Volver a Tecnología

REDES DE CORRIENTE DIRECTA

La energía eléctrica disponible en cualquier toma de corriente doméstica se llama voltaje de corriente alterna (ca), que con el tiempo varía de manera definida. Como las cantidades de interés en una red de corriente directa (cd) o (cc) son independientes del tiempo, es mucho más fácil presentar y entender las leyes básicas de los sistemas eléctricos. Sin embargo, como las similitudes son tan marcadas entre la aplicación de un teorema a una red de cd, en comparación con una red de ca, el análisis de los sistemas ca se facilitará de manera considerable con el conocimiento obtenido si primero se examinan las redes de cd.

CORRIENTE

La primera cantidad eléctrica de importancia primordial a ser presentada es la variable de flujo: la corriente. La velocidad de flujo de una carga a través de un conductor es una medida de la corriente presente en el conductor. Las cargas en movimiento son los electrones relativamente libres encontrados en cargas en movimiento son los electrones relativamente libres encontrados en conductores como cobre, aluminio y oro. El término libres simplemente revela que los electrones están debidamente vinculados a su átomo y que se pueden mover en una dirección particular mediante la aplicación de una fuente de energía externa como la batería de cd antes mencionada. Mientras mayor es la cantidad de carga que fluye a través de la superficie imaginaria por unidad de tiempo (en la misma dirección), mayor es la corriente. En forma de ecuación:



I = Q / t

........................

Donde:

I = corriente en amperes (A)

Q = carga en coulombs (C)

T = tiempo en segundos (s)

Un electrón tiene una carga electrónica de 1.6 X 10-19 coulomb y, en forma correspondiente, un coulomb es la carga asociada con 6.242 X 1018 electrones.

Una analogía a menudo utilizada para explicar con claridad el concepto de corriente es el flujo de agua a través de un tubo, el cual hay que partir e insertar un medidor, en otras palabras, primero se debe "romper" el trayecto del flujo de carga (corriente) e insertar el medidor entre las dos terminales (expuestas) creadas en el circuito.

El instrumento para medir la corriente se llama AMPERÍMETRO, el medidor se conecta de modo que la corriente entre por la terminal positiva del medidor y salga por la negativa. De esta manera, tanto los medidores analógicos como los digitales presentarán un número positivo. Si se conectan a la inversa, la aguja del medidor analógica apuntará bajo cero y el digital mostrará un signo negativo con valor numérico.

Los niveles de corriente que por lo general se presentan van desde niveles muy bajos hasta miles de amperes. El hogar promedio cuenta con servicio de 100-, 150- o 200-A. La capacidad de servicio indica la corriente máxima que puede ser consumida por dicho hogar de la línea de energía. Si se considera que un solo acondicionador de aire puede consumir 15 A (el 15% de un servicio de 100-A) hace que la opción de instalar un servicio mayor en una casa nueva sea una importante consideración. En el otro extremo de la escala de magnitudes se encuentra el campo de electrónica, donde se presentan milésimos e incluso millonésimos de ampere. En un esfuerzo por eliminar la necesidad de arrastrar la cadena de ceros asociada con los números muy pequeños o muy grandes, se definió la notación científica que aparece en la tabla.

Un conteo simple a partir del punto decimal hacia la derecha del número 1 da la potencia apropiada de 10. si se procede de izquierda a derecha se obtiene un exponente negativo, y de derecha a izquierda un exponente positivo.

NOTACIÓN CIENTIFICA

1,000,000,000,000

=

1012

=

terra

=

T

1,000,000,000

=

109

=

giga

=

G

1,000,000

=

106

=

mega

=

M

1,000

=

103

=

kilo

=

k

1/1000 = 0.001

=

10-3

=

milli

=

m

1/1,000,000 = 0.000001

=

10-6

=

micro

=

m

0.000000001

=

10-9

=

nano

=

n

0.000000000001

=

10-12

=

pico

=

p

VOLTAJE

A diferencia de la corriente, la cual es una variable de flujo y más o menos fácil de comprender, el voltaje es una variable de una parte a otra que requiere dos puntos para ser definida.

La batería automotriz característica tiene dos terminales que se dice tienen una diferencia de potencial de 12 V entre ellas o un voltaje entre sus terminales de 12 V. Cada uno de los seis elementos o celdas de la batería contribuye con 2 V al valor entre las terminales. Mediante la actividad química la batería establece un exceso de cargas positivas (iones) en la terminal (+) positiva y cargas negativas (electrones en la terminal (-) negativa. Esta disposición de las cargas tienen como resultado un flujo de carga (corriente) a través de un conductor colocado entre las terminales.

Los electrones en el conductor de cobre son relativamente libres de abandonar sus átomos y desplazarse hacia el número excesivo de cargas positivas localizadas en terminal positiva (cargas iguales se repelen y las cargas distintas se atraen). Además, la terminal negativa presiona, al repelerlos a los electrones hacia la terminal positiva. El resultado neto es un flujo de carga (corriente) a través del conductor. La acción química de la batería está diseñada para absorber el flujo de electrones y para mantener la distribución de la carga en terminales de batería. Los iones positivos que quedan cuando los electrones abandonan los átomos son capaces de oscilar sólo en una posición media fija y no pueden desplazarse hacia la terminal negativa.

La diferencia entre voltaje o de potencia aplicado puede considerarse como el elemento de presión necesario para establecer el flujo de carga, no puede haber un flujo de carga neto a través de un conductor en una u otra dirección sin un voltaje aplicado como el que está disponible en una batería, en un generador o en una toma de corriente doméstica.

La diferencia de potencial, o voltaje transversal, entre dos puntos cualesquiera de un sistema eléctrico queda determinado por:

V = W / Q

Donde:

V = diferencia de potencial en volts

W = energía disipada o absorbida en joules (J)

Q = carga medida en coulombs

W es la energía disipada o absorbida debido a una transferencia de cargas Q entre los dos puntos.

La diferencia básica entre corriente (un flujo variable) y voltaje (una variable "Transversal") también afecta la medición de cada una. El voltímetro básico es muy similar al amperímetro en su apariencia fundamental, pero las técnicas de medición son muy diferentes. El voltímetro no "rompe" el circuito sino que se coloca en un extremo del elemento para el cual se va a determinar la diferencia de potencial. Al igual que el amperímetro, está diseñado para afectar la red lo menos posible cuando se inserta para propósitos de medición.

Para la protección general de cualquier medidor utilizado para medir niveles de voltaje desconocidos es mejor cualquier medidor utilizado para medir niveles de voltaje desconocidos es mejor comenzar con la escala más alta, para tener una idea del voltaje que se va a medir, y después trabajar hacia abajo hasta que se obtenga la mejor lectura posible.

Al igual que los niveles de corriente, los voltajes también pueden variar desde el microvolt hasta la escala de los megavolts. Por tanto, la notación científica presentada con anterioridad también se aplica con frecuencia a los niveles de voltaje. En los receptores de radio y de televisión se encuentran niveles de voltaje muy bajos (microvolts y milivolt), mientras que en las plantas generadoras de energía se presentan lecturas de kilovolt y megavolt.

El voltaje se puede tomar entre + y -, entre + y tierra, o ente - y tierra. En la mayor parte de las fuentes se considera que la salida entre + y - es flotante puesto que no está conectada a una tierra común o a un nivel de potencia de la red. El termino tierra simplemente se refiera a un nivel de potencia cero o de tierra. El chasis o gabinete de la mayoría del equipo eléctrico, ya sea una fuente o un instrumento, está conectado a tierra a través del cable de alimentación.

RESISTENCIA Y LEY DE OHM

Las dos cantidades fundamentales, el voltaje y la corriente, están relacionadas por una tercera cantidad de igual importancia: la resistencia. En cualquier sistema eléctrico la presión e el voltaje aplicado, y el resultado (o efecto) es el flujo de la carga o corriente. La resistencia del sistema controla el nivel de la corriente resultante. Mientras mayor es la resistencia, menor es la corriente y viceversa.

Este efecto es obvio de inmediato cuando se analiza la ley mas fundamental de los circuitos eléctricos: la Ley de Ohm.

I = E / R

Donde:

I = amperes (A)

E = volts (V)

R = ohms (W )

PARÁMETROS

(TERMINOLOGÍA)

A la hora de utilizar un instrumento entran en juego una serie de términos relacionados con la medición . Estos parámetros caracterizan cada instrumento y entre ellos podemos destacar:

  1. Exactitud: Aproximación con que la lectura de un instrumento se acerca al valor real de la variable medida.
  2. Repetibilidad (precisión): Capacidad de un instrumento de dar siempre un mismo resultado al medir la misma magnitud.
  3. Resolución: Cambio más pequeño en el valor medido al cual responde el instrumento.
  4. Sensibilidad: Respuesta de un instrumento respecto a un cambio en la variable medida.

No debemos confundir los términos precisión (repetibilidad) y exactitud. La precisión no garantiza la exactitud , pero la exactitud necesita de la precisión. Mientras que la exactitud está referida al grado de aproximación entre el valor medido y el valor real, la precisión especifica el grado de concordancia de un conjunto de medidas.

La exactitud de los instrumentos depende del tipo de presentación de las medidas, analógicas o digitales . En indicadores analógicos este se da en % a fondo de escala (por ejemplo 3% a fondo de escala ), mientras que en indicadores digitales se expresa en % más un número de conteos del dígito menos significativo (por ejemplo 0,05% +/- 1 dígito).

La resolución en instrumentos de presentación analógica es la típica de los sistemas gráficos y escalas ( unos 0,3 mm ), sin embargo en los de presentación digital esta se corresponde con el significado del dígito menos significativo. Así, un amperímetro cuyo rango va desde 000,0 mA a 199,9 mA tiene una resolución de 0,1 mA

El aumento de la resolución de un insrumento depende de la sensibilidad y la aplicación. Así, en el ejemplo anterior, si se aumenta la resolución en 0,001 mA, y la sensibilidad del amperímetro es menor, los dos últimos dígitos responderan más a interferencias y ruido que a cambios producidos en la entrada.

Volver a Tecnología