Rueda volante

Rueda volante
Martin Laverde .Andrés Rubiano
Iván Laureano. Sebastián Celis

Corriente alterna
Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.)
(como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene
siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada alterna
(C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa
por cada ciclo de tiempo.
La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de
tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las
polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa
corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la
corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de
FEM que suministran corriente directa.

Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se
producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los
dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo
pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la
manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas
durante un segundo.
En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de coordenadas
para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una
corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se
eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir
de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt.
Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo,
la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo por segundo o
Hertz (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la
frecuencia será de 5 ciclos por segundo o Hertz (5 Hz). Mientras más rápido hagamos
girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente
alterna pulsante que se obtiene.
Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para hacer
funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es, precisamente,
alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal.

Corriente directa
 La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el
mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de
fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese
tipo de corriente eléctrica.
 Fuentes suministradoras de corriente directa o continua. A la izquierda, una batería de las comúnmente utilizada en los
coches y todo tipo de vehículo motorizado. A la derecha, pilas de amplio uso, lo mismo en linternas que en aparatos y
dispositivos eléctricos y electrónicos.
 Es importante conocer que ni las baterías, ni los generadores, ni ningún otro dispositivo similar crea cargas eléctricas
pues, de hecho, todos los elementos conocidos en la naturaleza las contienen, pero para establecer el flujo en forma
de corriente eléctrica es necesario ponerlas en movimiento.

El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido,
cuando al ser impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito
hidráulico cerrado.
Las cargas eléctricas se pueden comparar con el líquido contenido en la tubería de una
instalación hidráulica. Si la función de una bomba hidráulica es poner en movimiento el
líquido contenido en una tubería, la función de la tensión o voltaje que proporciona la
fuente de fuerza electromotriz (FEM) es, precisamente, bombear o poner en
movimiento las cargas contenidas en el cable conductor del circuito eléctrico. Los
elementos o materiales que mejor permiten el flujo de cargas eléctricas son los metales
y reciben el nombre de “conductores”.
Circuito eléctrico compuesto por una pila o fuente de suministro de FEM; una bombilla,
carga o<. consumidor conectada al circuito y los correspondientes conductores o
cables por donde fluye la.< corriente eléctrica. A la derecha aparece la
representación gráfica del suministro de 1,5 volt de la pila< (eje. de coordenadas "y") y
el tiempo que permanece la pila suministrando corriente a la bombilla.< (representado
por el eje de coordenadas "x").
La coordenada horizontal “x” representa el tiempo que la corriente se mantiene
fluyendo por circuito eléctrico y la coordenada vertical “y” corresponde al valor de la
tensión o voltaje que suministra la fuente de fem (en este caso una pila) y se aplica
circuito. La representación gráfica del voltaje estará dada entonces por una línea recta
horizontal continua, siempre que el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante
durante todo el tiempo.

Que es corriente eléctrica
 Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un
circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza
electromotriz (FEM).
 En un circuito eléctrico cerrado la. corriente circula siempre del polo. negativo al polo positivo de la. fuente de fuerza
electromotriz. (FEM),
 Quizás hayamos oído hablar o leído en algún texto que el sentido convencional de circulación de la corriente eléctrica
por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su
origen en razones históricas y no a cuestiones de la física y se debió a que en la época en que se formuló la teoría que
trataba de explicar cómo fluía la corriente eléctrica por los metales, los físicos desconocían la existencia de los
electrones o cargas negativas.
 Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se
descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del
signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales
se rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los electrones, la comunidad
científica acordó que, convencionalmente, la corriente eléctrica se movía del polo positivo al negativo, de la misma
forma que hubieran podido acordar lo contrario, como realmente ocurre. No obstante en la práctica, ese “error histórico”
no influye para nada en lo que al estudio de la corriente eléctrica se refiere.

Fuente de fuerza electromotriz (FEM). 2. Conductor. 3. Carga o resistencia conectada
al circuito. 4. Sentido de circulación de la corriente eléctrica.
Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batería, un
generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las
cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico.
Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo
negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la
propia fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico,
generalmente de cobre.
Una carga o consumidor conectada al circuito que ofrezca resistencia al paso de la
corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar
consuma energía eléctrica como, por ejemplo, una bombilla o lámpara para alumbrado,
el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor (calefacción, cocina,
secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial
que funcione con corriente eléctrica.
Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su
camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante
un “circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario, la circulación de la corriente de
electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir
corriente, estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”. Por norma general todos los
circuitos eléctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un interruptor que se
instala en el camino de la corriente eléctrica en el propio circuito con la finalidad de
impedir su paso cuando se acciona manual, eléctrica o electrónicamente.

Voltaje
 El Voltaje o la “diferencia potencial eléctrica” es una comparación de la energía que experimenta una carga entre dos
ubicaciones.
 Para comprender este concepto de forma más simple, pensemos en un material con una carga eléctrica de más
electrones de lo que sus átomos pueden sostener (ionizado negativamente) y un material carente de electrones
(ionizado positivamente).
 El voltaje es el diferencial eléctrico entre ambos cuerpos, considerando que si ambos puntos establecen un contacto de
flujo de electrones ocurriría una transferencia de energía de un punto al otro, debido a que los electrones (con carga
negativa) son atraídos por protones (con carga positiva), y a su vez, que los electrones son repelidos entre sí por
contar con la misma carga.
 Desde el punto de vista atómico, es la medición la energía que se requiere para energizar un electrón y desplazarlo de
su posición original en el átomo a otro punto dado. Desde el punto de vista de un campo eléctrico estático, es el trabajo
que debe imprimirse por cada unidad de carga para moverla entre dos puntos.
 El voltaje entre dos extremos de un conducto se calcula en función de la energía total requerida para desplazar una
carga eléctrica pequeña a través de ese conducto, dividido entre la magnitud de dicha carga.
 El voltaje puede ser causado por campos eléctricos estáticos, por corriente eléctrica a través de un campo magnético,
por campos magnéticos que varían con el tiempo o una combinación de las 3. Se mide en voltios, coulombs o julios y
se simboliza como ΔV) y puede representar ya sea a la fuente de energía o una energía perdida, usada o almacenada.
 Los instrumentos para medir el voltaje pueden ser los voltímetros (que miden la corriente a través de una resistencia
eléctrica fija), los potenciómetros (que balancean el voltaje desconocido contra un voltaje conocido en un circuito
puente) y el osciloscopio.

Resistencia eléctrica
 Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al desplazarse a través de un
conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega
omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
 Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada por la siguiente fórmula:
 Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material, ell es la longitud del cable y S el área de la
sección transversal del mismo.
 La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su
longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye
conforme aumenta su grosor o sección transversal).
 Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física
mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición, en la
práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su cantidad recíproca
es la conductancia, medida en Siemens.
 Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la diferencia
de potencial eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha resistencia, así:1

 Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de
corriente en amperios.
 También puede decirse que "la intensidad de la corriente que pasa por un conductor es directamente
proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a su resistencia"
 Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y
semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura,
aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente
nulo.
 Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado,
atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o
consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de
la corriente eléctrica.

Tipos de pilas o baterías
 Pilas ácidas y alcalinas de óxido de manganeso
 de uso común y generalizado en diferentes artefactos, algunas de ellas riesgosas por su contenido de mercurio.
 Se encuentran en el mercado en distintos formatos tales como A, AA, AAA.
 Categoría: Y29, Y34, Y35
 • Pilas de níquel-cadmio
 recargables, contenidas en parte de las baterías usadas para teléfonos celulares, son particularmente dañinos para el
medio ambiente debido principalmente a su contenido de cadmio.
 Categoría: Y26
 • Baterías de plomo ácido
 utilizadas mayormente en automotores.
 Categoría: Y34, Y31
 • Pilas de óxido de mercurio
 principalmente de formato botón, utilizadas en equipos especiales (por ejemplo cámaras fotográficas, relojes).
 Categoría: Y29
 No todas estas pilas y baterías son igualmente riesgosas, dependiendo esto de sus componentes químicos. En el caso
de las pilas comunes, alcalinas o ácidas, el riesgo está determinado por su contenido de mercurio, aditivo que se
encuentra en parte de las que se comercializan en el país (orientales, 4 x 1Bs. etc.).

Motores de ac y dc
Motores DC (DC, del inglés directa current), o corriente continua
Hasta hace poco, la mayoría de los coches eléctricos eran construidos por los aficionados.
Los motores de DC son una opción natural porque son baratos de construir. Los
componentes están disponibles fácilmente en el mercado; por ejemplo, un gran generador de
un motor a reacción puede ser rápidamente adaptado para su uso como un motor. Y debido
a que los motores de DC utilizan la energía de la batería directamente, la circuitería de
control es mucho más simple. Desde un punto de vista operativo, los motores de DC
generan más torque (a partir de energía), por lo que no es raro que un coche eléctrico de DC
no tenga transmisión, otro aspecto de la reducción de costos. Y los motores de DC sin
escobillas generan menos calor que un motor de inducción de AC, es decir, se desperdicia
menos energía.
Motores AC (AC, del inglés altern current), o corriente alterna
Los motores de AC son más complicados. Debido a que la alimentación de DC de las
baterías debe ser convertida a AC, el coche necesita un inversor de tensión. Los circuitos de
control de velocidad son más complejos, y todo el sistema es más caro simplemente porque
la industria del vehículo eléctrico todavía no ha desarrollado la infraestructura necesaria para
bajar los precios. Sin embargo, los motores de AC tienen ventajas importantes en los
vehículos eléctricos. Como los motores se hacen más grandes y el rendimiento se hace
considerable, AC realmente puede presumir, por ejemplo, la compresión del Tesla de 0 a 60
MPH (89 KM/H) en sólo 3,9 segundos. Y mientras que la circuitería es más compleja, los
sistemas de AC son realmente más sencillos y seguros de instalar. Los sistemas de DC
pueden causar un cortocircuito de la batería entera, lo que puede causar que el motor se
incendie, mientras que un inversor de AC soplado, simplemente falla y detiene el coche.

Poleas simples
Una polea, es una máquina simple, un dispositivo mecánico de tracción, que sirve para
transmitir una fuerza. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve
para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.
Según la definición de Hatón de la Goupillière, «la polea es el punto de apoyo de una
cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa»1 actuando
en uno de sus extremos la resistencia y en otro la potencia.
POLEAS MOVILES: La polea móvil no es otra cosa que una polea de gancho
conectada a una cuerda que tiene uno de sus extremos anclado a un punto fijo y el otro
(extremo móvil) conectado a un mecanismo de tracción.
Estas poleas disponen de un sistema armadura-eje que les permite permanecer unidas
a la carga y arrastrarla en su movimiento (al tirar de la cuerda la polea se mueve
arrastrando la carga).

Sistemas de poleas
Una polea es una rueda que tiene un ranura o acanaladura en su periferia, que gira
alrededor de un eje que pasa por su centro. Esta ranura sirve para que, a través de
ella, pase una cuerda que permite vencer una carga o resistencia R, atada a uno de
sus extremos, ejerciendo una potencia o fuerza F, en el otro extremo. De este modo
podemos elevar pesos de forma cómoda e, incluso, con menor esfuerzo, hasta cierta
altura. Es un sistema de transmisión lineal puesto que resistencia y potencia poseen tal
movimiento.
Podemos distinguir tres tipos básicos de poleas:
a) Polea fija: Como su nombre indica, consiste en una sola polea que está fija a algún
lugar. Con ella no se gana en Fuerza, pero se emplea para cambiar el sentido de la
fuerza haciendo más cómodo el levantamiento de cargas al tirar hacia abajo en vez de
para arriba, entre otros motivos porque nos podemos ayudar de nuestro propio peso
para efectuar el esfuerzo. La fuerza que tenemos que hacer es igual al peso que
tenemos que levantar (no hay ventaja mecánica) F=R. Así, por ejemplo, si deseo
elevar una carga de 40 kg de peso, debo ejercer una fuerza en el otro extremo de la
cuerda de, igualmente, 40 kg.
Polea móvil
b) Polea móvil: Es un conjunto de dos poleas, una de las cuales es fija, mientras que la
otra es móvil. La polea móvil dispone de un sistema armadura-gancho que le permite
arrastrar la carga consigo al tirar de la cuerda. La principal ventaja de este sistema de
poleas es que el esfuerzo que se emplea para elevar la carga representa la mitad del
que haría si emplease una polea fija. Así, por ejemplo, si quisiera elevar una carga de
40 kg de peso, basta con ejercer una fuerza de tan sólo 20 kg.

Polea móvil con una sola polea
Esto supone que la cuerda que emplee para este mecanismo pueden ser la mitad de
resistentes que en el caso anterior. Sin embargo, presenta una desventaja: El recorrido
que debe hacer la cuerda para elevar la carga una altura determinada (h) debe ser el
doble de la altura buscada (2h).
Aunque consta de dos poleas, en realidad se puede construir este mecanismo con una
sola polea (observa la imagen de la derecha). Para ello se debe fijar un extremo de la
cuerda, la carga a la polea y tirar de la cuerda de forma ascendente. Precisamente,
este es la desventaja, mientras que en el caso de emplear dos poleas, este problema
desaparece.
c) Sistemas de poleas compuestas: Existen sistemas con múltiples de poleas que
pretenden obtener una gran ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un
bajo esfuerzo. Estos sistemas de poleas son diversos, aunque tienen algo en común,
en cualquier caso se agrupan en grupos de poleas fijas y móviles: destacan los
polipastos:

Aplicaciones con poleas
La polea es un dispositivo mecánico de tracción o elevación, formado por una rueda
(también denominada roldana) montada en un eje, con una cuerda que rodea la
circunferencia de la rueda.
Las grúas más simples con una sola rueda de poleas fueron inventadas hace unos
3.000 años, y las poleas compuestas con varias ruedas hacia el año 400 a.C. Se dice
que Arquímedes inventó la polea compuesta y fue capaz de levantar un barco y llevarlo
a la costa.
Imagina que quieres levantar algo muy pesado y no tienes suficiente fuerza en tus
músculos para hacerlo...¿cómo lo solucionarías?.
"Si queremos mover cualquier peso, atamos una cuerda a este peso y...tiramos de la
cuerda hasta que lo levantamos. Para esto se necesita una fuerza igual al peso que
deseamos levantar. Sin embargo, si desatamos la cuerda del peso y atamos un
extremo en una sólida viga, pasamos el otro extremo por una polea que vaya sujeta al
centro del peso, y tiramos de la cuerda, moveremos más fácilmente el peso."
Este relato del siglo III es una de las descripciones más antiguas y más claras de la
diferencia entre polea fija y una polea movible.
La polea fija son aquellas que no cambian de sitio, solamente giran alrededor de su
propio eje. Se usa, por ejemplo, para subir objetos a los edificios o sacar agua de los
pozos. Una polea fija puede ser considerada como una palanca de primera clase. En
las palancas de primer género el punto de apoyo se encuentra entre los extremos.
En cambio, las móviles, además de que giran alrededor de su eje, también se
desplazan. En las poleas móviles el punto de apoyo está en la cuerda y no en el eje,
por lo tanto puede presentar movimientos de traslación y rotación. Como el caso de
dos personas que cargan una bolsa, cada una de ellas hace las veces de una polea y
sus brazos las veces de cuerdas, el peso se reparte entre los dos y se produce una
ventaja mecánica, reduciéndose el esfuerzo a la mitad. La polea móvil es una palanca
de segunda clase.

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