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FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELCTRICOSProfesor: Eliana Zapata DomnguezIng. Electricista U.P.B.Oficina:Bloque I 2do piso (Fondo a la izquierda)

Horario de atencin: Martes: 2 a 6 pmMircoles: 10 a 12 m elianazapata@itm.edu.co

FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELCTRICOSCOMPETENCIA:Realizar el diagnstico y la gestin de mantenimiento de sistemas electromecnicos, con fundamento en las leyes y los principios que rigen los circuitos elctricos de corriente directa y de corriente alterna, para garantizar la operacin de los procesos industriales.

INTENSIDAD HORARIA:

Tiempo de trabajoCon acompaamientoIndependienteTerico4896Prctico1632Total64128FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELCTRICOSDINMICA DE TRABAJO-El desarrollo del curso se llevar a cabo teniendo en cuenta los siguientes criterios: Las clases se inician a la hora en punto programada. Se llama a lista en todas las sesiones pasados 15 minutos de iniciar la clase y por ningn motivo se borrar las faltas o se reconocer notas al final del semestre (artculo del reglamento estudiantil).Los celulares deben estar apagados o en alerta vibrador.No se debe consumir alimentos ni en salones de clase ni en laboratorios.Es obligatorio el uso de bata de laboratorio durante el desarrollo de las prcticas.Los exmenes supletorios solo se realizarn si se presenta excusa mdica o laboral. No se recibirn trabajos por fuera de las fechas pactadas a menos que si se presenta excusa mdica o laboral. El estudiante conocer en cada momento el estado del logro de competencias con sus notas respectivas.Las comunicaciones por correo electrnico solo se realizaran al correo institucional de cada estudiante.La evaluacin se realizar segn lo indica el reglamento en dos fases una del 80% y una del 20%.El 80% ser un seguimiento en el cual se realizaran evaluaciones, prcticas e informes de laboratorio y quices que al finalizar se sumaran para obtener el valor de la nota del 80%.El 20% restante corresponde a un examen final.

FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELCTRICOSEVALUACIN:

DESCRIPCIN PONDERACIN (%) SESIN FECHA Examen 1 (Conceptos, Resistencia equivalente, cdigo de colores, Ley de ohm) 15%S. 3 3 de agostoExamen 2 (Reduccin resistencias equivalentes, LKC, LKV, DDV, DDC) 15%S. 5 17 de agostoPrctica 3 5%S. 6 26 de agostoExamen 3 (Mtodos de anlisis de circuitos: nodos, mallas, transformacin de fuentes y sustitucin) 15%S. 8 9 de septiembrePrctica 4 5%S. 8 9 de septiembrePrctica 5 5%S. 10 23 de septiembreExamen 4, Matemtica de complejos, valores RMS, fasores, circuitos RLC) 15%S. 13 14 de octubrePrctica 7 5%S. 14 21 de octubreFinal (Tringulo de potencia, circuitos AC) 20%S. 16 4 de noviembreCONTENIDO DEL PROGRAMACAPITULO 1: CONCEPTOS GENERALES

Circuito elctricoParmetros y variablesCarga elctricaCorriente elctrica : alterna y directaVoltajePotenciaEnergaElementos activos : FuentesElementos Pasivos:Resistencia: cdigo de colores Serie y paraleloCapacitor: Serie y paraleloBobinas: Serie y paralelo

CAPITULO 2: EQUIPOS DE MEDICIN ELCTRICA

ProtoboardMedidores:VoltmetroAmpermetrohmetroError de medicin

CAPITULO 3: LEY DE CIRCUITOS Y CIRCUITOS SIMPLE

Ley de Ohm Conexin serie, paralelo, mixto delta y estrellaLeyes de KirchhoffEquivalenciasDivisor de tensin y de corriente

CONTENIDO DEL PROGRAMACAPITULO 4: TEOREMOAS Y MTODOS DE SOLUCIN

Transformacin de fuentesTeorema de Thevenin y Norton Mtodo superposicinMtodo de las corrientes de mallaMtodo Voltajes de nodos

CAPITULO 5: ONDAS SENOIDALES Y DOMINIO DE LA FRECUENCIA

Concepto fasorialRelaciones fasoriales para los elementos RLCImpedancia y admitanciaDiagramas fasoriales

CAPITULO 6: POTENCIA DE CORRIENTE ALTERNA

Potencia ActivaPotencia ReactivaPotencia AparenteFactor de potenciaTriangulo de potenciaCorreccin de factor de potencia

BIBLIOGRAFAALEXANDER, Charles K; Sadiku, Matthew N. O. Fundamentos de circuitos elctricos Mxico: McGraw-Hill, 2002

BOYLESTAD, Robert L. y NASHELSKY, Louis. Fundamentos de Electrnica. Prenticee Hall. 8 Edicin.1998

BOYLESTAD, Robert L.. Introductory circuit analysis. Mxico: Prentice Hall. 10 Edicin.2002

CARLSON, A. Bruce. Circuitos Ingeniera, Conceptos y Anlisis de Circuitos Elctricos Lineales. Thomson Learning. Primera Edicin. 2001

DIEZ, Emiro. Anlisis de circuitos elctricos. Medelln: UPB, 1992

DORF, Richard. Circuitos Elctricos: Introduccin al anlisis y diseo. 5 Edicin. Mxico: Alfaomega, 2003.

HAYT, William H. Engineering circuit analysis. New York: McGraw Hill 2002BIBLIOGRAFAIRWIN, J.David. Analiss bsico de circuitos en ingeniera.6 Ed. Mxico:Limusa Wiley, 2003

Manual de electricidad. - 1. Ed Madrid: Cultural, 2008

NILSSON, James y RIEDEL, Susan. Circuitos elctricos. Mxico: Pearson Educacin, 2001.

SABAH, Nassir H. Electric circuits and signals. 1. Ed. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2008

RIZZONI, Giorgio. Principios y aplicaciones de la ingeniera elctrica. - 3. Ed. Bogot: McGraw-Hill, 2002

WILLIAM H, KEMMERLY J. Anlisis de circuitos en ingeniera.6 Ed. Mc Graw Hill

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESIntroduccinLa electricidad juega un papel muy importante en la vida de los seres humanos y uno ms importante en el funcionamiento y control de las mquinas y en las tcnicas que permiten mejorar los procesos industriales.

ObjetivoSuministrar los elementos y principios bsicos de la electricidad, que permita comprender los fenmenos elctricos, analizar y resolver circuitos de una manera sencilla.

Electricidad: Es el fenmeno fsico que surge de la existencia e interaccin de cargas.

Circuito elctrico: Es el conjunto de elementos que almacenan o consumen energa y que estn interconectados por medio de conductores.

Un circuito elctrico esta conformado por:Parmetros: Son elementos fsicos que conforman el circuito y sus valores son constantes

FuentesResistenciasBobinasCondensadores Variables: Son aquellas cantidades que PUEDEN cambian de acuerdo al nmero de parmetros que conectan los circuitos VoltajeCorriente PotenciaEnergaCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCarga elctrica (q): Es la propiedad de la materia responsable de los fenmenos elctricos. La unidad de medida es el coulombs [C]. 1 coulomb es la carga de 6.24x1018 electrones

La palabra elctrica se deriva de la palabra ELEKTRON , que significa mbar. Corriente elctrica (i): Es la cantidad de carga elctrica que atraviesa a un conductor en la unida de tiempo. La unidad de medida es el amperio [A].1 amperio es 1 coulomb por segundo

3 Ai= dq/dt-3A La corriente siempre se indica con una flecha la direccin y con magnitud

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCorriente elctrica:

Si se conoce la carga q la corriente i se halla conSi se conoce la corriente i la carga q se halla con

IitCorriente continua CC o corriente directa CD o DCIitCorriente alterna CA o ACIit

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCorriente elctrica:Ejemplo 1:Hallar el flujo de corriente que pasa por un elemento cuando la carga que a entregado el elemento es:

R/Ejemplo 2:Halle la carga de un elemento de t=0 seg a t=3 seg cuando la corriente es as:

i(A)t(s)0 1 2 3 4 3 2 1

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCorriente elctrica:

i(A)t(s)0 1 2 3 4 3 2 1

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESVoltaje: Tambin se conoce como tensin o diferencia de potencial. La unidad de medida es el voltio [V]. El voltaje se define como la relacin entre el trabajo requerido para mover una carga del extremo a al extremo b de un elemento y la carga en cuestin.

Para un elemento que consume energa se define el signo del voltaje como positivo en la terminal donde entra la corriente y negativo en la terminal por donde sale la corriente. En un elemento que entrega energa la corriente sale por el signo del voltaje positivo.

bai+-Vab

bai+-VabCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESPotencia: Es la rapidez a la cual se realiza un trabajo. La unidad de medida es el vatio [W].

La potencia P es proporcional al voltaje y a la corriente P = VI.Energa: Es la cantidad de potencia entregada en un intervalo de tiempoE = P t [=] Vatios por hora [=] Wh

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESEjemplo 3: Una carga de 5 kC atraviesa un elemento y la energa requerida es de 20 MJ. Halle el voltaje a travs del elemento.

Ejemplo 4: Para el siguiente elemento se tiene que v= 4V y que i=10A. Encuentre la potencia absorbida por el elemento y la energa absorbida durante 10 segundos.

ba10A+-4 VCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALES

Ejemplo 5: Una central hidroelctrica puede proveer potencia a sus usuarios con v=100kV e i=120 A. Halle la potencia y la energa diarias suministradas por la planta.

ba120A+-100k V

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESTarea 1: Halle la carga q(t) cuando la corriente que entra aun elemento es como la siguiente figura.

R/i(A)t(s)0 1 2 3 4 3 2 1

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALES

Tarea 2: Un laboratorista supone que un elemento est absorbiendo potencian. l mide el voltaje y la corriente y obtiene que v=+12V e i=-2A. Determine si el elemento esta absorbiendo o entregando potencia. R/ -24W entregando.

Tarea 3: Halle la potencia y la energa(en Wh y en kJ) durante los primeros 10 segundos del siguiente elemento si v=10Vy i=20A. R/ 200W, 2kJ y 0.55Wh

ba20A+-10 VCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCONEXIONES:

Conexin es serie: Se caracteriza por que los elementos llevan la misma corriente. Se dice que dos elementos estn conectados en serie cuando se encuentran unidos por dos de sus terminales, de modo que ningn otro elemento esta unido a esos terminales. A la unin de las dos terminales se denomina NODO y se representa por un punto. La corriente que entra a un nodo es la misma que sale de l.

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCONEXIONES:

Conexin en paralelo: Se caracteriza porque el voltaje en los elementos es el mismo. Se dice que dos elementos estn conectados en paralelo, si se encuentran unidos sus terminales en parejas.

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESPARAMETROS DE LOS CIRCUITOS

Elementos Activos: Tiene la capacidad de entregar la energa a cualquier dispositivo del circuito.

Fuente independiente de voltaje: Se caracteriza por que el voltaje en sus terminales es independiente de la corriente que pasa a travs de ellos.

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESPARAMETROS DE LOS CIRCUITOS

Fuente independiente de corriente: La corriente que circula a travs de ellas es completamente independiente del voltaje que existe entre sus terminales

Fuente controladas o dependientes: Es en la cual su valor esta determinado por un voltaje o por una corriente presente en cualquier otro lugar del sistema elctrico en consideracin.

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESFUENTES DEPENDIENTES O CONTROLADAS

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESElementos Pasivos: Son aquellos elementos capaces de recibir potencia. Sin embargo varios elementos pasivos pueden almacenar cantidades finitas de energa y luego devolverla a los elementos externos.Resistencias: Son las encargadas delimitar las corrientes que circulan por el circuito.

Smbolo R [=] Ohmios

Las resistencias llevan grabadas sobre su cuerpo unas bandas de color que permiten identificar el valor hmico que stas poseen. Esto es cierto para resistencias de potencia pequea (menor de 2 W.), ya que las de potencia mayor generalmente llevan su valor impreso con nmeros sobre su cuerpo.

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCdigo de Colores en las ResistenciasEl nmero que corresponde al primer color indica la primera cifra, el segundo color la segunda cifra y el tercer color indica el nmero de ceros que siguen a la cifra obtenida (multiplicador), con lo que se tiene el valor efectivo de la resistencia. El cuarto anillo, o su ausencia, indica la tolerancia.

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCdigo de Colores en las Resistencias

Si los colores son: (Marrn -Negro -Rojo -Oro ) su valor en ohmios es: 1 0 x 100 5 %= 1000 Ohmios = 1k con Tolerancia de 5%

Colores1 Cifra2 CifraMultiplicadorToleranciaNegro00Marrn11x 101%Rojo22x 1022%Naranja33x 103Amarillo44x 104Verde55x 1050.5%Azul66x 106Violeta77x 107Gris88x 108Blanco99x 109Orox 10-15%Platax 10-210%Sin color20%

Encontrar el valor de la resistencia para los siguientes cdigos de colores:

Amarillo-violeta-negro-oroVerde-caf-amarillo-plataRojo-verde-negro-rojoAzul-rojo-verde-oroVerde-azul-plata-rojo

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESEncontrar el valor de la resistencia para los siguientes cdigos de colores:Amarillo-violeta-negro-oro4 7 0 5%47 100 5% 47 5% = 47 2.53 = [44.65 , 49.35]

Verde-caf-amarillo-plata 5 1 4 10%51 104 10% 510000 10% = 510000 51000= [459000, 561000]

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESRango Rojo-verde-negro-rojo25 0 2%25 100 2% 25 2% = 25 0.5= [24.5, 25.5]

Azul-rojo-verde-oro 6 2 5 5% 62 105 5% 6200000 5% = 6200000 310000 = [6510000, 5890000]

Verde-azul-plata-rojo5 6 -2 2%56 10-2 2% = 56 0.01 2% 0.56 2% = 0.56 0.0112= [0.5488, 0.5712]

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESValores Normalizados de Resistencias

Las ms usuales son: 1/8 w, 1/4w, 1/2 w, 1w, 2w, 4w, 10w y 20w.

x 1x 10x 100X 1.000 (k)x 10.000 (10k)x 100.000 (100k)x 1.000.000 (M)1 10 100 1 k 10 k 100 k1 M 1,2 12 120 1,2 k12 k 120 k1,2 M 1,5 15 150 1,5 k15 k 150 k1,5 M 1,8 18 180 1,8 k18 k 180 k1,8 M 2,2 22 220 2,2 k 22 k 220 k2,2 M 2,7 27 270 2,7 k27 k 270 k2,7 M 3,3 33 330 3,3 k 33 k 330 k 3,3 M 3,9 39 390 3,9 k39 k 390 k 3,9 M 4,7 47 470 4,7 k47 k470 k 4,7 M 5,1 51 510 5,1 k51 k 510 k 5,1 M 5,6 56 560 5,6 k56 k560 k 5,6 M 6,8 68 680 6,8 k68 k 680 k 6,8 M 8,2 82 820 8,2 k 82 k820 k 8,2 M 10M CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESLas resistencias se pueden conectar en serie y paralelo y la equivalencia para cada caso es:

SERIE:

PARALELO:

Requivalente = R1 + R2 + R3 +......+ RN1/Requivalente = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/RN

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESPARAMETROS DE LOS CIRCUITOS

Capacitor o Condensador: Es un elemento que almacena energa en virtud de un campo elctrico debido a un voltaje aplicado en sus dos terminales. Esa aptitud de acumular carga se llama CAPACITANCIA y se mide en Faradios. F [=] Faradios

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESLos faradios son una unidad muy grande por lo cual en general los condensadores se especifican en:

Fsicamente, los condensadores son dos placas conductoras de rea A, separados una distancia d por un aislador (dielctrico). Los condensadores se clasifican por su material dielctrico los ms comunes son:

1 F (Microfaradios) = 10-6 faradios (F)1 nF (Nanofaradios) = 10-9 faradios (F)1 pF (Picofaradios) = 10-12 faradios (F)CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESTIPO DE CONDENSADORESINTERVALO DE VALORESINTERVALO DE VOLTAJES DE TRABAJOPapel0.0001 F hasta 1 F200 hasta 5000 VPolister2 pF hasta 10 F400 hasta 1000 VPolicarbonato1 nF hasta 10 F60 hasta 1200 VMica.5 pF hasta 0.01 F200 hasta 50000 VCermicos10 pF hasta 0.05 F50 hasta 1600 VElectrolticos.0.33 F hasta 10000 F3 hasta 700 VTantalio0.1 F hasta 1000 FMenores a 50 VValores de condensadores electrolticos dados en F310301504703.312402205004.7165025022006208027035008251003304700Valores Comerciales de CondensadoresCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESLos condensadores se pueden conectar en serie y paralelo y la equivalencia para cada caso es:

SERIE:

PARALELO:

1 / Cequivalente = 1 / C1 + 1 / C2 + .........+ 1 / CN

Cequivalente = C1 + C2 + .........+ CNCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESPARAMETROS DE LOS CIRCUITOS

Bobina o inductancia: Elemento que almacena energa en forma de campo magntico debido a la corriente que circula por l. Sin embargo, slo tiene importancia en un circuito elctrico cuando la corriente cambia con respecto al tiempo. Esa capacidad se llama inductancia se mide en Henrios. H [=] Henrios1 Henrio = 1 voltio * 1 segundo 1 amperio

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESFsicamente, una bobina es bsicamente un alambre enrollado sobre un ncleo, el cual puede estar hecho de hierro pulverizado o algn otro material magntico.

El valor que tiene una bobina depende de:El nmero de espiras que tenga la bobina (a ms vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios)El dimetro de las espiras (a mayor dimetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).

1 mH (Milihenrios) = 10-3 henrios (H)1 H (Microhenrios) = 10-6 henrios (H)1 nH (Nanohenrios) = 10-9 henrios (H)1 pH (Picohenrios) = 10-12 henrios (H)CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESLas bobinas se pueden conectar en serie y paralelo y la equivalencia para cada caso es:

SERIE:

PARALELO:

Valores Comerciales de las BobinasSe construyen bobinas con ncleo de ferrita para corrientes de 50 mA:250 H1 mH5 mH10 mH25 mH

Lequivalente = L1 + L2 + L3 +......+ LN

1/Lequivalente = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + ......... 1/LNEjemplo 5: Para el siguiente circuito halle la resistencia equivalente y la corriente que entrega la fuente si la Ley de Ohm dice que V=iR.

Serie: 120 con 150 k = 150120 Paralelo: 50 con 150 = 37.5 Paralelo: 680 con 160 = 129.5

10 50 150 120 160 680 150k 12 VCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESEjemplo 5: Serie: 37.5 con 129.5 = 167

10 37.5 150120 129.5 12 VCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESEjemplo 5: Paralelo: 167 con 150120 = 166.8

Serie: 166.8 con 10 = 176.8

150120 10 167 12 V10 166.8 12 VCAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALESEjemplo 5: La resistencia equivalente = 176.8

La corriente que entrega la fuente aplicando la ley de ohm es:

176.8 12 V

CAPTULO 1: CONCEPTOS GENERALES