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Curso de Electrónica - Lección 4 - Tipos Generadores – Rendimiento y Ecuación del generador (CUR004S)

Todos los equipos eléctricos y electrónicos necesitan energía para funcionar. Como ya se ha estudiado de manera introductoria, la energía eléctrica se puede obtener a partir de otras formas de energía tales como, por ejemplo, baterías y dinamos. Sin embargo, el estudio de los generadores debe ser hecho de una forma un tanto más profunda, porque lo practicante de la electrónica tiene que realizar algunos cálculos importantes que se relacionan con su funcionamiento. En esta lección vamos a dedicar específicamente a nosotros mismos para este estudio. La lección 4 de nuestro curso se compone de los siguientes elementos:

 

Pilas y Acumuladores

   Una forma sencilla de obtener electricidad para alimentar varios tipos de circuitos eléctricos y electrónicos es de pilas y acumuladores.

   Como hemos estudiado, las pilas son generadores químicos de la electricidad, es decir, convertir la energía química en energía eléctrica en un proceso irreversible, es decir, no se puede recargar. Los tipos más conocidos son pilas secas y alcalinas comunes y, aunque hay alguna otra gama más cara ya que se encuentran en el mercado para aplicaciones específicas.

   En la Figura 80 se ha adoptado para el símbolo representan una pila o "célula" y una batería simple, que es un conjunto de células.

 

Figura 80 - de la batería y la batería - símbolos
Figura 80 - de la batería y la batería - símbolos

 

 

   Cada pila común establece entre sus terminales una tensión en abierto de 1,5 V. Se dice que las pilas son generadores que tienen una f.e.m. (Fuerza electromotriz) de 1,5 V. Hay, sin embargo tipos donde la f.e.m. es de 1,2 V. La tensión abierta o f.e.m. se indica en el diagrama por la letra E.

   Acumuladores sobre el otro lado, se pueden cargar simplemente mediante la circulación de una corriente en la dirección opuesta a la convencional, como se muestra en la figura 81. Un resistor se utiliza para limitar la corriente de carga al valor deseado.

 

 Figura 81 - batería de acumuladores
 Figura 81 - batería de acumuladores

 

 

   Los tipos más comunes son el plomo-ácido (utilizado en automóviles y motocicletas) y de níquel-cadmio, con sus variaciones, las cuales forman pilas e baterías de diversos dispositivos tales como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, cámaras de vídeo.

   Las células de níquel-cadmio se pueden encontrar en formas y tamaños de las baterías convencionales similares, pueden ser utilizados en las mismas aplicaciones, con la ventaja de que pueden ser recargadas cientos de veces.

   Tenga en cuenta que, entendemos por "batería" al conjunto de pilas o acumuladores células conectadas entre sí con el fin de obtener un mayor voltaje.

   A "batería" común 9 V, por ejemplo, es, de hecho, formado por seis células de 1,5 V que están conectadas en serie, como se muestra en la Figura 82 (cada conjunto de tres placas es una batería, por lo tanto tenemos placas 27 una batería de este tipo.

 

Figura 82 - 6 células 1.5V forman una batería de 9 V
Figura 82 - 6 células 1.5V forman una batería de 9 V

 

 

   Una batería de automóvil se compone de seis células de 2,1 V que se traduce en una tensión del orden de 12,6 V, y en algunos casos más de 13 V.

   Baterías comunes se pueden encontrar en varios tamaños, con diferentes capacidades de corriente, es decir, tanto la corriente máxima que puede proporcionar como por el tiempo que duran.

   Las baterías utilizadas en los teléfonos móviles, cámaras digitales y muchos otros dispositivos modernos son recargables con una alta densidad de energía. La tensión típica es de 4,5 V.

   Esto significa que además de tener un formato especial de conformidad con el aparato en el que se utilizan, están formados por un número de células de acuerdo con la tensión requerida por el aparato, sino que también puede almacenar una cantidad de energía mayor que la que se obtiene con otros tipos de células.

 

ACUMULADORES

   La batería fue inventado por J. W. Ritter en Alemania en 1803. El tipo más utilizado actualmente es la batería de plomo-ácido que tiene la estructura básica mostrada en la Figura 83.

 

Figura 83 – Acumulador
Figura 83 – Acumulador

 

 

   Cada célula contiene dos placas de plomo que están sumergidas en una solución de ácido sulfúrico. Cuando se descarga la célula, las dos placas son de plomo metálico.

   Sin embargo, cuando una corriente de carga es forzada a fluir desde la batería, se produce una transformación química de las placas y una tensión del orden de 1,6 V se manifiesta entre las mismas.

   La energía entonces se acumula y la célula se puede utilizar para entregar esta energía a un circuito externo. Ya que proporcionan la energía, las placas vuelven de nuevo al estado metálico inicial.

   Con la descarga completa es preciso hacer la corriente de carga circular durante un cierto tiempo para que la célula almacene más energía.

   El tipo más ampliamente utilizado corresponde a la batería del automóviles que en realidad se compone de 6 células de acumuladores conectados en serie, como se muestra en la Figura 84.

 

Figura 84 - batería de acumuladores para uso en vehículos automotores
Figura 84 - batería de acumuladores para uso en vehículos automotores

 

 

Densidad de potencia y autonomía

  Las pilas y acumuladores sólo suministran energía a un circuito externo durante un tiempo determinado. Cuando las sustancias que intervienen en el proceso pierden su capacidad de reacción, la tensión inicialmente cae con la disminución de la corriente y luego se detiene por completo parando de proporcionar energía. La pila o batería se considerarán desgastados o descargados.

En la figura 85 tenemos las curvas de descarga típicas de diferentes tipos de baterías, lo que indica que se comportan de manera diferente.

 

Figura 85 - curvas de descarga de algunas baterías
Figura 85 - curvas de descarga de algunas baterías

 

 

   Mientras en que las baterías secas la tensión cae rápidamente con el tiempo de uso, las pilas alcalinas sólo al final de su vida útil tienen la tensión reducida, con una mayor estabilidad en el suministro de energía.

   La capacidad de de alimentación de una batería, pila o acumulador se mide en amperios x hora (Ah) o miliamperios x hora (mAh).

   Por ejemplo, si una célula tiene una capacidad de suministro de energía de 500 mAh, esto significa que en la alimentación de un circuito que requiere 500mA, tendrá la autonomía para una duración de 1 hora. Para la alimentación de un circuito que requiere 100 mA, se puede alimentar durante 5 horas.

   En la práctica, es muy importante seleccionar baterías para aplicaciones que tienen capacidades de acuerdo con el consumo de circuito que va ser alimentado.

   Un reloj, por ejemplo, tiene una corriente de funcionamiento muy bajo del orden de unos pocos miliamperios o incluso microamperios. Para ellos una batería de baja capacidad, tal como una célula seca, sirve perfectamente.

Para una cámara digital, un juguete que tiene un alto consumo, con cientos de miliamperios se necesita batería de mayor capacidad, por ejemplo, alcalina.

   Tenga en cuenta que los diferentes tipos de baterías tienen todos las mismas tensiones (f.e.m.) de 1,5 V o 1,2 V, pero cambios en su capacidad. Una batería AAA tiene una capacidad mucho menor que un tipo de pila D. Podemos alimentar a la perfección un dispositivo de baja potencia con cualquiera de las dos baterías, pero la mayor va a durar más tiempo.

   Formatos de baterías que se venden siguen las reglas de la Clasificación Industrial Americana (ANSI). Vea la tabla de abajo lo que significan las referencias como AA y AAA.

 

Designación Calificación ANSI Dimensiones (en mm) de diámetro x altura
Batería Micro AAA 10,5 x 44,5
Batería Mini AA 14,5 x 50,5
Batería Media C 26,2 x 50
Batería Grande D 34,2 x 61,5
batería de 9 V 1604D 26,5 x 17,5 x 48,5

La figura 86 muestra estas baterías.

 

 

Figura 86 - Baterías y pilas
Figura 86 - Baterías y pilas

 

 

   Los fabricantes de dispositivos determinan el mejor tipo de pila o batería cuando a la fabricación para determinado tipo de aplicación. Es importante señalar eso para se tenga el mejor rendimiento.

 

Almacenamiento y descarga

   Una pila, pila o batería no descarga a menos que en el momento en que está suministrando energía. Cuando los terminales (polos) de la pila, batería o acumulador están separados no se está produciendo energía, la generación de energía eléctrica, la reacción química en el interior está paralizada.

   Sin embargo, las sustancias pierden su capacidad con el tiempo de almacenamiento y también bajo el efecto de las condiciones adversas o mal uso.

   Por lo general, una batería común se puede almacenar durante un máximo de 8 meses en condiciones ideales, es decir, en un lugar fresco sin recibir luz solar directa. Este tiempo varía según el tipo. Después de eso, ella ya tendrá 50% de comprometimiento de su capacidad para proporcionar energía.

   Es común que las personas compran en los quioscos y las panaderías, las baterías que se encuentran en sitios que reciban la luz directa del sol y son generalmente calientes. Estas personas se sorprenden cuando las baterías, incluso si son nuevos, trabajan por un corto tiempo o incluso ya viene descargadas

 

Sustancias Tóxicas y eliminaciónUna mayor preocupación por el medio ambiente nos hace mirar con especial atención a la eliminación de las cosas que tienen sustancias tóxicas y este es el caso de las baterías.
Baterías ordinarias contenían el mercurio hasta recientemente, lo cual está prohibido para el caso de nuestro país. Por lo tanto, la fabricación nacional de baterías prohíbe la presencia de mercurio, lo que no ocurre con las baterías en el mercado paralelo, principalmente de origen chino, que deben ser evitadas. El mercurio envenena el medio ambiente. También es peligroso que se encuentra plomo en las baterías que no debe ser desechado directamente afectar el medio ambiente. El cadmio se encuentra en pilas y baterías recargables es otro metal peligroso para el medio ambiente. Eliminación de las baterías debe hacer correctamente y hay muchas tiendas, mercados y empresas que proporcionan recursos para la eliminación se hace consciente. No tire las pilas y baterías tóxicos en la basura. Concientice la gente del peligro que eso representa.
Utilice conscientemente - no deben ser depositados en la naturaleza- recicle

 

Formas de Descarte

tipo de la batería forma de eliminación aplicaciones comunes
alcalina de manganeso nacional (Sin mercurio) Los residuos domésticos (Sin mercurio) Las cámaras digitales, walkmans, juguetes, aplicaciones con motores pequeños
zinc manganeso (seco) Los residuos domésticos(Sin mercurio) Las radios portátiles, controles remotos, relojes de pared, relojes y alarmas, linternas
Tipo alcalina botón Los residuos domésticos calculadoras, relojes, juguetes sin motores
El litio tipo botón Los residuos domésticos Agendas, cámaras, mandos a distancia para coches y puertas
NiCad (Níquel Cadmio) ubicación adecuada Teléfonos Inalámbricos
NiCad (celular) locales adecuados teléfonos, tabletas, iPads, iPods, MP3, MP4, etc.

 

Efecto Memoria

   El efecto memoria, que puede aparecer en las baterías recargables de níquel-cadmio (móviles) inalámbricos, teléfonos celulares, cámaras y muchos otros dispositivos, ya sean de tipo antiguo, pero si las nuevas marcas poco recomendables, es bastante desagradable.

   Este efecto es el hecho de que la batería "recuerda" la carga adquirida en el último proceso de carga y no puede exceder de ella. Si la batería tal como es, se cargó con sólo una pequeña parte de su carga total, la carga después de que ya no puede adquirir la plena carga durante más tiempo que deje el cargador, como se muestra en la Figura 87.

 

 

Figura 87 - En la tercera recarga de la batería no alcanza su capacidad máxima.
Figura 87 - En la tercera recarga de la batería no alcanza su capacidad máxima.

 

   Las baterías modernas, especialmente las utilizados en los teléfonos móviles y cámaras digitales ya no tienen este efecto y se pueden cargar fácilmente al máximo en cualquier condición.

   También existen aquellas que pueden ser recuperados si, cuando presentan el efecto memoria, si se descargan por completo y después se somete a una carga completa.

 

   La descarga completa se puede hacer mediante la vinculación a un determinado dispositivo de consumo, por ejemplo una lámpara incandescente común, como se muestra en la Figura 88.

 

 

 Figura 88 - de descarga con la ayuda de una lámpara
 Figura 88 - de descarga con la ayuda de una lámpara

 

Energía en cuantidad

   Todos los procesos químicos (reacciones) que liberan energía, en principio, se pueden utilizar para generar electricidad. Basta que iones se liberen en el proceso, es decir, los átomos y las moléculas dotadas de cargas de modo que su movimiento sea capaz de producir electricidad.

   De este modo, se abre el camino para muchas formas de energía alternativa que sean creadas a partir de procesos químicos.

 

Recuerde:   La energía no se crea, sino que se transforma. Tener un buen proceso químico que libera energía y desde allí es fácil e a partir de ahí crear algún tipo generador alternativo.

 

 

Dínamos y Alternadores

Cuando una bobina corta las líneas de fuerza del campo magnético de un imán se induce una corriente eléctrica. Este principio que se estudiará en detalle en la siguiente lección, puede ser utilizado para generar electricidad en dos tipos de dispositivos: dinamos y alternadores.

   Ambos son generadores que convierten la energía mecánica (utilizado para moverlos) en energía eléctrica.

   Mediante el análisis del principio de funcionamiento de la dinamo que será bastante sencillo de entender cómo funciona el alternador.

   Una dinamo está formado por una bobina que gira entre los polos de un imán permanente, como puede verse en la Figura 89.

 

Figura 89 - Funcionamiento de una dinamo
Figura 89 - Funcionamiento de una dinamo

 

   Cuando esta espira gira se induce una tensión que aparece en sus extremos. Como la polaridad muda cuando ella gira, pues en cada vuelta ela corta las líneas del campo en direcciones opuestas, se coloca un conjunto de cepillos o conmutadores que "desinvierten" la tensión producida para que continúe siendo continúa.

   En el caso de que el alternador tenemos el mismo principio de funcionamiento, con la diferencia de que no existe un conjunto de conmutadores que "desinvierten" la corriente en cada turno. Así, en lugar de generar corrientes continuas, o siempre con la misma polaridad se produce una corriente que invierte los polos constantemente.

   Esta corriente, que será estudiado con más detalle en las próximas elecciones, se llama la corriente alternada (C.A)..

   Los dos tipos de corriente tienen los mismos efectos en un circuito, la entrega de la energía que se puede utilizar en cualquier forma. Los cambios sólo están en la forma en que se realizan.

 

Los generadores alternativos

    Todavía tenemos un número significativo de generadores de electricidad que, por su uso menos frecuente, o por limitaciones de rendimiento, se pueden considerar alternativos.

 

Entre ellos incluyen:

 

a) Solar

   Las fotocélulas o células solares son generadores que convierten la energía solar (luz) en electricidad. No debe confundirse con paneles solares para calentar el agua, que no generan electricidad. En la Figura 90 se puede ver un conjunto de células solares que se utilizan para generar energía para cargar la batería de un teléfono móvil.

 

 

Figura 90 - Batería de la célula solar del cargador.
Figura 90 - Batería de la célula solar del cargador.

 

   Las células solares son más adecuados para aplicaciones en las que se requiere una cantidad muy pequeña de energía para alimentar a, por ejemplo, calculadoras, relojes, juguetes, o para cargar la batería en lugares donde otras formas de energía no están disponible. (Hoy algunas tecnologías producen células de mayor rendimiento)

 

b) Las pilas de combustible

   En la celda de combustible, dos sustancias (un combustible y un oxidante - por lo general de oxígeno) combinan en un electrodo especial poroso para formar una nueva sustancia con la liberación de la electricidad.

   Un tipo común de células que se puede ver en la Figura 91, combina el hidrógeno y el oxígeno para formar agua y producir energía eléctrica.

 

Figura 91 - Una célula de combustible
Figura 91 - Una célula de combustible

 

   El rendimiento de este tipo de fuente de energía es relativamente alto y, por otra parte, tiene la ventaja de no se agotar y no ser contaminante. Sin embargo, dificultades técnicas todavía y cuestos limitan bastante su utilización.

 

c) Atómicos

   La energía atómica, por el peligro es que tiene al salir de control sólo se utiliza en casos muy especiales, cuando otra forma de energía puede no llegar a satisfacer las necesidades.

   Un primer caso es el de las centrales nucleares, donde la electricidad se obtiene a partir de alternadores que se mueven por la presión de vapor que se forma cuando el agua entra en contacto con sustancias radiactivas que emiten grandes cantidades de calor, como se puede ver en la Figura 92.

 

 Figura 92 - Funcionamiento de una central nuclear
 Figura 92 - Funcionamiento de una central nuclear

 

   La otra forma de obtener electricidad de la energía nuclear, pero no se utiliza mucho, se pone en contacto con un material fosforescente (debido a la radiactividad) una célula fotoeléctrica, como se muestra en la Figura 93.

 

 

Figura 93 - Una célula con material fosforescente
Figura 93 - Una célula con material fosforescente

 

  Sin embargo, el desarrollo de una tecnología que se aprovecha de una manera limpia la energía liberada en la fisión nuclear de materiales radiactivos todavía debe tomar un tiempo. La solución sería la fusión en frío, que es la unión de los núcleos de hidrógeno para producir helio.

 

Rendimiento de un generador – Ecuación del Generador

   Un generador ideal debe ser capaz de proporcionar siempre la misma tensión, independientemente de la cantidad de corriente a ser suministrada a un circuito para alimentación, por ejemplo una lámpara, como se puede ver en la Figura 94.

 

Figura 94 - Generador ideal
Figura 94 - Generador ideal

 

  En la práctica, sin embargo, los generadores tienen una limitación en el fornecimiento de energía. Cuando conectamos un generador a un dispositivo de cualquier que consume energía (que llamamos receptor), la tensión en sus terminales cae a medida que aumenta el consumo, como se muestra en la Figura 95.

 

 

Figura 95 - generador real - la tensión disminuye con el aumento de la corriente
Figura 95 - generador real - la tensión disminuye con el aumento de la corriente

 

  Esto es debido al hecho de que en el interior del generador se puede asociar una cierta resistencia (debido a sus propios elementos internos que lo componen) y que absorbe parte de la energía que produce.

   Por lo tanto, si se desea tener una verdadera representación de un generador en la alimentación de un circuito cualquier, por ejemplo, un resistor R, que incluya la resistencia interna (r), se debe hacer como se muestra en la Figura 96.

 

Figura 96 ??- Adición de la resistencia interna de un generador
Figura 96 - Adición de la resistencia interna de un generador

 

   Tenga en cuenta que el símbolo generador tiene una resistencia interna (r), pero esto no quiere decir que existe este componente en la forma real. Representa la resistencia de los elementos generadores internos.

   La electricidad generada por el generador a continuación, se divide entre la resistencia externa que es el circuito alimentado y su resistencia interna. Por lo tanto, aparece en la resistencia externa (carga) una tensión de V, a menos de E, que se puede calcular también.

   Si llamamos a la fuerza electromotriz E del generador, i la corriente que fluye a través del circuito, aplicando la Ley de Ohm, podemos escribir una ecuación que describe el comportamiento de lo circuito importante de la figura 96.

 

E = (R + r) x I (f4.1)

 

Donde:

 E = fuerza electromotriz en volts

 R = resistencia externa en ohms

 r = resistencia interna del generador en ohms

 I = corriente que circula en el circuito

 

   Y para calcular el voltaje en la carga externa aplicamos la Ley de Ohm:

 

V = R x I (f4.4.1)

 

Rendimiento de un generador

   Como hemos visto, siempre una parte de la energía producida por un generador se convierte en calor en su resistencia interna.

   Por lo tanto, podemos definir el rendimiento de un generador como la fracción de la potencia total generada que llega al circuito alimentado. Esto se puede expresar por la fórmula:

 

R = V /E (f4.2)

 

Donde:

R es el rendimiento

V es la tensión en la carga (volts)

E es la fuerza electromotriz del generador. (Volts)

 

   También podemos expresar el rendimiento en porcentaje multiplicando el resultado calculado por la fórmula anterior por 100.

   Por supuesto, el rendimiento nunca será 100%, ya que esto sólo sería posible en un generador perfecto, en el que la resistencia interna es nula.

 

Ya que las baterías se calientanUsted puede haber notado que al retirar las baterías gastas de un dispositivo que requiere altas corrientes, que se calientan. Lo que sucede aquí es que al proporcionar energía al dispositivo con alimentación, parte de esta energía se disipa en forma de calor en la propia célula o resistencia interna de la batería. Por esta razón, se calienta. Lo mismo se nota cuando se cargan las pilas o baterías con corrientes más intensas (celulares, por ejemplo).

 

Cortocircuito - Peligro de explosión

   Como estudiamos, el rendimiento de una batería depende de su resistencia interna y la resistencia del circuito siendo alimentado.

   Si la resistencia externa es cero vamos a tener la condición llamada cortocircuito hemos estudiado sólo en el caso de las pilas, la corriente estará limitada por la resistencia interna, como se muestra en la Figura 97.

 

 

Figura 97 - En el circuito de circuito R es cero
Figura 97 - En el circuito de circuito R es cero

 

   Una batería común con alta resistencia interna algo, el efecto de un cortocircuito es una calefacción y agotamiento rápido.

   Sin embargo, las baterías modernas de alta capacidad tienen muy baja resistencia interna. Esto significa que en condiciones de corto circuito, la corriente limitada por la resistencia será muy alta y una gran cantidad de calor generado.

   En este caso, el interior de la pila de sustancias puede hervir o se puede establecer suficientemente alta presión para explotar la pila. Por lo tanto, para estas baterías hay alertas para que nunca sean llevadas a una condición corto como tocar los terminales en objetos de metal.

   Explosiones de baterías de teléfonos móviles y otros equipos se han reportado precisamente haber sido colocado inadvertidamente en condición de cortocircuito.

 

Circuitos complejos - Leyes de Kirchhoff

No sólo son los resistores que se pueden conectar en serie y en paralelo.

Cuando formamos un circuito con diferentes tipos de componentes, por ejemplo, un generador que proporciona corriente, un LED y un resistor, que utilizan esta energía, tenemos la conexión de estos elementos en combinaciones que pueden ser en serie y en paralelo, como el lector puede ver en la figura 98.

 

 Figura 98-resistencia y número de serie del LED (*)
Figura 98-resistencia y número de serie del LED (*)

 

(*) El LED es un componente que aún tiene que estudiarse. Podemos decir que es un dispositivo análogo a la lámpara: produce luz a partir de la electricidad, pero su principio de funcionamiento está todavía por verse. Guardar su símbolo y él está polarizada, es decir, tiene modo cierto para a conectarse. En el circuito de la figura 93, si se invierte, no enciende.

 

Veamos a los ejemplos importantes donde se tiene donde esto puede ocurrir:

Un generador, como un conjunto de baterías, una batería o incluso la toma de energía de su casa, puede proporcionar suficiente energía para muchos dispositivos como lámparas, calentadores, etc. Por lo tanto, cuando la conexión a los dispositivos que los generadores deben convertir la energía, tiene una correcta distribución de las corrientes y voltajes, debe cumplir con ciertas reglas.

Así que hay maneras de hacer la conexión de dispositivos para recibir energía de un generador. Del mismo modo, también hay maneras de conectar entre sí varios generadores para aumentar la capacidad de fornecimiento de energía. Tenemos dos formas básicas de hacer estos enlaces: en serie o en paralelo, como en el caso de resistencias.

 

Conexión en serie

   Se dice que las lámparas u otros dispositivos están conectados en serie cuando la corriente pasa a través de ellos en la secuencia de uno en uno, como se muestra en las Figuras 99 y 100.

 

Figura 99 – Lámparas en serie.
Figura 99 – Lámparas en serie.

 

 

Figura 100 - Baterías en serie
Figura 100 - Baterías en serie

 

   Tenga en cuenta también que las lámparas están representadas por sus símbolos, así como las baterías. Hay que acostumbrarse a ellos, como en el caso del generador.

   Teniendo en cuenta que los electrones o cargas que salen de los polos de un generador necesariamente deben llegar a lo otro, en contra de lo que muchos podrían pensar, la corriente no "debilita" a medida que pasa desde X1 a X2 y así sucesivamente.

   La intensidad de corriente es la misma en todos los puntos en esta conexión.

Esto significa que la cantidad de cargas que pasan por el punto A es el mismo que pasa en su totalidad.

    Sin embargo, ya que las cargas dejan su energía para cada lámpara, que se transforma en calor, reduce la "presión" que las empuja.

   Esto significa que a medida que avanzamos a través de esta secuencia de luces, la tensión disminuirá a medida que el lector puede ver en la Figura 98.

 

 

Figura 101 - A lo largo de del circuito la tensión se reduce
Figura 101 - A lo largo de del circuito la tensión se reduce

 

   Cada lámpara entonces recibe sólo una parte de la tensión total del generador.

   Si las lámparas son iguales, la distribución de la tensión también se producirá de manera uniforme. De lo contrario, en la que tiene mayor resistencia debe haber mayor tensión entre sus terminales.

   Utilizamos este principio a las lámparas de árboles de Navidad. Conectando 10 lámparas iguales de 12 V en serie, se puede alimentar el conjunto en la rede de 127 V, como puede verse en la figura 102. Como las lámparas son las mismos, cada una recibe de 12,7 V que necesita y funcione a la perfección.

 

Figura 102 - bulbos del árbol de Navidad en serie
Figura 102 - bulbos del árbol de Navidad en serie

 

   Cuando conectamos generadores en serie de manera que las tensiones se suman los polos del mismo nombre estarán en el mismo lado, a fin de obligar a la corriente en la misma dirección. Por lo tanto, hacemos una "cola" de los generadores con el polo positivo de cada uno a lo negativo de lo que está delante, como se muestra en la Figura 103.

 

 

Figura 103 – Conexión de generadores en serie
Figura 103 – Conexión de generadores en serie

 

   Si conectamos de esta manera 4 pilas de 1,5 V tendrán una "pila" de 6 voltios.

No aumentará la capacidad de la corriente en este caso. Si los generadores (baterías) pueden proporcionar por separado una corriente máxima de 1 ampère, esta también será la capacidad de la batería obtenida. En este punto es bueno hablar de la autonomía de una batería, pila o acumulador.

   Esta característica, como hemos visto se utiliza para obtener pilas de 9 V con el "amontonamiento" de células de 1,5 V.

 

Conexión en paralelo

    Para que cada lámpara o dispositivo reciba la misma tensión dele generador debemos hacer la conexión en paralelo, como se muestra en la Figura 104.

 

Figura 100 - Baterías en serie
Figura 104 - lámparas conectadas en serie

 

   Cada componente de la asociación debe tener un polo al positivo del generador y el otro va al negativo, de modo que todos están sujetos a la misma tensión. La corriente que circulará cada uno depende de sus consumo de energía, es decir, su resistencia.

   Utilizamos este tipo de conexión en instalaciones domésticas o incluso una instalación coche y en muchos tipos de circuitos electrónicos. Todos las tomas de energía y todas las lámparas se conectan en paralelo.

   Por lo tanto, si la entrada del sistema se aplica 110 V, cada salida y cada lámpara tendrán una operación independiente, recibiendo su 110 V.

   Tenga en cuenta que, en esta lección, los dispositivos alimentados se especifican para operar con una tensión igual al generador y no menos.

 

La ley de Kirchhoff

   El cálculo de las corrientes y voltajes en un circuito formado por resistores y generadores asociados de forma compleja se puede hacer sobre la base de las leyes de Kirchhoff. Las dos leyes, que pueden ser estudiados con mayor profundidad en los cursos de física de la escuela secundaria, dicen:

 

Primera Ley (LCK): (Ley de los nodos La suma de las corrientes que llegan a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo nodo.

 

   Si representamos las corrientes que llegan en valores positivos y dejando para las que salen los valores negativos decimos que la suma de todas las corrientes en un nodo debe ser cero. Podemos escribir la siguiente fórmula para expresarlo:

 

I1 + I2 + I3 + ....... + In = 0(f.4.3)

 

Dónde:

I1, I2, I3 son las corrientes... en el nodo (en ampères)

 

Vea la Figura 105 una representación de esa ley.

 

 

Figura 105 - Primera Ley de Kirchhoff
Figura 105 - Primera Ley de Kirchhoff

 

En este circuito I1 + I2 - I3 - En = 0

I1 y I2 entran en el circuito y son positivas. I3 y In están representados por valores negativos.

 

Segunda Ley (LVK): (ley de los lazos) Cuando se desplaza en un bucle cerrado (circuito cerrado) la suma de todas las fuerzas electromotrices y contra electromotriz y los productos R x I es cero.

 

   Podemos escribir la siguiente fórmula para expresarlo:

 

E1 + E2 + E3 + .... + En = R1.i1 + R2.i2 + R3.i3 + ..........+ Rn.in (f.4.4)

 

Dónde:

E1, E2,... In son las fuerzas electromotrices en volts

 R1, R2, R3,... Rn son las resistencias en el circuito en ohms

 i, i1, i2, i3 ... que es la corriente en ampères.

 

La Figura 106 ilustra esta ley.

 

Figura 106 - Segunda Ley de Kirchhoff
Figura 106 - Segunda Ley de Kirchhoff

 

En este ejemplo tenemos:

 

E1 – E2 = R1 x i + R2 x i + R3 x i

 

   Tenga en cuenta que la dirección de la corriente de E1 se opone a de E2, así adoptando un sentido horario, E2 aparece negativo (menos).

   Los lectores que deseen mejorar el conocimiento de las leyes de Kirchhoff pueden encontrar más detalles, incluyendo problemas en libros de física de la escuela secundaria.

 

 

 

Las lecciones de este curso son:

Lección 1 - Materia y energía, la naturaleza de la electricidad, la electricidad estática 

Lección 2 - Energía eléctrica, corriente y tensión, el circuito eléctrico 

Lección 3 - Resistencia eléctrica, resistores, Ley de Ohm, Ley de Joule 

Lección 4 - Tipos de generadores, rendimiento y ecuación del generador 

Lección 5 - Condensadores

Lección 6 - Magnetismo y electromagnetismo

Lección 7 - Corriente alterna

Lección 8 - Sonido y Acústica

Lección 9 - Ondas electromagnéticas

Banco de Circuitos

Circuitos Simulados

Ofertas de Empleo