencia de carga (o tensión eléctrica), con más fuerza recorrerán los electrones el conductor. 1.2 Clasificación general de motores para equipos de refrigeración, ventilación y bombas de agua y de uso industrial. Los motores eléctricos son máquinas que transforman en energía mecánica la energía eléctrica que absorben por sus bornes. Atendiendo al tipo de corriente utilizada para su alimentación, se clasifican en: Motores de corriente continua ▪ De excitación independiente. ▪ De excitación serie. ▪ De excitación (Shunt) o derivación. ▪ De excitación compuesta (Compund). Motores de corriente alterna ▪ Motores síncronos. ▪ Motores asíncronos. □ Monofásicos. ▫ De bobinado auxiliar. ▫ De espira en cortocircuito. ▫ Universal. □ Trifásicos ▫ De rotor bobinado. ▫ De rotor en cortocircuito (Jaula de ardilla). Todos los motores de corriente continua, así como los síncronos de corriente alterna incluidos en la clasificación anterior tienen una utilización y unas aplicaciones muy específicas.
La línea de acometida se define como la parte de la instalación de enlace comprendida entre la red de distribución pública y la caja o cajas generales de protección del edificio. La acometida, la caja general de protección y la línea de alimentación constituyen, por ese orden, las tres primeras fases de la instalación de enlace de un edificio, lo que permite canalizar la corriente eléctrica desde la red pública de distribución hasta la centralización de contadores. Las acometidas eléctricas se clasifican por dos criterios básicos: Según la tensión: Forma de acometida
superiores en 600 o 1000 V dependiendo del país y su normatividad interna.
en mayor a 600 o 1000 según la normatividad del país.
un campo generará un par motor que eliminará el coeficiente de rozamiento de los engranajes. El contador comenzará a funcionar con el 1 % de la carga y entre un factor de potencia de 0,5 en adelanto y atraso. Este trabaja de forma directa con los cables de alta tensión. Interruptor Un interruptor eléctrico es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. En el mundo moderno las aplicaciones son innumerables, van desde un simple interruptor que apaga o enciende un bombillo, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas controlado por computadora. Figura 1.3 Ejemplo de interruptor Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte móvil que en una de sus posiciones hace presión sobre los contactos para mantenerlos unidos. Cables Se llama cable a un conductor o conjunto de ellos generalmente recubierto de un material aislante o protector.
Los cables que se usan para conducir electricidad se fabrican generalmente de cobre, debido a la excelente conductividad de este material, o de aluminio que, aunque posee menor conductividad es más económico. Figura 1.4 Ejemplo de cables Generalmente cuenta con aislamiento en el orden de 500 μm hasta los 5 cm; dicho aislamiento es plástico, su tipo y grosor dependerá del nivel de tensión de trabajo, la corriente nominal, de la temperatura ambiente y de la temperatura de servicio del conductor. Un cable eléctrico se compone de: ▪ Conductor: Elemento que conduce la corriente eléctrica y puede ser de diversos materiales metálicos. Puede estar formado por uno o varios hilos. ▪ Aislamiento: Recubrimiento que envuelve al conductor, para evitar la circulación de corriente eléctrica fuera del mismo. ▪ Capa de relleno: Material aislante que envuelve a los conductores para mantener la sección circular del conjunto. ▪ Cubierta: Está hecha de materiales que protejan mecánicamente al cable. Tiene como función proteger el aislamiento de los conductores de la acción de la temperatura, sol, lluvia, etc. Clasificación de los conductores eléctricos (Cables) Los cables eléctricos se pueden subdividir según su: ▪ Nivel de tensión:
El conducto se instala generalmente por electricistas en el lugar de instalación del equipamiento eléctrico. Su uso, forma y detalles de instalación, se especifican a menudo por las regulaciones de cableado. El término "agente", se utiliza comúnmente por los electricistas para describir cualquier sistema que contiene conductores eléctricos, pero el término tiene una definición técnica más restrictiva cuando se utiliza en los reglamentos oficiales de cableado. Figura 1.5 Ejemplo de canaletas 1.4 Tableros de distribución, ductos, electro-ductos Tablero de distribución Un tablero eléctrico es una caja o gabinete que contiene los dispositivos de conexión, maniobra, comando, medición, protección, alarma y señalización, con sus cubiertas y soportes correspondientes, para cumplir una función específica dentro de un sistema eléctrico. La fabricación o ensamblaje de un tablero eléctrico debe cumplir criterios de diseño y normativas que permitan su funcionamiento correcto una vez energizado, garantizando la seguridad de los operarios y de las instalaciones en las cuales se encuentran ubicados. Los equipos de protección y de control, así como los instrumentos de medición, se instalan por lo general en tableros eléctricos.
Los tableros eléctricos según su ubicación en la instalación eléctrica, se clasifican en: Aplicaciones de los tableros eléctricos según el uso de la energía eléctrica Como sabemos, la energía eléctrica tiene múltiples usos. Puede tener uso industrial, doméstico, también es posible utilizarla en grandes cantidades para alumbrado público, entre otros. Por otro lado, los tableros eléctricos tienen, según el uso de la energía eléctrica, las siguientes aplicaciones: ▪ Centro de Control de Motores. ▪ Subestaciones. ▪ Alumbrado. ▪ Centros de carga o de uso residencial. ▪ Tableros de distribución. ▪ Celdas de seccionamiento. ▪ Centro de distribución de potencia.
línea eléctrica principal y de él se derivan los circuitos secundarios. Este tablero contiene el interruptor principal.
por el tablero principal. Son auxiliares en la protección y operación de subalimentadores.
por su capacidad no pueden ser directamente conectadas alimentadores o sub-alimentadores. Para llevar a cabo esta protección cuentan con fusibles.
de alimentación y en él está el medidor de energía desde el cual se desprende el circuito principal
▪ Electroducto Alimentador. Es el que se emplea para alimentar energía eléctrica a un punto distante. ▪ Electroducto de Tipo de Enchufe. Tiene varias salidas para enchufar dispositivos, y es especificado antes de fabricarlo. Este tipo de electroducto es más costoso que el electroducto alimentador 1.5 Simbología, diagramas unifilares y reglamentación NOM vigente para instalaciones eléctricas Simbología Para una fácil interpretación de los circuitos eléctricos y sus componentes, así como la elaboración e interpretación de planos, se usan los llamados símbolos convencionales. A continuación, presentamos los más utilizados:
