Download Sistemas eléctricos - Campus Virtual ORT

Área de Educación Tecnológica
Sistemas eléctricos
¿Qué sabemos acerca de los sistemas eléctricos?
A continuación se presentan un conjunto de artefactos de uso cotidiano.
1. Indicar cuáles de ellos necesitan energía eléctrica para poder funcionar
Computadora
Lavarropas
Cafetera
Teléfono
celular
Radiograbador
Automóvil
Termotanque
Ventilador
Reproductor MP3
Ascensor
Horno
Linterna
Estufa
Barrera
Una gran cantidad de artefactos que utilizamos en nuestra vida cotidiana funcionan con
energía eléctrica. Difícilmente podríamos imaginar un mundo sin electricidad.
A lo largo de esta unidad aprenderemos cómo se aplica la electricidad a problemas
tecnológicos concretos. Conoceremos:
Algunos componentes eléctricos, sus funciones y sus modos de interconectarlos
para armar circuitos simples y complejos.
El modo de representar los circuitos eléctricos.
Cómo diseñar dichos circuitos y poner a prueba su funcionamiento.
Ciencia y Tecnología II
pág. 1/36
Área de Educación Tecnológica
Análisis de sistemas eléctricos
En las siguientes imágenes pueden verse artefactos que reciben energía eléctrica y la
transforman en otro tipo de energía.
2. Escribir sobre las flechas el nombre de la energía que “sale” del sistema:
Energía
eléctrica
Energía Calórica
Energía
eléctrica
(Para calentar el agua)
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
Energía
eléctrica
3. ¿Existen aplicaciones en las que se utilice la electricidad de manera directa
(ingresa energía eléctrica y sale el mismo tipo de energía)?
Ciencia y Tecnología II
pág. 2/36
Área de Educación Tecnológica
Representación de sistemas eléctricos
4. Representá, mediante diagrama de bloques, la estructura del ventilador y de la
estufa eléctrica.
5. ¿Cómo representarías de manera general la estructura de cualquier artefacto que
utiliza energía eléctrica? Tené en cuenta las funciones comunes.
Ciencia y Tecnología II
pág. 3/36
Área de Educación Tecnológica
Circuitos eléctricos
Circuitos simples
6. Con los elementos disponibles en la mesa, armá un modelo que permita encender
una lamparita.
7. ¿Cómo se puede encender y apagar la lamparita del modelo armado? (sin apagar la
fuente)
8. Dibujá el modelo armado en sus dos estados: con lamparita encendida y con
lamparita apagada.
Modelo con lamparita encendida
Modelo con lamparita apagada
9. Incorporá al modelo anterior, un elemento llamado interruptor simple que permite
controlarlo (encender y apagar la lamparita)
10. Analizando ambos estados, ¿cómo creés que funciona el interruptor? Dibujá la
estructura interna del mismo (cómo crees que es por dentro) sobre el circuito anterior.
Ciencia y Tecnología II
pág. 4/36
Área de Educación Tecnológica
11. Dibujá el modelo armado con el interruptor:
Representación de los circuitos

Existe un conjunto de símbolos que se suelen utilizar para representar los circuitos
eléctricos. Los símbolos son el resultado de acuerdos internacionales, para que se
puedan utilizar en todo el mundo.
12. Además de ser universales, ¿qué ventajas tiene el empleo de símbolos?
Ciencia y Tecnología II
pág. 5/36
Área de Educación Tecnológica
Simbología eléctrica
El organismo encargado en nuestro país de la normalización de los símbolos de
electricidad es el IRAM. Los símbolos más comunes son:
Pila o Fuente
Interruptor
Lámpara
Pulsador normal
abierto
Motor
Cruce de cables
sin conexión
Pulsador normal
cerrado
Cruce de cables
con conexión
Fusible
13. Ingresá al programa del simulador (Crocodile) para representar el circuito con su
simbología.
Armá, en el simulador, el circuito simple con su interruptor de dos puntos, fuente (pila) y
una lamparita.
Ciencia y Tecnología II
pág. 6/36
Área de Educación Tecnológica
14. Dibujá a continuación, el circuito utilizando los símbolos correspondientes.
Circuito simple con una lamparita
15. A modo de conclusión explicá qué condiciones se tienen que cumplir para poder
hacer funcionar un actuador mediante un circuito eléctrico.
16. Explicá, con un modelo dibujado y palabras, cómo es un interruptor por dentro.
Ciencia y Tecnología II
pág. 7/36
Área de Educación Tecnológica
Circuitos serie y paralelo
17. Armá con los componentes del kit un circuito que permita encender 2 lamparitas con
un solo interruptor. Luego dibujá el circuito:
18. Observá las siguientes imágenes e identificá a qué tipo de configuración corresponde
el circuito armado anteriormente:
Circuito paralelo
Circuito serie
El circuito armado es un circuito ______________________
19. Armá, con los componentes necesarios, el otro circuito que aparece en la imagen.
20. ¿Los circuitos anteriores funcionan igual? Observá las lamparitas y describí las
semejanzas y las diferencias encontradas entre el circuito serie y el circuito
paralelo por medio de esta tabla:
Circuitos serie
Circuitos paralelo
¿cuántos caminos encontrás?
¿qué pasa
lamparita?
al
sacar
una
¿qué sucede con la
luminosidad?
Ciencia y Tecnología II
pág. 8/36
Área de Educación Tecnológica
Más sobre los circuitos serie y paralelo
21. Armá en el simulador los siguientes circuitos serie y paralelo.
22. Si se quema una lamparita ¿qué sucedería con la otra?______________________
23. Completá las siguientes frases:
En el circuito serie, cuando una lámpara se quema, la otra
Esto sucede porque
En el circuito paralelo, cuando una lámpara se quema, la otra
Esto sucede porque
24. ¿Cuál de las configuraciones (serie o paralelo) se utilizaría para un artefacto
eléctrico de dos lámparas que se desea ubicar en el techo de una habitación? ¿Por
qué?
Un problema de diseño
Una persona necesita encender dos lámparas de una habitación de modo
independiente: cada una con un interruptor diferente. ¿De qué modo deberían
interconectarse los elementos?
25. Dibujá el diseño del circuito que resuelve la situación planteada:
Ciencia y Tecnología II
pág. 9/36
Área de Educación Tecnológica
26. Con los elementos disponibles sobre la mesa, armá el circuito y verificá su
funcionamiento.
Ciencia y Tecnología II
pág. 10/36
Área de Educación Tecnológica
Cortocircuito
27. Decimos que se produce un cortocircuito cuando, en un circuito eléctrico,
encontramos un camino cerrado en el que no se incluye un elemento que consuma
o transforme la energía eléctrica.
28. Utilizando el programa de simulación “armen” los siguientes circuitos y prueben su
funcionamiento:
29. ¿Qué pasa en cada uno de los ejemplos cuando se cierra el interruptor?
Ciencia y Tecnología II
pág. 11/36
Área de Educación Tecnológica
30. Ahora, ¿pueden sacar alguna conclusión?
31. ¿Qué sucedería si se armara estos circuitos con los elementos reales?
Ciencia y Tecnología II
pág. 12/36
Área de Educación Tecnológica
El control de los circuitos
Elementos de Control
32. Diseñen, con el simulador Crocodile, cinco circuitos eléctricos para encender una
lamparita. Utilicen los diferentes elementos de control que están en la tabla a
continuación.
33. Verifiquen el funcionamiento armando los circuitos con los elementos del kit y luego
completen la tabla.
Elementos de Regulación y Control
Nombre
Dibujo
Símbolo
Características
Diseño del circuito
Interruptor o
Llave Simple
Pulsador
Normalmente
Abierto
Pulsador
Normalmente
Cerrado
Deja de hacer
contacto al pulsarse.
Potenciómetro
Interruptor o
Llave Simple
con 2 salidas
Ciencia y Tecnología II
pág. 13/36
Área de Educación Tecnológica
34. ¿Cuál de los anteriores elementos de control utilizarías en cada una de las
siguientes aplicaciones?
Hacer sonar un timbre.
Poner manualmente la luz en rojo o en verde en un cruce de ferrocarril.
Encender y apagar la luz de la habitación.
Regular el volumen de la radio.
Encender la luz interior de la heladera al abrir la puerta y apagarla cuando se cierra.
Ciencia y Tecnología II
pág. 14/36
Área de Educación Tecnológica
Fuentes de energía en circuitos simples
35. Construí con los componentes del kit un circuito simple y variar el voltaje de la
fuente entre 1,5 y 12 Volts.
36. ¿Qué sucede con la luminosidad?
37. Armá en el simulador, un circuito simple con una batería de 9V, y luego aumentá el
”voltaje” añadiendo otra batería de 12v :
38. ¿Qué sucede con la lamparita? ¿Cómo puede explicarse lo sucedido?
Ciencia y Tecnología II
pág. 15/36
Área de Educación Tecnológica
Mediciones
Medición de Tensión Eléctrica o “Voltaje” (Tensión Continua)
Fuente de
energía
Multímetro
Para medir el “voltaje” se coloca la punta negra en el conector COM y la punta roja en el conector VΩ.
La perilla rotatoria se ubica en el rango deseado para medir DC (V-) o AC (V~). En este caso, el
selector deberá estar en DCV 20V porque los valores que vamos a medir son inferiores a 20V.
Se colocan las puntas de prueba en los polos de la fuente o del circuito del cual se desea medir el
voltaje. En este caso, mediremos la tensión eléctrica de la lamparita.
El voltaje de la lamparita se mide "en paralelo" con la misma:
39. Armen con el kit un circuito simple.
40. Midan el “voltaje” de la lamparita con el multímetro.
Para medir el “voltaje” deben conectar el selector en 20V porque los valores que van a
medir son inferiores a 20V.
Ciencia y Tecnología II
pág. 16/36
Área de Educación Tecnológica
41. En el simulador armen los siguientes circuitos, midan los voltajes y completen la
tabla
Serie
Mixto
Serie y
paralelo
Circuito
Serie
Mixto
Fuente
Lamparita 1
Lamparita 2
Lamparita 3
Lamparita 4
-----------------------
Lamparita 5
-----------------------
Medición de Intensidad de Corriente Eléctrica o “Amperaje” (Corriente continua)
Para medir Amperes, colocá el multímetro “en serie” con la lámpara.
20
A
Ciencia y Tecnología II
pág. 17/36
Área de Educación Tecnológica
Para medir el “amperaje” se coloca la punta negra en el conector COM y la punta roja en el
conector 20A. La perilla rotatoria se ubica en el rango deseado para medir DCA. En este
caso, el selector deberá estar en DCA 20A porque los valores que vamos a medir son inferiores a 20A.
El multímetro (usado como amperímetro) debe conectarse de forma que pueda “contar” todos
los electrones que pasen y para hacerlo hay que “abrir el circuito” e intercalar en él el
amperímetro en una conexión "en serie". En este caso, mediremos la intensidad de corriente
eléctrica.
42. Armen con el kit un circuito simple, uno en serie y otro en paralelo, y luego midan el
“amperaje”.
43. En el simulador armen los circuitos y completen la tabla
Circuito
Simple
Serie
Paralelo
44. Armen con el kit el siguiente circuito y midan, entre los puntos que indica el gráfico,
la tensión eléctrica (Volt), la intensidad de corriente (Amper) y la resistencia
eléctrica.
Completen la siguiente tabla con los valores medidos.
Entre 1 y 2
Entre 2 y 3
Entre 3 y 4
Voltaje
Amperes
Ciencia y Tecnología II
-----------------------
pág. 18/36
Área de Educación Tecnológica
2
3
4
1
Medición de Resistencia Eléctrica (Corriente Continua)
La resistencia eléctrica de un objeto es la medida de su oposición al paso de corriente eléctrica.
La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohm u ohmio (Ω).
Es muy importante destacar que cuando se efectúe la medición de la resistencia, la
instalación eléctrica esté desnergizada, de lo contrario se puede dañar el equipo y además
provocar un cortocircuito. Las puntas de prueba del instrumento se colocarán sobre los extremos
del elemento a medir, estando éste desconectado del circuito.
Para medir la resistencia conectá la punta roja en el conector VΩ (igual que para medir
voltaje), y la punta negra en el conector COM. La perilla rotatoria se ubica en el rango
deseado (en este caso el más bajo) del sector donde se indica el símbolo de ohms (Ω). Al igual
que en la tensión eléctrica, la resistencia de un elemento se mide en paralelo con el mismo.
45. Armen con el kit el siguiente circuito y midan, entre los puntos que indica el gráfico,
la tensión eléctrica (Volt), la Intensidad de corriente (Amper) y la Resistencia
eléctrica.
Completen la siguiente tabla con los valores medidos.
Entre 1 y 2
Entre 3 y 4
Entre 5 y 6
Voltaje
Amperes
Resistencia (Ohm)
Ciencia y Tecnología II
pág. 19/36
Área de Educación Tecnológica
1
2
5
6
3
Ciencia y Tecnología II
4
pág. 20/36
Área de Educación Tecnológica
Circuitos con motor
Como hemos visto, un motor eléctrico sirve para transformar la electricidad en movimiento.
Aprenderemos a controlar ese movimiento y aprovecharlo según la necesidad.
Control del sentido de giro
46. Armen con el kit un circuito para que el motor haga girar una polea en el sentido de
las agujas del reloj.
Elementos: motor, polea, fuente, cable e interruptor simple.
47. Dibujen el circuito armado
48. ¿Cómo harían para que el motor gire en sentido contrario? Dibujen la solución y
pruébenla con los materiales.
Ciencia y Tecnología II
pág. 21/36
Área de Educación Tecnológica
49. Mencionen tres artefactos en los que su motor debe girar en un solo sentido, como
por ejemplo en la licuadora
50. En la imagen se muestra un circuito que permite controlar un motor mediante dos
interruptores.
¿Qué ocurre si abren un interruptor y cierran el otro? Dibujen el circuito con su
circulación de corriente.
51. Prueben cerrar ambos interruptores. ¿Qué ocurre? ¿Cómo podrían justificar lo que
sucede? Dibujen el circuito con ambos interruptores cerrados y marquen la
circulación de corriente.
Ciencia y Tecnología II
pág. 22/36
Área de Educación Tecnológica
52. Se necesita incorporar una lamparita al circuito anterior, que se encienda mientras
el motor se encuentra funcionando. ¿Dónde conviene ubicarla? Dibujá el circuito.
Probalo en el simulador.
53. ¿Cuándo se cierran ambos interruptores, se enciende la lamparita?
54. Modifiquen el circuito anterior de modo que incluya dos lamparitas. Una de ellas se
enciende cuando el motor gira en sentido horario. La otra cuando gira en sentido
antihorario. Dibujá el nuevo circuito
Ciencia y Tecnología II
pág. 23/36
Área de Educación Tecnológica
55. ¿Qué ocurre con las lamparitas cuando se cierran ambos interruptores? ¿Y con el
motor?
56. Diseñen un circuito que permita controlar un motor mediante un interruptor simple y
que posea una lamparita indicadora que se debe encender cuando el motor está
girando. Propongan una solución en serie y otra en paralelo. Dibujen ambos
circuitos a continuación. Pruébenlos con el simulador y constrúyanlos con los
materiales del kit.
Ciencia y Tecnología II
pág. 24/36
Área de Educación Tecnológica
57. ¿En cuál de los dos circuitos la luz brilla con mayor intensidad? ¿Por qué?
58. ¿En cuál de los dos circuitos el motor gira más rápido? ¿Por qué?
59. ¿Cuál de los dos circuitos elegirían para que la lámpara se apague en el caso de
que el cable del motor se corte? ¿Por qué?
Existe un interruptor llamado “llave inversora” que precisamente, logra invertir la
polaridad (que los electrones circulen por el motor de manera inversa).
60. Con el simulador armen el siguiente circuito que permite hacer girar al motor en los
dos sentidos:
Ciencia y Tecnología II
pág. 25/36
Área de Educación Tecnológica
61. Completen el circuito dibujando los cables necesarios para que el motor del
ventilador pueda girar en ambos sentidos:
Llave
inversora
62. Nombren tres artefactos que posean un motor que deba girar en ambos sentidos.
Ciencia y Tecnología II
pág. 26/36
Área de Educación Tecnológica
Ejercicios y problemas
Luz y sonido
63. Utilizando el simulador, observen el comportamiento del siguiente circuito, y
analizarlo completando:
a. la Tabla de Estados
b. el Diagrama de Tiempos Simultáneos.
interruptor
pulsador
n/a
abierto
sin pulsar
abierto
pulsado
cerrado
sin pulsar
cerrado
pulsado
lámpara
sirena
interruptor
1.
pulsador n/a
lámpara
sirena
Ciencia y Tecnología II
pág. 27/36
Área de Educación Tecnológica
La luz de la escalera
64. Se desea diseñar el circuito eléctrico que permita encender y apagar la luz de una
escalera tanto desde arriba como desde abajo. Observen la simulación y luego
analicen las siguientes alternativas de solución:
¿Cuál de los siguientes circuitos permite resolver el problema? ¿por qué? Comprueben
su funcionamiento en Crocodile.
a
b
Las habitaciones
65. Se tiene tres habitaciones (A, B y C). Diseñen en Crocodile los circuitos eléctricos
para que:
a- prendan todas juntas.
b- prendan cada una en forma independiente
c- prendan A y B juntas y C independiente.
Dibujen a continuación los circuitos que resuelven las consignas a, b y c:
Ciencia y Tecnología II
pág. 28/36
Área de Educación Tecnológica
66. Representen el funcionamiento del circuito que responde la consigna c del
ejercicio anterior, mediante tabla de estados y diagrama de tiempos simultáneos.
Ciencia y Tecnología II
pág. 29/36
Área de Educación Tecnológica
La linterna
67. Diseñen, en simulador el circuito eléctrico de una linterna que posee un interruptor y
un pulsador.
Como es posible comprobar en la simulación “Linterna”, la luz se puede encender o
apagar con el interruptor, y el pulsador permite emitir pulsos de luz.
68. Realicen la tabla de estados y el diagrama de tiempos simultáneos.
Ciencia y Tecnología II
pág. 30/36
Área de Educación Tecnológica
Un problema de seguridad
En un taller, un operario está encargado de colocar el material
en la posición correcta para que un troqueladora automática
corte determinado material. Es necesario asegurarse de que el
motor eléctrico de la máquina no comience a funcionar hasta
que el operario haya retirado sus manos de la zona de trabajo.
Para resolver el problema se utiliza un circuito con dos
elementos de control, que permite activar el motor de la
máquina sí, y sólo sí, el operario presiona uno con su mano
derecha y el otro con la izquierda.
Diseñen en el Crocodile un circuito con dos pulsadores, que permita el funcionamiento
pedido. ¿Por qué se elige pulsadores en lugar de interruptores? ¿Cuál debería ser la
distancia entre ellos?
69. Representen el funcionamiento mediante tabla de estados y diagrama de tiempos.
Ciencia y Tecnología II
pág. 31/36
Área de Educación Tecnológica
El sistema anterior permite asegurar que el operario no corre peligro ya que tiene las
manos ocupadas. Pero puede ocurrir que el sistema funcione aunque el material no
esté en la máquina.
70. Modifiquen el sistema anterior de manera que el motor sólo funcione cuando el
material esté en la máquina y el operario presione los pulsadores.
Ciencia y Tecnología II
pág. 32/36
Área de Educación Tecnológica
Votación unánime
71. Diseñen con el simulador un sistema que permita encender una lámpara cuando el
resultado de una votación de 3 personas es unánime
Ciencia y Tecnología II
pág. 33/36
Área de Educación Tecnológica
Por una u otra puerta
En un comercio con dos puertas de acceso, una luz se enciende cada vez que una
persona pisa la alfombra al entrar o al salir por alguna de aquellas.
72. ¿Usarían el mismo circuito que en el problema de seguridad?
decisión
Justifiquen la
73. Diseñen con el simulador el sistema que permite el funcionamiento pedido.
74. Realicen la tabla de estados y el diagrama de tiempos simultáneos.
Ciencia y Tecnología II
pág. 34/36
Área de Educación Tecnológica
El automóvil
75. Diseñen, utilizando el simulador, el circuito eléctrico de la luz interior de un
automóvil que se debe encender cuando el conductor abre su puerta.
76. Modifiquen el circuito de modo que se encienda la luz cuando se abre cualquiera de
las dos puertas del automóvil.
77. Modifiquen el circuito de modo que también pueda encenderse mediante un
interruptor ubicado en el tablero del conductor.
Ciencia y Tecnología II
pág. 35/36
Área de Educación Tecnológica
Ventanas abiertas
Un productor agropecuario guarda bolsas con granos en un depósito con dos
ventanales. Muchas veces olvida cerrarlos. Si eso ocurriera un día de lluvia podría
dañarse el producto de su trabajo.
Decide instalar una alarma, que le avisará si alguno quedara abierto. Su sistema de
alarma posee un pulsador en cada ventana que se encuentra presionado cuando está
cerrada. Todos los días, antes de retirarse, el productor conecta el sistema desde un
tablero. Si la alarma no suena, significa que todos los ventanales están cerrados.
78. Para el sistema descripto, ¿podría utilizarse el mismo circuito que para el caso del
automóvil? ¿Por qué?
Ciencia y Tecnología II
pág. 36/36