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• Fundamentos de la corriente continua.
• Fundamentos de la corriente alterna.
• Medición de circuitos eléctricos en CC.
Unidad 1. Fundamentos de electricidad industrial.

 VARIABLES ELÉCTRICAS.
 LEY DE OHM, POTENCIA Y ENERGÍA.
Fundamentos de la corriente continua

La carga eléctrica se simboliza con la letra 𝑄 y su unidad de medida
es el Coulomb 𝐶 .
Las cargas eléctricas se clasifican en positivas y negativas, y cada
carga origina un campo eléctrico, el cual se simboliza con la letra 𝐸 y
su unidad de medida es el 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝑁
𝐶 o el
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑉
𝑚 .
La electricidad es un fenómeno físico que implica la interacción entre cargas eléctricas, la cual puede describirse en términos básicos
mediante la estructura de un átomo, que se compone de un núcleo, con protones y neutrones estáticos, y electrones en movimiento en
torno al núcleo.
La Ley de Coulomb establece que la interacción entre cargas eléctricas implica una fuerza eléctrica, la cual se mide en 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛 𝑁 .

Debido a la existencia del campo eléctrico, una carga eléctrica tiene la capacidad de efectuar un trabajo al mover a otra carga por atracción o
por repulsión, en el entorno de dicha carga.
Esta capacidad de efectuar un trabajo se llama potencial eléctrico, el
cual se simboliza con la letra 𝑉 y su unidad de medida es el 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜
𝑉 , el cual equivale al 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝐽
𝐶 .
Dentro del campo eléctrico, también existe la capacidad de efectuar
un trabajo para mover una carga eléctrica desde un punto A, de
cierto potencial, a un punto B, de otro potencial, lo que se conoce
como diferencia de potencial eléctrico, el cual define la energía
requerida para desplazar una carga eléctrica desde un punto a otro
Al igual que el potencial eléctrico, se se simboliza con la letra 𝑉 y su
unidad de medida es el 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑖𝑜 𝑉 .
Para efectos académicos o laborales, la diferencia de potencial
eléctrico es comúnmente conocida como tensión eléctrica o voltaje.

Ya que se estudió el comportamiento de cargas eléctricas estáticas y los fenómenos que las caracterizan, también debe considerarse el
comportamiento de cargas eléctricas en movimiento.
Para que existan cargas eléctricas en movimiento, debe existir una diferencia de potencial entre dos puntos, de modo que estas fluyan desde
el punto de mayor potencial al punto de menor potencial, pudiendo definirse entonces la intensidad de corriente eléctrica como el
movimiento o flujo de cargas eléctricas negativas (electrones), a través de un material conductor, por unidad de tiempo.
Se simboliza con la letra 𝐼 y su unidad de medida es el 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜 𝐴 , que equivale al 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝐶
𝑠 ; para efectos académicos
o laborales, la intensidad de corriente eléctrica es comúnmente conocida como corriente eléctrica o simplemente corriente.
Por ejemplo, una pila tiene dos puntos cargados, un polo positivo y
un polo negativo.
Si se unen ambos puntos mediante un material conductor, por
ejemplo, un alambre de cobre, entonces se producirá un flujo de
corriente eléctrica a través de éste.
El flujo real de la corriente eléctrica corresponde a electrones en
movimiento desde un punto negativo a un punto positivo (sentido
electrónico o real), pero por razones históricas, se adoptó el sentido
convencional, esto es, que la corriente eléctrica es un flujo de cargas
positivas que fluyen desde un punto positivo a un punto negativo.

La resistencia eléctrica es una característica natural de los materiales y se manifiesta en forma de oposición al flujo de corriente eléctrica.
Un resistor es un objeto cuya resistencia tiene un valor específico conocido ante el paso de una corriente eléctrica; se simboliza con la letra
𝑅 y su unidad de media es el 𝑂ℎ𝑚 Ω .
Existen diversos tipos de resistores (termistores, fotoresistores, varistores, etc.) de diversos tamaños y para muchas aplicaciones (circuitos
de electrodomésticos, circuitos de control electrónicos industriales, sistemas eléctricos de potencia, etc.).

En la electrónica, se utilizan códigos de colores universales para definir los valores de ciertos componentes, como es el caso de los resistores
fijos, cuyo valor de resistencia queda definido por las bandas de colores que tienen impresas.

En 1827, George Simon Ohm, físico y matemático alemán, desarrolló una de las leyes más importantes de circuitos eléctricos: la ley de Ohm.
Esta ley relaciona las variables eléctricas de voltaje, corriente y
resistencia, y establece lo siguiente: la corriente eléctrica es
proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la
resistencia eléctrica. Matemáticamente, la ecuación es
Mediante la ecuación de la ley de Ohm, se pueden determinar el
voltaje y la resistencia mediante despejes matemáticos:
𝑉 = 𝐼𝑅 V 𝑅 =
𝑉
𝐼
Ω
𝐼 =
𝑉
𝑅
A

Ejemplos.
a) Determinar la corriente producida por una batería de 9 V que se
conecta a un resistor de 2 Ω.
b) Calcular la corriente que fluye por un resistor de 2 kΩ si la caída
de voltaje entre sus terminales es de 16 V.
c) Determinar el voltaje que debe aplicarse a un cautín para
establecer una corriente de 1,5 A a través de éste si su
resistencia interna es de 80 Ω.
d) Calcular la resistencia interna de una lámpara de filamento
incandescente cuando se alimenta con un voltaje de 220 V y por
esta fluye una corriente de 272,72 mA.

Otra variable eléctrica por aplicar es la potencia eléctrica, que se define como la velocidad con que se realiza trabajo eléctrico; se simboliza
con la letra P y su unidad de medida es el 𝑊𝑎𝑡𝑡 𝑊 , en honor al inventor escocés James Watt (1736-1819).
𝑃 =
𝑉2
𝑅
W
Por la definición de la potencia eléctrica, su unidad de medida 𝑊
equivale al 𝐽
𝑠.
Matemáticamente, la potencia eléctrica se define como el producto
entre el voltaje y la corriente, esto es
Si se aplica la ecuación de la ley de Ohm en la ecuación de la
potencia eléctrica, se obtienen otras dos ecuaciones muy útiles
𝑃 = 𝑉𝐼 W
𝑃 = 𝐼2
𝑅 W

Ejemplos.
a) Determinar la potencia absorbida por un resistor cuando es
alimentado por un voltaje de 220 V y por éste fluye una corriente
de 11 A.
b) Determinar la potencia absorbida por un resistor de 50 Ω cuando
1) es sometido a una diferencia de potencial de 48 V y 2) cuando
por él fluye una corriente de 0,5 A.
c) Calcular la potencia eléctrica de entrada de un motor de
corriente continua, cuando es alimentado con 120 V y por él
fluyen 5 A, y la potencia mecánica de salida en caballos de fuerza
(HP), suponiendo que es un motor ideal (sin pérdidas eléctricas
ni mecánicas) y sabiendo que 1 HP = 746 W.
d) Calcular la resistencia interna de un hervidor eléctrico si su
voltaje nominal y su potencia nominal son de 220 V y 2.200 W,
respectivamente.

Para que la potencia (velocidad con que se realiza un trabajo) convierta energía de cualquier forma, se debe utilizar durante un tiempo.
Por ejemplo, la finalidad de un motor eléctrico es accionar una carga mecánica; si un motor está en funcionamiento por un periodo de
tiempo, entonces la potencia eléctrica que absorbe se convierte en energía consumida durante ese tiempo.
La energía eléctrica se define entonces como la potencia eléctrica suministrada o inyectada en un periodo de tiempo. Se simboliza con la
letra W y su unidad de medida es el 𝑊𝑎𝑡𝑡 − 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 Ws o 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 J . Matemáticamente, es
Como 1 J equivale a 1 Ws , esta unidad es muy pequeña para representar la cantidad de energía que suele consumirse en las
instalaciones eléctricas, por lo que se suele utilizar la unidad kWh , de modo que
𝑊 = 𝑃𝑡 Ws 𝑜 J
Energía kWh = 𝑃 kW × 𝑡 ℎ

Ejemplos.
a) Determinar la energía consumida por un foco de 60 W a 220 V
durante 6 horas.
b) Determinar la energía consumida por un motor de corriente
continua que absorbe 5 A a 120 V durante 10 horas y 5 minutos.
c) Determinar la energía mensual consumida por un hervidor
eléctrico de 2.200 W a 220 V que es utilizado por 30 minutos por
día.

 SEÑALES DE ONDAS ALTERNAS.
 VOLTAJE DE CA SENOIDAL
 DEFINICIONES DE LA CA SENOIDAL
 VALOR EFICAZ.
Fundamentos de la corriente alterna

 SEÑALES DE ONDAS ALTERNAS.
A diferencia de los voltajes continuos, que generalmente son constantes en el tiempo, existen voltajes alternos que toman valores positivos
y negativos en el tiempo, como los que se muestran a continuación
El voltaje de corriente alterna es de especial interés, ya que es el voltaje que se genera en las centrales de generación y es transmitido a
todos los consumidores residenciales e industriales, por ser mucho más eficiente y económico que la corriente continua.

 VOLTAJE DE CA SENOIDAL.
El voltaje alterno senoidal es generado mediante generadores de ca o alternadores, ubicados en las centrales de generación, que pasa por
subestaciones elevadoras de voltaje y es transmitido en alta tensión (reducción de pérdidas), para luego pasar por subestaciones reductoras
de alta a media tensión, y ser distribuido a los consumidores desde sistemas de distribución en media y baja tensión.
Las etapas de generación, transmisión, distribución y consumo componen la estructura de los sistemas eléctricos de potencia.

Para comprender el modo de generación de un voltaje alterno senoidal desde un generador o alternador, considerar primer las siguientes
animaciones que simulan este proceso, que se conoce como inducción electromagnética, principio de la ley de Faraday

 DEFINICIONES DE LA CA SENOIDAL.
A continuación, se utilizará una señal de onda senoidal de voltaje o
corriente como modelo para representar algunos términos básicos.
• Forma de onda: trayectoria trazada como una cantidad en
función de alguna variable (tiempo, grados, temperatura, etc.).
• Valor instantáneo: magnitud de una onda en cualquier instante.
• Amplitud pico: valor máximo de una onda medido a partir de su
valor medio.
• Valor pico: valor instantáneo máximo de una función medido con
respecto al nivel de cero voltios (valor pico = amplitud pico).
• Valor pico a pico: magnitud completa (suma) entre picos
positivos y negativos de la onda.
• Forma de onda periódica: forma de onda que se repite de
manera continua después del mismo intervalo, como la actual.
• Periodo 𝑻 : tiempo en que tarda en conformarse un ciclo de
onda.
• Ciclo: parte de una onda contenida en un periodo.
• Frecuencia 𝒇 : cantidad de ciclos que ocurren cada 1 segundo.

 DEFINICIONES DE LA CA SENOIDAL.
Ejemplo.
Para la forma de onda senoidal a continuación.
a) ¿Cuál es el amplitud pico?
b) ¿Cuál es el valor instantáneo a los 0,3 s; 0,6 s, y 1,3 s?
c) ¿Cuál es el valor pico a pico?
d) ¿Cuál es el periodo?
e) ¿Cuántos ciclos se muestran?
f) ¿Cuál es la frecuencia?

 VALOR EFICAZ.
A continuación, se relacionan las cantidades de corriente continua y corriente alterna con respecto a la potencia suministrada a una carga, lo
que ayudará a determinar la amplitud requerida de una señal de corriente alterna para suministrar la misma potencia que una señal de
corriente continua en particular.

 VALOR EFICAZ.
Ejemplos.
a) En la figura mostrada, la fuente de voltaje de CC de 120 V suministra 3,6 W a una la carga. Calcular las amplitudes máximas de voltaje y
de corriente de la fuente de voltaje de CA que suministrarían la misma potencia a la carga.
b) ¿Cuál es el valor del voltaje que mediría un voltímetro conectado a un enchufe monofásico domiciliario? ¿el voltaje medido es la
amplitud máxima o rms de la señal de onda senoidal y por qué?
c) Una fuente de voltaje de CC de 220 V alimenta a un conjunto de lámparas que absorben un total de 600 W. Calcular las amplitudes
máximas de voltaje y de corriente de la fuente de voltaje de CA que suministrarían la misma potencia a la carga. Además, calcular la
potencia promedio de la carga mediante los valores de amplitud máxima y rms.

 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA.
 MEDICIÓN DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS.
Medición de circuitos eléctricos en CC

 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA.
MULTÍMETRO DIGITAL AMPERÍMETRO DE TENAZA WATTMETRO

 MEDICIÓN DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS.
NI Multisim
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