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Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos




                 Actividad 1:
        INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD
             CONCEPTO DE ENERGIA


Resultados de Aprendizaje

  •   Reconocer todas las fuentes de energía
  •   Identificar y diferenciar los conceptos de electricidad,
      magnetismo y energía en general.
  •   Identificar los cuidados prácticos que se deben tener con el
      manejo de la electricidad.




Guía de trabajo


  1. Investiga sobre las diferentes fuentes de energía y cual es su
     nivel de utilización hoy en día.
   RTA:
   E. Hidráulica.
   E. Eólica.
   E. Solar.
   E. Mareomotriz.
   E. Biomasa.
   E. Geotérmica.
   E. Hidrocarburos.
   Petróleo.
   Carbón.
   Gas Natural.
  
  • Energía Hidráulica
     El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir energía
Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos



       eléctrica utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica. Es por tanto,
       un recurso renovable y autóctono. El conjunto de instalaciones e infraestructura
       para aprovechar este potencial se denomina central hidroeléctrica.

   •   Centrales de aguas fluyentes

Aquellas instalaciones que mediante una obra de toma, captan una parte del caudal del
río y lo conducen hacia la central para su aprovechamiento, para después devolverlo al
cauce del río.

   •   Centrales de pie de presa

Son los aprovechamientos hidroeléctricos que tienen la opción de almacenar las
aportaciones de un río mediante un embalse. En estas centrales se regulan los caudales
de salida para utilizarlos cuando se precisen

       Centrales de canal de riego o abastecimiento



   •   E. Eólica.
       La fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecánica que,
       en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento. El viento es
       originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro planeta,
       originando movimientos conectivos de la masa atmosférica.

Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica, bien
sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador
los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos,
para realizar un trabajo mecánico.



   •   Energía Solar

Energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión .
Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que
interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar
en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia
promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o
unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que
varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la
superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la
dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.

   •   Energía del Mar

Los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer
energía de orígenes diversos.
Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos



   •   La radiación solar incidente sobre los océanos, en determinadas condiciones
       atmosféricas, da lugar a los gradientes térmicos oceánicos (diferencia de
       temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de 1000 metros.
   •   La iteración de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las
       corrientes marinas.
   •   La influencia gravitacional de los cuerpos celestes sobre las masas oceánicas
       provoca mareas.

Energía Mareomotriz:

La energía estimada que se disipa por las mareas es del orden de 22000 TWh. De esta
energía se considera recuperable una cantidad que ronda los 200 TWh.

 Debido a las bajas y variadas cargas hidráulicas disponibles. Estas bajas cargas exigen
la utilización de grandes equipos para manejar las enormes cantidades de agua puestas
en movimiento. Por ello, esta fuente de energía es sólo aprovechable en caso de mareas
altas y en lugares en los que el cierre no suponga construcciones demasiado costosas..

La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario del Ronce Francia. En nuestro
país hay una central mareomotriz en Península de Valdés Chubut



   •   Biomasa y R.S.U.

La más amplia definición de BIOMASA sería considerar como tal a toda la materia
orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su
transformación natural o artificial. Clasificándolo de la siguiente forma, Biomasa
natural, es la que se produce en la naturaleza sin la intervención humana. Biomasa
residual, que es la que genera cualquier actividad humana, principalmente en los
procesos agrícolas, ganaderos y los del propio hombre, tal como, basuras y aguas
residuales..

La utilización con fines energéticos de la biomasa requiere de su adecuación para
utilizarla en los sistemas convencionales.

Estos procesos pueden ser:

   •   Físicos, son procesos que actúan físicamente sobre la biomasa y están asociados
       a las fases primarias de transformación, dentro de lo que puede denominarse fase
       de acondicionamiento, como, triturado, astillado, compactado e incluso secado.
   •   Químicos, son los procesos relacionados con la digestión química, generalmente
       mediante hidrólisis pirólisis y gasificación.
   •   Biológicos, son los llevados a cabo por la acción directa de microorganismos o
       de sus enzimas generalmente llamado fermentación. Son procesos relacionados
       con la producción de ácidos orgánicos, alcoholes, cetonas y polímeros.
   •   Termoquímicos, están basados en la transformación química de la biomasa, al
       someterla a altas temperaturas (300ºC - 1500ºC). Cuando se calienta la biomasa
       se produce un proceso de secado y evaporación de sus componentes volátiles,
       seguido de reacciones de craqueó o descomposición de sus moléculas, seguidas
Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos



       por reacciones en la que los productos resultantes de la primera fase reaccionan
       entre sí y con los componentes de la atmósfera en la que tenga lugar la reacción,
       de esta forma se consiguen los productos finales



   •   Energía Geotérmica

Energía contenida también en el interior de la Tierra en forma de gases. Al ser extraída
se presenta en forma de gases de alta temperatura (fumarolas), en forma de vapor y agua
hirviendo (géiser) y en forma de agua caliente (fuentes termales)

   •   2. Hidrocarburos
   •   Son los compuestos orgánicos más simples y pueden ser considerados como las
       sustancias principales de las que se derivan todos los demás compuestos
       orgánicos.
   •   PETROLEO:

       Es un líquido oleoso bituminoso de origen natural compuesto por diferentes
       sustancias orgánicas. Se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie
       terrestre y se emplea como combustible y materia prima para la industria
       química. El petróleo y sus derivados se emplean para fabricar medicinas,
       fertilizantes, productos alimenticios, objetos de plástico, materiales de
       construcción, pinturas o textiles y para generar electricidad.

   •   El Gas Natural

Es una mezcla de gases combustibles depositados en forma natural en el subsuelo de la
Tierra y que poseen un gran pre calorífico. En ocasiones los yacimientos de gas natural
se encuentran acompañados por yacimientos de petróleo

 Contribuye decisivamente en la lucha contra la contaminación atmosférica, y es una
alternativa energética que destacará en el siglo XXI por su creciente participación en los
mercados mundiales de la energía.
La explotación a gran escala de esta fuente energética natural cobró especial relevancia
tras los importantes hallazgos registrados en distintos lugares del mundo a partir de los
años cincuenta. Gracias a los avances tecnológicos desarrollados, sus procesos de
producción, transporte, distribución y utilización no presentan riesgos ni causan impacto
ambiental apreciable.

Costa Oriental del Lago de Maracaibo.
Plantas y empresas en operación:
Olefinas I y II y planta de gas licuado de Pequiven, las empresas mixtas Polinter,
Indesca, Química Venoso, Propilven, Cloro Vinilos del Zulia y Olefinas del Zulia.
También operan en el complejo las empresas privadas Estizulia, que produce
poliestirenos, Dow Chemical, dedicada a la elaboración de látex y Liquid Carbonic,
destinada a la producción de anhídrido carbónico.
Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos




2.   Realiza   un     cuadro     comparativo      entre     conductores,
semiconductores y aisladores.




        Conductores              Semiconductores          Aisladores
        Iones, que pueden ser Aumento              del los electrones del
        cationes,(+)        o números              de cristal          se
        naciones(-)           electrones                 encuentran en la
                              liberados                  banda de valencia
        Metales se explica así por Aumenta            la la conductividad
        el paso de electrones a estas temperatura de los eléctrica     del
        bandas con defecto de electrones que van cristal es nula.
        electrones, provocado por alcanzando niveles
        absorción    de    energía de anergia dentro
        química.                   de la banda de
                                   conducción.
        Resistencia al flujo       Aumenta            la El     diamante
        de electricidad.           conductividad         portador es un
                                   añadiendo             de carga libre.
                                   impurezas        que
                                   habilitan niveles de
                                   energía dentro de
                                   la banda próvida.
                                 El germanio y el
                                 silicio          son
                                 semiconductores.


  2. Investiga a nivel industrial que prácticas de cuidado se tienen
     con el manejo de la electricidad.
     El sector de hidrocarburos deberá garantizar que se suministre a la
     economía el petróleo crudo, el gas natural y los productos derivados
     que requiere el país, a precios competitivos, minimizando el impacto
     al medio ambiente y con estándares de calidad internacionales. Ello
     requerirá de medidas que permitan elevar la eficiencia y
     productividad en los distintos segmentos de la cadena productiva.

     Uno de los retos más importantes consiste en detener y revertir la
     evolución desfavorable de las reservas de hidrocarburos. Al ritmo de
     producción actual, las reservas probadas de petróleo crudo se
     agotarán en 9.3 años y las de gas natural en 9.7 años. El campo
     Cantarell, que actualmente aporta más de 50% de la producción
Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos



      nacional de petróleo crudo, ha iniciado su etapa de declinación. Por
      lo que toca a la producción de gas natural, si bien la tendencia
      muestra un crecimiento en los últimos años, dicho aumento no ha
      sido suficiente para abatir las importaciones de este energético

4. Diligencie en la siguiente tabla, las características técnicas que
vienen inscritas en la placa adhesiva en la parte posterior de las
siguientes máquinas o artículos eléctricos que estén a su alcance:
Monitor, CPU, Televisor, Equipo de música, Nevera, u otros;
destacando en la tabla de menor a mayor el artículo que más
consume energía. Elige 4 artículos.



          Nombre         Voltaje     Amperios    Potencia
          Artículo       (V)         (A)         (Watt)
           Licuadora      110(v)      60(A)      450(Watt)
           Fotocopiadora 32(v)        500(A)      18(Watt)
          Lámpara        110(v)      50(A)       9(Watt)
          Equipo       de
                         120(v)      60(A)       110(Watt)
          sonido

5. Utilizando la formula del señor James Watt que dice, P = V * I,
desarrolle los siguientes ejercicios:

a) ¿Qué potencia consume una bombilla que se conecta a un voltaje
o tensión de 110Voltios y la corriente de consumo es de 0,9 amperio

v=110v

p=?

I=o,9A




b) ¿Qué potencia consume un parlante de un equipo de sonido si el
voltaje que le llega a éste es de 35Voltios y la corriente es de 0,5
amperios?
c) ¿Qué potencia en vatios consume el monitor de mi computador, si
requiere 2 amperios (2A) y una tensión de 120Voltios (120V) para
que funcione en óptimas condiciones?
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  • 2. Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos eléctrica utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica. Es por tanto, un recurso renovable y autóctono. El conjunto de instalaciones e infraestructura para aprovechar este potencial se denomina central hidroeléctrica. • Centrales de aguas fluyentes Aquellas instalaciones que mediante una obra de toma, captan una parte del caudal del río y lo conducen hacia la central para su aprovechamiento, para después devolverlo al cauce del río. • Centrales de pie de presa Son los aprovechamientos hidroeléctricos que tienen la opción de almacenar las aportaciones de un río mediante un embalse. En estas centrales se regulan los caudales de salida para utilizarlos cuando se precisen Centrales de canal de riego o abastecimiento • E. Eólica. La fuente de energía eólica es el viento, o mejor dicho, la energía mecánica que, en forma de energía cinética transporta el aire en movimiento. El viento es originado por el desigual calentamiento de la superficie de nuestro planeta, originando movimientos conectivos de la masa atmosférica. Las formas de mayor utilización son las de producir energía eléctrica y mecánica, bien sea para autoabastecimiento de electricidad o bombeo de agua. Siendo un aerogenerador los que accionan un generador eléctrico y un aeromotor los que accionan dispositivos, para realizar un trabajo mecánico. • Energía Solar Energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión . Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera. • Energía del Mar Los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energía de orígenes diversos.
  • 3. Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos • La radiación solar incidente sobre los océanos, en determinadas condiciones atmosféricas, da lugar a los gradientes térmicos oceánicos (diferencia de temperaturas) a bajas latitudes y profundidades menores de 1000 metros. • La iteración de los vientos y las aguas son responsables del oleaje y de las corrientes marinas. • La influencia gravitacional de los cuerpos celestes sobre las masas oceánicas provoca mareas. Energía Mareomotriz: La energía estimada que se disipa por las mareas es del orden de 22000 TWh. De esta energía se considera recuperable una cantidad que ronda los 200 TWh. Debido a las bajas y variadas cargas hidráulicas disponibles. Estas bajas cargas exigen la utilización de grandes equipos para manejar las enormes cantidades de agua puestas en movimiento. Por ello, esta fuente de energía es sólo aprovechable en caso de mareas altas y en lugares en los que el cierre no suponga construcciones demasiado costosas.. La mayor central mareomotriz se encuentra en el estuario del Ronce Francia. En nuestro país hay una central mareomotriz en Península de Valdés Chubut • Biomasa y R.S.U. La más amplia definición de BIOMASA sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Clasificándolo de la siguiente forma, Biomasa natural, es la que se produce en la naturaleza sin la intervención humana. Biomasa residual, que es la que genera cualquier actividad humana, principalmente en los procesos agrícolas, ganaderos y los del propio hombre, tal como, basuras y aguas residuales.. La utilización con fines energéticos de la biomasa requiere de su adecuación para utilizarla en los sistemas convencionales. Estos procesos pueden ser: • Físicos, son procesos que actúan físicamente sobre la biomasa y están asociados a las fases primarias de transformación, dentro de lo que puede denominarse fase de acondicionamiento, como, triturado, astillado, compactado e incluso secado. • Químicos, son los procesos relacionados con la digestión química, generalmente mediante hidrólisis pirólisis y gasificación. • Biológicos, son los llevados a cabo por la acción directa de microorganismos o de sus enzimas generalmente llamado fermentación. Son procesos relacionados con la producción de ácidos orgánicos, alcoholes, cetonas y polímeros. • Termoquímicos, están basados en la transformación química de la biomasa, al someterla a altas temperaturas (300ºC - 1500ºC). Cuando se calienta la biomasa se produce un proceso de secado y evaporación de sus componentes volátiles, seguido de reacciones de craqueó o descomposición de sus moléculas, seguidas
  • 4. Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos por reacciones en la que los productos resultantes de la primera fase reaccionan entre sí y con los componentes de la atmósfera en la que tenga lugar la reacción, de esta forma se consiguen los productos finales • Energía Geotérmica Energía contenida también en el interior de la Tierra en forma de gases. Al ser extraída se presenta en forma de gases de alta temperatura (fumarolas), en forma de vapor y agua hirviendo (géiser) y en forma de agua caliente (fuentes termales) • 2. Hidrocarburos • Son los compuestos orgánicos más simples y pueden ser considerados como las sustancias principales de las que se derivan todos los demás compuestos orgánicos. • PETROLEO: Es un líquido oleoso bituminoso de origen natural compuesto por diferentes sustancias orgánicas. Se encuentra en grandes cantidades bajo la superficie terrestre y se emplea como combustible y materia prima para la industria química. El petróleo y sus derivados se emplean para fabricar medicinas, fertilizantes, productos alimenticios, objetos de plástico, materiales de construcción, pinturas o textiles y para generar electricidad. • El Gas Natural Es una mezcla de gases combustibles depositados en forma natural en el subsuelo de la Tierra y que poseen un gran pre calorífico. En ocasiones los yacimientos de gas natural se encuentran acompañados por yacimientos de petróleo Contribuye decisivamente en la lucha contra la contaminación atmosférica, y es una alternativa energética que destacará en el siglo XXI por su creciente participación en los mercados mundiales de la energía. La explotación a gran escala de esta fuente energética natural cobró especial relevancia tras los importantes hallazgos registrados en distintos lugares del mundo a partir de los años cincuenta. Gracias a los avances tecnológicos desarrollados, sus procesos de producción, transporte, distribución y utilización no presentan riesgos ni causan impacto ambiental apreciable. Costa Oriental del Lago de Maracaibo. Plantas y empresas en operación: Olefinas I y II y planta de gas licuado de Pequiven, las empresas mixtas Polinter, Indesca, Química Venoso, Propilven, Cloro Vinilos del Zulia y Olefinas del Zulia. También operan en el complejo las empresas privadas Estizulia, que produce poliestirenos, Dow Chemical, dedicada a la elaboración de látex y Liquid Carbonic, destinada a la producción de anhídrido carbónico.
  • 5. Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos 2. Realiza un cuadro comparativo entre conductores, semiconductores y aisladores. Conductores Semiconductores Aisladores Iones, que pueden ser Aumento del los electrones del cationes,(+) o números de cristal se naciones(-) electrones encuentran en la liberados banda de valencia Metales se explica así por Aumenta la la conductividad el paso de electrones a estas temperatura de los eléctrica del bandas con defecto de electrones que van cristal es nula. electrones, provocado por alcanzando niveles absorción de energía de anergia dentro química. de la banda de conducción. Resistencia al flujo Aumenta la El diamante de electricidad. conductividad portador es un añadiendo de carga libre. impurezas que habilitan niveles de energía dentro de la banda próvida. El germanio y el silicio son semiconductores. 2. Investiga a nivel industrial que prácticas de cuidado se tienen con el manejo de la electricidad. El sector de hidrocarburos deberá garantizar que se suministre a la economía el petróleo crudo, el gas natural y los productos derivados que requiere el país, a precios competitivos, minimizando el impacto al medio ambiente y con estándares de calidad internacionales. Ello requerirá de medidas que permitan elevar la eficiencia y productividad en los distintos segmentos de la cadena productiva. Uno de los retos más importantes consiste en detener y revertir la evolución desfavorable de las reservas de hidrocarburos. Al ritmo de producción actual, las reservas probadas de petróleo crudo se agotarán en 9.3 años y las de gas natural en 9.7 años. El campo Cantarell, que actualmente aporta más de 50% de la producción
  • 6. Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos nacional de petróleo crudo, ha iniciado su etapa de declinación. Por lo que toca a la producción de gas natural, si bien la tendencia muestra un crecimiento en los últimos años, dicho aumento no ha sido suficiente para abatir las importaciones de este energético 4. Diligencie en la siguiente tabla, las características técnicas que vienen inscritas en la placa adhesiva en la parte posterior de las siguientes máquinas o artículos eléctricos que estén a su alcance: Monitor, CPU, Televisor, Equipo de música, Nevera, u otros; destacando en la tabla de menor a mayor el artículo que más consume energía. Elige 4 artículos. Nombre Voltaje Amperios Potencia Artículo (V) (A) (Watt) Licuadora 110(v) 60(A) 450(Watt) Fotocopiadora 32(v) 500(A) 18(Watt) Lámpara 110(v) 50(A) 9(Watt) Equipo de 120(v) 60(A) 110(Watt) sonido 5. Utilizando la formula del señor James Watt que dice, P = V * I, desarrolle los siguientes ejercicios: a) ¿Qué potencia consume una bombilla que se conecta a un voltaje o tensión de 110Voltios y la corriente de consumo es de 0,9 amperio v=110v p=? I=o,9A b) ¿Qué potencia consume un parlante de un equipo de sonido si el voltaje que le llega a éste es de 35Voltios y la corriente es de 0,5 amperios? c) ¿Qué potencia en vatios consume el monitor de mi computador, si requiere 2 amperios (2A) y una tensión de 120Voltios (120V) para que funcione en óptimas condiciones?
  • 7. Análisis y Diseño de Sistemas Eléctricos