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FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA
1. LA ENERGIA ELECTRICA CONCEPTOS BASICOS, GENERALIDADES
IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD
La electricidad es una de las principales formas de energía usadas en el mundo. Sin ella
no existiría iluminación adecuada, comunicaciones como radio, televisión, telefonía,
Internet ni aparatos eléctricos que constituyen parte integral de los hogares, tales como:
lavadoras, secadoras, licuadoras, equipos de aire acondicionado y otros.
RESEÑA HISTORICA
Se considera que fueron los Griegos los que la descubrieron hace mas de 2000 años,
entre Ellos, Tales de Mileto 641 AC.
Ellos observaron que una material de nombre ámbar se cargaba de una forma misteriosa
después de ser frotado. Este material atraía cuerpos livianos como hojas secas y viruta
de madera. Los griegos a este material lo llamaron ELEKTRON de donde se ha
derivado el nombre de Electricidad.
En el año 1600 William Gilbert clasificó los materiales en eléctricos y no eléctricos
según se comportaban como ámbar o no.
En 1733 el Francés Charles Dufay observó que un trozo de vidrio atraía algunos objetos
cargados pero repelía a otros, concluyó que había dos tipos de electricidad.
Benjamín Franklin, Estadounidense, a mitad del siglo XVIII, mediante una cometa,
observó mientras llovía que los rayos hacían descargas eléctricas a través de la cuerda.
Concluyó que la electricidad existía en el aire, también la clasificó en positiva y
negativa.
Así sucesivamente Galvini, luego Alejandro Volta, fueron descubriendo cosas
relacionadas con este fenómeno.
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¿QUE ES LA ELECTRICIDAD?
Hasta la fecha no se sabe exactamente que es este fenómeno, se sabe lo que hace, solo
se puede decir que es una forma de energía. Los hombres de ciencia como Benjamín
Franklin consideraban que era un fluido que podría tener cargas positivas y negativas.
Actualmente la ciencia considera que la electricidad se produce por partículas muy
pequeñas llamadas protones y electrones. Estas partículas existen en todos los
materiales. Para comprender este fenómeno, debe entenderse como está constituida la
materia.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
La materia es todo lo que existe en el universo y que se puede ver, sentir o usar, es
cualquier cosa que ocupe un espacio y que tenga peso.
En nuestro medio, la materia puede encontrarse en tres estados: Sólido, líquido y
gaseoso, como el caso del agua:
MOLECULAS Y ELEMENTOS
Al dividir un trozo de materia en partículas cada vez más pequeñas, se llega a un punto
donde no se puede dividir más, si se quiere que siga siendo la misma sustancia, estas
partículas que aún mantienen las características de la sustancia original, reciben el
nombre de MOLECULAS. Al dividir o descomponer las moléculas, se encuentra que
están formadas por una combinación de ELEMENTOS.
Los elementos son sustancias pequeñas que se encuentran en forma natural en el
universo, como por ejemplo: Hidrógeno, Oxígeno, Plata, Cobre, Oro, Hierro, etc.
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DIVISION DE LA MATERIA
La combinación de elementos produce toda clase de sustancias, como el agua (Oxígeno
+ Hidrógeno), la sal (Cloro + Sodio), Bronce (cobre + estaño) y otros mas.
ATOMOS
Los elementos están formados por átomos, los átomos están formados por tres tipos de
partículas subatómicas: NEUTRONES, PROTONES Y ELECTRONES. En el estudio
de la electricidad nos interesan principalmente los electrones y los protones.
Los electrones poseen carga negativa y están alojados en orbitas alrededor del núcleo.
Los protones poseen carga positiva y junto a los neutrones, que no poseen carga, están
alojados en el núcleo del átomo.
Los electrones son las partículas que participan activamente en el flujo de energía
eléctrica.
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La diferencia entre los átomos de cada elemento está entre el número de protones y
electrones que poseen y la distribución de electrones en las diferentes órbitas que
poseen alrededor del núcleo
CARGAS ELECTRICAS
La carga de un electrón (-) es igual pero opuesta a la de un protón (+). Las cargas de un
electrón y un protón se llaman CARGAS ELECTROSTATICAS.
La ley de Coulomb, conocida como LEY DE LAS CARGAS ELECTRICAS dice:
“partículas con cargas del mismo tipo se repelen y las que tienen cargas diferentes se
atraen”
Básicamente los materiales se pueden cargar por:
a) Contacto: conocido también por fricción o frotamiento.
b) Inducción: Al acercar un material cargado a otro que tiene carga neutra.
2. CONDUCTORES ELECTRICOS
Los materiales considerados conductores eléctricos, son aquellos cuyos átomos en su
última órbita poseen menos de 4 electrones, estos electrones se conocen como
electrones libres. Los electrones ubicados en la última orbita de cualquier átomo se
conocen como electrones de valencia. Los materiales cuyos átomos poseen menos de 4
electrones en su última órbita también se conocen como METALES. Los principales
materiales conductores son: La plata, El cobre, El oro, El aluminio, El latón, El hierro,
es decir todos los metales.
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PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES
Los buenos conductores de electricidad, manejan en la última órbita de sus átomos un
solo electrón y tiene facilidad para poder liberarlo hacia un átomo vecino, así por
ejemplo el cobre tiene 29 electrones en total y en su última órbita posee un solo
electrón.
El Oro (Au) y la Plata (Ag) también tienen un solo electrón en su última órbita, entre
estos tres, la plata es mejor.
El empleo de conductores y su aislamiento, está regulado por el NEC (Código eléctrico
nacional)
CLASIFICACION DE LOS CONDUCTORES
Los conductores por su forma real interna se dividen en dos tipos principales:
a) TIPO ALAMBRE O SÓLIDO
b) TIPO CABLE
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TIPO ALAMBRE: Están constituidos por un solo hilo metálico de sección circular,
pueden estar desnudos o revestidos con una cubierta aislante. El objetivo de la cubierta
es proteger de la humedad, calor, corrosión y la más importante evitar que haga contacto
eléctrico con otros conductores.
ESTRUCTURA BASICA DEL ALAMBRE
TIPO CABLE: Está constituido por un conjunto de alambres no aislados enrollados
entre si. Puede estar protegido por una o varias capas de aislante.
ESTRUCTURA BASICA DE UN CABLE
Existen otros tipos de conductores entre ellos los conductores sin aislamiento, los cuales
se utilizan comúnmente en las líneas de transmisión de alto voltaje, instalados al aire
libre, también se pueden mencionar los multiconductores, cables coaxiales, cables
ribbon o tipo cinta, cordones de alimentación o duplex y otros.
MULTICONDUCTOR
CABLE COAXIAL O BLINDADO RIBBON O TIPO CINTA
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TAMAÑO DE LOS CONDUCTORES
Las unidades empleadas para medir los espesores de los conductores son los mils o los
circularmils. 1 mil = 0.001 pulgada, un circularmil es el área de un círculo de 1 mil de
diámetro.
En nuestro medio es utilizado para calibrar conductores el calibrador Americano AWG
(American wire gauge) se utilizan calibres desde el 36 hasta el 0, el número mayor es de
sección mas pequeña, mientras que el número menor representa una sección mayor.
CALIBRADOR AWG CALIBRE DE ALGUNOS CONDUCTORES
La ampacidad en un conductor, representa la cantidad máxima de corriente
que puede transportar un conductor de forma segura, sin sobrecalentarse ni
causar una excesiva caída de voltaje. La ampacidad se mide en amperios y
depende del diámetro del material conductor y de su aislamiento.
En la siguiente tabla se muestran ampacidades de algunos conductores de
cobre.
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Se puede apreciar que un calibre # 14 tiene una capacidad o ampacidad de conducir 15
amperios, o un calibre # 18 solo permite 3.2 amperios.
EMPALMES DE CONDUCTORES
Es la unión de dos o más conductores por medio de un amarre especial, cuidando que
exista continuidad eléctrica entre ellos.
Al realizar empalmes de conductores, debe asegurarse que el circuito está desconectado
de la energía eléctrica.
TIPOS DE EMPALMES
EMPALME COLA DE RATA
Este tipo de empalme se utiliza con mucha frecuencia en las instalaciones eléctricas,
comúnmente para prolongar un conductor o simplemente para hacer derivaciones.
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PASO 1: Después de estirar el conductor, retire el material aislante con la navaja para
electricista, aproximadamente de 5 a 6 cm., tomando en cuenta que la navaja se utilizará
como si estuviera sacando punta a un lápiz.
PASO 2: Utilizando la tenaza para electricista, sujete los conductores como se muestra
en la figura, luego manualmente arrolle los conductores uno sobre el otro al mismo
tiempo.
PASO 3: Sin soltar la tenaza de sujeción, con una pinza punta plana u otra tenaza
similar a la primera, continúe el giro hasta que la unión quede bien apretada.
PASO 4: Una vez asegurada la unión, para mayor seguridad, se puede estañar y luego
colocar cinta aislante cubriendo cada vuelta a la mitad de la anterior.
ELABORACION DE ARGOLLAS
Esta operación tiene por objeto preparar los conductores para fijarlos a receptores por
medio de tornillos.
PASO 1: retire el aislante del extremo del conductor aproximadamente 5 veces el
diámetro del tornillo que lo fijará.
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PASO 2: Coloque el extremo del conductor sin aislante entre las mordazas de la pinza
punta redonda en el lugar en que estas tengan el diámetro del tornillo a utilizar.
PASO 3: Inicie el doblado, dando un giro a la pinza hasta que la punta haga tope con el
conductor.
PASO 4: Con la parte mas delgada de la pinza dar un giro contrario al que se utilizó
para elaborar la argolla hasta que esta quede centrada con el conductor.
La argolla debe ubicarse en el tornillo de la forma como se muestra en la figura:
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SOLDADURA CON ESTAÑO PARA CIRCUITOS ELECTRONICOS
Se conoce también como soldadura blanda, se realiza con una fuente de calor llamado
cautín tipo lápiz y un material de aporte conocido como estaño en hilo. El cautín
recomendado no debe ser mayor de 25 watts, el hilo de estaño puede ser de 1 mm. Es
muy importante aprender a soldar bien, cuando se realizan soldaduras se debe tener en
cuenta un principio fundamental: “La función del cautín es calentar primero la unión
de los componentes que se van a soldar, luego el calor de la conexión debe fundir el
material de aporte sobre ella”.
Para realizar una buena soldadura se requieren las siguientes condiciones: El cautín
debe estar libre de corrosión y su punta bien estañada, que la base del cobre de la placa
y los terminales de los componentes estén muy limpios, libres de óxido.
Los pasos básicos para soldar correctamente son:
1. Aplique el calor del cautín tocando con la punta la unión de la placa de cobre y
el Terminal del componente, no lo mueva, de 4 a 5segundos.
2. Aplique el estaño por el lado contrario al cautín, 3 segundos aproximadamente.
3. Una vez que el estaño se funda, retírelo del circuito
4. Por último retire el cautín.
Los sobrantes de los terminales se cortan al final con un alicate pequeño.
Aspecto de una mala o buena soldadura
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3. AISLADORES
Son aquellos que no dejan que los electrones de sus átomos se liberen fácilmente, sus
átomos tienen más de cuatro electrones en su última órbita, el núcleo de sus átomos
ejerce una fuerza de equilibrio sobre los electrones, por lo que resulta difícil su
desprendimiento. Entre estos elementos se pueden mencionar: El fósforo (5 electrones
en su última órbita), el azufre (6 electrones en su última órbita) y el cloro con 7
electrones en su última órbita.
Elementos aislantes
COMPUESTOS AISLANTES
Son compuestos aislantes: el vidrio, plástico, madera, caucho y otros. Estos materiales
son muy buenos aislantes, sin embargo no existe un aislante perfecto, simplemente es
muy difícil que se liberen los electrones de sus átomos.
PROPIEDADES DE AISLAMIENTO
Las dos propiedades fundamentales de los materiales aislantes son:
a) Resistencia de aislamiento
b) Vigor dieléctrico
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO: Es la oposición al escape de corriente por y sobre
la superficie del material. El instrumento que se utiliza para medir la resistencia de
aislamiento se llama: MEGOHMETRO o MEGGER.
VIGOR DIELÉCTRICO: Es la capacidad que tienen los materiales aislantes para
resistir una diferencia de potencial o voltaje. Usualmente se presenta como el voltaje al
cual puede fallar el aislamiento.
CINTAS AISLADORAS
En los conductores se utilizan para reponer aislamientos dañados o para aislar empalmes
de los mismos.
La cinta mas utilizada es la de material plástico, pero existen muchas variedades y su
uso depende de cada aplicación exigida. Para empalmes sometidos a menos de 600
voltios, se suele utilizar la cinta 1700 de 3M y la super33 para aislamientos primarios en
empalmes sometidos arriba de 600 voltios.
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4. CORRIENTE ELECTRICA
Para que la energía eléctrica sea útil es necesario que haya electrones en movimiento, es
decir que no sean solo cargas estáticas.
La corriente eléctrica se produce cuando en un conductor hay muchos electrones libres
que se mueven en una sola dirección. Cuanto mayor sea el número de electrones que se
mueven en una misma dirección, mayor será el flujo de corriente.
Los electrones libres en los átomos de los materiales conductores se pueden mover de
un átomo a otro, esto se puede lograr aplicando cargas eléctricas en cada extremo del
alambre conductor, una carga positiva en un extremo y una carga negativa en el otro.
El electrón libre es repelido por la carga negativa y atraído por la carga positiva, de esta
manera los electrones se desplazan hacia la carga positiva produciéndose una corriente
eléctrica. La velocidad con que se mueven los electrones es igual a la velocidad de la
luz 300,000 km/seg
EMOVIMIENTO DE ELECTRONES EN UN CONDUCTOR
EL IMPULSO DE CORRIENTE
Para que un electrón se mueva de un átomo a otro, se necesita darle un impulso, una
aplicación de energía.
Al salir un electrón de su órbita y entrar en otra, repele un electrón y lo expulsa de ésta,
repitiéndose el proceso de átomo a átomo a lo largo del conductor. La aplicación de
energía puede darse con una fuente externa como una pila o una batería.
EL CIRCUITO CERRADO Y CIRCUITO ABIERTO
Cuando conectamos el extremo de un conductor al Terminal negativo de una pila y el
otro al Terminal positivo, los electrones del conductor son repelidos por el Terminal
negativo y atraídos por el Terminal positivo de la pila. Por cada electrón que entra a la
fuente por el terminal positivo, otro saldrá por el terminal negativo; el proceso continuar
mientras se sigan aplicando cargas eléctricas en la fuente de energía. A este proceso se
le llama CIRCUITO CERRADO. Su esquema se muestra en la siguiente figura.
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ESQUEMA DE UN CIRCUITO CERRADO
Si el conductor se rompe en cualquier punto, los electrones se acumularán en el extremo
del conductor conectado al terminal negativo, interrumpiéndose el paso de la corriente,
a esto se le conoce como CIRCUITO ABIERTO. En un circuito abierto no hay flujo de
corriente.
ESQUEMA DE UN CIRCUITO ABIERTO
EL CIRCUITO ELECTRICO BASICO
El circuito básico lo componen: una pila, un interruptor, un bombillo o lámpara y los
conductores eléctricos para interconectar los dispositivos.
CIRCUITO ELECTRICO BASICO
La pila es la fuente de energía o voltaje que suministra la fuerza necesaria para impulsar
una corriente de electrones a través del circuito.
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SIMBOLO DE UNA PILA O BATERIA
El interruptor es un dispositivo de maniobra que sirve para abrir o cerrar el circuito,
existen de varios tipos, su aplicación depende de la clase de maniobra que se quiere
realizar.
INTERRUPTORES Y SUS SIMBOLOS
La lámpara o bombillo en el circuito es el receptor de energía, es decir la carga del
circuito, esta aprovecha el paso de la corriente eléctrica para cumplir un determinado
trabajo, convirtiendo la energía eléctrica en otra forma de energía, en este caso en
energía luminosa y calorífica.
LAMPARAS Y SUS SIMBOLOS
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