ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS

Presentación del tema: "ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS"— Transcripción de la presentación:

1 ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS
Mg. Amancio R. Rojas Flores

2 1.1 INTRODUCCION Los fenómenos eléctricos en la Naturaleza son conocidos desde la antigüedad TALES DE MILETO ( A.C.) Filósofo griego que descubrió que al frotar un trozo de ámbar, este atraía objetos ligeros. Creía que la electricidad estaba en el objeto frotado. De esta época procede el término electricidad, del griego electrón, que significaba ámbar. WILLIAM GILBERT ( ) Se le atribuye realmente el descubrimiento de la electricidad. hizo el primer estudio científico sobre los fenómenos eléctricos. Usó el término electricidad por primera vez para explicar la atracción que ejercen algunas sustancias al ser frotadas. OTTO VON GUERICKE ( ) Este físico alemán fue el primero en fabricar una máquina electrostática capaz de producir una descarga eléctrica..

3 BENJAMIN FRANKLIN ( ) Investigó los fenómenos eléctricos e inventó el pararrayos. Describió la electricidad como un fluido que se encontraba en todas las sustancias y las dividía en eléctricamente positivas o negativas, según tuvieran exceso o defecto del fluido. CHARLES AUGUSTIN DE COULOMB ( ) Físico e ingeniero francés que fue el primero en cuantificar y medir la fuerza de atracción o repulsión electrostática mediante la "Ley de Coulomb" . realizó estudios sobre el magnetismo. La unidad de carga eléctrica se llama culombio en su honor ALESSANDRO VOLTA ( ) Físico italiano fue el creador de la pila que lleva su nombre. Dedicó la mayor parte de su vida al estudio de los fenómenos eléctricos. La unidad de potencial eléctrico, el voltio, se llama así en su honor MICHAEL FARADAY ( ) Físico y químico inglés. Descubrió la inducción electromagnética, que permite la construcción de motores y generadores eléctricos, y las leyes de la electrólisis (descomposición química de sustancias mediante la electricidad). La unidad de capacidad eléctrica, el faradio, se llama así en su honor.

4 THOMAS ALVA EDISON ( ) Este norteamericano está considerado como el mayor inventor de toda la historia de la humanidad. Entre otras muchas cosas inventó: la bombilla, el telégrafo moderno, el fonógrafo, un proyector de películas, un ferrocarril eléctrico, etc. HEINRICH RUDOLF HERTZ ( ) Físico nacido en Alemania que estudió las ondas electromagnéticas en las que se basan la radio y la televisión. Demostró que la electricidad se propaga en forma de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz. La unidad de frecuencia, el hercio, se llama así en su honor. GUILLERMO MARCONI ( ) Este italiano, ingeniero y físico, es conocido como el inventor del telégrafo sin hilos, que daría lugar a la radio. Recibió el premio Nobel de Física por la importancia de sus trabajos.

5 Electricidad.- Forma de energía que produce efectos luminosos, mecánicos, caloríficos, químicos, etc., y que se debe a la separación o movimiento de los electrones que forman los átomos. La ingeniería eléctrica.- es el campo de la ingeniería que se ocupa del estudio y la aplicación de la electricidad, la electrónica y el electromagnetismo Las dos teorías fundamentales en las que se apoyan todas las ramas de la ingeniería eléctrica son las de circuitos eléctricos y la electromagnética.

6 Muchas ramas de la ingeniería eléctrica, como potencia, máquinas eléctricas, control, electrónica, comunicaciones e instrumentación, se basan en la teoría de circuitos eléctricos. La teoría de circuitos también es valiosa para estudiantes que se especializan en otras ramas de las ciencias físicas, porque los circuitos son un buen modelo para el estudio de sistemas de energía en general En ingeniería eléctrica, a menudo interesa comunicar o la transferir energía a partir de un punto a otro. Para hacer esto se requiere un interconexión de dispositivos eléctricos. Tal interconexión se conoce como un circuito eléctrico, y cada componente del circuito se conoce como un elemento.

7 Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos
Circuito eléctrico simple Circuito eléctrico de un radio trasmisor

8 1.2- SISTEMA DE UNIDADES Unidades básicas SI
Algunas unidades derivadas SI

9 Unidades derivadas del SI

10 1.3.-CARGA Y CORRIENTE Carga es una propiedad eléctrica de los partículas atómicas de las que se compone la materia, medida en coulombs ( C ) LEY DE COULOMB El Coulomb es definido como la carga llevada por x1018 electrones Si x1018 electrones pasan a través de un alambre, podemos decir que la carga que pasa a través del alambre es 1C

11 Movimiento al azar de electrones libres en un conductor
conductores, Aisladores, y Semiconductores Según la estructura de la materia los materiales pueden ser clasificados como conductores aisladores y semiconductores

12 Corriente eléctrica Es la velocidad de cambio de la carga respecto al tiempo, medida en amperes(A)
Por convención se considera al flujo de corriente como el movimiento de cargas positivas (Benjamín Franklin )

13 La carga transferida entre el tiempo t0 y t se obtiene integrando ambos miembros de la ecuación i=dq/dt

14 André-Marie Ampère ( ), matemático y físico francés, sentó las bases de la electrodinámica. Definió la corriente eléctrica y desarrolló una manera de medirla en la década de 1820. Matemáticamente, la relación entre la corriente i, la carga q y el tiempo t es (1.1). Donde: la corriente se mide en amperes (A); 1 ampere = 1 coulomb/segundo La carga transferida entre el tiempo t0 y t se obtiene integrando ambos miembros de la ecuación (1.1). Se obtiene (1.2).

15 Existen varios tipos de corriente; es decir, la carga puede variar con el tiempo de diversas maneras. Una corriente directa (cd) es una corriente que permanece constante en el tiempo. Una corriente alterna (ca) es una corriente que varía senoidalmente con el tiempo.

16 Dirección de corriente
Dirección convencional de corriente Dirección del flujo de electrones

17 1.4 TENSIÓN Cuando las cargas son separadas de un cuerpo y transferido a otro, una diferencia de potencial o voltaje resulta entre ellos La tensión vab entre dos puntos a y b en un circuito eléctrico es la energía (o trabajo) necesaria para mover una carga unitaria desde a hasta b (1.3) Tensión (o diferencia de potencial) es la energía requerida para mover una carga a través de un elemento, medido en volts 17

18 Alessandro Antonio Volta ( ), físico italiano, inventó la batería eléctrica, la cual brindó el primer flujo continuo de electricidad, y el capacitor. Su invención de la batería en 1796 revolucionó el uso de la electricidad. La publicación de su obra en 1800 marcó el inicio de la teoría de los circuitos eléctricos. Dos representaciones equivalentes de la misma tensión vab: el punto a tiene 9 V más que el punto b, el punto b tiene 9 V más que el punto a.

19 1.5 POTENCIA Y ENERGÍA Aunque corriente y tensión son las dos variables básicas en un circuito eléctrico, no son suficientes por sí mismas. Para efectos prácticos, se necesita saber cuánta potencia puede manejar un dispositivo eléctrico. Para relacionar potencia y energía con tensión y corriente, recuérdese de la física que Potencia es la variación respecto del tiempo de entrega o absorción de la energía, medida en watts (W). Esta relación se escribe como (1.5) Donde. p es la potencia, en watts (W); w es la energía, en joules (J), y t es el tiempo, en segundos (s).

20 Potencia absorbida o entregada por un elemento
De las ecuaciones (1.1), (1.3) y (1.5) se desprende que: (1.6) (1.7) Potencia instantánea Potencia absorbida o entregada por un elemento Potencia absorbida por un elemento Potencia entregada por un elemento

21 La convención pasiva de signos se satisface cuando la corriente entra por la terminal positiva de un elemento y p = +VI . Si la corriente entra por la terminal negativa , p = - VI Fig. Polaridades de referencia para la potencia con el uso de la convención pasiva del signo: a) absorción de potencia, b) suministro de potencia 21

22 Energía es la capacidad para realizar trabajo, medida en joules (J).
La ley de la conservación de la energía debe cumplirse en cualquier circuito eléctrico. Por esta razón, la suma algebraica de la potencia en un circuito, en cualquier instante, debe ser cero: (1.8) A partir de la ecuación (1.6), la energía absorbida o suministrada por un elemento del tiempo t0 al tiempo t es (1.9) Energía es la capacidad para realizar trabajo, medida en joules (J).

23 POTENCIA Potencia en sistemas eléctricos
Dado que nuestro interés es la potencia eléctrica, necesitamos expresiones para P en términos de cantidades eléctricas. Recordando que voltaje es definido como trabajo por unidad de carga y corriente es la razón de transferencia de carga. 23

24 RESISTENCIA La resistencia de un material depende de varios factores
El tipo de material La longitud del conductor El área de la sección transversal La temperatura Donde: : resistividad en ohm-metros (-m) l: longitud en metros (m) A : área de la sección transversal, (m2).

25 Resistividad () de materiales comunes

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27 Efectos de la temperatura
En el caso de la mayoría de los conductores, la resistencia se incrementa al elevarse la temperatura, debido al mayor movimiento molecular en el interior del conductor, que obstaculiza el flujo de la carga. La resistencia se incrementa relativamente lineal al elevarse la temperatura.

28 Intercepción de la temperatura y coeficientes para materiales comunes
El coeficiente de temperatura para cualquier material se define como

29 Tipos de resistores Resistores fijos

30 Resistores de potencia
Resistores integrados

31 Resistores variables

32 Código de colores para resistores

33 DIAGRAMAS DE UN CIRCUITO
DIAGRAMA DE BLOQUES.- describe un circuito o un sistema en forma simplificada . 33

34 DIAGRAMA PICTORICO.- Son un tipo de diagrama que provee detalles
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35 a) Esquema usando el símbolo lámpara
DIAGRAMA ESQUEMATICO.- Se usan símbolos estándar para representar los componentes. a) Esquema usando el símbolo lámpara b) Esquema usando el símbolo resistencia 35

36 Dibujar el diagrama esquemático

37 Elementos de circuitos
Circuito eléctrico Circuito eléctrico o una red eléctrica es una interconexión de elementos eléctricos unidos entre si en una trayectoria cerrada de forma que pueda fluir continuamente una corriente eléctrica Elementos de circuitos Hay dos tipos de elementos de los circuitos eléctricos: elementos pasivos y elementos activos. Un elemento activo es capaz de generar energía, mientras que un elemento pasivo no. Elementos pasivos: Resistencias, capacitores y inductores Elementos activos: Generadores, baterías y amplificadores operacionales Los elementos activos mas importantes son las fuentes de tensión o de corriente, que generalmente suministran potencia al circuito conectado a ellas Hay dos tipos de fuentes: independientes y dependientes

38 Una fuente independiente ideal es un elemento activo que suministra una tensión o corriente especificada y que es totalmente independiente de los elementos del circuito Una fuente dependiente ideal (o controlada) es un elemento activo en el que la magnitud de la fuente se controla por medio de otra tensión o corriente Existen cuatro posibles tipos de fuentes dependiente, a saber. Fuente de tensión controlada por tensión (FTCT) Fuente de tensión controlada por corriente (FTCC) Fuente de corriente controlada por tensión (FCCT) Fuente de corriente controlada por corriente (FCCC)

39 La fuente de la parte derecha es una fuente
de tensión controlada por corriente.

40 Calcule la potencia suministrada o absorbida por cada elemento de la figura

41 APLICACIONES

42 7. Reposición y mantenimiento de conexión
1. Número de suministro Código que identifica al titular del suministro. 2. Datos del suministro Explicación de los datos del suministro del recibo. 3. Detalle de consumo Resultado de la diferencia de la lectura anterior y actual de los medidores de luz multiplicadas por el factor del medidor. El gráfico muestra el consumo de los últimos 12 meses para un análisis de los mismos. 4. Mensajes al cliente Reservada para que la empresa eléctrica se comunique con el cliente. 5. Cargo fijo Cargo asociado al costo de las actividades de lectura de medidor, de procesamiento y emisión del recibo de luz, su reparto y cobranza. Se factura incluso si el consumo es cero 6. Alumbrado público Monto que corresponde al servicio de alumbrado público de la calle. El costo del servicio es distribuido entre los cliente, según su consumo, de acuerdo al artículo 184 del Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas. 7. Reposición y mantenimiento de conexión Cargo que cubre el mantenimiento de  la conexión o su reposición por el deterioro normal en el transcurso del tiempo, según el artículo 163 del Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas