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ELECTRICIDAD II
E.P.E.T. N° 3
Estudiante: ...................................
Prof. Carlos Mandrini
[email protected]
3° AÑO
Estudiantes:
Mi nombre es Carlos Emanuel Mandrini y es para mí un honor tener
la oportunidad de compartir con ustedes durante el presente año
esta valiosa experiencia que formará el proyecto y el futuro dentro
del colegio a lo largo de su carrera. Durante un extenso tiempo
compartiremos no solo en la clase sino además en este espacio
virtual un sinnúmero de experiencias, que espero podamos llenar con
el intercambio y el afecto, lo cual nos facilitara recorrer este
trayecto. Soy Técnico Electromecánico, egresado de un colegio
similar al de ustedes (Escuela de Educación Técnica N° 1 de Tres
Lomas, Buenos Aires), y Procurador Egresado de la Universidad
Empresarial Siglo XXI (Córdoba). Desde hace unos años, la docencia
se ha convertido en una tarea sumamente gratificante que llena
de alegría mis días en el ejercicio de esta maravillosa profesión que
hemos escogido.
Es un placer para mí compartir este espacio con ustedes
y acompañarles en esta materia que aporta componentes
metodológicos a los fines de estructurar un proyecto en su
carrera. Mi compromiso a partir de hoy, será transitar junto a
ustedes el paso por esta asignatura que reviste de mucha
importancia, ya que son las primeras herramientas con las que van a
contar. Trabajaremos juntos para que aprendan a aprender y a
desarrollar todas sus potencialidades. Estoy aquí para apoyar,
orientar y guiar a tod@s en sus procesos individuales y grupales de
aprendizaje que comienzan en este momento.
Éxitos, y bienvenidos.
Carlos.
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Esta idea la tienes que analizar y estudiar
Vamos a hacer ejercicios!!!
Realicemos el trabajo práctico.
Glosario:
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INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD
¿Qué es la electricidad?
Comencemos por definir que es una molécula:
La molécula es la partícula más pequeña que presenta todas las propiedades
físicas y químicas de una sustancia, y se encuentra formada por dos o más
átomos. Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (como ocurre
con la molécula de oxígeno, que cuenta con dos átomos de oxigeno) o distintos
(la molécula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrogeno y uno de
oxigeno)
Las moléculas se encuentran en constante movimiento, y esto se conoce como
vibraciones moleculares (que pueden ser de tensión o de flexión). Sus átomos se
mantienen unidos gracias a que comparten o intercambian electrones.
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Repasemos algunos ejemplos:
Tipo de molécula
Ejemplos
Molécula simple o monoatómicas, Aluminio (Al)
conformadas por un solo átomo.
Cobalto (Co)
Azufre (S)
Sodio (Na)
Xenón (Xe)
Flúor (Fi)
Molécula diatómica están formadas
Hidrógeno (H2)
por dos átomos iguales
Nitrógeno (N2)
Cloro (Cl2)
Oxigeno (O2)
Bromo (Br2)
Yodo (I2)
Molécula triatómica están compuestas Agua (H2O)
por tres átomos de dos o más Dióxido de carbono (CO2)
elementos distintos.
Amonio (NH4)
Ácido sulfúrico (H2SO4)
Propano (C3H8)
Etanol (C2H5OH)
Moléculas
tetra
atómicas Sulfato ácido de Sodio (NaHSO4)
conformadas por cuatro átomos de
uno o varios elementos
Moléculas
poli
atómicas,
están Glucosa (C6H12O6)
compuestas por más de cuatro átomos
de uno o varios elementos y son
representadas mediante el símbolo de
los elementos que las componen y el
número correspondiente a los átomos
contenidos de los elementos.
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Ahora bien, ya sabemos lo que es la molécula, pero… ¿Qué es el átomo?
Para hablar de la electricidad debemos conocer y saber que es el átomo.
Ya hemos aprendido que la materia o cualquier material está formado por
partículas muy pequeñas (no se ven a simple vista) llamadas átomos. Estos son la
unidad básica y más pequeña de la materia, la cual no puede dividirse. De hecho,
su significado es “a” como negación y “tomo” división, es decir sin división. Puede
dividirse pero ya no conservará sus propiedades.
El átomo está formado por un núcleo en cuyo interior se encuentran otras
partículas,
aún
más
pequeñas,
llamadas
protones
y
neutrones.
Los protones tienen carga eléctrica positiva y los neutrones solo tienen masa
pero no tienen carga eléctrica.
Pero lo que realmente nos importa para la electricidad son los electrones. Son
partículas con carga eléctrica negativa que están girando alrededor del núcleo
del átomo.
Por lo que el concepto correcto de átomo es el siguiente:
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Para entender un poco mejor, observemos el siguiente cuadro:
Partícula
1 ELECTRON
2 PROTON
3 NEUTRON
Localización Símbolo Carga
Orbital
e(-)
Núcleo
(+)
p+
Núcleo
n=
Cero
MASA (Gramos)
9.1090x10-28
1.6726x10-24
1.6750x10-24
El átomo, en estado neutro, tiene el mismo número de protones que de
electrones, como los dos tienen la misma carga pero uno es positivo (+) y el otro
negativo (-), el cómputo global de su carga es cero, es decir no tiene carga
eléctrica.
Pero los electrones podemos arrancarlos del átomo al que pertenecen y
moverlos a otro átomo que esté a su lado, es decir podemos "mover electrones",
o lo que es lo mismo generar electricidad.
Si quitamos un electrón a un átomo, este átomo quedará con carga positiva
porque tiene un protón más. Si este átomo se lo damos a otro átomo que esté a
su lado, este átomo quedará cargado con carga negativa, ya que tendrá un e- de
más.
Si te fijas los átomos a los que les quitamos o les ponemos un e- sí que tienen
carga eléctrica. Pero insistimos, lo que nos interesa es que los e- se muevan a
través de los átomos de un material, por ejemplo de un cable o conductor, ya
que es la forma de generar electricidad.
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Para redondear:
● Si un cuerpo está cargado negativamente es porque ha ganado electrones.
Tiene un exceso de electrones.
● Si un cuerpo está cargado positivamente es porque ha perdido electrones.
Tiene un defecto de electrones.
Una característica de las cargas, es que las cargas del mismo signo se repelen,
mientras que las cargas con diferente signo se atraen (tal y como muestra la
figura).
Hemos ampliado millones de veces los átomos de un material, por ejemplo cobre,
nos quedamos con 3 y mira lo que hacemos.
Cada átomo tiene 6 e- con carga negativa y 6 protones en el núcleo con carga
positiva.
Quitamos un e- al primero y se lo pasamos al segundo. Automáticamente el
primer átomo queda con carga positiva y el segundo queda con carga negativa.
Ahora movemos el e- al tercer átomo y así sucesivamente.
Si te das cuenta, cuando robamos un e- al átomo, este se queda con un "hueco"
vacío. Nada más que pueda, rellenará este hueco con otro e- para estar en
estado neutro que es como le gusta estar.
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Ahora vamos a explicarlo al revés.
Si al tercer átomo le quitamos un e-. ¿Qué hará? Pues le robará el e- al segundo
átomo para estar neutro. Este a su vez, el segundo, quedará con un hueco y le
robará un e- al primero.
Si esto lo viéramos como en una película, el efecto que veríamos es un
movimiento de electrones, de átomo en átomo a través del material. ¡¡¡Eso es la
electricidad!!!.
Ejercicios:
1. Indica la carga total de los átomos (positiva o negativa) que poseen las
siguientes partículas:
a) 8 protones y 6 electrones
b) 20 protones y 18 electrones
c) 13 protones y 10 electrones
d) 17 protones y 18 electrones
2. Completa el siguiente cuadro
Partícula del
átomo
¿En qué parte se
encuentra?
Tipo de carga
Negativa
En el núcleo del
átomo
Protón
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Magnitudes eléctricas:
Si frotamos una lapicera por nuestro cabello, veremos que ésta es capaz de
atraer pequeños trozos de papel. Decimos entonces que la lapicera se ha
electrizado.
Si conecto un cuerpo cargado negativamente con otro cargado positivamente
con un cable conductor, las cargas negativas recorren el conductor desde el
cuerpo negativo al positivo.
Una vez conectados, los electrones en exceso de uno, serán atraídos a través
del hilo conductor (que permite el paso de electrones) hacia el elemento que
tiene un defecto de electrones, hasta que las cargas eléctricas de los dos
cuerpos se equilibren.
Cuando un cuerpo está cargado negativamente y el otro está cargado
positivamente, se dice que entre ellos hay una DIFERENCIA DE CARGAS, pero
este concepto se conoce más como tensión eléctrica o voltaje y se mide en
voltios. La tensión se representa con la letra V, al igual que su unidad, el voltio.
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Al movimiento de electrones por un conductor se lo denomina CORRIENTE
ELECTRICA
Ésta puede ser alterna o continua:
Thomas Edison y Nikola Tesla han sido dos de los mayores genios e inventores
de la historia. A pesar de ello, el primero es conocido casi en exclusiva por la
lámpara o bombilla incandescente y el segundo es prácticamente desconocido
para el público general. Sin embargo, hace más de un siglo que ambos
comenzaron una “guerra”, conocida a día de hoy como la guerra de las
corrientes.
La corriente continua (CC) es aquella que fluye a lo largo de un circuito
eléctrico siempre en el mismo sentido. La mayoría de los dispositivos
electrónicos que empleamos en nuestro día a día (computadoras, tablets,
teléfonos celulares, etc. hacen uso de este tipo de sistema.
Mientras tanto, la corriente alterna (CA) cambia su sentido de circulación un
determinado número de veces por segundo (en Argentina, 50 veces). La mayoría
de los motores eléctricos (grandes consumidores de electricidad a nivel
mundial) utilizan corriente alterna.
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” La corriente alterna es actualmente la forma dominante en la generación,
transporte y distribución de electricidad.
A pesar de que las primeras centrales eléctricas del mundo generaban corriente
continua haciendo girar dinamos, la corriente alterna es actualmente la forma
dominante en la generación, transporte y distribución de electricidad.
Esas primeras centrales de CC, impulsadas por Edison, presentaban la dificultad
de cambiar el nivel de voltaje, lo que hacía necesario que estuvieran situadas en
el mismo sitio o cerca del lugar de consumo para reducir las pérdidas. Por el
contrario, las centrales de corriente alterna, respaldadas por Tesla, permitían
cambiar los niveles de voltaje de forma sencilla y económica mediante el empleo
de un transformador eléctrico, posibilitando el transporte de electricidad a
larga distancia.
Así las cosas, al ver su negocio en riesgo, Edison inició una campaña pública de
descrédito contra la corriente alterna que lo llevó a electrocutar animales en
público y promover el uso de la silla eléctrica para alertar de los peligros de la
corriente alterna. No obstante, a pesar de sus intentos, la construcción de
plantas centralizadas de gran tamaño dio lugar a economías de escala que
decantaron la balanza en favor de la corriente alterna. Sin embargo, en los
últimos años, la corriente continua de Edison ha vuelto a cobrar importancia.
” Abengoa va a poner en marcha el mayor sistema de corriente continua de alto
voltaje del mundo.
El desarrollo de los semiconductores y, con ellos, los avances en el campo de la
electrónica
de
potencia
han
permitido
la
proliferación
de
convertidores (aparatos capaces de transformar corriente alterna en corriente
continua y viceversa) de gran eficiencia y con unos costes que los hacen
competitivos en el mercado. Esto ha dado un giro a la forma de transportar
electricidad y la corriente continua de alto voltaje (HVDC) es considerada
hoy en día como una opción viable técnica y económicamente para el transporte
de grandes cantidades de energía cuando es necesario salvar grandes
distancias. Esta forma de transmisión se ve favorecida por el aprovechamiento
de fuentes renovables, las cuales se encuentran, generalmente, lejos de los
puntos de consumo. Un ejemplo es la eólica “off-shore” en el norte de Alemania.
Otro, la hidroeléctrica en el norte de Brasil. En este caso en
concreto, Abengoa está a punto de poner en marcha el mayor sistema de
HVDC del mundo, formado por dos líneas HVDC de 2.375 km y 3.150 MW cada
una.
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La intensidad de la corriente se representa con la letra I, y se mide
en Amperios (A).
Entonces para que exista una corriente eléctrica entre dos puntos, es inevitable
que entre los extremos del conductor exista una diferencia de cargas, es
decir, mientras mayor sea la tensión en los extremos de la pila, mayor será la
fuerza con la que se desplazan los electrones por el conductor.
En cualquier conductor las cargas encuentran una oposición o resistencia a su
movimiento. Las cargas, es decir, los electrones, “tropiezan” con los átomos del
cable conductor y les cuesta avanzar. Por eso, hay unos materiales mejores
conductores que otros. Por ejemplo: el cobre es un excelente conductor
eléctrico, porque ofrece una baja resistencia al paso de la corriente eléctrica y
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en cambio el plomo, aunque conduce la corriente, es un mal conductor, porque
tiene una resistencia más alta al paso de la corriente eléctrica.
Por eso, se define la resistencia eléctrica de una material a la oposición que
ofrece un material al paso de la corriente eléctrica.
La resistencia eléctrica se representa con la letra R, y se mide en
Ohmios (Ω).
Une mediante flechas los términos de las siguientes columnas:
Intensidad de la corriente
Resistencia
Movimiento de electrones a través de
un material conductor.
Fuerza con que se mueven los
electrones entre dos puntos de un
circuito.
Tensión
Oposición que ofrecen los elementos
del circuito al paso de corriente.
Corriente eléctrica
Cantidad de electrones que circula por
un punto determinado de un circuito
cada segundo.
Completa la siguiente tabla que relaciona magnitudes y unidades eléctricas
Magnitud
eléctrica
Letra con se
representa la
magnitud
Unidad de medida
Letra con que
se representa
la unidad
Resistencia
Intensidad
Tensión
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Trabajo práctico N° 1
Miramos el video de Tesla Vs. Edison. La Guerra, de las
corrientes y realizamos un cuadro comparativo con sus
ideas, el desarrollo de las mismas y conclusiones.
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Materiales conductores y aislantes
En los elementos llamados conductores, algunos de estos electrones pueden
pasar libremente de un átomo a otro cuando se aplica una diferencia de
potencial (o tensión eléctrica) entre los extremos del conductor.
A este movimiento de electrones es a lo que se llama corriente eléctrica.
Algunos materiales, principalmente los metales, tienen un gran número de
electrones libres que pueden moverse a través del material. Estos materiales
tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a otro estos son los antes
mencionados conductores.
Los mejores conductores son los elementos metálicos, especialmente la plata
(es el más conductor), el cobre, el aluminio, etc.
Los materiales aislantes tienen la función de evitar el contacto entre las
diferentes partes conductoras (aislamiento de la instalación) y proteger a las
personas frente a las tensiones eléctricas (aislamiento protector).
La mayoría de los no metales son apropiados para esto pues tienen
resistividades muy grandes. Esto se debe a la ausencia de electrones libres.
Los materiales aislantes deben tener una resistencia muy elevada, requisito del
que pueden deducirse las demás características necesarias.
En los materiales no conductores de la electricidad, o aislantes, los electrones
están sólidamente unidos al núcleo y es difícil arrancarlos de átomo.
Por este motivo, comparándolos con los conductores, se requiere una diferencia
de potencial relativamente alta para separar algunos electrones del átomo, y la
corriente que se obtiene es prácticamente nula.
Este es un material que se resiste al flujo de carga, algunos ejemplos de
aislante son la ebonita, el plástico la mica, la baquelita, el azufre y el aire;
Buenos aislantes o no conductores, son: los aceites, el vidrio, la seda, el papel,
algodón, etc.
Los mejores conductores son los elementos metálicos como el cobre que es más
conductor que el aluminio, pero menos que la plata y que el oro. Para los
elementos conductores y aislantes se rigen por diferentes escalas de medidas o
diferentes constantes. Por lo que los hace diferentes de los otros como total
mente inversos como son los aislantes de los conductores, como ya había dicho
antes los materiales que tienen la facilidad de transmitir carga de un objeto a
otro estos son los mencionados conductores; y los que evitan el contacto entre
las diferentes partes conductoras son los mencionados aislantes que tienen una
resistencia muy elevada al paso de la corriente.
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No todos los metales conducen la corriente con la misma facilidad: el mejor
conductor conocido es la plata, seguido de cerca por el cobre, y algo menos el
oro y el aluminio. Lógicamente, el alto precio de los metales preciosos como la
plata hacen inviable su uso como conductores de amplio uso, por lo que se utiliza
habitualmente el cobre. En los casos en los que se necesita menos peso, se pone
aluminio, que aunque presenta una conductividad menor que el cobre, es
bastante más ligero. Los demás metales, como el hierro, el acero, el latón,
etcétera, conducen peor la electricidad, es decir, oponen más resistencia al
paso de la corriente y generan muchas más pérdidas por calor.
La mayor o menor facilidad para conducir la corriente eléctrica se basa en
la estructura atómica de los materiales. Los elementos de tipo metálico están
formados por átomos que contienen pocos electrones en su nivel más externo;
los átomos están cerca unos de otros, de forma que esos electrones externos
están compartidos por todos los átomos, formando una nube donde los
electrones pueden moverse libremente, lo que explica la conductividad
eléctrica, y también las propiedades típicamente metálicas, como la ductilidad,
la maleabilidad y el brillo.
En el resto de materiales, esos electrones del último nivel están fijos, bien
localizados en las moléculas; no se pueden mover, por lo que esos materiales no
conducen la electricidad, y son aislantes.
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LISTA DE 15 CONDUCTORES
No.
Propiedad
Nombre
Resistividad, 10-8 m
1
No metal
Hidrogeno
----------
2
Metal
Plata
1.59
3
Metal
Cobre
1.6730
4
Metal
Oro
2.35
5
Metal
Aluminio
2.6548
6
Metal
Berilio
4.0
7
Metal
Sodio
4.2
8
Metal
Magnesio
4.45
9
Metal
Rodio
4.51
10
Metal
Molibdeno
5.2
11
Metal
Iridio
5.3
12
Metal
Volframio
5.65
13
Metal
Lantano
5.70
14
Metal
Cinc
5.916
15
Metal
Potasio
6.15
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Semi-conductores
El semiconductor es un material aislante que, cuando se le añaden ciertas
sustancias o en un determinado contexto, se vuelve conductor. Esto quiere
decir que, de acuerdo a determinados factores, el semiconductor actúa a modo
de aislante o como conductor.
Los
semiconductores
pueden
ser
intrínsecos
o
extrínsecos.
Los semiconductores
intrínsecos (que
también
se
conocen
como semiconductores extremadamente puros) son cristales que, a través de
enlaces covalentes entre los átomos, desarrollan una estructura de tipo
tetraédrico A temperatura de ambiente, estos cristales tienen electrones que
absorben la energía que necesitan para pasar a la banda de conducción,
quedando un hueco de electrón en la banda de valencia.
Los semiconductores extrínsecos, por su parte, son semiconductores
intrínsecos a los que les agregan impurezas para lograr su dopaje (así se conoce
el resultado del proceso que se lleva a cabo para modificar las propiedades
eléctricas de un semiconductor).
Existen numerosos datos de gran interés acerca de los semiconductores como
son los siguientes: -La primera vez que se considera que se comenzó a hablar y a
hacer uso de los mismos fue en la década de los años 20. En los conocidos como
radiorreceptores, también llamados “de galeno”, fue donde se emplearon los
mismos
y
eran
unos
detectores
diodos
de
reducidas
dimensiones.
-En la década de los años 40, más exactamente en 1947, fue cuando varios
investigadores de los Laboratorios Bell llevaron a cabo el desarrollo del primer
semiconductor de germanio. A este le dieron en llamar transistor y pasó a ser
un elemento fundamental dentro del mundo de la electrónica desde ese mismo
momento.
-Para poder conseguir aumentar de manera más o menos notable lo que es la
conductividad de un elemento semiconductor lo que hay que hacer es aumentar
su iluminación, elevar de manera clara su temperatura o bien realizar lo que se
da en llamar dopaje. Este es un procedimiento que consiste básicamente en
introducir impurezas en lo que es la estructura cristalina de aquellos.
-Hay determinados semiconductores que, a pesar de ser reconocidos como tal,
cuentan con una serie de características a medio camino entre conductores y
aislantes que les lleva al final a tener dudas sobre si colocarlos en un lugar o en
otro. Nos estamos refiriendo en concreto al citado germanio, al silicio y al
selenio.
-Además de todos los mencionados, otros importantes semiconductores son el
cadmio, el boro, el indio, el galio…
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Todos los elementos químicos se califican como conductores, aislantes o
semiconductores. Mientras que las conductores tienen baja resistencia a la
circulación de la corriente eléctrica y los aislantes, alta, los semiconductores se
ubican entre ambos ya que permiten el paso de la corriente sólo en ciertos
casos. La temperatura, la presión, la radiación y los campos magnéticos pueden
hacer que un semiconductor actúe como conductor o como aislante según el
contexto.
Entre los semiconductores más empleados en el ámbito de la industria, se
encuentran el silicio, el azufre y el germanio. Estos elementos se utilizan para la
producción de chips y transistores, entre otros productos.
Superconductores
Se aplica a aquellos materiales que, al ser enfriados, dejan de ejercer
resistencia al paso de la corriente eléctrica. De este modo, a una cierta
temperatura, el material se convierte en un conductor eléctrico de tipo
perfecto.
La superconductividad, por lo tanto, es una propiedad de algunos materiales. Las
sustancias que pueden actuar como superconductoras son aquellas que, en
condiciones específicas, pueden conducir la corriente sin que se produzca
pérdida energética ni se ejerza resistencia.
El científico Heike Kamerlingh Onnes descubrió, en 1911, que los conductores
metálicos pierden resistividad cuando disminuye la temperatura. Al descender
por debajo de una temperatura calificada como crítica, la resistencia se anula
por completo. De esta manera, la corriente eléctrica puede fluir de forma
indefinida a través del superconductor incluso sin la acción de una fuente de
alimentación.
Es importante establecer que los materiales superconductores se pueden
clasificar según varios criterios relevantes, como son los siguientes:
-Si tenemos en cuenta su material, podemos decir que hay cuatro grandes
grupos: las cerámicas, las aleaciones, los que poseen estructuras de carbono y
los elementos puros.
-Partiendo de lo que es su comportamiento físico, se puede determinar que hay
dos clases de superconductores: los de tipo I, que tienen la particularidad de
poder pasar del estado superconductor al normal de una forma muy rápida, y los
de tipo II. Estos últimos son los que tienen, como se denomina por parte de los
científicos, dos campos magnéticos críticos.
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-En función de lo que es su temperatura crítica, hay dos modalidades: los de
alta temperatura, si la misma está por encima de los 77k, y los de baja
temperatura, que se caracterizan por tenerla por debajo de los ya citados 77k.
El aluminio y el estaño son dos ejemplos de materiales superconductores. Es
habitual que los materiales se enfríen con helio líquido para que puedan alcanzar
la mencionada temperatura crítica. Cuando el material se transforma en
superconductor,
puede
emplearse
para
el
desarrollo
de circuitos y electroimanes.
Actualmente, entre las aplicaciones más útiles e interesantes que se les da a los
mencionados
materiales
superconductores
destacan
las
siguientes:
-Dentro del ámbito médico se han empleado para poder solucionar aneurismas
sin necesidad de emplear cirugía, para extraer tumores e incluso para poder
corregir arterias que habían sufrido algún daño.
-En el campo científico, se han usado y se siguen usando para acometer estudios
del crecimiento de plantas.
Cabe destacar, por último, que se conoce como superconductores de alta
temperatura a los materiales que cuentan con una temperatura crítica superior
a la temperatura de ebullición que tiene el nitrógeno o que no cumplen con
la teoría BCS (desarrollada en 1957 para explicar la superconductividad).
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Completa el siguiente cuadro:
Conductor
Aislante
Poseen menos de 4 een la capa de valencia
Posee 4 e- en la capa
de valencia
Vidrio
Porcelana
Barniz (en bobinas)
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Trabajo práctico N° 2:
1. ¿Qué es el átomo? Haz un dibujo indicando sus partes.
2. Nombra las partículas del átomo e indica la carga de cada de cada una.
3. ¿Qué partículas del átomo son responsables de los fenómenos eléctricos?
Explica porque.
4. En general, los materiales son neutros en la naturaleza. Explica porque.
5. ¿Cómo se carga positivamente un cuerpo? ¿y negativamente?
6. ¿Qué sucede cuando conecto con un cable conductor un cuerpo cargado
positivamente con otro cargado negativamente?
7. ¿Cuándo hay diferencia de cargas entre dos cuerpos?
8. ¿Qué pasa si se conecta un cable conductor entre dos cuerpos que tienen
diferencias de carga? ¿Y si conectas dos cuerpos en los que no hay
diferencias de cargas?
9. .Diferencias entre materiales conductores y aislantes. Indica un ejemplo
de cada.
10. El agua en su estado puro, ¿es conductora?
11. ¿Qué es la corriente eléctrica?
12. ¿Qué es la tensión eléctrica? ¿En qué unidades se mide?
13. ¿Qué es la intensidad de corriente? .Indique en que unidades se mide.
14. ¿Qué es la resistencia eléctrica? ¿En qué unidades se mide?
15. Si un material tiene una resistencia eléctrica baja. ¿Es un mal o un buen
conductor de la corriente? Indica un ejemplo.
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Efectos de la electricidad
Para poner un ejemplo: si hacemos pasar electricidad por un filamento, hilo
enroscado, por un material llamado tungsteno o de wolframio, resulta que... ¡¡¡se
genera luz!!! ¿Útil verdad?
Pero los efectos de la electricidad son muchos más. Los elementos que producen
efectos al ser atravesados por la electricidad (e-) se llaman receptores. Veamos
algunos de los principales:

Receptores luminosos: los que producen luz.

Receptores magnéticos: producen electromagnetismo.

Motores: producen giro.

Receptores Sonoros: producen sonido.
¿Cómo Generamos Electricidad?
Solo necesitamos tener un cuerpo con carga negativa (con átomos que le falten
e-) a un lado y otro con carga negativa (que le sobren e-) al otro. Si ahora los
unimos con un material conductor, es decir un material que por él pasen o se
muevan los e- fácilmente, como es el caso del cobre, ya tenemos la solución.
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En la imagen de arriba tenemos un cuerpo con carga negativa y otro con carga
positiva unidos por un conductor. Como los átomos de carga positiva quieren
electrones para estar en estado neutro, y los átomos de carga negativa le
sobran e- y quieren echarlos para también estar neutros. ¿Qué pasará?
Pues sencillo pasarán los e- que sobran del material negativo al positivo. Hemos
conseguido movimiento de electrones o lo que es lo mismo electricidad. ¿Cuándo
parará la electricidad?. Cuando todos los e- de la parte negativa pasen a la
positiva y los dos materiales estén en estado neutro o sin carga. Ojo si
cortamos el conductor también cesará la electricidad.
Como ves la idea es tener algo que siempre mantenga el material de arriba con
carga negativa y el de abajo positiva. Una máquina que sea capaz de robar los ecuando lleguen a la parte positiva y los devuelva a la parte negativa. Si
conseguimos esto siempre tendremos carga negativa y positiva.
Si te das cuenta para producir electricidad hace falta que siempre tengamos
una diferencia de carga entre dos puntos. Esta diferencia de carga se llama
diferencia de potencial (d.d.p) o tensión. Entre los dos materiales de la imagen
de arriba hay un d.d.p o tensión y gracias a eso se genera electricidad.
Las máquinas que son capaces de mantener una d.d.p entre dos puntos con el
paso del tiempo se llaman generadores eléctricos.
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Una pila, por ejemplo, tiene 2 polos, el positivo y el negativo. Mediante un
proceso químico en su interior, es capaz de mantener esta d.d.p o tensión entre
sus dos polos durante un tiempo. Si la conectamos a una bombilla los e- de la
parte negativa pasarán a la parte positiva a través de su filamento produciendo
luz. La pila con el tiempo se va agotando, es decir la d.d.p o tensión entre sus
dos polos va siendo menor. Si llega a 0 la pila está agotada, no hay diferencia de
carga entre sus polos y no es capaz de generar electricidad.
Hay máquinas rotativas como las dinamos o alternadores que son capaces de
mantener una d.d.p entre 2 puntos cuando las hacemos girar. Mientras giren
tendremos tensión entre sus dos extremos y serán capaces de generar
electricidad por un circuito eléctrico.
¿Dónde se genera la energía eléctrica?
En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna
clase de energía (química, cinética, térmica, lumínica, nuclear, solar entre otras)
en energía eléctrica.
La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador
eléctrico; si bien estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de
funcionamiento, varían en función a la forma en que se accionan.
Desde que se descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los
alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar
la energía eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a
la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido
sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución que en el caso de
nuestro país se llama SADI, Sistema Argentino de Interconexión.
Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el
planeta. Así, los países industrializados o del primer mundo son grandes
consumidores de energía eléctrica, mientras que los países en vías de
desarrollo apenas disfrutan de sus ventajas.
La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación
a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que
destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su
producción, climatología extremas de frío o calor, tipo de electrodomésticos
que se utilizan más frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya
instalado en los hogares, la estación del año y la hora del día en que se considera
la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda
y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la
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potencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generación con
unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas
para estos períodos. En general los sistemas de generación se diferencian por el
periodo del ciclo en el que está planificado que sean utilizados; se consideran de
base la nuclear y la eólica, de valle la termoeléctrica de combustibles fósiles, y
de pico la hidroeléctrica principalmente (los combustibles fósiles y la
hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).
Dependiendo de la fuente primaria de energía utilizada, las centrales
generadoras se clasifican en químicas cuando se utilizan plantas de
radioactividad, que generan energía eléctrica con el contacto de esta,
termoeléctricas (de carbón, petróleo, gas, nucleares y solares termoeléctricas),
hidroeléctricas (aprovechando las corrientes de los ríos o del mar:
mareomotrices), eólicas y solares fotovoltaicas. La mayor parte de la energía
eléctrica generada a nivel mundial proviene de los dos primeros tipos de
centrales reseñados. Todas estas centrales, excepto las fotovoltaicas, tienen
en común el elemento generador, constituido por un alternador de corriente,
movido mediante una turbina que será distinta dependiendo del tipo de energía
primaria utilizada.
Por otro lado, un 64 % de los directivos de las principales empresas eléctricas
consideran que en el horizonte de 2018 existirán tecnologías limpias, WN,
accesibles y renovables de generación local, lo que obligará a las grandes
corporaciones del sector a un cambio de mentalidad
Trabajo práctico N° 3
Escojo una de estas formas de generar energía y realizo
un trabajo práctico, donde deberá explicar de si es una
energía renovable, si es la más usada, si se utiliza en
nuestro país, etc.
• Central de carbón, gasóleo y gas natural: este tipo de centrales obtienen la
electricidad mediante la combustión de combustibles fósiles. El calor generado
calienta agua a alta presión que mueve una turbina que está conectada a un
generador eléctrico donde se obtiene la electricidad.
• Central de ciclo combinado de gas natural: es una instalación similar a la
anterior, pero de mayor eficiencia ya que posee dos circuitos conectados a un
generador. Uno de ellos, sigue el mismo funcionamiento explicado en el punto
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anterior, y el otro se trata de un ciclo agua-vapor que emplea el calor
remanente de los gases de la combustión.
• Central nuclear: es un tipo de central en la que el agua se calienta a alta
presión mediante el calor liberado en la fisión nuclear. Ese vapor a presión, al
igual que los casos anteriores, moverá una turbina conectada a un generador
eléctrico.
• Central de biomasa: estas instalaciones tienen el mismo funcionamiento que
las centrales de combustibles fósiles. La diferencia fundamental esta en el tipo
de combustible empleado. Estas centrales usan biomasa, un combustible de
origen renovable.
•
Central hidráulica: este tipo de instalaciones suele estar situada en
embalses donde se acumula el agua. La electricidad se obtiene mediante el giro
de las turbinas, conectadas a un generador, que se mueven mediante el agua
almacenada que cae desde gran altura.
• Parque eólico: estas centrales están formadas por aerogeneradores. Estos
molinos eólicos poseen unas aspas, que sería equivalente a las turbinas de las
otras centrales, y un generador. La electricidad se genera orientando las palas
al viento para que éste las mueva.
•
Huerto solar: es el nombre que recibe las centrales que generan la
electricidad a partir de la radiación solar. Este caso es el único que no emplea la
energía mecánica, sino que genera la electricidad a través de una serie de
reacciones químicas que se producen en los paneles solares.
• Central geotérmica: emplea el calor del interior de la tierra para calentar
agua a alta temperatura y presión, la cual se encarga de mover una serie de
turbinas conectadas a un generador. Estas centrales se instalan en zonas donde
el suelo alcanza altas temperaturas a bajas profundidades.
• Central maremotriz: estas instalaciones están todavía investigación para
mejorar su eficiencia, aunque existen ya algunas situadas en océanos con
grandes mareas como el océano Atlántico. El funcionamiento se basa en utilizar
las corrientes de las mareas para movilizar una turbina conectada a un
generador.
• Parque undimotriz: esta central, aun todavía en fase de desarrollo muy
temprana, genera la electricidad utilizando el movimiento de las olas de mar
para mover las turbinas.
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Circuitos eléctricos.
Para comenzar con este tema deberás
descargar el crocodile clips a tu
compu!
Vamos a estudiar los circuitos eléctricos, que son, que elementos los componen,
los tipos que hay, etc. Y para comenzar definiremos que es un circuito eléctrico:
Es un conjunto de elementos conectados entre sí, por los que circula una
corriente eléctrica que sigue un camino cerrado, para aprovechar la energía
eléctrica. Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos
mínimos (generador, receptor y conductor). Sin embargo la en la mayoría de los
casos los circuitos suelen incorporar otros dispositivos, los elementos de
control y los de protección.
La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto cualquier
circuito debe permitir el paso de los electrones por sus elementos.
Solo habrá paso de electrones por el circuito si el circuito es un circuito
cerrado.
Los circuitos eléctricos son circuitos cerrados, aunque podemos abrir el
circuito en algún momento para interrumpir el paso de la corriente, mediante un
interruptor, pulsador u otro elemento del circuito.
Vamos a estudiar los elementos que forman un circuito eléctrico y los tipos de
circuitos que hay.
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PARTES DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO
Los elementos básicos de un circuito eléctrico son:
Generadores: Los generadores son los elementos que transforman cualquier
forma de energía en energía eléctrica, es decir, los generadores suministran
energía eléctrica al circuito.
Proveen al circuito de la necesaria diferencia de cargas entre sus dos polos o
bornes (tensión), y además, son capaces de mantenerla eficazmente durante el
tiempo suficiente, permitiendo el flujo de electrones.
Ejemplos de ellos son las pilas y baterías y las fuentes de alimentación.
Un generador consta de dos polos, uno negativo (cátodo) y uno positivo
(ánodo). No basta con conectar un extremo del conductor al polo negativo del
que salen los electrones. Hay que conectar el polo positivo, al que vuelven los
electrones. Si cortamos el cable de metal los electrones se detienen en todo.
Cuando ambos polos se unen mediante el hilo conductor, los electrones se
mueven a través de él, desde el polo negativo al polo positivo.
Diferencia entre alternador y dínamo
Los alternadores generan electricidad en corriente alterna. El elemento
inductor es el rotor y el inducido el estator. Un ejemplo son los generadores
de las centrales eléctricas, las cuales transforman la energía mecánica en
eléctrica alterna.
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Las dinamos generan electricidad en corriente continua. El elemento inductor es
el estator y el inducido el rotor. Un ejemplo lo encontraríamos en la luz que
tiene una bicicleta, la cual funciona a través del pedal.
Ejemplos:
Pilas y Baterías: generadores de corriente continua (C.C.)
Alternadores: generadores de corriente alterna (C.A.)
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Conductores: es por donde se mueve la corriente eléctrica de un elemento a
otro del circuito. Son de cobre o aluminio, materiales buenos conductores de la
electricidad, o lo que es lo mismo que ofrecen muy poca resistencia a que pase la
corriente por ellos.
Corriente alterna
Corriente continua
Receptores: Los receptores son los elementos encargados de convertir la
energía eléctrica en otro tipo de energía útil de manera directa, como la
lumínica, la mecánica (movimiento),
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En base a eso tenemos:
• Receptores luminosos: como lámparas y LEDs. (Light Emitting Diode)
• Receptores sonoros: como timbres y altavoces.
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• Receptores térmicos: como las resistencias eléctricas que llevan planchas,
hornos,....
• Receptores mecánicos: como los motores eléctricos.
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Elementos de mando o control: permiten dirigir o cortar a voluntad el paso de
la corriente eléctrica. Tenemos interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.
Elementos de protección: protegen los circuitos y a las personas cuando hay
peligro o la corriente es muy elevada, con riesgo de quemar los elementos del
circuito. Tenemos fusibles, termo-magnéticos, diferenciales, etc.
Interruptor diferencial.
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Interruptor termo-magnético.
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Veamos los símbolos de los elementos más comunes que se usan en los circuitos
eléctricos.
Trabajo práctico N° 4:
Realizamos trabajos prácticos con
electrokits
y
los
mismos
lo
realizamos en crocodile clips.
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Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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Dispositivo
Hilo de cobre
Tipo de dispositivo
Generador
Pila
Motor
Interruptor
Conductor
Fusible
Lámpara
Resistencia
Receptor
Zumbador
Altavoz
Interruptor diferencial
Elemento de control
Pulsador
Batería
Elemento de protección
Conmutador
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Indica en qué tipo de energía se transforma la electricidad en los
siguientes RECEPTORES (en algunos se transformara en varios tipos de
energía: luminosa, sonora, mecánica o térmica).
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A. ___________________________________________________
B.___________________________________________________
C. ___________________________________________________
D. ___________________________________________________
E. ___________________________________________________
F. ___________________________________________________
G. ___________________________________________________
H. ___________________________________________________
I. ___________________________________________________
J. ___________________________________________________
K. ___________________________________________________
L. ___________________________________________________
M. ___________________________________________________
N. ___________________________________________________
Ñ. ___________________________________________________
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Trabajo práctico N° 5.
Indica si las siguientes frases son falsas o verdaderas. Sin
son falsas, corrígelas.
a) Los electrones poseen carga positiva
b) Las cargas con mismo signo se atraen, mientras que las
cargas con distinto signo se repelen.
c) Para que los electrones circulen a lo largo del circuito
únicamente se precisa conectar el circuito a uno de los
terminales de la pila o batería.
d) El sentido de la corriente eléctrica es contrario al del
flujo de electrones.
e) Las cargas positivas atraen a las cargas positivas,
mientras que las cargas negativas atraen a las negativas.
f) Los electrones circulan hacia el polo positivo de la pila o
batería.
g) En un circuito donde no exista tensión eléctrica no
existirá corriente eléctrica.
h) La intensidad de corriente es la cantidad de electrones
que circula por un circuito.
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3° AÑO
Ley de las corrientes de Kirchhoff
Hay que decir que es más difícil aprenderse el nombre que la propia ley, veamos
En un nudo donde confluyen varios conductores, las corrientes que entran es
igual a las corrientes que salen.
Esto quiere decir que si a un punto de encuentro entran 20 Amperios, tienen
que salir 20 Amperios.
Veamos un ejemplo:
1A + 4A + X = 6A + 3A
X= 9A – 1A – 4A
X= 4A
En este caso por ese cable entran 4 Amper.
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Calcular el valor de la corriente en los siguientes circuitos y decir si entra o
sale las corrientes:
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3° AÑO
Disyuntor y puesta a tierra
PREVENCIÓN DE RIESGOS ELÉCTRICOS
(PUESTA A TIERRA)
Es notorio que una importante cantidad de los accidentes relacionados con la
electricidad tienen consecuencias fatales. Esto se debe a que el usuario común
es, en general inconsciente del riesgo que la electricidad representa.
Debe tenerse en cuenta que el uso de equipos y artefactos eléctricos por parte
de la población es creciente, variado y de nuevos diseños y funciones; y que se
conectan a la instalación existente, normalmente insuficiente, obsoleta o que
resulta con fallas de aislación.
Esto produjo un aumento en la conciencia sobre esta problemática dando lugar a
numerosas Normas.
Según la resolución número 92/98 de la Secretaría de Industria, Comercio y
Minería de la Nación, y diversas normas que la siguieron, se procura que no
salgan a la venta artefactos eléctricos que no cumplan con los “requisitos
esenciales de seguridad”; y además, deben aprobar los ensayos realizados por
los laboratorios certificados.
Una de estas normas y requisitos mínimos de seguridad es la prohibición de la
venta de artefactos con la clásica ficha de dos patas cilíndricas. Todos deben
tener ficha de 3 patas planas, donde una es la toma a tierra, conectada a las
partes metálicas (gabinete, manijas, carcasa, etc.) del aparato. De esta forma,
sería prácticamente imposible que ese artefacto nos propine una descarga
eléctrica salvándose la vida del usuario.
Pero de nada sirve tener un artefacto con ficha de 3 patas si no se tiene donde
enchufarlo de manera correcta. Hace más de 30 años que está reglamentado
que todos los tomacorrientes deben ser del tipo de 3 patas planas. Por lo tanto,
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el uso de adaptadores de 3 a 2 patas cilíndricas está totalmente prohibido, ya
que de esta manera gran parte de la seguridad del artefacto queda inutilizada
al anularse la tercer pata.
Pero con esto tampoco alcanza, el tomacorriente debe tener conexión a tierra,
si no todo sería inútil, y la vida del usuario seguiría corriendo peligro de recibir
un shock eléctrico. De todas maneras también se debe tener en cuenta que
además es necesario la instalación de disyuntores diferenciales e interruptores
automáticos (térmicas) como mínimo para una mayor seguridad y uso de la
electricidad sin riesgos.
Resumiendo:
Si su artefacto eléctrico posee una ficha con 3 patas NO utilice adaptadores
para poder enchufarlo a tomacorrientes de 2 orificios cilíndricos, ni alargues
que no posean enchufes de 3 patas con su respectivo cable amarillo y verde
(color del cable tierra).
Si posee tomacorrientes de 3 patas, éstos debe estar conectados debidamente
a tierra (con una jabalina enterrada cumpliendo con las normas IRAM), y ahí es
donde debe y como debe enchufarse un artefacto seguro.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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Principales factores a considerar
Para la prevención de riesgos eléctricos es importante considerar dos aspectos:
Sistema de puesta a Tierra
Puede ser considerado como la espina dorsal del sistema de seguridad eléctrica.
Está compuesto por un conjunto de elementos que permiten vincular con tierra
el conductor de protección. Esta toma se realiza mediante electrodos,
dispersores, placas cables, alambres, mallas metálicas, cuya configuración y
materiales cumplan con las normas respectivas.
Importancia de la puesta a tierra en un circuito.
El interruptor diferencial no es suficiente. Cuando una instalación eléctrica no
es segura pueden existir fugas de corriente de aparatos defectuosos a través
de nuestro cuerpo hacia la tierra. Este pasaje de corriente por nuestro cuerpo
produce sensaciones que pueden ir desde un cosquilleo hasta la muerte.
La colocación de un interruptor diferencial en la instalación permite interrumpir
el flujo de corriente cuando se detecta esta fuga.
Pero el interruptor diferencial actúa luego que detecta la fuga de corriente
(una vez que ya está pasando por nuestro cuerpo), por eso, y a pesar que el
tiempo de corte sea muy pequeño (lo recomendable es que no supere los 30
mseg.) antes que el interruptor diferencial accione, ya hemos recibido la
descarga.
Una puesta a tierra adecuada (con una resistencia menor a 10 ohms y un
conductor de 2,5 mm2), permite que cualquier fuga que se produzca busque la
tierra como destino en forma inmediata y evitando así una descarga sobre
quien, accidentalmente, entre en contacto con un equipo defectuoso.
Estado general de la Instalación Eléctrica
Las instalaciones eléctricas deben cumplir con un mínimo de condiciones para
preservar la seguridad de las personas y de los bienes; así como asegurar la
confiabilidad de su funcionamiento.
Importancia de la puesta a tierra
Protección contra distintos tipos de contactos, a saber:
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Protección contra contactos directos.
Se trata del contacto accidental de personas con un conductor activo (fase o
neutro) o con una pieza conductora que habitualmente está con tensión. Cuando
el riesgo es muy importante, la solución sencilla consiste en distribuir la energía
eléctrica a una tensión no peligrosa, es decir, a una tensión menor o igual que la
de seguridad. (24V)
En BT (220V), las medidas de protección consisten en poner las partes activas
fuera del alcance o aislarlas adecuadamente. En forma complementaria es
necesaria la instalación de un disyuntor diferencial.
Protección contra contactos indirectos.
El contacto de una persona con masas metálicas accidentalmente puestas bajo
tensión se denomina contacto indirecto. Esta conexión accidental a la tensión es
el resultado de un defecto de aislación. Circula entonces una corriente de
defecto y provoca una elevación de la tensión entre la masa del receptor
eléctrico y tierra; la que es peligrosa si es superior a la tensión de seguridad.
La protección consiste en la conexión a tierra de las masas de los receptores y
equipos eléctricos, para evitar que un defecto de aislamiento se convierta en el
equivalente a un contacto directo; en la equipotencialidad de masas accesibles.
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Disposiciones de la instalación de puesta de tierra




El sistema de puesta a tierra será eléctricamente continuo y tendrá la
capacidad de soportar la corriente de cortocircuito máxima coordinada
con las protecciones instaladas en el circuito.
El conductor de protección no será seccionado eléctricamente en punto
alguno ni pasará por el interruptor diferencial.
En todos los casos deberá efectuarse la conexión a tierra de todas las
masas de la Instalación.
Las masas simultáneamente accesibles y pertenecientes a la misma
instalación eléctrica estarán unidas al mismo sistema de puesta a tierra.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Transformador
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o
disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo
la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal
(esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales
presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño,
entre otros factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un
cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el
fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de
material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético,
pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye
el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es
fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación
apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se
denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema
en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados;
en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el
secundario.
Principio de funcionamiento
El funcionamiento de los transformadores se basa en el fenómeno de
la inducción electromagnética, cuya explicación matemática se resume en
las ecuaciones de Maxwell.
Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario o inductor,
producida esta por la corriente eléctrica que lo atraviesa, se produce la
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
inducción de un flujo magnético en el núcleo de hierro. Según la ley de Faraday,
si dicho flujo magnético es variable, aparece una fuerza electromotriz en el
devanado secundario o inducido. De este modo, el circuito eléctrico primario y
el circuito eléctrico secundario quedan acoplados mediante un campo magnético.
La tensión inducida en el devanado secundario depende directamente de la
relación entre el número de espiras del devanado primario y secundario y de la
tensión del devanado primario. Dicha relación se denomina relación de
transformación.
Relación de transformación
La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el
valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere
decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), aplicada al devanado
primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), obtenida en el secundario, es
directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np)
y secundario (Ns) , según la ecuación:
EP
NP
-------=--------ES
NS
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el
bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si
el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario
habrá el triple de tensión.
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3° AÑO
Np
Vp
Is
--------=----------=---------= m
Ns
Vs
Ip
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es
la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en
el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el
devanado secundario o corriente de salida.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al
poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se
disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los
conductores.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el
del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se
obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como
lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras
del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del
transformador o relación de transformación.
Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un
transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:
P1=P2
V1.I1 = V2.I2
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3° AÑO
Clases de ventilación de un transformador
Hay diferentes tipos de ventilación las cuales pueden ser por:



convección natural (N).
ventilación forzada (F).
ventilación forzada a través de un refrigerador (D)
El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos:






aceite, o líquidos aislantes con un punto de inflamación ≤ 300ºC (O del
inglés Oil).
líquidos aislantes con un punto de inflamación > 300ºC (K).
líquidos aislantes con un punto de inflamación no medible (L).
agua (W, del inglés Water).
gas (G).
aire (A).
La nomenclatura que designa la ventilación es del tipo XYXY, donde X indica el
tipo de refrigerante, y el Y la ventilación usada. Según esto existen:




ONAN
ONAF
ONWF
OFAF
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3° AÑO
Transformador elevador/reductor de tensión
Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la
red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas
por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene
transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad
de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. La
mayoría de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de
transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda
completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan.
Este es el caso de las fuentes de alimentación de equipos de audio, video y
computación.
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3° AÑO
RELÉ
El relé (en francés, relais,
“relevo”)
o relevador es
un
dispositivo
electromagnético. Funciona como un interruptor controlado por un circuito
eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un
juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos
eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia
que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un
amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función
de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas
locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba
"relevadores"1 .
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3° AÑO
El electroimán hace girar la armadura verticalmente al ser alimentada, cerrando
los contactos dependiendo de si es N.A ó N.C (normalmente abierto o
normalmente cerrado). Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campo
magnético, que provoca que los contactos hagan una conexión. Estos contactos
pueden ser considerados como el interruptor, que permite que la corriente fluya
entre los dos puntos que cerraron el circuito.
Ventajas del uso de relés
La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación
eléctrica entre la corriente de accionamiento, la que circula por la bobina del
electroimán, y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se
puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de
control. También ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia
mediante el uso de pequeñas señales de control. En el caso presentado podemos
ver un grupo de relés en bases interfases que son controlado por módulos
digitales programables que permiten crear funciones de temporización y
contador como si de un mini PLD (Dispositivo Lógico Programable) se tratase.
Con estos modernos sistemas los relés pueden actuar de forma programada e
independiente lo que supone grandes ventajas en su aplicación aumentando su
uso en aplicaciones sin necesidad de utilizar controles como PLD's u otros
medios para comandarlos. Se puede encender por ejemplo una bombilla o motor
y al encenderlo se apaga el otro motor o bombilla.
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3° AÑO
PROTECCIÓN CON TOMA DE TIERRA - RELE DIFERENCIAL
Toda instalación eléctrica tiene que estar dotada de una serie de protecciones
que la hagan segura, tanto desde el punto de vista de los conductores y los
aparatos a ellos conectados, como de las personas que han de trabajar con ella.
Existen muchos tipos de protecciones, que pueden hacer una instalación
eléctrica completamente segura ante cualquier contingencia, pero hay tres que
deben usarse en todo tipo de instalación: de alumbrado, domesticas, de fuerza,
redes de distribución, circuitos auxiliares, etc., ya sea de baja o alta tensión.
Estas tres protecciones eléctricas, que describiremos con detalle a
continuación son:
a) Protección contra cortocircuitos
b) Protección contra sobrecargas
c) Protección contra electrocución
PROTECCIÓN CONTRA ELECTROCUCIÓN
Peligros de la corriente eléctrica
Bajo los efectos de una corriente eléctrica, puede sobrevenir la muerte de una
persona, por las causas siguientes:




Paralización del corazón
Atrofia de los músculos del tórax (asfixia)
Carbonización de los tejidos
Electrólisis de la sangre (solamente en c.c.), etc.
Aunque los cuerpos humanos reaccionan de diferente manera unos de otros y
dependiendo de las condiciones del momento, podemos decir que la corriente
eléctrica empieza a ser peligrosa, cuando atraviesan el cuerpo humano más de
25 mA, durante más de 0,2 segundos.
Se ha comprobado que la resistencia del cuerpo humano, con piel sana y seca,
depende de la tensión que se le aplique, pudiendo variar entre 2.500 y 100.000
ohms.
Esta resistencia también disminuye debido a la humedad, la transpiración, las
heridas superficiales, al aumentar la masa muscular de las personas, si el
contacto es inesperado, etc.
También y por causas aún desconocidas se sabe que en las altas frecuencias la
corriente eléctrica deja de ser peligrosa para el cuerpo humano (a partir de
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
unos 7.000 Hz aproximadamente), y por tal motivo se emplea mucho en
electromedicina.
Debido a todo lo anteriormente expuesto, cuando se hacen cálculos sobre la
seguridad contra electrocución, y con el fin de trabajar con un buen margen de
seguridad, se considera que la resistencia del cuerpo humano es de 1.000
ohms.
Sistemas de protección contra electrocución
Frente a los peligros de la corriente eléctrica, la seguridad de las personas, ha
de estar fundamentada en que nunca puedan estar sometidas involuntariamente
a una tensión peligrosa. Por tal motivo, para la protección contra electrocución
deben de ponerse los medios necesarios para que esto nunca ocurra.
La reglamentación actual clasifica las protecciones contra contactos indirectos,
que pueden dar lugar a electrocución en dos clases:
Clase A: Esta clase consiste en tomar medidas que eviten el riesgo en todo
momento, de tocar partes en tensión, o susceptibles de estarlo, y las medidas a
tomar son:






Separación de circuitos
Empleo de pequeñas tensiones de seguridad (50, 24 o 12 V)
Separación entre partes con tensión y masas metálicas, por medio de
aislamientos
Inaccesibilidad simultanea entre conductores y masas
Recubrimiento de las masas con elementos aislantes
Conexiones equipotenciales
Clase B: Este sistema que es el más empleado, tanto en instalaciones
domésticas como industriales, consiste en la puesta a tierra de las masas,
asociada a un dispositivo de corte automático (relé o controlador de
aislamiento), que desconecte la instalación defectuosa.
Por ello se emplean principalmente dos tipos de protecciones diferentes, a
saber:

Puesta a tierra de las masas

Relés de control de aislamiento, que a su vez pueden ser:

Interruptores diferenciales, para redes con neutro a tierra.
Relés de aislamiento, para redes con neutro aislado

Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
PUESTA A TIERRA DE LAS MASAS
Se denomina puesta a tierra a la unión eléctrica, entre todas las masas
metálicas de una instalación y un electrodo, que suele ser generalmente una
placa o una jabalina de cobre o hierro galvanizado (o un conjunto de ellos),
enterrados en el suelo, con el fin de conseguir una perfecta unión eléctrica
entre masas y tierra, con la menor resistencia eléctrica posible, como se ve en
la siguiente figura. Con esto se consigue que en el conjunto de la instalación no
puedan existir tensiones peligrosas entre masas y tierra.
Con la puesta a tierra se trata que las corrientes de defecto a tierra (Id),
tengan un camino más fácil, que el que tendría el cuerpo de una persona que
tocara la carcasa metálica bajo tensión. Por tanto como la red de tierras ha de
tener una resistencia mucho menor que la del cuerpo humano, la corriente de
defecto circulará por la red de tierra, en vez de hacerlo por el cuerpo de la
persona, tal como se aprecia en la siguiente figura.
En las instalaciones industriales deben de realizarse tomas de tierra
independientes para: las masas metálicas de los aparatos eléctricos, para la
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
conexión de los neutros de los transformadores de potencia y para la conexión
de los descargadores o pararrayos.
En las instalaciones domésticas y de edificios en general se conectarán a la
toma de tierra:





Los enchufes eléctricos y las masas metálicas de aseos, baños y cocinas.
Las instalaciones ejecutadas con tubos metálicos de: plomería,
calefacción y gas, así como calderas, depósitos, instalaciones de
ascensores y montacargas, y en general todo elemento metálico que
pueda entrar en contacto con un cable bajo tensión.
Las estructuras metálicas y las armaduras de columnas y muros de
hormigón.
Las instalaciones de pararrayos.
Las instalaciones de antenas, tanto de TV como de FM.
El tipo de toma de tierra (con placas, jabalinas, cables, etc.) dependerá
generalmente, de la resistencia del terreno y de las dificultades de instalación
de uno u otro tipo, para conseguir una baja resistencia de contacto a tierra. El
tipo más empleado tanto doméstica como industrialmente es el que se hace con
jabalinas colocadas verticalmente en el terreno, de 1,5 o 2 metros de longitud
generalmente.
Existen muchas tablas y fórmulas para calcular las tomas de tierra, según sea el
tipo de terreno o el tipo de electrodo empleado, pero son métodos laboriosos y
poco exactos, por lo cual lo que se suele hacer en la práctica es medir la
resistencia de la toma de tierra una vez realizada, y si aun es grande se coloca
una jabalina o varias más y se mide de nuevo. Estas es mejor colocarlas
separadas unas de otras, al menos 2 metros, para conseguir menor resistencia
de contacto.
Medida de las tomas de tierra
La medida que se debe de efectuar es la resistencia eléctrica existente entre
los electrodos de toma de tierra y el terreno propiamente dicho. Esta medida
se efectúa con unos aparatos especiales denominados Telurómetros
o Medidores de toma de tierra.
Estos aparatos constan de un ohmímetro, preparado para medir bajas
resistencias, así como unos circuitos de tensión e intensidad, que se conectan
por separado en el circuito a medir, por medio de tres conexiones (la toma de
tierra a medir y dos electrodos auxiliares), tal como se ve en la figura siguiente.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Las jabalinas o electrodos auxiliares se conectan a una distancia determinada,
según el tipo de aparato empleado, para evitar los errores que puedan producir
las corrientes erráticas, y el indicador nos dará la medida directa o bien
deberemos de ajustarla con un potenciómetro graduado.
La medida debe de efectuarse después de desconectar la red de tierras, de los
electrodos, ya que se trata de medir solamente la resistencia que estos hacen
con respecto a tierra, y el valor máximo de la resistencia de la toma de
tierra ha de estar en consonancia con la sensibilidad del dispositivo de
corte empleado.
Cuanto más sensible sea el dispositivo de corte, tanto mayor puede ser la
resistencia de la toma de tierra.
INTERRUPTORES O RELÉS DIFERENCIALES
El interruptor diferencial es un aparato cuya misión es desconectar una red de
distribución eléctrica, cuando alguna de sus fases se pone a tierra, bien sea
directamente o a través de humedades generalmente. El interruptor diferencial
se activa al detectar una corriente de defecto Id, que sea superior a su umbral
de sensibilidad Is.
La protección diferencial está basada en la 1ª Ley de Kirchoff, que como ya
sabemos dice: "En todo nudo de conductores, la suma de las intensidades que a
él llegan, es igual a la suma de las intensidades que de él salen". Esto hace que
cuando se produce la derivación a tierra de una fase, exista un desequilibrio
entre la suma geométrica de las intensidades de la red; este desequilibrio, que
es precisamente la corriente de defecto Id, es lo que detecta el interruptor
diferencial, provocando a continuación la desconexión de la red defectuosa.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Los interruptores diferenciales, según vemos en la figura, constan de un
transformador, cuyo primario está formado por todas las fases de la red,
incluido el neutro, que atraviesan un núcleo toroidal (T), y el arrollamiento
secundario está formado por una pequeña bobina (S).
El arrollamiento secundario (S) se conecta luego a un relé que actúa sobre el
mecanismo de desconexión del interruptor (B). Todo ello se halla contenido en
una caja aislante, con bornes de entrada y salida de red, y pueden ser:
Monopolares, Bipolares, Tripolares y Tetrapolares, estos últimos para redes
trifásicas con neutro distribuido.
Mientras no exista ninguna derivación a tierra en la instalación, la suma
geométrica de las intensidades que circulan por los conductores, será igual a
cero (Id = 0), permaneciendo el interruptor cerrado. Por el contrario cuando
exista una derivación a tierra de una fase, aparece una corriente de defecto o
fuga Id, que induce una corriente en el secundario del transformador toroidal;
cuando la corriente de defecto Id sea igual o mayor que la sensibilidad del
interruptor Is, el mecanismo de desconexión abre el interruptor. Una vez
reparada la avería, el interruptor diferencial debe de cerrarse manualmente.
En la figura posterior, se explica el funcionamiento, con un ejemplo monofásico,
muy fácil de entender.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Así a la vista del dibujo, en el cual la primera figura representa la red en buen
estado y la segunda con la fase S a tierra, tenemos:

Red en buen estado: Is + It = Id = 0 A

Red con fase a tierra: Is + It = Id = 0,7 A
Ensayo de funcionamiento
Para verificar el correcto funcionamiento de los interruptores diferenciales,
estos poseen un pulsador de prueba P (en otros casos T, por test), que al
pulsarlo cortocircuita dos fases, a través de una resistencia, que permite el
paso de una corriente algo mayor a la sensibilidad del interruptor Is, con lo cual
al provocar un desequilibrio entre las fases origina la desconexión del mismo.
Sensibilidad de los interruptores diferenciales
Los interruptores diferenciales se fabrican para muchos valores de sensibilidad
(Is), según sea la longitud de las líneas a proteger y el tipo y condiciones de la
instalación, incluso se fabrican con sensibilidad ajustable, para que el usuario la
adapte a su instalación.
No obstante los empleados domésticamente y en instalaciones de poca potencia,
que se suelen fabricar compactos y para intensidades nominales de entre 5 y
125 A, suelen tener dos tipos de sensibilidad fija sin posibilidad de ser
modificada. Estas son:
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3° AÑO

Interruptores de media sensibilidad ........ Is = 0,3 A = 300 mA

Interruptores de alta sensibilidad ............ Is = 0,03 A = 30 mA
Los primeros, que son los más utilizados, y se deben de emplear en las
instalaciones con puesta a tierra; mientras que los segundos, se podrían emplear
incluso en instalaciones sin puesta a tierra, debido a la pequeña corriente de
fuga que necesitan para su desconexión.
Los interruptores diferenciales de gran potencia, de 150 a más de 1.000 A, que
se emplean para la protección de las instalaciones industriales de gran potencia
y baja tensión, suelen tener sensibilidad ajustable en escalones, siendo los
valores más normales: 0,03; 0,1; 0,3; 0,5, 0,8; 1 y 2 A.
INTERRUPTORES DIFERENCIALES INDUSTRIALES
Estos interruptores, que como ya dijimos suelen tener la sensibilidad ajustable,
suelen fabricarse en dos partes:
Por un lado se monta el transformador toroidal, que suele ser de gran tamaño,
sobre la red a proteger y aparte se monta el relé diferencial, que incluye todos
los elementos de desconexión y verificación de funcionamiento, tal como se ve
en la sucesiva figura.
Dependiendo de la potencia del interruptor, el bloque que contiene los
elementos de desconexión, puede contener también el interruptor propiamente
dicho, o bien actuar sobre el interruptor automático de la red, al igual que el
resto de las protecciones.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Dependiendo de cómo se conecten los receptores tenemos:
Circuitos de 1 Receptor
Son aquellos en los que solo se conecta al circuito un solo receptor, lámpara,
motor, timbre, etc. Veamos un ejemplo de un circuito con una lámpara:
Características Circuito Un Receptor
El receptor quedará conectado a la misma tensión que el generador, por el
receptor circulará una intensidad de corriente igual a la del circuito total y la
única resistencia del circuito será la del receptor.
It = I1; Vt = V1; Rt = R1
Si quieres aprender a calcular este tipo de circuito vete a este enlace:
Circuitos en Serie
Los receptores se conectan una a continuación del otro, el final del primero con
el principio del segundo y así sucesivamente. Veamos un ejemplo de dos
lámparas en serie:
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Características Circuitos en Serie
Este tipo d circuitos tiene la característica de que la intensidad que atraviesa
todos los receptores es la misma, igual a la total del circuito.
It= I1 = I2
La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias de los
receptores conectados en serie.
Rt = R1 + R2
La tensión total es igual a la suma de las tensiones en cada uno de los
receptores conectados en serie.
Vt = V1 + V2
Podemos conectar 2, 3 o los receptores que queramos en serie.
Si desconectamos un receptor, todos los demás receptores en serie con el,
dejaran de funcionar (no puede pasar la corriente).
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Circuitos en Paralelo
Son los circuitos en los que los receptores se conectan todas las entradas de
los receptores unidas y todas las salidas también se unen por otro lado. Veamos
el ejemplo de 2 lámparas en paralelo.
Característica de los Circuitos en Paralelo
Las tensiones de todos los receptores son iguales a la tensión total del circuito.
Vt = V1 = V2 .
La suma de cada intensidad que atraviesa cada receptor es la intensidad total
del circuito.
It = I1 + I2
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
La resistencia total del circuito se calcula aplicando la siguiente fórmula: 1/Rt =
1/R1 + 1/R2; si despejamos la Rt quedaría:
Rt = 1/(1/R1+1/R2)
Todos los receptores conectados en paralelo quedarán trabajando a la misma
tensión que tenga el generador.
Si quitamos un receptor del circuito los otros seguirán funcionando.
Aquí te dejamos un ejemplo de conexión real en serie y en paralelo de 2
bombillas con cables. Fíjate sobre todo en el circuito paralelo que no hace falta
hacer ningún empalme en los cables, se unen en los bornes (contactos) de las
propias lámparas.
Circuitos Mixtos
Son aquellos circuitos eléctricos que combinan serie y paralelo. Lógicamente
estos circuitos tendrán más de 2 receptores, ya que si tuvieran 2 estarían en
serie o en paralelo. Veamos un ejemplo de un circuito mixto.
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3° AÑO
En este tipo de circuitos hay que combinar los receptores en serie y en paralelo
para calcularlos.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Identifica que elementos de los siguientes circuitos están en serie
y cuales en paralelo
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Trabajo práctico N° 6
A la vista del siguiente circuito
contesta las siguientes preguntas:
a) Indica para cada símbolo numerado el dispositivo eléctrico que
representa.
1. ___________________________________________________
2. ___________________________________________________
3. ___________________________________________________
4. ___________________________________________________
5. ___________________________________________________
6. ___________________________________________________
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3° AÑO
b) ¿Qué ocurre cuando el circuito se muestra en el estado
representado?
c) ¿Qué ocurrirá cuando accionemos el elemento no 6?
d) ¿Qué pasara si accionamos el elemento no 2, y después el
elemento no 6?
e) ¿Qué pasará si se funde el dispositivo no 5?
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
LEY DE OHM
La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es
una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a
los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como
son:
• Tensión o Voltaje: Da idea de la fuerza con la que circula la corriente, esto es,
el flujo de electrones. Se mide en voltios.
• Intensidad de Corriente: Indica la cantidad de corriente eléctrica que circula a
través de un punto de un circuito cada segundo. Se mide en amperios.
• Resistencia eléctrica: Indica la capacidad de un material para oponerse al paso
de la corriente. Se mide en ohmios.
Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o
carga eléctrica "R" y la.circulación de una intensidad o flujo de corriente
eléctrica " I " suministrado por la propia pila.
Hay una ley que relaciona las tres magnitudes en un circuito, es la ley de Ohm.
La resistencia la representa, básicamente, cualquier receptor que conectes a un
circuito, esto es, bombillas, motores eléctricos, timbres, etc., pues cualquiera de
estos elementos tiene una mayor o menor resistencia al paso de la corriente. Esto
incluye a aparatos eléctricos: televisores, planchas, batidoras,
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
A partir de ahora, una resistencia la representaremos con dos posibles símbolos:
Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la
corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía,
el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma
inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la
corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente
disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la
tensión o voltaje se mantenga constante.
Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es
directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje
aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito
aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la
resistencia conectada al circuito se mantenga constante.
Postulado general de la Ley de Ohm
El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico
cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e
inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene
conectada.
FÓRMULA MATEMÁTICA GENERAL DE REPRESENTACIÓN DE LA LEY DE
OHM
Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar
por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm:
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3° AÑO
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Existen un tipo de receptores eléctricos llamados, precisamente resistencias
eléctricas, que se emplean para limitar y regular la cantidad de corriente que
circula por un determinado circuito; y proteger algunos componentes por los que
no debe circular una intensidad de corriente elevada.
Por ejemplo, si a una pila de 15 V le conectamos directamente una bombilla de 5
V, al cerrar el interruptor, esta se fundirá.
Para evitar que se funda, podemos colocar una resistencia en serie con la
bombilla para que se quede con, al menos, los 10 V que nos sobran. Así, solo le
llegaran 5 V a la bombilla. De este modo, la resistencia, actúa como un receptor
extra que se opone al paso de la corriente y limita la intensidad de la misma,
protegiendo el bombillo de una sobre carga.
Los 15 V de tensión de la pila se reparten entre la resistencia (10 V) y la
bombilla (5 V), quedando protegida.
Veamos un ejemplo de ejercicio resuelto de la ley de Ohm
Un circuito que tiene una pila de 6 voltios genera una corriente que
atraviesa una resistencia eléctrica de 2 ohmios. ¿Cuál es el valor de la
intensidad de la corriente que pasa por la resistencia?
Se trata de hallar I
Tenemos los datos: V = 6 V , R = 2 Ω
La ley de Ohm dice que I=V
R , sustituyendo … I=62 =3 A
La solución es, por lo tanto, I = 3 A
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
EJERCITACIÓN
1. Si tenemos una pila de 10 voltios conectada a una bombilla de que tiene una
resistencia de 20Ω, calcular la Intensidad que sale de la pila.
2. Si tenemos una pila de 10 voltios con dos bombillas de 20 Ω cada una, como
se muestra en la imagen superior, calcular la Intensidad que sale de la pila. ¿En
este caso, alumbra más o menos las bombillas? Razona la respuesta.
3. Calcular la resistencia de un tostador de 220 voltios si la corriente es de 4
A
La siguiente tabla muestra los valores de la intensidad, resistencia y tensión de
varios elementos de un circuito. Sin embargo se han borrado diversos valores.
Calcula los valores que faltan indicando las operaciones necesarias.
Tensión
10 V
Resistencia
200Ω
Intensidad
0,03 A
Fórmula
V=I.R
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
0,012 V
20 V
4Ω
3A
0,06 A 50 A
12 V
2000Ω 4000Ω
10Ω
0,015 A
5A
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100Ω
3° AÑO
BREVE HISTORIA DE LA ELECTRICIDAD
Las propiedades eléctricas de ciertos materiales ya eran conocidas por
civilizaciones antiguas. En el año 600 AC, Tales de Mileto había comprobado que
si se frotaba el ámbar, éste atraía hacia sí a objetos más livianos. Se creía que
la electricidad residía en el objeto frotado. De ahí que el término "electricidad"
provenga del vocablo griego "elektron", que significa ámbar.
En la época del renacimiento comenzaron los primeros estudios metodológicos,
en los cuales la electricidad estuvo íntimamente relacionada con el magnetismo.
El inglés William Gilbert comprobó que algunas sustancias se comportaban como
el ámbar, y cuando eran frotadas atraían objetos livianos, mientras que otras no
ejercían ninguna atracción. A las primeras, entre las que ubicó el vidrio, el
azufre y la resina, las llamó "eléctricas", mientras que a las otras, como el cobre
o la plata, "aneléctricas".
Benjamín Franklin fue quien postuló que la electricidad era un fluido y calificó a
las sustancias en eléctricamente positivas y negativas de acuerdo con el exceso
o defecto de ese fluido. Franklin confirmó también que el rayo era efecto de la
conducción eléctrica, a través de un célebre experimento, en el cual la chispa
bajaba desde una cometa remontada a gran altura hasta una llave que él tenía
en la mano.
Hacia mediados del siglo XVIII se estableció la distinción entre materiales
aislantes y conductores. Los aislantes eran aquellos a los que Gilbert había
considerado "eléctricos", en tanto que los conductores eran los "aneléctricos".
Esto permitió que se construyera el primer almacenador rudimentario: estaba
formado por dos placas conductoras que tenían una lámina aislante entre ellas.
Fue conocido como botella de Leyden, por la ciudad en que se lo inventó.
A principios del siglo XIX, el conde Alessandro Volta construyó una pila
galvánica. Colocó capas de cinc, papel y cobre, y descubrió que si se unía la base
de cinc con la última capa de cobre, el resultado era una corriente eléctrica que
fluía por el hilo de unión. Este sencillo aparato fue el prototipo de las pilas
eléctricas, de los acumuladores y de toda corriente eléctrica producida hasta la
aparición de la dínamo. Mientras tanto, Georg Simon Ohm sentó las bases del
estudio de la circulación de las cargas eléctricas en el interior de materias
conductoras.
En 1819, Hans Oersted descubrió que una aguja magnética colgada de un hilo se
apartaba de su posición inicial cuando pasaba próxima a ella una corriente
eléctrica y postuló que las corrientes eléctricas producían un efecto magnético.
De esta simple observación salió la tecnología del telégrafo eléctrico. Sobre
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
esta base, André Ampère dedujo que las corrientes eléctricas debían
comportarse del mismo modo que los imanes.
Esto llevó a Michael Faraday a suponer que una corriente que circulara cerca de
un circuito induciría otra corriente en él. El resultado de su experimento fue
que esto sólo sucedía al comenzar y cesar de fluir la corriente en el primer
circuito. Sustituyó la corriente por un imán y encontró que su movimiento en la
proximidad del circuito inducía en éste una corriente. De este modo pudo
comprobar que el trabajo mecánico empleado en mover un imán podía
transformarse en corriente eléctrica. Los experimentos de Faraday fueron
expresados matemáticamente por James Maxwell, quien en 1873 presentó sus
ecuaciones, que unificaban la descripción de los comportamientos eléctricos y
magnéticos, y su desplazamiento, a través del espacio en forma de ondas.
En 1878 Thomas Alva Edison comenzó los experimentos que terminarían, un año
más tarde, con la invención de la lámpara eléctrica, que universalizaría el uso de
la electricidad.
EJERCITACIÓN
1. Cual fue la primera práctica de electricidad? De donde proviene la
palabra “electricidad”?
2. Que construyó Alessandro Volta y cuál fue el resultado?
3. Que pudo comprobar Michael Faraday?
4. Que es el átomo?
5. Definir corriente eléctrica.
6. Diferencias entre materiales conductores y materiales aislantes.
Nombrar algunos de ellos.
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Energía y Potencia Eléctrica
La energía en nuestras casas pagamos el “recibo de la luz” dependiendo de la
cantidad de energía eléctrica que hayamos consumido durante los dos meses
anteriores. Pagaremos más o menos dependiendo de que hayamos tenido más o
menos electrodomésticos conectados durante un tiempo dado. Esta energía
eléctrica que nosotros consumimos se ha producido en algún tipo de central de
producción de energía. Allí han transformado otra forma de energía en energía
eléctrica. La unidad de energía eléctrica más utilizada es el Kilovatio-hora
(KWh), y se define como la energía consumida por un aparato de potencia 1 KW
durante una hora.
Entonces, la potencia eléctrica se define la potencia como la Energía que se
desarrolla por unidad de tiempo, o sea P = E/t. La potencia es un parámetro que
se utiliza mucho en el mundo de la electricidad porque lo que viene a decir es lo
“potente que es un aparato”
¿Qué quiere decir? ¿Es igual que salgan pocos electrones de un generador con
poquita energía que muchos con mucha energía?
Esa es la idea. Multiplicar la Intensidad de corriente por la Energía de cada uno
para llegar a la Potencia, por tanto
Se define la Potencia Eléctrica como el producto de La Intensidad de Corriente
por la Tensión, o sea
P = V * I...
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
EJERCITACION
1. Si una plancha de 220 Voltios toma de la red 10 Amperios, calcular la
potencia de la misma.
2. Si tenemos una bombilla que tiene una resistencia de 20 Ω y se conecta a
una tensión de 220 voltios, calcular la potencia.
3. Una tele de 50 W está conectada 10 horas al día. Calcular la Energía en
KWh y el precio que pagamos por la misma al mes si cada KWh cuesta 20
centavos.
4. Calcular la Intensidad que circula por tres bombillas de 40 W, 60 W, 100
W. Todas funcionan con una tensión de 220 V.
5. Una resistencia de 10 ohmios la conectamos a 10 V. Calcular la Intensidad
que circula, la potencia y calcular la energía consumida si la resistencia la
dejamos conectada durante 24 horas.
6. Un secador de pelo posee las siguientes indicaciones: 230 V y 2300W. Calcula la
resistencia interna del secador y la intensidad de corriente.
7. Una batería de automóvil de 12 V proporciona 7,5 A al encender las luces
delanteras. Cuando el conductor acciona la lleva de contacto con las luces
encendidas, la corriente total llega a 40 A. Calcule la potencia eléctrica
de las luces y del sistema de arranque del motor.
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3° AÑO
Para tu mejor interpretación, te dejo todas las fórmulas para calcular las
magnitudes eléctricas:
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Los aparatos de medida eléctricos.
Las magnitudes básicas que se emplean en electricidad (tensión, intensidad de
la corriente y resistencia eléctrica) se miden con unos aparatos que son
imprescindibles para cualquier técnico de la electricidad o de la electrónica.
Veamos cuales son:
1. Para medir la tensión (V) (también llamado voltaje) se utiliza el voltímetro.
Recuerda que la unidad de medida de la tensión es el voltio.
2. Para medir la intensidad de la corriente eléctrica (I) se utiliza el
amperímetro. Recuerda que la unidad de medida de la intensidad de corriente
es el amperio.
3. Para medir la resistencia eléctrica (R) se utiliza el óhmetro. Recuerda que
la unidad de medida de la resistencia eléctrica es el ohmio.
Cada uno de estos aparatos de medida se representa con un símbolo. Veamos
cuales son:
Magnitud
Unidad en que se mide
Tensión
Voltio (V)
Intensidad
corriente
Resistencia eléctrica
Aparato para medir
de Amperio (A)
Omhio (Ω)
En realidad, los técnicos no utilizan tres aparatos distintos, puesto que sería
una incomodidad.
Ellos emplean un único aparato que incluye los tres. Se llama polímetro o téster.
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3° AÑO
El polímetro es un aparato que incluye dos cables (rojo y negro), que se colocan
en los dos puntos del circuito donde se quiere realizar la medida. También posee
una rueda que, según la posición, medimos la tensión, la intensidad o la
resistencia. Por ejemplo, tal y como está el multímetro de la imagen, podemos
medir la tensión que existe entre dos puntos de un circuito.
Veamos cómo se utiliza:
Para medir la tensión que hay entre dos puntos del circuito, se coloca el
multímetro en paralelo con elemento a medir.
Por ejemplo: si se quiere medir la tensión de una pila que forma parte del
siguiente circuito...
Electricidad. E.P.E.T. N° 3
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3° AÑO
Se coloca el voltímetro como muestra el dibujo de la izquierda. Se puede
observar que el voltímetro nos da un resultado de 9 V, lo cual es lógico.
Con el voltímetro se puede medir también la tensión que consumen los
receptores dentro de un circuito. Por ejemplo: Si colocamos dos receptores en
serie, como pueden ser un bombillo y un timbre. La tensión de la pila se reparte
entre ambos receptores. Se puede comprobar con el siguiente ejemplo:
Cada voltímetro mide la tensión de cada uno de los receptores: • El primer
voltímetro mide la tensión que soporta la lámpara, que son 3,0 V • El segundo
voltímetro mide la tensión que soporta el timbre, que son 7,2 V La suma de
ambos voltímetro nos da 10,2 V, esto es, el valor de la pila. Lo cual demuestra
que cuando los receptores están en serie, la tensión de la pila se reparte entre
ellos.
Para medir la intensidad de la corriente que pasa por un elemento del circuito,
se ha de colocar el multímetro en serie con el mismo.
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3° AÑO
Uso responsable de la energía
en casa
¿Cómo ahorrar energía en casa?
¿Qué debemos hacer?
Calefacción:

No abras las ventanas con la calefacción encendida.

Para ventilar la casa son suficientes 10 ó 15 minutos.

No tapes las fuentes de calor con cortinas, muebles o elementos
similares.

Revisa periódicamente el estado de la caldera y los calefactores
aumentará su eficiencia y su duración.

Apaga completamente la calefacción si tu casa va a estar desocupada.
Aislamiento:

A la hora de realizar reformas en tu vivienda, no dudes en colocar un
aislamiento térmico en los cerramientos exteriores.

Instala doble acristalamiento en lugar de doble ventana, ya que aunque es
más costoso, también se producirá un ahorro mayor.
Electrodomésticos:
Ten en cuenta el etiquetado energético en los electrodomésticos
El etiquetado energético informa al usuario sobre el consumo de
energía y otros datos complementarios relativos a cada tipo de
aparato a lo largo de su vida; por ejemplo: el ruido, la eficacia de
secado y de lavado, el ciclo de vida normal, etc. Este tipo de
información aparece en aparatos eléctricos tales como los
heladeras, freezers, aires acondicionados, lavarropas y lavavajillas e incluso
también en fuentes de luz como son las lámparas.
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Las clases de eficiencia energética se pueden englobar en siete categorías
desde la letra A hasta la letra G:
Categoría
de Consumo de energía
Evaluación
eficiencia energética
A
<55%
B
55-75%
C
75-90%
D
90-100%
E
100-110%
F
110-125%
G
> 125%
Bajo consumo de
energía
Consumo
energía Medio
de
Alto consumo de
energía
Mediante esta clasificación, se pueden comparar electrodomésticos del mismo
tipo. Así, si se elige un lavarropas de clase A, se consumirá menos de la mitad
que otra de clase E, lo que supondrá un ahorro muy grande a lo largo de la vida
útil del lavarropas.

Al comprar un electrodoméstico fíjate en su etiqueta energética. En ella
se indican diferentes características: el grado de eficiencia energética,
el nivel de ruido, el consumo de agua. La escala es de 7 letras de la A a la
G siendo la A la que indica máxima eficiencia. Aunque el costo inicial de
los más eficientes sea mayor es una inversión que se amortiza a medio
plazo.

Utilizarlos preferentemente de noche, cuando la demanda de energía es
más baja.
Para un lavado más respetuoso con el medio ambiente:

Lava en frío o baja temperatura, el 90% de la electricidad que se
consume es para calentar el agua. Utiliza preferentemente los ciclos de
lavado a 30º o 40º y evita los de 90º.

Para el lavado llena el lavarropas y emplea programas económicos.

Utiliza la dosis de detergente recomendada por el fabricante.
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
Limpia periódicamente los filtros, un óptimo rendimiento garantiza un
menor consumo.

Limita el uso del prelavado a las prendas muy sucias.
A la hora de lavar los platos:

Elige el programa más económico: éste limita el consumo de agua y
calienta a una temperatura adecuada (50º C).

Evita aclarar los platos antes de ponerlos en el lavaplatos.

Utiliza detergentes ecológicos.
Para un uso eficiente de la Heladera

El freezer hay que situarlo alejado de las fuentes de calor y con
suficiente ventilación.

Mantén una distancia mínima entre la heladera y la pared.

Deja que los alimentos calientes se enfríen completamente antes de
colocarlos en la heladera.

Evita mantener la puerta abierta mucho tiempo: puede ahorrar hasta un
5% de energía.

Descongelar cuando la capa de hielo supere los 5 milímetros.

Descongelando los alimentos en el interior de la heladera aprovechamos la
energía que se ha utilizado para congelarlos.
Iluminación:

Aprovecha la luz del día.

Apaga las luces al salir de las habitaciones.

Utiliza luces próximas para trabajos como leer, estudiar... y elimina las
luces indirectas que suponen gran consumo al tener que ser de mayor
potencia.

Sustituye los focos o lámparas "comunes" por otras de bajo consumo. El
precio de compra es mayor pero amortizarás pronto la inversión pues
consumen un 80% menos y duran 8 veces más.
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
Si tienes instalados tubos fluorescentes, continúa utilizándolos,
consumen mucho menos que los focos o lámparas tradicionales.

Utiliza células fotoeléctricas para iluminar el patio o los sectores
externos de la casa. Son de muy bajo costo y permite que solamente se
enciendan las luces de noche o cuando la luz es mínima.

Mantén limpias las bombillas, tubos fluorescentes y reflectores.
Aire acondicionado:

Antes de comprar un aparato de aire acondicionado, plantéate si
realmente lo necesitas. Existen posibilidades de refrigeración más
baratas y ecológicas (toldos, ventiladores, etc.).

Cierra las ventanas y baja las persianas en las horas de más calor y
ábrelas cuando refresque.

Colocar el aparato de aire acondicionado en una parte sombreada. Si lo
colocas al sol su consumo será mucho mayor.

Utilizarlo siempre a una temperatura razonable, el frío excesivo aumenta
considerablemente el consumo de energía.

Mantén limpios los filtros del aire acondicionado y no lo uses con las
ventanas abiertas.
Cocina y horno:

Cocinar con olla a presión y con poca agua supone un ahorro del 50% de
energía.

Tapando las ollas y sartenes conseguiremos ahorrar un 25% de energía.

La mejor opción para cocinar es el gas natural o butano, pero debemos
mantener en buen estado los quemadores y evitar que la llama sobrepase
el fondo de los recipientes.

No abrir la puerta del horno si no es imprescindible

No usar el horno para cocinar pequeñas cantidades de alimentos, ni para
recalentar o descongelar.
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Agua caliente:

Una temperatura del agua de 40º C es suficiente para ducharse. Regulá el
calentador a esa temperatura para evitar calentar agua y luego enfriarla
mezclándola.

Ahorrando agua caliente ahorramos energía. Todos los consejos para
ahorrar agua son válidos para ahorrar energía.
Computadoras de escritorio:

Compra ordenadores que estén dotados de sistemas de ahorro de
energía. Uno de los logotipos más extendidos es el conocido como Energy
Star de la Agencia de protección ambiental de EEUU que garantiza que
cada componente tiene un consumo inferior a 30 W. Otros logotipos son
los de las marcas suecas Nutek y TCO.

El monitor es el principal responsable del gasto eléctrico de los
ordenadores y su tamaño determina su consumo energético. El
salvapantallas que implica un ahorro significativo es el que funciona en
modo black screen (pantalla en negro). Se aconseja un tiempo de diez
minutos para que entre en funcionamiento.
El gasto de los electrodomésticos "en reposo”:

Muchos electrodomésticos siguen consumiendo energía mientras están
apagados. Son los que quedan con un piloto encendido en posición de reposo o
stand by a la espera de que alguien accione el mando a distancia, o los que
funcionan con corriente continua e incorporan un transformador que permanece
siempre encendido, u otros que permanecen encendidos se empleen o no, como el
vídeo, el amplificador de antena o el teléfono sin hilo. Estos consumos, pequeños
pero permanentes, pueden hacer que un aparato consuma más energía en el
tiempo que está en espera, que en el que está en uso. Por eso, apaga los aparatos
que queden conectados permanentemente a la red, exigí a los fabricantes que
indiquen en las etiquetas el consumo en reposo del aparato y elige aparatos que
no registren consumos internos cuando no se usen.

Desenchufa los cargadores de celulares cuando no estés cargado el mismo.
Consumen energía que pasa a través del bobinado primario y acorta su vida útil.

De la misma manera desenchufa el cargador de la notebook si no lo estás
utilizando. Al igual que el cargador del celular, consume electricidad y acorta su
vida útil.
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