Manuales Practicos Refrigeracion 2

August 3, 2018 | Author: Jose Manuel Merodio Barbado | Category: Electric Current, Inductor, Electric Power, Voltage, Electron
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Manuales prácticos de refrigeración 11 Francesc Buqué

CORRIENTE ELECTRICA [ PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD

I

21.1. NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. Entre todas las ideas que existen sobre la electricidad y su comportamiento, existe una teoría que nos ayudará mucho a comprender el funcionamiento de todos los componentes eléctricos de un circuito. Para explicar esta teoría empezaremos por considerar la molécula. Como ya es sabido una molécula es la partícula más pequeña de cualquier sustancia. Por ejemplo, una molécula de sal es la partícula más pequeña que puede existir sin dejar de ser sal. Si llevamos la división más allá, no tendremos ya sal, sino, un átomo del elemento sodio y otro de cloro. Hay noventa y dos elementos en total, estando entre ellos el sodio y el cloro juntamente con otros tan familiares como el hierro, y otros tan raros como el protoactinio. Estos elementos al combinarse entre si, forman todas las sustancias conocidas. El agua se compone de dos átomos del elemento hidrógeno y un átomo del elemento oxígeno. Se cree que cada átomo está formado por un núcleo central, y uno o varios electrones alrededor de este núcleo central. El núcleo central del átomo permanece fijo en su posición, pero en determinadas circunstancias pueden separarse de los átomos algunos electrones y vagar sueltos o asociarse con otros átomos .

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Se supone que los electrones son partículas de electricidad propiamente dicha. Cuando los electrones se mueven a través del cuerpo de una sustancia, corno por ejemplo, a través del alambre de cobre tenemos electricidad en movimiento, o sea, una corriente eléctrica. La aplicación de una fuerza eléctrica suficiente hará que los electrones abandonen la sustancia y se desplacen a través del espacio que la rodea. Esto es lo que sucede en los tubos de televisión, en los tubos de rayos X y en las lamparas fluorescentes.

5

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

Aunque más importante aún que saber lo que es realmente la electricidad, es saber como se puede controlar, como seleccionar, instalar y conservar la maquinaria eléctrica, y que se debe hacer cuando algo no marcha bien. Es importante conocer suficientemente las reglas y las leyes que rigen el comportamiento de la electricidad con el fin de poder discurrir uno mismo, para resolver cualquier emergencia. Esto no quiere decir que sea necesario para ello estudiar ingeniería eléctrica, que comprende las matemáticas elevadas y otras ciencias, pero si quiere decir que hay que estar minuciosamente familiarizado con la electricidad práctica o aplicada. Antes de seguir adelante con nuestra clasificación de los aparatos y dispositivos eléctricos, hay dos cosas que deben entenderse bien, en lo que respecta a la electricidad. Por de pronto, la energía como ya sabemos puede existir en muchas formas diferentes: mecánica, química, eléctrica, calorífica, luminosa, física, etc. Según una ley fundamental, esos diferentes tipos de energía no pueden crearse ni tampoco destruirse, sin embargo, pueden transformarse fácilmente los unos en los otros. Primero: el noventa y nueve por ciento, por lo menos, de todas las aplicaciones útiles de la electricidad, exigen que ésta esté en movimiento. La electricidad estática no es más útil, en lo que respecta a realizar trabajo, que una correa inmóvil de transmisión entre una máquina y la máquina que ha de accionar. La electricidad en movimiento recibe el nombre de corriente eléctrica. Segundo: la electricidad en movimiento, o sea la corriente eléctrica, proporciona el medio más eficaz para transportar la energía de un lugar a otro, y para cambiar una forma de energía en otra. El movimiento mecánico, el calor, la luz, la energía química, el sonido y la radiación pueden producir todos una corriente eléctrica.

6

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.2. ÁTOMO OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones.

Un átomo está constituido por: - una parte central y fija que es llamada núcleo. - una parte exterior donde existen unas partículas que giran a gran velocidad alrededor de la parte fija. Las partículas que giran alrededor del núcleo 10 hacen en distintas capas u órbitas, y al conjunto de todas las capas de un átomo se le llama envoltura.

En el núcleo existen varios tipos de partículas, siendo una de estas partículas el protón, que tiene carga eléctrica positiva. En la envoltura existe un solo tipo de partícula, que es el electrón, con carga eléctrica negativa. A los electrones de la última capa del átomo (la más alejada del núcleo), los llamamos electrones libres, ya los electrones del resto de las capas los llamamos electrones fijos. Tendremos en cuenta que los electrones fijos no pueden desplazarse de unos átomos a otros, sin embargo los electrones libres sí. Generalmente los átomos tienen igual número de protones en su núcleo que de electrones en su envoltura, en este caso reciben el nombre de neutros, así pues, si un átomo tiene siete protones en el núcleo, para que sea un átomo neutro tendrá que tener siete electrones en su envoltura.

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e

e~ Átomo neutro

Átomo con carga eléctrica negativa.

7

21. Corriente eléctrica. Principios de electricidad

Debido a la facilidad de desplazamiento de los electrones libres, un átomo puede ceder o ganar electrones. De esta forma, el átomo deja de ser neutro, pasando a ser excitado o que tiene carga eléctrica. Si el número de electrones de la envoltura de un átomo es mayor que el de protones de su núcleo, el átomo tiene carga eléctrica negativa, aunque un átomo también puede perder electrones, en este caso el número de protones del núcleo es mayor que el de electrones de la envoltura, y en este caso diremos que el átomo tiene entonces carga eléctrica positiva. Es decir, la carga eléctrica positiva o negativa no es más que un defecto o exceso de electrones en un cuerpo.

. Los electrones ltbres se mueven de un lugar con exceso de electrones a otro con defecto.

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La corriente eléctrica es el desplazamiento de electrones libres. El movimiento de los electrones libres lo podemos comparar al movimiento que se produce cuando en una fila hecha con fichas de dominó, empujamos la primera de ellas y ese impulso se transmite a través de todas hasta llegar a derribar la última.

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Para que esto suceda es necesario que haya fichas intermedias que transmitan el movimiento, del mismo modo, para que los electrones libres se puedan desplazar, es necesario que encuentren en su camino otros átomos con nuevos electrones libres. A los cuerpos capaces de transmitir o conducir la corriente eléctrica se les llama conductores, aunque hay cuerpos que en sus átomos no tienen electrones libres, yen tal caso reciben el nombre de aislantes.

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.3. CIRCUITO ELECTRICO OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. En todo circuito eléctrico podemos distinguir los tres elementos fundamentales que son:

GENERADOR, CONDUCTORES Y RECEPTOR.

CONDUCTOR o:: o fü

=' o 2

O Ü

GENERADOR

El generador sirve para crear la fuerza electromotriz, que es la causa del establecimiento de la tensión y de la circulación de corriente en el circuito, el camino que recorre la corriente eléctrica desde donde se produce ( generador), hasta donde va a ser utilizada (receptor), es a través de los conductores. El receptor es un aparato que transforma la energía eléctrica que recibe, en otro tipo de energía.

Interruptor

En todo circuito se prevé la posibilidad de interrumpir o establecer la circulación de corriente a través de un interruptor.

9

21. corriente eléctrica. Principios de electricidad

21.4. INTENSIDAD DE CORRIENTE. OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. La magnitud que nos indica la cantidad de electrones que ha circulado se llama cantidad de electricidad, pero como el electrón es muy pequeño, en la práctica para medir la cantidad de electricidad se utiliza como unidad el culombio. Veamos un ejemplo comparativo que ayude a comprender esta magnitud. Si decimos que por una carretera han pasado 30 coches, no nos damos idea de la importancia de la circulación o de la intensidad de tráfico, sin embargo, si decimos que los 30 coches han pasado en 5 segundos, vemos que la intensidad de tráfico es de 6 coches por segundo. Si por un conductor circula una cantidad de electricidad de 30 culombios, no nos damos idea de la importancia de dicha circulación de corriente, en cambio, si decimos que los 30 culombios han pasado en 5 segundos, si que podemos indicar que la circulación de corriente es de 6 culombios por segundo.

1

.1

La cantidad de electricidad que circula en la unidad de tiempo se llama intensidad de corriente, y se representa por la letra ( 1 ). La unidad de intensidad de corriente se llama amperio. por tanto:

1 amperio = 1 columbia: 1 segundo.

Para medir la intensidad de corriente se utiliza un amperímetro, o bien una pinza amperimétrica.

10

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.5. FUERZA ELECTROMOTRIZ OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. La causa que origina el movimiento de los electrones libres de unos átomos a otros es la fuerza electromotriz. Esta fuerza electromotriz origina entre dos puntos cualquiera de un conductor un desnivel eléctrico. + Placa de cobre

Placa de .5inc

~ -'-

:r. 7'

11~¡¡~~i¡¡1! -----------....:-_-----...:-_~---=--

A este desnivel eléctrico lo llamamos tensión o diferencia de potencial ( d.d.p. ), teniendo como unidad de medida el voltio. Para medir la tensión entre dos puntos usaremos el voltímetro. 21.6. RESISTENCIA OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. Un material conductor ofrece poca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Por tanto, de aquí se desprende que una de las características esenciales de un conductor es su resistencia, y se representa con la letra ( R ). La resistencia de un conductor depende de su longitud, de su sección y de 10 conductor que sea el material con el que está fabricado ( resistividad ). La resistividad de un conductor se representa con la letra griega (p) que se lee "ro" Para expresar la resistencia de un conductor se utiliza como unidad de medida el ohmio (O ).

11

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.7. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA

OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. En un circuito alimentado por una corriente continua, la tensión e intensidad no cambian de valor y la corriente no cambia de sentido.

Intensidad

Intensidad

____~c=.c~.~_____

+~A I

+

~

Tiempo

Tiempo

La corriente alterna, es una corriente que cambia de valor gradualmente e invierte su sentido de circulación en periodos regulares de tiempo. La curva que nos representa una corriente alterna se denomina senoide. Una onda o senoide tiene una parte con valores positivos y otra parte con valores negativos, y a cada una de las partes de una senoide se la llama alternancia. La corriente alterna en cada instante tiene un determinado valor, y la unión de todos los valores positivos no interrumpidos forman una alternancia positiva, y de la misma forma con los valores negativos. En toda representación gráfica de una senoide, a una alternancia positiva le sigue una alternancia negativa, y al conjunto de dos alternancias seguidas o sea de una onda completa se le denomina ciclo.

12

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

- Una corriente alterna monofásica se representa por una senoide. - Una corriente alterna bifásica está formada por dos alternancias monofásicas. - Una corriente alterna trifásica está formada por tres alternancias monofásicas.

MONOFASICA

BIFÁSICA

TRIFASICA

Al tiempo que tarda en completarse un ciclo le llamamos periodo. Al número de períodos por segundo se le llama frecuencia, y a un período por segundo se le llama hertzio, que abreviadamente se representa Hz.

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21. corriente eléctrica. principios de electricidad

21.8. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA ELÉCTRICO OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. Las características principales de todo sistema eléctrico son el número de fases, la tensión de servicio y la frecuencia de red. Respecto al número de fases, los sistemas más utilizados son los trifásicos, mientras que los monofásicos se emplean solo para instalaciones de baja tensión. Las tensiones de servicio normalizadas, tanto para el subsistema de transporte como para el de distribución, son los representados en esta figura, estas tensiones constituyen la característica de mayor importancia a la hora de diseñar una red de distribución.

Central hidráulica

Abonado media tensión 132/20 kV

Central térmica

380 V 400 kV

Abonado baja tensión

Alternador

Centrales generadoras (subsistema de producción)

Líneas de transporte (subs¡,stema de transporte)

Redes de distribución (subsistema de distribución)

El valor de la frecuencia de servicio para toda Europa y para gran parte del mundo, a excepción de América, esta normalizado en 50 ciclos o hertzios ( Hz ) por segundo. El centro de transformación está destinado principalmente a reducir las tensiones de servicio de la red de distribución ( 11, 15,20,35,45 Kv) a los valores de tensión de consumo en baja tensión ( 380 / 220 ó 220 / 127 V).

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21. corriente eléctrica. principios de electricidad

21.9. REDES SECUNDARIAS DE DISTRIBUCION OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. Según sea su naturaleza, las redes de distribución se dividen en: redes de distribución por corriente continua y redes de distribución por corriente alterna. El estudio de las primeras no es preciso, al ser un sistema de distribución que prácticamente ha desaparecido por razones económicas y técnicas. Las redes de distribución por corriente alterna generalmente se realizan a través de sistemas monofásicos de dos conductores ( fase y neutro ) y sistemas trifásicos a tres ó cuatro conductores. En el caso de instalaciones eléctricas de baja tensión, las tensiones nominales se normaliza en los valores siguientes: Corriente alterna trifásica 127 V entre 220 V entre 220 V entre 380 V entre 440 V entre

fase y neutro. fase y neutro fases fases fases

220 In

380m

R

I

I

s

I

I I

T

I 1 I I I I ¡ I

No, o

220

220 BIFÁSICO

220

125

MONOF.

220

220

220

MONOFÁSICO

De entre estas tensiones nominales normalizadas se califican como preferentes las de 380 V entre fases y 220 V entre fase y neutro.

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.10. TOMA DE TIERRA OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. En todas las instalaciones de baja tensión, hay que garantizar la seguridad de sus usuarios, dotándolas de los mecanismos de protección necesarios. La defensa contra los contactos indirectos es fundamental cuando se trata de instalaciones a las que se conectan una extensa gama de aparatos eléctricos, que son susceptibles de deterioro desde el punto de vista eléctrico. Este sistema de protección se basa principalmente en no permitir tensiones o diferencias de tensión superiores a los 24 voltios, mediante una instalación conductora paralela a la instalación de enlace del edificio, capaz de enviar a tierra cualquier corriente de fuga, de derivación, etc., así como las descargas de origen atmosférico.

Pararrayos

I

~É!

Antenas

._ f

Conducto'"'

de protección

->

1---_.._-Instalación de tierra

línea principal de tiene ..-

O

(j(~

tierra

---1--""

Servicios

Punto de puesta a tierra

o

Líne8 , - - secundaria

Ascensores --~ Montacargas

Línea de el'l!ace con .......... ! - - - -

-----llo~:as tierra

~~---1~~~~~~--~~_~

ElectlOdos

Esquema de la puesta a tierra de un edificio de viviendas

El color del cable de toma de tierra en cualquier instalación eléctrica siempre se distingue por las franjas longitudinales con los colores amarillo - verde, y debe tener una sección igual al conductor de fase.

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21. Corriente eléctrica. Principios de electricidad

21.11. INSTRUMENTAL DE MEDICION OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Comprobar el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. El instrumental necesario para realizar las diferentes comprobaciones eléctricas comprende: un tester equipado con voltímetro para la medición en corriente alterna y continua , un ohómetro que permita la medición de pequeños valores de resistencia, ya que los bobinados del compresor tienen estas características, y para la medición de intensidades de corriente es conveniente utilizar una pinza amperimétrica por la rapidez de conexión con respecto al tester. En el mercado existe un gran surtido de pinzas amperimétricas digitales, que también incluyen voltímetro y ohómetro. Los testers convencionales no acostumbran a incorporar escalas de medición para intensidades en corriente alterna ACA ( amperios corriente alterna ), aunque en caso de llevarla para realizar la medición tendríamos que instalar el instrumento en serie con una de las líneas de alimentación eléctrica al aparato, sin tener en cuenta la instalación de las puntas de medición. Aunque los testers si acostumbran a llevar escala de medición para intensidades en corriente continua DCA ( amperios corriente directa ), aunque normalmente se usan en esta escala los submúltiplos del amperio, normalmente el miliampério ( mA).

ACV

rv

pcv. 600 V

OFF

600 V

=

AOV

rv

pov. 600 V

OHl

=

600 V

200 V

20

20

-o mADO

013M.o.

-o IDA PO

olRldD

17

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

El instrumento también lo instalaremos en serie como en el caso anterior, pero acordándonos cuando se vaya a instalar las puntas de prueba, que la corriente continua tiene polaridad. En cuanto a la medición de intensidades en corriente alterna a través de la pinza amperimétrica solo tendremos que colocar el selector en una escala que cubra el valor de la medición, abrir la boca de la pinza y colocar dentro de su diámetro interior el conductor al que se le quiera comprobar la intensidad de la corriente en circulación. Para la medición de voltaje en corriente alterna, las puntas del tester las instalaremos en paralelo con el componente y por supuesto con la máquina conectada a la red eléctrica y en marcha, sin tener importancia los colores de las puntas en su instalación a los puntos de control, ya que este tipo de corriente varía su polaridad 50 veces por segundo. Según el modelo de tester, la zona destinada a esta medición vendrá señalizada con las letras ACV (voltaje corriente alterna) o bien con V y la senoide de la corriente alterna.

1M

1K

+0

-o ACA

[1

ollMD

11

Las escalas que encontraremos en esta zona, corresponden al máximo voltaje que podemos medir según sea la posición del selector. Por supuesto ante la duda de la tensión que podamos encontrar en la medición, situaremos el selector en la escala más alta. La zona destinada a la medición de voltaje en corriente continua vendrá señalizada con las letras DCV ( voltaje corriente directa ó continua) o bien con V y dos líneas, la superior continua y la inferior discontinua. En ésta comprobación se tendrá que respetar los colores de las puntas de medición, instalando la punta roja en el terminal positivo y la punta negra en el terminal negativo, ya que este tipo de corriente tiene polaridad.

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

Tendremos que recordar que según el tester, si es analógico o digital, la salida positiva del instrumento puede estar preparada para instalarse en el polo positivo de la instalación o bien en el negativo, aunque realizando una simple medición en una pila nos sacará de dudas. La zona destinada a la medición de resistencias, la encontraremos señalizada con la letra griega omega ( n ), o bien con la palabra Ohm. Si el tester es digital la escala donde se sitúe el selector nos indica la máxima resistencia que podemos medir en esta posición. Si el tester es analógico usaremos la escala de ohmios de la pantalla y según la posición del selector multiplicaremos la lectura obtenida por 1, por 10, por 1000 (1K), ó por 10.000 (10 K ). Para la medición de resistencia tendremos que desconectar la instalación de la red eléctrica, así como desalojar los terminales eléctricos del componente para evitar la posibilidad de descarga de los condensadores permanentes o de marcha que podrían dañar al instrumento.

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.12. LEY DE OHM (relación entre magnitudes) OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Comprender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. Hemos visto hasta aquí las magnitudes fundamentales que intervienen en el estudio de la corriente eléctrica, que son la intensidad, tensión y resistencia. Estas tres magnitudes que son las que intervienen en un circuito eléctrico, se relacionan mediante la LEY DE OHM.

Manteniendo constante la resistencia: Si la tensión aumenta, la intensidad aumenta en la misma proporción. Por el contrario, si la tensión disminuye, la intensidad disminuye en la misma proporción.

v

1=--R

Manteniendo constante la tensión del circuito: Si la resistencia aumenta, la intensidad disminuye en la misma proporción. Por el contrario, si la resistencia disminuye, la intensidad aumenta en la misma proporción. A través de este circulo donde se representan las tres magnitudes, nos será muy fácil poner en practica la Ley de Ohm, ya que solo tenemos que tapar la magnitud que queremos hallar, quedando al descubierto la formula a utilizar.

V=R x 1

20

V R = -------1

v 1= R

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.13. POTENCIA ELÉCTRICA OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. Los datos de las magnitudes eléctricas que aparecen en la placa de características de los receptores, son el "carnet de identidad" eléctrico de ellos, indicándonos aspectos de los receptores que debemos de considerar en el momento de conectarlos a la red. La tensión ( 220 V - 125 V - 380 V, etc. ) nos indica que el receptor hemos de conectarlo necesariamente a esa tensión para su perfecto funcionamiento, la potencia (1500 W, 500 W, 200 W, etc) nos indica que el receptor a pleno rendimiento, absorbe de la red una potencia igual a la marcada en su placa de características. Veamos ahora de que magnitudes eléctricas depende la potencia de un circuito o de un receptor. Debemos recordar que cuando en un circuito eléctrico se cierra el interruptor circula una corriente, esta corriente que circula es capaz de realizar un trabajo, y para un mismo receptor, el trabajo realizado es tanto mayor cuanto mayor es la intensidad de la corriente.

Por lo que el trabajo eléctrico depende de la intensidad de corriente. EL trabajo realizado en la unidad de tiempo, es decir en 1 segundo, se denomina potencia. Otra magnitud que interviene en la potencia desarrollada en un circuito es la tensión. La unidad utilizada para medir la potencia es el WATIO, y utilizando el circulo con las tres magnitudes de la misma forma que en el caso anterior nos encontramos que:

W=VxI

V=WII

I=W/V

21

21. Corriente eléctrica. Principios de electricidad

Combinando todas las posibilidades entre los dos circuitos, para hallar una magnitud se obtiene este resultado:

v

~

R

Vi V

RxP

VX1

\V

1

V R

W I

V

V .7-. W

'-'-

R 1

V 1 Para una misma intensidad en un circuito eléctrico: Al aumentar la tensión la potencia aumenta. Al disminuir la tensión la potencia disminuye.

Para una misma potencia: Al aumentar el voltaje la intensidad disminuye. Al disminuir el voltaje la intensidad aumenta. y para una misma tensión:

Al aumentar la intensidad la potencia aumenta. Al disminuir la intensidad la potencia disminuye.

22

¡

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

21.14. APLICACIÓNES DE LA CORRIENTE ALTERNA (magnetismo e inducción) OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. El magnetismo es un fenómeno que se da en los imanes naturales como consecuencia de su estructura molecular y se caracteriza porque alrededor del cuerpo se crea un campo magnético definido por la existencia de dos polos denominados Norte y Sur, similar al campo gravitatorio terrestre, de forma que las líneas de fuerza del campo van desde el Sur al Norte. Estos imanes naturales no precisan energía exterior y su campo de aplicación en la industria es muy amplio. Si enrollamos alrededor de un núcleo de hierro un cable eléctrico, y hacemos circular por él una corriente eléctrica, el núcleo de hierro se convierte en un imán temporal, denominado electroimán, y cuya intensidad de campo magnético es directamente proporcional a la intensidad de la corriente que circula. Su campo de utilización es muy amplio, siendo en refrigeración la base de funcionamiento de las bobinas de los contactores, válvulas solenoides, relés de arranque por intensidad, relés de tensión o potencial etc. Asimismo, los campos magnéticos se usan en las conversiones de energía mecánica en eléctrica y viceversa, en los generadores y motores respectivamente.

La inducción electromagnética. La inversión constante y rápida del sentido de la corriente alterna, provoca fenómenos de autoinducción. Esta propiedad es muy importante, pues es la base de numerosas aplicaciones prácticas ( motores alternos, solenoides, transformadores, etc. ) Oersted, sabio danés demostró en 1820 que una corriente eléctrica es capaz de desplazar la aguja imantada de una brújula. Faraday, sabio ingles, demostró en 1832 que, reciprocamente, al desplazar un imán ante un circuito cerrado, se producía una corriente eléctrica.

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

Para realizar fácilmente la experiencia de Faraday necesitaremos una bobina, un imán y un miliamperímetro.

Imón Mi liamperímetro

Bob¡na

Si se introduce el imán en la bobina, el amperímetro se desvía durante todo el movimiento, indicando el paso de una corriente en la bobina. Si se detiene el imán dentro de la bobina, el miliamperímetro vuelve a cero. Si se saca el imán de la bobina, el miliamperímetro se desvía en sentido contrario, durante todo el movimiento. Si se mantiene el imán alejado de la bobina, el mili amperímetro vuelve a cero. Las corrientes obtenidas durante los desplazamientos del imán se llaman corrientes inducidas. La bobina se llama bobina inducida ó inducido. El imán es el inductor. Con esta sencilla experiencia queda demostrada la ley de Faraday que dice : Cuando se modifica el flujo magnétko que atraviesa un circuito cerrado, se produce en éste una corriente inducida que tiene la misma duración que la variación del flujo. También se ha comprobado que el sentido de la corriente inducida varía según el sentido de deslazamiento del imán. La ley de Lenz dice : El sentido de la corriente inducida es tal, que el flujo que produce, se opone a la variación del flujo inductor que la ha producido. De este modo el campo magnético producido por la corriente inducida en una bobina se opondrá siempre a la variación del campo magnético inductor.

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

Consideremos ahora un anillo de hierro dulce destinado a concentrar las líneas de fuerza y sobre el que está enrollada una espira. El anillo puede girar sobre si mismo entre los dos polos de un electroimán. La espira esta conectada a dos anillos aislados uno del otro y que giran con el inducido. En estos anillos frotan dos escobillas, conectadas a un miliamperímetro.

Para claridad del croquis, los dos anillos se han dibujado con diámetros diferentes, en realidad son iguales. Cuando el anillo da una vuelta completa, la espira barre todas las líneas de fuerza. El flujo en esta espira varía y, por consiguiente, se crea una corriente inducida. Intensidad de la corriente inducida: Como no podemos estudiar el fenómeno en cada posición de la espira, pues son muy numerosas, vamos a estudiar las ocho posiciones indicadas en la figura. Naturalmente, se trata de la misma espira, representada en las ocho posiciones numeradas de 1 al 8, que ocupa sucesivamente.

Anillos

Flui o in du etor

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

En el curso de la rotación, la intensidad de la corriente inducida no será siempre la misma, ya que dependerá del número de líneas de fuerza cortadas por la espira en un tiempo dado. Ahora bien, en las proximidades de las posiciones 3 y 7 el número de líneas de fuerza cortadas es mucho mayor para un mismo espacio recorrido ( por consiguiente, durante el mismo tiempo, puesto que la velocidad del inducido se supone constante) que en las proximidades de las posiciones 1 y 5. Se sigue de ello que la intensidad de la corriente inducida será : - máxima en las posiciones 3 y 7. - mínima en las posiciones 1 y 5 ( en éstas será incluso nula). Es fácil representar por una línea curva los diferentes valores de la corriente inducida en una espira durante una vuelta completa del inducido. Para ello, trazaremos dos ejes que se corten en ángulo recto. En el eje horizontal, indicaremos las posiciones sucesivas de la espira, espaciadas regularmente y numeradas 1-2-3-4-5-6-7-8-1.

+

I max

En el eje vertical, llevaremos los distintos valores de la corriente inducida, leidos en el miliamperímetro, en cada posición de la espira los puntos estarán situados : . por encima del eje horizontal, cuando el sentido de la corriente sea el que corresponde a las posiciones 1-2-3-4-5-de la espira . . por debajo del eje horizontal, cuando el sentido de la corriente sea el que corresponde a las posiciones 5-6-7 -8-1-de la espira. Llevando para cada posición de la espira las intensidades correspondientes, obtenemos un cierto número de puntos que, unidos los unos a los otros forman una curva. Se puede observar en esta curva que la intensidad de la corriente inducida : - es nula en las posiciones 1 y 5. - es máxima en las posiciones 3 y 7 (

+ 1 max ó - 1 max.)

Sabemos que el fenómeno se reproduce en cada vuelta del inducido, y al cabo de dos vueltas y media obtendremos la curva de la figura. Esta curva se llama sinusoide. El sonido, la luz, las ondas de radio están representadas gráficamente por curvas análogas. Esta curva podría continuarse más lejos, repitiendo la misma forma. El tiempo necesario a la corriente para volver a tomar un mismo valor en el mismo sentido como ya sabemos se llama periodo.

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21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

La denominación Hertzio para el periodo por segundo, a sido fijada por las reglas generales de normalización de casi todos los paises. El número de periodos durante un segundo o Hertzios es la frecuencia de la corriente. La corriente alterna industrial es en general como se ha indicado anteriormente, de una frecuencia de 50 Hertzios, y acostumbra a ir indicada en la placa de características de los motores.

Período

Período

Algunas corrientes utilizadas en radio tienen una frecuencia que puede alzanzar 200.000 Hertzios ( corrientes de alta frecuencia).

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21. Corriente eléctrica. Principios de electricidad

21.15. TRANSFORMADORES Y AUTOTRANSFORMADORES OBJETO DE ESTUDIO: Introducción a diferentes conocimientos básicos sobre electricidad. CAMPO DE APLICACIÓN: Entender el funcionamiento de los componentes eléctricos y sus diferentes instalaciones. Los transformadores son máquinas estáticas que tienen la misión de transferir, mediante un campo electromagnético alterno, la energía desde un sistema con una determinada tensión a otro sistema con la tensión deseada. Consta de dos arrollamientos aislados entre sí que van montados sobre un núcleo común de hierro. El arrollamiento primario se conecta a la red de alimentación, y al circular corriente a través de él, crea en el núcleo de hierro un campo magnético que se transfiere al arrollamiento secundario.

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El diferente numero de espiras de ambos arrollamientos, dará el valor requerido de tensión, y el estado en cuanto a continuidad de cada arrollamiento se puede comprobar a través del ohómetro. Un transformador trifásico esta formado por la asociación de tres monofásicos, a los que se conecta cada una de las fases. Tanto el primario como el secundario pueden estar conectados en estrella o en triángulo. Los autotransformadores se emplean cuando las tensiones entre sí no difieren mucho ( aproximadamente del 25 al 30% ), y se utilizan porque se ahorra material al no estar separados eléctricamente los circuitos primario y secundario.

28

21. corriente eléctrica. principios de electricidad

En su comprobación con el ohómetro, debemos encontrar cierta resistencia eléctrica entre todos sus terminales, ya que están conexionados en serie, siendo el de máximo valor el correspondiente a los extremos del arrollamiento, y distintos valores entre las salidas intermedias y cualquiera de los extremos.

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-Umox 1/4 de período

Las curvas representativas de la tensión y de la intensidad no están ya en fase. Cuando la tensión U es nula, la intensidad es +1 max. Cuando la tensión es

+ U max, la intensidad es nula.

Cuando la tensión es nula de nuevo, la intensidad es - 1 max, etc. La curva que representa la intensidad toma entonces sus valores nulos y máximos antes que la curva que representa la tensión. Se dice que la intensidad está desfasada en adelanto respecto a la tensión un cuarto de ciclo ó 90 grados.

33

21. Corriente eléctrica. principios de electricidad

Importancia práctica del coseno de phi ( ;..'3

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227

28. Aire acondicionado doméstico.

Expans~ón

con tubo capilar. Características y montaje de equipos

Comprobaciones:

a) Tanto los ganchos superiores como los inferiores deben quedar correctamente engarzados, y la unidad no se debe mover ni hacia delante ni hacia atrás, ni a la izquierda ni a la derecha. b) La unidad debe estar perfectamente nivelada tanto horizontal como verticalmente. e) La manguera de desagüe debe estar ,en la parte inferior del agujero de la pared ( para evitar sifones ).

228

28. Aire acondicionado doméstico. Expansión con tubo capilar. Características y montaje de equipos

28.6. INSTALACIÓN DE LA UNIDAD EXTERIOR Unidad exterior ( precauciones a tener en cuenta antes de la instalación) a) Instalar en un lugar que resista el peso de la unidad. b) Para que el aire circule libremente, se tendrá que dejar entre las paredes y la unidad los espacios mínimos indicados en la figura, para evitar de esta forma que puedan haber rebotes o embo1samientos de aire.

más de 10 cms.

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más de 10 cms.

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c) Si hay montado un toldo sobre la unidad para impedir la exposición a la luz solar directa o a la lluvia, habrá que tener cuidado en no restringir la libre cesión de calor por parte del condensador hacia al aire exterior. d) El aire caliente emitido no deberá afectar a ningún animal o planta. e) Si el modelo es una bomba de calor, tendremos que recordar que en la unidad exterior tendremos que conducir los condensados que se producen en invierno a algún desagüe.

Instalación de la unidad exterior 10 Fijar los soportes metálicos en la pared debidamente nivelados, asegurándonos de su correcta instalación.

2 0 Para evitar posibles vibraciones, es conveniente instalar silenblocs de goma, caucho, muelles, etc. entre los pies de la unidad y los soportes, para de esta forma evitar que dichas vibraciones puedan transmitirse a la casa.

229

28. Aire acondicionado doméstico. Expansión con tubo capilar. Características y montaje de equipos

28.7.INTERCONEXIÓN FRIGORÍFICA DE LAS DOS UNIDADES (R-22 Y R-410-a) Preparación de las tuberías El primer paso a realizar será medir la distancia entre las dos unidades para cortar el tubo de cobre, teniendo en cuenta las posibles curvas y siendo conveniente dejar una distancia de seguridad. En caso de que no se pueda instalar el tubo de una sola vez, podremos hacer la unión de tubos a través de tuercas y uniones roscadas, o bien por medio de soldadura. Si se debe realizar alguna soldadura, es muy importante utilizar corriente de Nitrógeno seco (pureza 99,9 %) con una presión de aproximadamente 0,2 bar, con el fin de desplazar el oxigeno del aire interior y no provocar óxidos de cobre en el circuito. Es de suma importancia utilizar siempre tubo de cobre frigorífico de primera calidad, y respetar las medidas de espesor y el diámetro de los tubos, teniendo en cuenta que jamás se debe abrir el rollo de tubo en forma de acordeón, sino, apoyarlo en el suelo y proceder a su estirado. Cortar siempre el tubo con la ayuda de un cortatubos de forma que no entren virutas en su interior, por tal motivo nunca se debe utilizar la sierra de hierro. Es importante no terminar el corte con el cortatubos, sino, para acabar el corte realizaremos una presión con las manos, ya que de esta manera no cerraremos el diámetro interior. Del mismo modo no es aconsejable presionar demasiado la cuchilla del cortatubos , a fin de no producirle dobleces o algún estrechamiento. Al escariar los cortes, debemos tener la precaución igualmente de hacerlo disponiendo el extremo del tubo hacia abajo, ya que así las virutas no se nos introducirán en el interior de los tubos, y por supuesto al finalizar el escariado evitar soplar el interior del tubo ya que introduciríamos humedad y posibles restos de cobre. En el caso de que no se eliminen las rebabas, se podrían provocar fugas de gas. Una vez finalizada la operación es importante tapar inmediatamente los extremos del tubo tras su corte a fin de evitar la entrada de polvo, suciedad y humedad. Es importante no curvar el tubo varias veces por el mismo punto, ya que este endurece y podríamos provocar su rotura. Siempre es importante evitar al máximo las curvas muy cerradas y efectuarlas siempre por medio de doblatubos o en su defecto por muelles especiales para tal fin, pero debemos conocer que con los muelles las curvas suelen quedar más abiertas. Si el curvado se realiza con muelle tendremos en primer lugar que introducirlo en el tubo y realizar la curva pretendida, para a continuación cerrar un poco más el ángulo y volver a su posición definitiva, ya que de esta forma el muelle saldrá con la máxima facilidad, de 10 contrario se corre el riesgo de deformar el muelle. Seguidamente debemos aislar los tubos por separado ( así evitaremos condensaciones y pérdidas de rendimiento en el circuito ), utilizando para ello la medida de aislamiento que corresponda según el diámetro del tubo, y a continuación taparemos los extremos de los tubos con cinta aislante e introduciendo en el interior de las tiras de aislamiento una pequeña cantidad de "polvo talco", con lo cual facilitaremos la circulación del tubo por su interior. Antes de proceder al abocardado se tendrán que introducir en los tubos las tuercas que vienen instaladas en las bocas de unión de las dos unidades, teniendo en cuenta que al abrir las tuercas de la unidad interior, podría salir gas refrigerante o Nitrógeno introducido en fábrica para evitar así la oxidación en el interior de la unidad.

230

28. Aire acondicionado doméstico. Expansión con tubo capilar. Características y montaje de equipos

A continuación acoplaremos el extremo del tubo de cobre a la pinza del abocardador de forma que sobresalga en principio entre 0,2 y 0,5 m/m, y una vez engrasado con aceite frigorífico el cono de la herramienta ( de esta manera se evitan un porcentaje muy alto de fugas ), procederemos a realizar el abocardado, el cual finalizará cuando se compruebe que la zona abocinada ó abocardada cubre totalmente el alojamiento dispuesto en el interior de la tuerca, ya la vez comprobaremos que al entrar el tubo en su interior, no tropieza el abocardado con los hilos de rosca de la propia tuerca. Cuando el abocardado se haya realizado correctamente, la superficie brillará uniformemente y tendrá un espesor regular, aunque siempre es recomendable verificar minuciosamente el acabado del abocardado, ya que es la parte que entra en contacto con los conectores.

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