Loe raamatut: «Montaje de componentes y periféricos microinformáticos. IFCT0108», lehekülg 2
5.2. Voltímetro
Para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito se utiliza el voltímetro. Este dispositivo es representado por la letra V dentro de un círculo.
Para realizar la medición de la tensión con el voltímetro este se debe conectar en paralelo con el receptor. Al igual que ocurría con el anterior dispositivo, el voltímetro tiene un terminal positivo y otro negativo, por lo que se debe conectar en el sentido de la corriente eléctrica. Si se obtiene una medida negativa, significa que la polaridad del circuito es la contraria a la que se ha conectado.
Nota
La configuración en paralelo consiste en la colocación de los elementos paralelos entre sí, de forma que los terminales de entrada de todos ellos coincidan, y ocurra lo mismo con los terminales de salida.
5.3. Óhmetro
El óhmetro es un dispositivo que se utiliza para medir la resistencia eléctrica. En el esquema de un circuito se representa por la letra omega (Ω) dentro de un círculo.
Para realizar la medida de la resistencia de un receptor, se debe colocar el óhmetro en paralelo con este. El óhmetro también consta de dos terminales, uno positivo y otro negativo, pero en este caso la medida que ofrezca será la misma se haya conectado en el sentido de la corriente o al contrario, de modo que es indiferente el sentido en el que se conecte.
Recuerde
Para medir la intensidad de la corriente se conectará el amperímetro en serie con el receptor en el mismo sentido que la corriente eléctrica.
Para medir la tensión eléctrica se conectará el voltímetro en paralelo con el receptor en el mismo sentido que la corriente eléctrica.
Para medir la resistencia eléctrica se conectará el óhmetro en paralelo con el receptor en cualquier sentido de la corriente eléctrica.
5.4. Polímetro
El polímetro o multímetro es un instrumento que mide diferentes parámetros y magnitudes eléctricas en el mismo dispositivo. Las funciones básicas más habituales de operación de estos aparatos son la de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Al disponer de este dispositivo que permite realizar una gran variedad de medidas, raramente se utiliza un dispositivo específico como por ejemplo un amperímetro.
Los polímetros son utilizados muy habitualmente por casi todo el personal cualificado en la rama de la electrónica o la electricidad, y es conocido por varios nombres como polímetro, multímetro, tester o multitester.
Polímetro
Al conectar un polímetro hay que atenerse a las consideraciones indicadas para las distintos tipos de medición, y así, conectarlo en serie para medir la intensidad y en paralelo para medir la tensión o la resistencia.
6. Ley de Ohm
La ley de Ohm establece una relación entre las tres magnitudes básicas de un circuito, es decir, entre la intensidad, la tensión y la resistencia eléctrica.
La Ley de Ohm se enuncia así:
Cuando entre los extremos de una resistencia se aplica una tensión, aparece una corriente eléctrica cuya intensidad es igual al cociente entre la tensión y el valor de la resistencia.
Esto se expresa matemáticamente mediante la fórmula:
I = V/R
Donde:
1 I es la intensidad de corriente en amperios,
2 V el voltaje en voltios y
3 R la resistencia en ohmios
De este enunciado se deduce que cuanto mayor sea la tensión aplicada mayor será la intensidad de corriente, y que cuanto mayor sea la resistencia menor será la intensidad.
Ejemplo
Si tiene una lámpara con una resistencia eléctrica de 9 ohmios y se le aplica una tensión de 9 voltios, estará circulando una corriente eléctrica por la lámpara de 1 amperio de intensidad, ya que I=9v/9Ω, con lo que I=1amperio.
A partir de esta fórmula se puede deducir fácilmente cualquiera de las tres magnitudes implicadas conociendo las otras dos, ya que:
V = I x R
Y también:
R = V/I
Existe un método mnemotécnico para recordar la Ley de Ohm y calcular a partir de esta cualquiera de las tres magnitudes en base a las otras dos. Se trata de un triángulo donde aparecen las tres magnitudes y del que se debe ignorar la magnitud a hallar, con lo que la posición que tengan las dos magnitudes restantes en el triángulo indicará como calcularla.
Sabía que…
El físico alemán Georg Ohm publicó en un tratado en 1827 los valores de tensión y corriente que había hallado que pasaban a través de unos circuitos eléctricos simples. En el tratado presentó una ecuación un poco más compleja que la actual para explicar sus resultados experimentales.
7. Tipos de corriente eléctrica
Existen dos tipos fundamentales de corriente eléctrica, a saber: la corriente continua (CC) y la corriente alterna (CA).
7.1. Corriente continua
Se denomina corriente continua o directa al flujo de electrones en un mismo sentido (del polo positivo al negativo). La corriente continua mantiene siempre la misma polaridad y se nombra de esta manera por que una de sus características principales es que no varía con el tiempo, es decir, la tensión y la intensidad se mantienen fijas en el tiempo.
Este tipo de corriente es generada normalmente por objetos de pequeño voltaje, como baterías, pilas etc.
La corriente continua es la que utilizan normalmente todos los aparatos electrónicos y los electrodomésticos porque presenta una ventaja fundamental: se puede almacenar en baterías. El gran inconveniente es que es más peligrosa en contacto con el cuerpo humano que la corriente alterna.
7.2. Corriente alterna
En la corriente alterna los electrones van cambiando continuamente su magnitud y su sentido de circulación (unas 50 veces por segundo).
Este tipo de corriente es el que habitualmente llega a las tomas de los hogares e industrias por ser más sencillo de transportar. Además resulta muy fácil adaptar el nivel de tensión requerido por los dispositivos ya que mediante transformadores se puede convertir en corriente continua.
8. Potencia eléctrica
La potencia eléctrica de un determinado receptor es la capacidad que tiene este de realizar una tarea utilizando la tensión eléctrica, como por ejemplo, el poder de iluminación de una lámpara, el calor que puede producir una resistencia, o el movimiento de un motor. Cuanta más potencia consuma el dispositivo más rápido realizará la tarea y mayor será la corriente que circula por el circuito.
8.1. Concepto
La potencia eléctrica es la energía por unidad de tiempo, es decir, expresa la cantidad de energía consumida por el receptor en un intervalo de tiempo concreto. La potencia se representa por la letra (P) y su unidad de medida es el vatio o watt que se representa por la (W).
La potencia eléctrica (en corriente continua) se expresa con la siguiente función matemática:
P = I x V = V2 / R = I2 x R
8.2. Medida de la potencia
Se puede obtener la potencia de un receptor midiendo independientemente la tensión y la intensidad, después no habría más que realizar el producto de estas dos medidas con lo que se obtendría la potencia.
También existe un dispositivo para medir la potencia llamado vatímetro, y que se representa por una (W) dentro de un círculo. Este instrumento mide la tensión y la intensidad por separado. Calcula su producto, de ahí que la conexión del vatímetro para medir la potencia sea por un lado en serie y por otro en paralelo.
8.3. Energía
Se puede saber la energía eléctrica consumida por un receptor conociendo la potencia de este y el tiempo que ha estado recibiendo dicha energía, ya que:
Energía = Potencia x tiempo
La unidad de energía es el julio, 1 julio equivale a un watio por segundo.
Julio = 1W / s
La unidad de energía más utilizada el es kilowatio-hora (kWh), que equivale a la energía desarrollada por una potencia de un kilovatio (kW) durante una hora.
Nota
Las empresas suministradoras de energía eléctrica utilizan el kWh en lugar del julio por que este es una medida demasiado pequeña, ya que 1 kWh equivale a 3,6 millones de julios, con lo que habría que utilizar cifras muy grandes.
Aplicación práctica
Tiene un circuito básico con una pila de 12 V conectada a una lámpara con una resistencia de 9 Ω. Calcule la intensidad de corriente que pasará por la lámpara así como la potencia desarrollada por esta.
SOLUCIÓN
Se puede calcular fácilmente la intensidad mediante la Ley de Ohm, con lo que I=V/R, es decir, I=12/9, I=1,33 A. A partir de aquí se calcula la potencia de la lámpara (P=IxV): P=1,33x12=15,96 W.
9. Asociación de resistencias
Se establecen varias configuraciones básicas a la hora de diseñar un circuito eléctrico, ya que se pueden conectar los receptores en serie o en paralelo. Dependiendo de esto, se tendrán que calcular las magnitudes de tensión, resistencia y corriente eléctrica de distinta forma.
Así pues, las configuraciones básicas que se encuentran en un circuito son:
1 Circuito serie.
2 Circuito paralelo.
3 Circuito mixto (conexión de circuitos serie y paralelo).
9.1. Circuito serie
La configuración en serie consiste en la colocación de los elementos uno a continuación del otro, donde el terminal de salida de un dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivo siguiente. Todo componente conectado en serie está atravesado por la misma corriente, es decir, la intensidad de corriente se mantiene fija en el circuito serie, mientras que la tensión que tiene cada receptor dependerá de su valor resistivo. En el circuito de la imagen se muestra un ejemplo donde las resistencias están conectadas en serie.
Cuando existen dos o más resistencias conectadas en serie, estas actúan a efectos de cálculo con un valor resistivo total denominado resistencia equivalente, representado por Requ. Este valor resistivo se puede calcular fácilmente, siendo n el número de resistencias conectadas en serie, mediante la siguiente fórmula:
Es decir, la resistencia que habrá que poner para sustituir a las que hay conectadas en serie para que tenga un valor equivalente, es la que tenga como valor la suma de los valores de todas las resistencias conectadas en serie.
Una vez que se ha hallado la resistencia equivalente se podrá calcular la intensidad de corriente, dado que se conoce la tensión, y se sabe que la intensidad es la misma.
I = Vg/Requ
Asimismo, se podrá calcular la tensión que hay en cada resistencia mediante la fórmula del divisor de tensión.
Vi = I ⋅ (Ri/Requ)
Aplicación práctica
A continuación, se propone el análisis de un circuito de corriente continua muy sencillo formado por 3 resistencias (R1= 2 Ω; R2 = 3 Ω; R3 = 4 Ω) conectadas en serie a una pila de 12 V (VG = 12 V). Calcule la intensidad de corriente, la caída de tensión y la potencia disipada en cada una de ellas.
SOLUCIÓN
1 Cálculo de la intensidad que pasa por las resistencias:Para calcular la intensidad que suministra la pila, se determina la resistencia equivalente que conforman R1, R2 y R3 (serie).
Requ = R1 + R2 + R3;
Requ = 2 + 3 + 4;
Requ = 9Ω
1 A continuación, se aplica la Ley de Ohm para calcular la intensidad que recorre el circuito:
IG = VG / Requ ;
IG = 12 / 9 ;
IG = 1,33 A
1 Al estar dispuestas la resistencias en serie, la intensidad que suministra la pila (IG) es la misma que pasa por todas las resistencias (IG=IR1= IR2= IR2).
1.33 = IR1 = IR2 = IR2;
a. Cálculo de la caída de tensión de las resistencias:
Al conocer la intensidad que pasa por cada resistencia, se puede calcular, a partir de la Ley de Ohm, la caída de tensión de cada una de ellas (resultados redondeados):
VR1 = IR1 ∙ R1; VR1 = 1.33 ∙ 2; VR1 = 2.67 V;
VR2 = IR2 ∙ R2; VR2 = 1.33 ∙ 3; VR2 = 4 V;
VR3 = IR3 ∙ R3; VR3 = 1.33 ∙ 4; VR3 = 5.33 V;
b. Cálculo de la potencia disipada por cada elemento:
PG = VG ∙ IG; PG = 12 ∙ 1.33; PG = 15.96 W
PR1 = VR1 ∙ IR1; PR1 = 2.67 ∙ 1.33; PR1 = 3.55 W
PR2 = VR2 ∙ IR2; PR2= 4 ∙ 1.33; PR2 = 5.32 W
PR3 = VR3 ∙ IR3; PR3 = 5.33 ∙ 1.33; PR3 = 7.08 W
9.2. Circuito paralelo
Cuando la salida de un dispositivo se conecta a la salida de otro se dice que están conectados en paralelo. En un circuito eléctrico en paralelo sus elementos comparten el mismo valor de tensión, pero la corriente que pasa por cada elemento dependerá de su valor resistivo y de la energía que suministre la fuente.
La resistencia equivalente para n resistencias conectadas en paralelo viene dada por la siguiente expresión matemática:
Hay un caso especial que se puede calcular más fácilmente, y es cuando el circuito lo forman dos resistencias en paralelo, donde se podrá calcular la resistencia equivalente mediante la fórmula siguiente:
Aplicación práctica
Calcule la resistencia equivalente de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo de valores: R1 = 5 Ω, R2 = 15 Ω y R3 = 20 Ω.
SOLUCIÓN
Al estar conectadas en paralelo se verifica que:
1/Requ = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3;
Entonces:
1/Requ = 1/5 + 1/15 + 1/20;
1/Requ = 0.2 + 0.07 + 0.05;
1/Requ = 0.32;
Despejando Requ se tiene:
Requ = 1/0.32;
Requ = 3.13 Ω
9.3. Circuito mixto
Estos circuitos están formados por mezclas de agrupaciones en serie y en paralelo.
Para calcular la resistencia equivalente en este tipo de circuitos se deberá dividir en grupos de resistencias en serie y en paralelo. Se calculan sus resistencias equivalentes por separado y después la resistencia equivalente total del circuito.
Ejemplo
En el circuito de la imagen se observa una resistencia en serie con una agrupación de dos resistencias en paralelo, por tanto se podrá calcular la resistencia equivalente de la agrupación en paralelo y sumarla a la otra resistencia, ya que el grupo está en serie con ella:
Req=R1+(R2⋅R3)/(R2+R3)
10. Seguridad eléctrica
Se conoce como riesgo eléctrico la probabilidad de que circule por el cuerpo humano una corriente eléctrica.
Donde existe un riesgo es probable que ocurra un accidente eléctrico que puede estar originado por las siguientes causas:
1 Contactos directos: contacto con elementos por los que circula una corriente como conductores, enchufes, etc.
2 Contactos indirectos: contacto con elementos que accidentalmente tienen tensión (normalmente no la tienen), como por ejemplo el contacto con la carcasa de una máquina.
Los factores indispensables que se deben dar para que haya una circulación de corriente eléctrica son:
1 Que exista un circuito conectado mediante conductores.
2 Que el circuito sea cerrado.
3 Que esté presente una diferencia de potencial o voltaje.
10.1. Medidas de prevención de riesgos eléctricos
En referencia a los trabajos a realizar en las instalaciones eléctricas es necesario tener en cuenta varios puntos fundamentales.
En primer lugar, se debe demostrar que no hay tensión en los aparatos de medida, verificando el dispositivo que el operario se disponga a manipular y utilizándose para ello un equipo de protección personal adecuado (gafas, guantes y calzado aislante etc.). Se podrá afirmar que el trabajo a realizar se va a hacer sin peligro cuando se cumplan las que se conocen como “las cinco reglas de oro para trabajar en instalaciones eléctricas” (art. 62 y 67 de la Ordenanza General de Seguridad e Higiene en el Trabajo):
1º Abrir todas las fuentes de tensión.
2º Enclavar o bloquear, si es posible, todos los aparatos de corte.
3º Reconocimiento de la ausencia de tensión.
4º Poner a tierra y en cortocircuito todas las posibles fuentes de tensión.
5º Delimitar la zona de trabajo mediante señalización o pantallas aislantes.
Por último, es fundamental recordar que el agua y la electricidad son totalmente incompatibles. Nunca se deben manipular instalaciones eléctricas con las manos mojadas o en lugares húmedos.
10.2. Daños producidos por descarga eléctrica
Los factores más importantes que influyen en el nivel de electrocución sufrido y sus consecuencias son el valor de la intensidad de corriente, la duración del contacto y el camino recorrido por la corriente en el cuerpo humano.
La siguiente gráfica representa las llamadas zonas de sensibilidad eléctricas con respecto a la relación que existe entre el tiempo de exposición (en milisegundos o milésimas de segundo) y el valor de la intensidad de contacto (en miliamperios).
En esta imagen se detalla lo siguiente:
1 Zona I: se denomina zona de seguridad. La corriente es percibida por el sujeto pero no existen alteraciones en el ritmo cardíaco ni en el sistema nervioso.
2 Zona II: en esta zona se incrementa el ritmo cardíaco, el sistema nervioso comienza a sufrir alteraciones y aumenta la presión sanguínea. Existen muchas posibilidades de que se produzca una parada cardíaca reversible y la denominada tetanización muscular, esto es, una parálisis de los músculos que impiden que el sujeto se desenganche del elemento de contacto eléctrico.
3 Zona III: se produce la fibrilación ventricular, por lo que el corazón deja de bombear bien la sangre pudiendo ocasionar la muerte. Si la corriente pasa por la cabeza y el tórax se produce una parada respiratoria.
Aunque estos son los efectos instantáneos, las secuelas sufridas como consecuencia de un contacto con la corriente eléctrica pueden ser mucho más numerosas: trastornos cardiovasculares, quemaduras internas y externas, etc.
Recuerde
Los factores más importantes que influyen en nivel de electrocución sufrido y sus consecuencias son: el valor de la intensidad de corriente, la duración del contacto y el camino recorrido por la corriente a través del cuerpo humano.
En la siguiente tabla se puede apreciar los efectos fisiológicos directos de la electricidad sobre el cuerpo humano.
| Intensidad (mA) | Efecto | Motivo |
| 1 a 3 | Percepción | El paso de la corriente produce leves cosquilleos. No existe peligro. |
| 3 a 10 | Electrización | El paso de la corriente da lugar a movimientos reflejos. |
| 10 | Tetanización | Contracciones y agarrotamiento de la musculatura. |
| 25 | Paro respiratorio | Si la corriente atraviesa la zona cerebral. |
| 25 a 30 | Asfixia | Si la corriente atraviesa la zona torácica. |
| 60 a 75 | Fibrilación ventricular | Si la corriente pasa por el corazón. |
