CircuitosElectricos

 Laboratorio de circuitos eléctricos 

La asignatura corresponde al área de formación tecnológica básica, siendo de carácter práctico- experimental. Se propone al finalizar la asignatura, el alumno habrá alcanzado las siguientes competencias: Manipular correctamente los instrumentos de medición, contrastar la ley de Ohm, leyes de Kirchhoff; utilizar el puente Wheatstone; verificar la simetría en redes y los teoremas de Thevenin, Norton, Superposición y de reciprocidad; Cuadripolos resistivos, analizar los fenómenos transitorios en circuitos R-C, R-L y R-L-C.

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Todo los temas de circuitos eléctricos se desarrollarán con el programa en línea TINKERCAD. Ver video de suscripción:

 Seguridad eléctrica 

 Base legal en el Perú: 

• Código Nacional de Electricidad – Utilización.
• NTP 370.303 “Instalaciones eléctricas en edificios. Protección para garantizar la seguridad. Protección contra los choques eléctricos”.
• Norma IEC 60479-2 “Efectos de la corriente que pasa a través del cuerpo humano”.
• Reglamento de Seguridad y Salud en el Trabajo de las Actividades Eléctricas – RESESATAE.
• Procedimiento de supervisión de las Instalaciones Eléctricas por Seguridad Pública 228-2009-OS/CD.

El Código Nacional de Electricidad - Utilización, tiene como objetivo establecer las reglas preventivas para salvaguardar las condiciones de seguridad de las personas, de la vida animal, vegetal y de la propiedad, frente a los peligros derivados del uso de la electricidad; así como la preservación del ambiente y la protección del Patrimonio Cultural de la Nación.

El Código también contempla las medidas de prevención contra choques eléctricos e incendios, así como las medidas apropiadas para la instalación, operación y mantenimiento de instalaciones eléctricas.

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 Símbolos eléctricos 

Con respecto al uso correcto de los símbolos eléctricos, existe la norma americana ANSI Y32.2 (en esta norma se basa el software MULTISIM) y la norma europea de la Comisión Electrotécnica Internacional IEC 617 del cual se deriva la norma española UNE-EN 60617-7; sin embargo en el Perú existe la norma DGE - SÍMBOLOS GRÁFICOS EN ELECTRICIDAD, el cual se deriva de la norma IEC e indica que "las convenciones en cuanto a definiciones y simbologías tiene un carácter fundamental cuando se transfiere información ya sea en la elaboración de un proyecto, ejecución, operación y mantenimiento".  En esta norma se encuentra los símbolos para uso en diagramas y planos electrotécnicos que se deben usar en el Perú.

A continuación se muestra algunos símbolos más usados en circuitos eléctricos.

En esta oportunidad, también quiero compartir con todos ustedes la tabla periódica de los símbolos eléctricos y electrónicos que se usan según normas internacionales (descargar en pdf).

 Color de conductores eléctricos 

Cuando se trabaja en circuitos eléctricos y en redes eléctricas de baja tensión, es importante tener en cuenta los colores de los conductores que se deben utilizar, tanto en corriente alterna (CA) como en corriente directa (corriente continua - CC).

Según el Código Nacional de Electricidad – Utilización (2006, pp. 47) el color de los conductores será el siguiente:

Circuitos monofásicos en corriente alterna o continua (2 conductores):

• Un conductor negro (polo negativo en CC).
• Un conductor rojo (polo positivo en CC).

Circuitos monofásicos en corriente alterna o continua (3 conductores):

• Un conductor negro.
• Un conductor rojo.
• Un conductor blanco (o gris natural o blanco con franjas coloreadas).

Circuitos trifásicos:

• Un conductor rojo (para fase A o R).
• Un conductor negro (para fase B o S).
• Un conductor azul (para fase C o T).
• Un conductor blanco o gris natural (cuando se requiera conductor neutro).
• Un conductor verde/amarillo para tierra.

 Materiales y equipos de laboratorio para circuitos eléctricos 

1. Osciloscopio.
2. Multímetro.
3. Fuentes de tensión y corriente.
4. Protoboard.
5. Materiales de circuitos eléctricos (resistores de varios valores, capacitores, inductores, diodos, transistores, diodos led, etc.).

 Osciloscopio 

El osciloscopio es un instrumento de medición electrónico que permite visualizar, a través de un gráfico bidimensional, las señales eléctricas en función del tiempo. En la pantalla principal existen dos líneas perpendiculares, la línea vertical (eje Y) representa el valor de la señal eléctrica y la línea horizontal (eje X) representa el tiempo. En la siguiente figura se muestra las principales partes de un osciloscopio.

Básicamente con un osciloscopio se puede:

• Determinar directamente e valor de la tensión y el periodo de una señal.
• Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
• Determinar qué parte de la señal es CC y cuál es CA.
• Localizar fallas o averías en un circuito eléctrico o electrónico.
• Medir la fase entre dos señales eléctricas.
• Determinar qué parte de la señal es ruido y cómo varía en el tiempo.

Los osciloscopios, son uno de los instrumentos muy útiles que existen, ya que al conectar  transductores apropiados, estos instrumentos pueden analizar visualmente cualquier fenómeno físico, por ello los técnicos pueden utilizarlo para reparar televisores u otros equipos electrónicos, hasta los médicos lo utilizan para medir el ritmo cardíaco de un paciente.

 Multímetro o multitester 

El multímetro, es un instrumento de medición electrónico portátil, que permite hacer mediciones de distintas magnitudes eléctricas (tensión, intensidad de corriente, resistencias, etc.) que forman parte de un circuito eléctrico.

Anteriormente, existían instrumentos de medición individuales para medir tensión (voltímetro), intensidad de corriente (amperímetro) y para medir resistencia eléctrica (óhmetro), sin embargo con la aparición de los multímetros; en la práctica, casi no hay dispositivos de medición individuales. En la mayoría de los laboratorios de circuitos eléctricos y electrónicos, se utilizan los multímetros.

Hay dos tipos de multímetros: analógicos y digitales. Un instrumento digital tiene una pantalla LCD que da una lectura decimal directa, mientras que una pantalla analógica mueve una aguja a través de una escala establecida y debe ser interpretada por el usuario. Ambos tipos de multímetros funcionan en un rango específico para cada medición, y los usuarios deben seleccionar uno que sea adecuado para sus necesidades, es decir, en el mercado existen multímetros de diferentes marcas, modelos y precios; los cuales dependen, entre otras cosas, del rango de medición y la precisión; pero, todos los multímetros básicamente sirven para:

• Determinar directamente la tensión tanto en corriente continua como alterna.
• Determinar directamente la intensidad de corriente, pero solo en corriente continua.
• Determinar directamente la resistencia eléctrica.
• Determinar indirectamente el consumo de potencia en los dispositivos eléctricos y electrónicos.
• Probar la continuidad de un conductor.
• Probar dispositivos electrónicos como diodos, transistores, etc.

En las siguientes figuras se muestran las partes de un multímetro analógico y digital.

El multímetro, para medir tensión se comporta como un voltímetro, para ello en el circuito se debe conectar en paralelo y se puede medir tensión en corriente continua y alterna.

Para medir intensidad de corriente se comporta como amperímetro, para ello en el circuito se debe conectar en serie y solo se puede medir intensidad de corriente en corriente continua, para medir en corriente alterna se utilizan otros instrumentos.

Para medir resistencia eléctrica se comporta como óhmetro, para ello se debe desconectar el circuito de la fuente de alimentación y hacer la medición correspondiente.

 Protoboard 

Un protoboard es una placa de pruebas de material plástico de forma rectangular con una serie de pequeños agujeros. Estos agujeros permiten diseñar circuitos eléctricos y electrónicos, ya que permiten insertar fácilmente componentes eléctricos y electrónicos y crear un prototipo, es decir, utilizando adecuadamente un protoboard se crea un prototipo del circuito y luego se fabrica el circuito en placas de circuito impreso.

Un ventaja importante de los protoboards es que las conexiones no son permanentes, por lo que es fácil eliminar un componente si cometes un error o simplemente comenzar todo de nuevo y realizar un nuevo proyecto.

Los protoboards vienen de varios tamaños: grande, media y pequeño, tal como se muestra en la figura de la izquierda.

Las partes de un protoboard se pueden observar en la figura de la izquierda, en el cual se se puede observar que los buses constituyen la alimentación del circuito con la polaridad positivo y negativo (tierra), los buses tienen una conexión eléctrica horizontal, mientras que las pistas tienen una conexión vertical y en el centro existe un canal central que separa eléctricamente las pistas (superior e inferior); cada nodo de conexión sirve para insertar los dispositivos eléctricos y electrónicos.

Simulador de circuitos eléctricos con protoboar Tinkerdad, es un programa de simulación de circuitos eléctricos en línea creado por Autodesk que usa protoboar y componentes eléctricos y electrónicos para el diseño.

 Resistor 

El resistor es un componente electrónico pasivo, debido a que no entregan energía, solo disipan energía, consta de dos terminales y no tienen polaridad, su unidad de medida es el ohm (Ω). Están diseñados específicamente para que tenga cierta cantidad de resistencia. La función principal de los resistores en un circuito eléctrico, es limitar al paso de la intensidad de corriente, y tiene muchas aplicaciones, por ejemplo se utiliza para limitar el paso de la intensidad de corriente a través de un diodo, con dos resistores se pueden crear un divisor de tensión, los resistores pueden agregar amortiguación a un circuito RLC subamortiguado y en algunos casos genera calor.

Los resistores son un componente fundamental de un circuito eléctrico. Todos los resistores son pasivos, solo disipan energía y nunca la proporcionan. Un resistor permitirá que una corriente fluya cuando se presenta una tensión que cruza sus dos terminales. La corriente se calcula con la ley de Ohm: V = IR. Para una determinada tensión, un resistor con un valor más alto producirá menos corriente que un resistor con un valor más bajo. Cierta cantidad de resistencia siempre está presente en cualquier conductor práctico.

Los resistores se encuentran de muchos valores, formas y dimensiones diferentes y se clasifican en:

• Resistores fijos.
• Resistores variables.

Resistores fijos

Los resistores fijos están disponibles con una gran selección de valores de resistencia establecidos durante su fabricación y que no son fáciles de cambiar. Normalmente, el material de fabricación es el carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa por el resistor.

Potencia de resistores de carbón y su longitud

La corriente máxima que puede soportar un resistor viene condicionado por la máxima potencia que puede disipar; esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro y la longitud del resistor sin que sea necesaria otra indicación. Tal como se muestra en la figura de la izquerda, los valores más comunes son:

- 0,125 W (mide aproximadamente 3,5 mm).

- 0,25 W (mide aproximadamente 6,5 mm).

- 0,5 W (mide aproximadamente 8,5 mm)

- 1 W (mide aproximadamente 11,5 mm).

- 2 W (mide aproximadamente 18,2 mm)

- 3 W (mide aproximadamente 34 mm)

El valor de la potencia es importante porque significa que si se le recarga más potencia de los valores indicados, el resistor puede fallar e incluso puede provocar su destrucción.

¿Cómo conocer el valor de un resistor de carbón?

Los tres valores importantes que debemos conocer son la resistencia eléctrica, disipación máxima de potencia y la tolerancia. Para conocer el valor nominal del resistor se utiliza el código de colores que se muestra en la siguiente figura:

Coeficiente de Temperatura de la Resistencia de 6 bandas

En los resistores que tienen 6 bandas, la sexta banda, es el coeficiente que indica cómo aumenta o disminuye el valor de la resistencia con la variación de la temperatura, este coeficiente se mide en ppm (partes por millón). Esto significa que si la resistencia tiene, por ejemplo, un coeficiente de temperatura de 50 ppm, el valor de la resistencia en variaría en 50/1 000 000 ohms (0,000 05) por cada grado que variase la temperatura nominal de esta. Supongamos que la resistencia tiene una temperatura nominal de 25 ºC y la temperatura de trabajo es de 30 ºC, entonces, si trabajamos con una resistencia de 270 ohms el valor de esta variaría 0,000 25 ohm puesto que trabajamos con 5 ºC por encima de la temperatura nominal de la resistencia.

¿Cómo hacer la medición del valor de la resistencia eléctrica?

Para la medición de la resistencia eléctrica únicamente consiste en poner el multímetro en medición de resistencia (óhmetro) y colocar una punta en cada terminar del resistor, recordar que estos componentes electrónicos no tienen polaridad.

Resistores variables

Resistor de valor ajustable manualmente:

- Potenciómetros.

- Reostatos.

- Preset.

Resistor que varía en función de parámetros externos:

- Termistores.

- Varistores.

- LDR.