Teoría de Circuitos Eléctricos.

13 08 2008

Tema 11. Problemas sobre potencia eléctrica.

Nada de “rollos” vamos directamente a los problemas.

1. Un tostador eléctrico de pan que se conecta a un contacto común tiene una resistencia de 24 Ohmios. ¿Cuál es su potencia?

Solución.

2. Una plancha para el pelo conectada a una toma de corriente común tiene una potencia de 1.1 kiloWatts, ¿De que valor es su resistencia?

Solución.

3. ¿De qué potencia es una lámpara incandescente conectada en una instalación residencial cuyo filamento tiene una resistencia de 645.16 Ohms?

Solución.

4. Una parrilla eléctrica que se conecta a un contacto común especifica en sus datos un consumo de 4,000 Watts, hallar el valor de su resistencia eléctrica.

Solución.

5. ¿Cuál es la potencia de un horno eléctrico conectado a una toma de corriente de 220 Volts, por el cual circula una corriente de 4 Amperes.

Solución.

6. ¿A que voltaje trabajan unas tenazas eléctricas para el pelo de 2,000 Watts por las cuales circula una corriente de 16 Amperes?

Solución.

7. Determinar la corriente y la resistencia eléctrica del filamento de una lámpara incandescente de 200 Watts conectada en una instalación residencial.

Solución.

8. ¿Qué valor tiene la resistencia eléctrica de un horno de 2,500 Watts conectado a un contacto común?

9. Una sandwichera eléctrica que se conecta a un contacto de 220 Volts, tiene en sus datos 1.4 kW. ¿Cuál es el valor de su resistencia?

10. Se tiene un foco del cual se desconoce todo ¿como saber de cuántos Watts es, cuál es la corriente que pasa por el filamento y cuál el valor de la resistencia de su filamento?





Teoría de Circuitos Eléctricos.

11 08 2008

Tema 10. Despejando las Leyes de Ohm y de Watt.

Bueno… este tema más bien debería estar incluido en el área de matemáticas, sin embargo lo voy a desarrollar aquí debido a que hay muchos lectores(as) que son electricistas prácticos (empíricos) y se les dificulta despejar una literal (variable o simplemente letra) de una fórmula. Claro que también les servirá a mis alumnos. Entonces… si no has aprendido como despejar correctamente, si no tienes seguridad en el procedimiento, o de plano no sabes que hacer, hay una forma sencillísima de hacerlo y es la siguiente…

Por ejemplo:

De la fórmula I=V/R (triángulo 1, Ley de Ohm) despeja R.

Cubre con un dedo la letra que quieres despejar (R) en el triángulo que contenga las tres variables (en este caso es el triángulo 1), ¿Qué te queda? La V arriba y la I abajo, entonces el resultado es: V/I. ¿Complicado? Despeja V (cúbrela) y te queda I por R.

Más ejemplos…

De la fórmula P=VI (Ley de Watt, triángulo 2), despeja V.

Cubres la V y te quedan la P arriba y la I abajo, por lo tanto el resultado es: P/I. Si despejas P te queda: V por I. Si despejas I te queda: P/V.

Seguimos con los ejemplos.

De la fórmula P=I2R (triángulo 3), despeja R.

Cubres la R y te quedan la P arriba y la I2 abajo, entonces el resultado es: P/I2

Finalmente.

De la fórmula P=V2/R (triángulo 4), despeja V.

Cubres la V2 y te quedan abajo la P y la R, entonces el resultado es (P)(R), solo que en este caso para quitarle el exponente a la V extraes la raíz cuadrada al resultado. Igual tendrías que hacerlo en el caso anterior si despejaras I.

¡Bien! Espero que con esta forma alternativa de obtener el despeje de una literal te quede claro el tema, aunque siempre te recomendaré -si eres estudiante- que aprendas a realizar los despejes de variables tal como deben hacerse (matemáticamente), la anterior es solo una opción más que te puede servir para resolver el problema temporalmente.





Teoría de Circuitos Eléctricos.

6 08 2008

Tema 9. Ley de Watt y Ley de Ohm combinadas.

La Ley de Ohm se representa por la expresión: I=V/R y la Ley de Watt: P=VI. Al combinarlas resultan otras fórmulas que resuelven mayor número de casos.

Por ejemplo si I=V/R al sustituir el valor de la Corriente I en la Ley de Watt resulta:

P = VI = V(V/R) = V2/R

Despejando V de la Ley de Ohm queda: V=IR; al sustituirlo en la Ley de Watt queda:

P =VI = (IR)(I) = I2R

Entonces ya tenemos otras dos fórmulas para determinar la Potencia eléctrica existente en un circuito. Lógicamente con estas dos nuevas expresiones podemos abarcar mayor número de casos.

Por ejemplo…

1. Determinar la Potencia eléctrica existente en una parrilla eléctrica que tiene una resistencia de 10 Ohms, y es alimentada por una fuente de voltaje de 120 Volts.

P = V2/R = 1202/10 = 1,440 Watts.

2. Un rizador para el pelo tiene una resistencia de 8 Ohms y pasa una corriente por él de 12 Amp. ¿Cuál es el valor de Voltaje que lo alimenta?

V = (I)(R) = (8)(12) = 96 Volts. Y también…

P = I2R = (122)(8) = 1,152 Watts.

3. Determinar la Corriente y la resistencia eléctrica de un tostador de pan de 1,200 Watts conectado a un contacto común en una casa habitación.

Solución. Si es un contacto común su voltaje es de 127 Volts. Entonces… Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

2 08 2008

Tema 8. Ley de Watt.

Dicha Ley establece que la potencia en un circuito es igual al producto de la Corriente multiplicado por el Voltaje aplicado. Matemáticamente:

P=VI

En donde:

P. Es la potencia eléctrica existente en un circuito y se mide en Watts. También puede medirse en Kilowatts, Megawatts, GigaWatts e incluso Terawatts.

V. Es el Voltaje.

I. Es la Corriente eléctrica. (También puede llamársele intensidad).

La Ley de Watt es aplicable tanto en sistemas de corriente continua como de corriente alterna y tratándose de resistencias es igual. Si un circuito incorpora inductancias y/o capacitancias (recordar que hay tres tipos de circuitos: Resistivos, Inductivos y Capacitivos), la fórmula cambia.

Problemas…

1. Determinar la potencia eléctrica existente en un circuito que es alimentado por una batería de 6 Volts, por el cuál circula una corriente de 3 Amperes.

P = VI = (6)(3) = 18 Watts.

2. Un foco de 75 Watts es alimentado por 120 Volts. ¿Cuál es la corriente que circula por su filamento?

P = VI → I = P/V = 75/120 = 0.625 Amp.

3. Una parrilla eléctrica por la que circula una corriente de 18 Amperes tiene una Potencia de 2,000 Watts. ¿Cuál es el voltaje de alimentación?

P = VI → V = P/I = 2000/18 = 111.11 Volts.

Ejercicios… Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

31 07 2008

Tema 7. Circuitos en Serie-Paralelo.

Este tipo de circuitos son bastante comunes en materia de electrónica, no así en instalaciones eléctricas, sin embargo conviene revisar su comportamiento sobre todo por la práctica de cálculos teóricos aplicando la Ley de Ohm mismos que pueden ser comprobados en prácticas de laboratorio en protoboards (tablas para prácticas).

Veamos un caso. Sea el circuito de la figura…

Se tienen los siguiente valores.

R1=4Ω; R2=6Ω; R3=10Ω; R4=2Ω. El Voltaje aplicado es de 12 Volts.

Determinar…

1). La resistencia equivalente de las resistencias 2 y 3.
2). La Resistencia Total del circuito.
3). La Corriente total del Circuito.
4). El Voltaje en la Resistencia 1.
5). El Voltaje en las Resistencias 2 y 3 (Obvio es el mismo en ambas).
6). La Corriente que circula por la Resistencia 2.
7). La Corriente que circula por la Resistencia 3.
8). El Voltaje en la Resistencia 4.

Solución… Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

28 07 2008

Tema 6. Circuitos en Paralelo.

¿Qué quiere decir en Paralelo? Quiere decir conectar entre si polos iguales. Por ejemplo 4 baterías en paralelo…

En una conexión en Paralelo los valores de voltaje son iguales, entonces, puesto que las baterías A, AA y AAA tienen un voltaje de 1.5 Volts cada una, el total del voltaje es de 1.5 Volts. ¿Y si cada una tuviera un voltaje de 9 Volts?. ¡Correcto! El voltaje total sería de 9 Volts.

Recuerda que todo lo anterior se deriva de unas leyes que inventó en 1845 Gustav Kirchhoff

En Paralelo quiere decir unir un polo positivo con otro igual de dos o más baterías de tal manera que al hacerlo se tiene la posibilidad de incrementar la corriente que pasa por todo el circuito. Pero esto no solo se hace en pilas, también puede hacerse en resistencias eléctricas y la resistencia total se obtiene aplicando la siguiente fórmula.

Rt = 1/[(1/R1)+1/(R2)+(1/R3)+(1/R4)]

Por ejemplo…

Observa el orden que existe en el acomodo de las resistencias, la entrada de una se conecta a la entrada de otra y así sucesivamente. En una conexión en paralelo siempre existen puntos de derivación para las corrientes en este caso la It se “reparte” entre I1, I2 e I3. Al final la Resistencia total se obtiene de la aplicación de la fórmula anterior.

Supongamos que: R1=2Ω; R2=6 Ω; R3=13 Ω. ¿Cuál es la resistencia total (Rt) del circuito?

Rt = 1/[(1/2)+(1/6)+(1/13)] = 1/(0.5+0.16+0.076) = 1.35Ω

¿Y la corriente total (It) que pasa por el circuito suponiendo que estuviera alimentado por una pila de 6 Volts?

It = V/Rt = 6/1.35 = 4.4 Amp.

Ahora bien, la corriente que pasa por TODO el circuito es diferente en todas sus partes, esto es, todo el flujo de electrones se divide entre las diferentes resistencias y al final se suman todas. Lo anterior tiene lógica puesto que no pueden perderse partículas en la trayectoria, simplemente la recorren a veces más rápido y a veces más lento produciendo calor o luz dependiendo del aparato que se trate y también de la Resistencia eléctrica existente en el mismo… Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

23 07 2008

Tema 5. Circuitos en Serie.

¿Qué quiere decir en SERIE? Quiere decir en secuencia, uno después de otro.

Por ejemplo 3 baterías en serie…

En una conexión de este tipo los valores de voltaje se suman, entonces, puesto que las baterías A, AA y AAA tienen un voltaje de 1.5 Volts cada una, el total del voltaje es de 4.5 Volts. ¿Y si cada una tuviera un voltaje de 5 Volts?. ¡Exacto! el voltaje total sería de 15 Volts.

Todo lo anterior se deriva de unas leyes que inventó en 1845 Gustav Kirchhoff

En serie quiere decir también unir un polo positivo con uno negativo de tal manera que al hacerlo se suman los voltajes. Pero esto no solo se hace en pilas, también puede hacerse en resistencias eléctricas e igual la resistencia total es la suma de todas ellas.

Por ejemplo 3 Resistencias en serie…

Rt = R1+R2+R3 = 2+6+13 = 21Ω

¿Y la corriente total (It) que pasa por el circuito suponiendo que estuviera alimentado por una pila de 6 Volts?

Aplicando la L. de Ohm: It = V/Rt =
6/21 = 0.285 Amp.

Ahora bien, la corriente que pasa por TODO el circuito es exactamente la misma que inicia en la fuente de voltaje, esto es, todo el flujo de electrones es igual en cualquier punto del mismo. Esto tiene lógica puesto que no pueden perderse partículas en la trayectoria, simplemente la recorren a veces más rápido y otras lentamente dependiendo de la resistencia que encuentren a su paso, produciendo calor o luz dependiendo del aparato que se trate.

Entonces, puesto que la corriente eléctrica es igual en todos los puntos de un Circuito en Serie podemos calcular el valor del voltaje existente en un punto específico del mismo utilizando el valor de la corriente y el de la resistencia, por ejemplo para nuestro caso… Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

16 07 2008

Tema 4. Aplicaciones de la Ley de Ohm en C.A.

Para el caso de la Corriente Alterna, cuando se trata de aparatos eléctricos que contengan una o más resistencias para su funcionamiento el tratamiento es exactamente igual a que si se tratara de Corriente Continua, la Ley de Ohm se aplica de la misma forma.

En la siguiente figura te muestro un esquema básico de alimentación de electricidad (Corriente Alterna) conectado a una carga totalmente resistiva. Enseguida está su equivalente: una toma de corriente aterrizada a la cual puedes conectar una carga resistiva por ejemplo una parrilla eléctrica.

 

Bien… si el asunto es enteramente igual tanto en CC como en CA, resolvamos entonces problemas de la Ley de Ohm aplicada a Circuitos Eléctricos de Corriente Alterna.

Ejercicios…

1. Hallar la Corriente que circula por una Resistencia de 4.75 Ω contenida en una parrilla eléctrica  a la cual se le aplica un Voltaje de 127 V.

Solución: I = V/R = 127/4.75 = 26.73 Amp. ¿Difícil?

2. Hallar la Resistencia eléctrica de un aparato para calefacción siendo que por él pasa una corriente de 12 Amperes, al aplicarle un Voltaje de 120 Volts.

Solución: I = V/R → R = V/I = 120/12 = 10 Ω.

3. ¿Qué voltaje se aplicó a una Resistencia de 8 Ω por la cual circula una Corriente de 13.75 Amperes?

Solución: I = V/R → V = (I)(R) = (13.75)(8) = 110 V. … Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

14 07 2008

Tema 3. Corrientes Eléctricas: Continua y Alterna.

En una residencia común, vivienda, casa de interés social, mansión, etc., en comunidades, pueblos, ciudades y megaciudades, existen dos tipos de corrientes eléctricas que en este preciso momento están utilizándose: Corriente Continua y Corriente Alterna.

Pero… ¿Cuál es la diferencia entre estos dos tipos de corrientes?

Corriente Continua o Directa (CC o CD): Es aquella que inicia y se mantiene constante, esto es, cuando cierras un interruptor (prendes un aparato) crece desde cero hasta un valor máximo y se mantiene ahí, además tiene una sola dirección, o sea va de un punto perfectamente identificado en un circuito hasta otro. Es proporcionada por baterías (pilas) grandes, medianas y pequeñas (cuyo voltaje de operación común es de: 1.5, 6 y 9 Volts), y acumuladores de 12 Volts. Los primeros generadores que se inventaron eran precisamente de Corriente Continua. Se utiliza en cualquier aparato que requiera baterías por ejemplo en: teléfonos celulares, linternas, calculadoras, relojes, radios, cámaras para fotografía, etc.

Corriente Alterna (CA). Es aquella que inicia de cero y varía en su valor, esto es, cuando cierras un interruptor (prendes un aparato) crece desde cero hasta un valor máximo, pero luego decrece hasta cero y vuelve a crecer en una dirección contraria. Su voltaje común de operación es de 127 Volts, pero hay aparatos que utilizan 220 Volts, en este sentido los sistemas de Corriente Alterna pueden ser monofásicos (un hilo que alimenta), bifásicos (dos hilos que alimentan) y trifásicos (tres hilos que alimentan).

La corriente alterna cambia de dirección constantemente con una velocidad de 60 ciclos completos en un segundo (un ciclo es lo que está representado en la figura), a esto se le llama frecuencia, cuyo valor es de 60 Ciclos por Segundo (CPS), o bien 60 Hertz (Hz), dicho de otra manera son 60 veces la onda completa de la figura en un segundo (ufff!! demasiado rápido) . Se representa por una onda senoidal (o sinusoidal) y es la que más se utiliza en los aparatos eléctricos existentes en una residencia, por ejemplo: refrigerador, parrillas eléctricas, lavadora, computadoras, televisión, hornos de cualquier tipo, etc., la gran mayoría funcionando a 127 Volts. Hoy en día los generadores eléctricos de las centrales del mundo que producen la energía que consumimos son de corriente alterna… Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

9 07 2008

Tema 2. Aplicaciones de la Ley de Ohm.

Bueno… ¿Y qué con la Ley de Ohm? ¿Para qué diablos sirve?

Un circuito básico está formado por tres elementos: una fuente de voltaje, una resistencia y un conductor que los enlaza. Estos tres elementos hacen posible la Ley de Ohm: I=V/R.

 

La Corriente eléctrica (I) se mide en Amperes (A).
El Voltaje (V) se mide en Voltios (V).
La Resistencia (R) se Ohmios (Ω).

Nota. Para evitar conflictos con la historia -y con los electricistas de antaño- elegí el sentido tradicional de la corriente (de + a -).

La Ley de Ohm dice que: 1 Ampere es igual a 1 Voltio entre 1 Ohmio. 1A=1V/1Ω

Pero… ¿Qué debes entender por Resistencia Eléctrica?

Todos los materiales presentan Resistencia Eléctrica al paso de los electrones, los que de plano dejan pasar muy pocos electrones (casi nada) se llaman Aislantes, pero la mayoría solo dificultan su paso ocasionando que se produzca calor o luz. Por ejemplo las lámparas incandescentes (focos) que tienen un filamento de tungsteno que presenta una alta resistencia al paso de los electrones produciendo luz y calor, otros: estufas eléctricas, tienen en sus parrillas una resistencia en forma de espiral constituida a base Ferro-Niquel que produce calor. En cualquier caso la Resistencia eléctrica de un material siempre manifestará algún efecto al paso de una Corriente… Leer el resto de esta entrada »





Teoría de Circuitos Eléctricos.

7 07 2008

Tema 1. Ley de Ohm.

introduccion-a-la-electricidad1Con este tema doy inicio a una serie de artículos que escribiré (no sé cuantos) respecto de la teoría de circuitos, basados en principio en dos leyes: Ley de Ohm y Ley de Watt. Trataré de escribirlos como siempre lo más simplificados posible casi-casi para que los entiendan mis abuelitas, lástima que ya murieron, que si no, hubiera hecho de ambas las mejores electricistas ancianas. Fiel a mi costumbre haré referencia a cuestiones prácticas aunque para estar acorde al título de esta categoría muchas veces será teoría pura.

Sin mayores preámbulos vayamos a la Ley de Ohm.

Ley de Ohm.

Georg Simón Ohm un Físico alemán estudioso de la electricidad logró entre otras cosas establecer la relación existente entre tres fenómenos eléctricos: corriente, voltaje y resistencia. Pero… ¿qué significan estas tres palabras?

Corriente eléctrica es el movimiento de electrones por un conductor. ¿Y…? ¿Qué son electrones y que es un conductor? Los electrones son pequeñísimas partículas que giran alrededor del núcleo de un átomo. ¿Y…? ¿Qué es un átomo y que es el núcleo del átomo? Bueno… el átomo es el principio de la materia entendiéndose por esta todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, que puede verse y tocarse. Por ejemplo, si divides un trozo de materia de cualquier cosa –pensemos una moneda- en dos partes, luego cada parte la divides en dos y así sucesivamente, llegarías a un pequeño conjunto llamado Átomo cuya forma sería más o menos la del gráfico de la izquierda. Como ves, el núcleo es la parte central del átomo que mantiene “ligados” a protones (esferas rojas) y neutrones (esferas azules) que para efectos de la Ley de Ohm no intervienen de manera significativa. Aquí interesan los electrones (las esferitas amarillas), los cuales –algunos- al “salirse” de sus órbitas conforman una corriente eléctrica. Entonces una corriente es simplemente un movimiento “en bloque” de electrones.

Para provocar una corriente eléctrica se necesita una fuerza y materia, y es aquí en donde entran en juego los denominados conductores eléctricosLeer el resto de esta entrada »








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