estrategia de aprendizaje en casa actividad no 08 …
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ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE EN CASA
Actividad No 08
TÉCNICO EN INSTALACIONES ELECTRICAS RESIDENCIALES.
Asignatura: TALLER DE ELECTRICIDAD I Grado 10°
Nombre: Héctor A. Peña Grupo: 10-14.
Un saludo muy especial para las familias y en especial para mis estudiantes que en estos momentos se
encuentran en casa. Los invito para que con mucho amor y tolerancia compartan en familia las actividades
académicas y también otro tipo de pasatiempos y juegos donde se fortalezcan los lazos de unión y amor. Aquí
les dejo esta actividad para que las realicen y enriquezcan sus conocimientos de la técnica.
Les compartimos el correo para que envíen sus actividades en caso de presentar problemas con su blog
personal: Correo: [email protected].
FECHA DE INICIO: pendiente
FECHA DE FINALIZACION: pendiente
COMPETENCIAS.
Identifico las herramientas, materiales e instrumentos de medición necesarios para enfrentar un problema, siguiendo
métodos y procedimientos establecidos.
Reconozco los problemas que surgen del uso y disposición de las distintas clases de recursos en diversos contextos.
Identifico y cuantifico los recursos necesarios para actuar en una situación.
Identifico fuentes de información para obtener datos relevantes y confiables
Analizo una situación (social, cultural, económica, laboral) para identificar alternativas de acción o solución.
NIVELES DE DESEMPEÑO.
Formula, planifica y crea en el banco de trabajo circuitos eléctricos con resistencias y lámparas incandescentes para
comprobar las leyes de OHM Y de KIRCHHOFF en corriente alterna.
Muestra interés por conocer las funciones básicas de los circuitos propuestos en la práctica respectiva.
Cumple los acuerdos y normas en la clase.
BOBINAS E INDUCTORES.
Si le es posible, observe este video: https://youtu.be/MO4pXone5Eg video bobinas
Una bobina consiste en un arrollamiento de alambre alrededor de un material llamado núcleo. Cuando circula corriente
eléctrica por ella se producen efectos eléctricos y magnéticos que la hacen muy especial para el diseño y aplicación en
electricidad y la electrónica. A continuación, revisaremos algunos efectos que produce una corriente eléctrica cuando
circula por un conductor.
Por favor mire el siguiente video:
https://www.youtube.com/watch?v=0w0ycQobkq0
Una corriente que circula por un conductor largo y recto, genera un campo magnético alrededor del mismo. La dirección y
el sentido del campo magnético alrededor de un conductor se determinan por la regla de la mano derecha. La misma
consiste en imaginar un tirabuzón que avanza representando a la corriente. Para hacerlo debe moverse girando en un
determinado sentido. Ese es el sentido del campo magnético alrededor del conductor.
El campo magnético creado por un solenoide tiene las líneas de fuerza en su interior, son perpendiculares al plano de la espira y cerradas sobre sí mismas.
De acuerdo con la regla de la mano derecha, para determinar el sentido del vector inducción, bastara coger la espira en uno cualquiera de sus puntos con el dedo pulgar señalando el sentido de la corriente y verificar el giro de los restantes dedos de la mano.
Si le es posible mire este video.
https://www.youtube.com/watch?v=fLT-7owUq8M
REGLA DE LA MANO IZQUIERDA.
Existe una regla muy sencilla para obtener la dirección de desplazamiento del conductor, de manera semejante a la regla que permitía conocer la dirección de la corriente para el caso de la fuerza electromotriz inducida (regla de la mano derecha).
Se conoce con el nombre de la "Regla de la mano izquierda"
Para ello se utilizan los dedos pulgar, índice y corazón de la mano izquierda como se ve en la figura:
El índice se coloca en el sentido del flujo magnético (Campo), el corazón se coloca perpendicular al índice indicando sentido de la corriente (Corriente) y el pulgar se coloca perpendicular a ambos, e indicará la dirección del desplazamiento del conductor (Fuerza)
Es frecuente utilizar la regla nemotécnica "FU-CA-CO" (fuerza-campo-corriente) como se ve en la figura anterior.
Los dedos deben estar en direcciones que formen ángulos de 90 grados.
También se puede averiguar con métodos muy similares, como se muestra en la figura:
Es importante comparar las dos reglas de las manos (derecha e izquierda), y observar que en un caso la incógnita es el dedo corazón y en otra es el dedo pulgar.
Si le es posible mire este video.
https://www.youtube.com/watch?v=PxtR5ZoMp9M
AUTOINDUCCION
Es un fenómeno electromagnético que se presenta en determinados sistemas físicos, como por ejemplo circuitos eléctricos con una corriente eléctrica variable en el tiempo.
Por autoinducción se entiende la reacción que ejerce un campo magnético producido por el paso de una corriente eléctrica por un circuito y que, al variar la intensidad de ésta, restituye o disipa la energía magnética almacenada en el mismo en forma de una tensión que se induce en el propio circuito.
Dicha tensión determina la aparición de una corriente que circula en el mismo sentido si la intensidad del campo magnético disminuye y en sentido opuesto si éste aumenta, según la ley de Lenz. De esta forma se opone prácticamente a su variación.
La magnitud de la tensión inducida depende de la velocidad con que varía el campo magnético y de la intensidad de los campos magnéticos relacionados entre sí. Estos últimos, a su vez, dependen exclusivamente de las características intrínsecas del circuito.
La intensidad del campo magnético depende de la cantidad de corriente que fluye, con una corriente grande produciendo
muchas líneas de fuerza y una corriente pequeña produciendo pocas líneas de fuerza.
En el circuito 1 circula corriente alterna que produce un campo magnético variable el cual al tocar conductores del circuito
2 produce una autoinducción que genera f.e.m.
Esta expansión y contracción del campo magnético a medida que la corriente varia causa una f.e.m. de autoinducción lo cual se opone
a cualquier cambio de corriente.
Si puedes observar este video comprenderá mejor el significado de la autoinducción.
https://www.youtube.com/watch?v=08K8oXa9Qa8
Cando fluye una corriente por una bobina (alambre enrollado), induce un campo magnético que corta vueltas de la
bobina adyacente. Cuando la corriente cambia, el campo inducido cambia y el efecto de este campo cambiante, se
opone al cambio de corriente. Es como generar una fuerza opositora. Este fenómeno es llamada INDUCTANCIA.
La INDUCTANCIA es la propiedad de generar una f.e.m. de autoinducción que se opone a cambios en la corriente. Esta
fuerza es llamada FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ (f.c.e.m) o de oposición.
La inductancia es la propiedad de un circuito eléctrico para resistir el cambio de corriente. Una corriente que fluye a
través de un cable tiene un campo magnético alrededor. El flujo magnético depende de la corriente y cuando la corriente
varía, el flujo magnético también varía con ella. Cuando el flujo magnético varía, se desarrolla un f.e.m. a través del
conductor de acuerdo con la ley de Faraday.
Símbolo de la Inductancia o bobina (L)
Esta f.e.m está en la dirección opuesta a la dirección de la corriente, tal como postula la Ley de Lenz. El f.e.m inducido
puede ser descrito por la siguiente ecuación.
Donde V es el voltaje, L es la inductancia en el Henry y I es la corriente.
La unidad de inductancia es Henrio (H), llamado así en honor a José Henry, quien primero descubrió la auto-inductancia.
El símbolo de la inductancia es L, en honor a Heinrich Lenz quien postuló la Ley de Lenz que describe la dirección del
f.e.m inducido.
Cuando la corriente aumenta, la inductancia se Cuando la corriente disminuye, la inductancia se opone a ese
cambio se opone a ese cambio.
Unidad de medida de la inductancia.
En un circuito inductivo, cuando aumenta la corriente el circuito almacena energía en el campo magnético, cuando
disminuye la corriente, el circuito cede la energía del campo magnético.
La unidad básica es el HENRIO, SIMBOLO H
Para cantidades pequeñas se usa:
mili henrio (mH) = 1/1000 H micro henrio (µH) = 1/1000000 H
Un circuito tiene una inductancia de 1 H cuando la f.c.e.m inducida en él es de 1 Voltio y cuando la corriente cambia a
una rapidez de 1 Amperio/seg. Un amperio cada segundo. (A/seg).
FACTORES QUE AFECTAN LA INDUCTANCIA
La inductancia se mide en el laboratorio con instrumentos especiales y su valor depende de la construcción física:
1. NÚMERO DE ENVOLTURADO DE ALAMBRE, O "VUELTAS" EN LA BOBINA: Todos los demás factores son
iguales, una mayor cantidad de vueltas de alambre en la bobina resulta en una mayor inductancia; menos vueltas
de cable en la bobina da como resultado una menor inductancia.
2. ÁREA DE LA BOBINA: Todos los demás factores son iguales, el área de la bobina más grande (según se
mide mirando longitudinalmente a través de la bobina, en la sección transversal del núcleo) da como resultado una mayor inductancia; menos área de la bobina da como resultado una menor inductancia.
3. LONGITUD DE LA BOBINA: Todos los demás factores son iguales, cuanto mayor es la longitud de la bobina,
menor es la inductancia; cuanto más corta es la longitud de la bobina, mayor es la inductancia.
4. MATERIAL PRIMORDIAL: siendo todos los demás factores iguales, cuanto mayor sea la permeabilidad
magnética del núcleo en el que se enrolla la bobina, mayor será la inductancia; cuanto menor sea la permeabilidad del núcleo, menor será la inductancia.
Una aproximación de la inductancia para cualquier bobina de alambre se puede encontrar con esta fórmula:
REACTANCIA INDUCTIVA (XL)
Es la capacidad que tiene un inductor para reducir la corriente en un circuito de corriente alterna. De acuerdo con la Ley
de Lenz, la acción de un inductor es tal que se opone a cualquier cambio en la corriente.
En corriente directa la inductancia solo afecta al circuito cuando se conecta o desconecta, pero como la corriente alterna
está cambiando constantemente, se genera una f.e.m inducida continuamente.
La reactancia inductiva es XL = (2π) (f)(L); donde "L" es la inductancia en henrios - "f" es la frecuencia (Hertz) - 2π es
una constante - "XL" es la reactancia inductiva en Ohmios.
Ejemplo:
¿En un circuito la inductancia es de 2 H cuando se conecta a la línea de potencia de 60 Hz, cual es el valor de la
reactancia inductiva?
L=2H F=60Hz XL = (2π) (f)(L) XL =2x3.1416x60Hzx2H XL=753.9 Ω
Con la ley de ohm se puede calcular la corriente en el circuito:
I=E/R I= E/Xl I= 120 v/753.9 Ω I= 0.158 A.
RELACION DE FASE EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA (CA)
En realidad, la corriente en un circuito inductivo no se eleva al mismo tiempo que el voltaje.
La corriente se atrasa cierto grado dependiendo de la magnitud de la inductancia en el circuito comparada con la
resistencia.
En un circuito con resistencia pura, la corriente se eleva y decae exactamente al mismo tiempo que el voltaje y las ondas
están en fase.
En un circuito de CA con bobina la corriente se atrasa 90 grados con respecto al voltaje, esto debido al efecto de la
inductancia de la bobina.
Mire por favor este video.
https://www.youtube.com/watch?v=ODL-_bUqEz0
INDUCTANCIAS EN SERIE
El cálculo del inductor o bobina equivalente (LT) de bobinas en serie es similar al método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, solo es necesario sumarlas. En el diagrama que sigue, hay 3 inductores o bobinas en serie. La fórmula a utilizar es: (sumatoria de los valores de los inductores): LT = L1 + L2 + L3. Esto queda muy bien para este caso particular. Pero si se desea obtener el valor del inductor equivalente de más de 2 o 3 inductores, se usaría la siguiente fórmula: LT = L1 + L2 + L3 +……+ LN, donde N es el número de bobinas colocadas en serie.
Ej. Se tienen 3 bobinas en serie con los siguientes valores:
• L1 = 10 mH
• L2 = 20 mH
• L3 = 30 mH
La bobina equivalente en serie es: LT = L1 + L2 + L3 = 10 mH + 20 mH + 30 mH = 60 mH
CIRCUITO RL SERIE.
Vamos a empezar por el caso más sencillo, en él vamos a tener una fuente de alterna conectada a una bobina y a una resistencia, las cuales están en serie tal y como puedes ver en la figura.
Como puedes ver, tanto en la resistencia como en la bobina existe una tensión, la suma de estas tensiones va a ser la tensión total.
La grafica indica una suma vectorial de voltajes, la flecha indica que cada elemento es un vector (tiene magnitud, dirección y sentido).
Según el teorema de Pitágoras en un triángulo rectángulo se cumple:
El teorema de Pitágoras Si a y b son las longitudes de los catetos de un triángulo rectángulo y c es la longitud de la hipotenusa, entonces la suma de los cuadrados de las longitudes de los catetos es igual al cuadrado de la longitud de la hipotenusa.
Esta relación se representa con la fórmula:
Para el circuito inductivo seria:
LA IMPEDANCIA Z
Cuando en un circuito de corriente alterna en donde exista una inductancia y una resistencia, la oposición total que ejerce el circuito al paso de la corriente se llama INPEDANCIA y se designa con la letra Z.
Es la suma vectorial de la oposición total que ejerce la bobina (XL) sumada a la oposición total que ejerce la resistencia (R)
XL = 2πFL Reactancia inductiva.
Ejemplo.
Hallar en el siguiente circuito la corriente (I), el voltaje en la bobina y el voltaje en la resistencia.
La corriente en un circuito inductivo será: I=E/Z, donde Z es la impedancia total en el circuito.
ACTIVIDAD N° 6.
Resuelva las siguientes preguntas;
1. ¿Con sus propias palabras explique claramente que es y en que consiste una BOBINA O INDUCTOR?
2. ¿Cuál es el símbolo de una bobina y cuál es la unidad de medida para este elemento?
3. ¿Para qué sirve la regla de la mano derecha?
4. ¿Explique con sus propias palabras la regla de la mano izquierda y cuál es su función?
5. ¿Qué sucede cuando un conductor se mueve perpendicularmente a un campo electromagnético?
6. ¿Cómo funciona un transformador, que fenómeno electromagnético se aplica en este artefacto, cuál es su función? Consulte la ley de FARADAY.
7. ¿Que entendió respecto a la INDUCTANCIA? Consulte la ley de LENS.
8. Nombre dos factores que afectan la inductancia y explique cada uno de ellos.
9. ¿Si la frecuencia (F) de una señal de corriente alterna (CA) aumenta, que le sucede a la reactancia inductiva (XL)? Explique con ejemplos.
10. ¿Cuándo circula corriente alterna por una bobina se produce un efecto en ella que atrasa la corriente en un ángulo de 90 grados, si la frecuencia (F) es de 50 Hertz (Hz) y su reactancia inductiva (XL) es de 900 Ohmios, Cual es el valor de la INDUCTANCIA (L)?
11. ¿Si se tienen tres bobinas conectadas en serie, L1= 250mH y L2= 10mH, L3=0,5 H. Cual es el valor de la inductancia total? Para hallar el valor deben tener la misma unidad de medida.
12. ¿Cómo se calcula la inductancia total cuando dos bobinas están conectadas en paralelo?
13. Para diseño: en una hoja tamaño oficio, realice 6 diagramas de circuitos de corriente alterna en donde se
muestre: indique el nombre de cada elemento en el diagrama, ejemplo R1, L1, E.
a. Un circuito RL con una bobina y una resistencia conectados en serie. b. Un circuito RL con dos bobinas y una resistencia conectados en serie. c. Un circuito RL con dos bobinas y dos resistencias conectados en serie. d. Un circuito RL con una bobina y una resistencia conectados en paralelo. e. Un circuito RL con dos bobinas y una resistencia conectados en paralelo. f. Un circuito mixto (combinación de serie y paralelo) con dos bobinas y una resistencia.
El formato debe tener un rotulo que indique nombre de la institución, nombre de la plancha (diagramas de bobinas), nombre de quien realiza el trabajo, nombre del profesor y fecha. Cuidado con la letra, debe ser técnica.
14. En los siguientes circuitos de CA, hallar el valor de la corriente (I), voltaje en la resistencia (VR), voltaje en las
bobinas (VL) y la impedancia (Z) total del circuito.
