ANALISIS DE CIRCUITOS

ELECTRICOS

Mg. Amancio R. Rojas Flores

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La existencia de fenómenos de tipo eléctrico era conocida desde la época de la Grecia clásica, pero hasta que el italiano volta construyó, en 1800, la primera pila eléctrica, capaz de proporcionar una cantidad constante de electricidad mediante métodos químicos. A partir de este momento, los estudios sobre la electricidad se llevaron a cabo de forma acelerada. Así, en 1821, Faraday descubría las relaciones entre electricidad, magnetismo y movimiento, construyendo, diez años después, el primer generador electromagnético y el primer motor capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica.

Las dos teorías fundamentales en las que se apoyan todas las ramas de la ingeniería eléctrica son las de circuitos eléctricos y la electromagnética. Muchas ramas de la ingeniería eléctrica, como potencia, máquinas eléctricas, control, electrónica, comunicaciones e instrumentación, se basa en la teoría de circuitos eléctricos

INTRODUCCION

I.- SISTEMA DE UNIDADES Algunas unidades básicas SI

Algunas unidades derivadas SI

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DIAGRAMAS DE UN CIRCUITO

DIAGRAMA DE BLOQUES.- describe un circuito o un sistema en forma simplificada .

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DIAGRAMA PICTORICO.- Son un tipo de diagrama que provee detalles

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DIAGRAMA ESQUEMATICO.- Se usan símbolos estándar para representar los componentes.

a) Esquema usando el símbolo lámpara

b) Esquema usando el símbolo resistencia

Circuito eléctrico Circuito eléctrico o una red eléctrica es una interconexión de elementos eléctricos unidos entre si en una trayectoria cerrada de forma que pueda fluir continuamente una corriente eléctrica

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Elementos de circuitos

Hay dos tipos de elementos en los circuitos eléctricos: elementos pasivos y elementos activos. Un elemento activo es capaz de generar energía, mientras que un elemento pasivo no.

Los elementos activos mas importantes son las fuentes de tensión o de corriente, que generalmente suministran potencia al circuito conectado a ellas. Hay dos tipos de fuentes: independientes y dependientes

Una fuente independiente ideal es un elemento activo que suministra una tensión o corriente especificada y que es totalmente independiente de los demás elementos del circuito

Una fuente dependiente ideal (o controlada) es un elemento activo en el que la magnitud de la fuente se controla por medio de otra tensión o corriente

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II.-VOLTAJE Y CORRIENTE

Circuito eléctrico básico

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LEY DE COULOMB

Movimiento al azar de electrones libres en un conductor

conductores, Aisladores, y SemiconductoresSegún la estructura de la materia los materiales pueden ser clasificados como conductores aisladores y semiconductores

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La unidad eléctrica de carga: El Coulomb

El Coulomb es definido como la carga llevada por 6.242 x1018 electrones

Si 6.242 x1018 electrones pasan a través de un alambre, podemos decir que la carga que pasa a través del alambre es 1C

VOLTAJ E

Cuando las cargas son separadas de un cuerpo y transferido a otro, una diferencia de potencial o voltaje resulta entre ellos

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Definición de voltaje :El Volt

En términos eléctricos, una diferencia en energía potencial está definida como voltaje. En general, la cantidad de energía requerida para separar cargas depende del voltaje desarrollado y la cantidad de carga movida.

Arreglando la ecuación queda.

Por definición, el voltaje entre dos puntos es un voltio si requiere un julio de energía para mover un culombio de carga de un punto para el otro. En forma de ecuación

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dqdwv =

CORRIENTE

Este movimiento de carga es llamada una corriente eléctrica. Mientras más electrones por segundo atraviesan el circuito, a más gran es la corriente. Así, la corriente es la tasa de flujo (o la tasa de movimiento) de carga.

dtdqi =

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EL AMPERE

Desde que la carga es medido en culombios, su tasa de flujo es culombios por segundo. En el sistema SI, un culombio por segundo está definido como un amperio (comúnmente abreviada A).

De esto, traemos que el amperio es la corriente en un circuito cuando un culombio de carga pasa un punto dado en un segundo . El símbolo para corriente es I. Expresado matemáticamente

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Dirección de corriente

Dirección convencional de corriente

Dirección del flujo de electrones

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Una corriente directa (cd) es una corriente que permanece constante en el tiempo

Una corriente alterna (ca) es una corriente que varia senoidalmente con en el tiempo

III.-RESISTENCIA

La resistencia de un material depende de varios factores

El tipo de materialLa longitud del conductorEl área de la sección transversalLa temperatura

ρ: resistividad en ohm-metros (Ω-m)l: longitud en metros (m)A : área de la sección transversal, (m2).

Donde:

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Resistividad (ρ) de materiales comunes

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Efectos de la temperatura

En el caso de la mayoría de los conductores, la resistencia se incremente al elevarse la temperatura, debido al mayor movimiento molecular en el interior del conductor, que obstaculiza el flujo de la carga. La resistencia se incrementa casi en forma lineal al elevarse la temperatura.

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La temperatura de Intercepta y Coeficientes para Materiales Comunes

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Tipos de resistores

Resistores fijos

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Resistores de potencia

Resistores integrados

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Resistores variables

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Código de colores para resistores

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IV.-POTENCIA Y ENERGIA La potencia y la energía entregadas por un elemento son de gran importancia. Por ejemplo, el rendimiento útil o luminosidad de un foco eléctrico puede expresarse en términos de potencia

La potencia es la cantidad de energía entregada o absorbida en cierto tiempo

De aquí se obtiene la ecuación: dtdwp =

La energía absorbida por el elemento se puede calcular de acuerdo a la ecuación anterior replanteándola: pdtdw =

∫∞−

=t

pdtwAl integrar se obtiene:

Si el elemento solo recibe potencia para t ≥

t0 y se hace que t0 = 0, se tiene

∫=t

pdtw0

POTENCIA

Potencia en sistemas eléctricos

Dado que nuestro interés es la potencia eléctrica, necesitamos expresiones para P en términos de cantidades eléctricas. Recordando que voltaje es definido como trabajo por unidad de carga y corriente es la razón de transferencia de carga.

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Remplazando resulta

Relaciones adicionales son obtenidas por sustitución de V=IR y I= V/R

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Potencia absorbida por un elemento

Potencia entregada por un elemento

Potencia absorbida o entregada por un elemento

vip = vip −=

ENERGIA

Eficiencia

En términos de energía

Como:

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Para sistemas con subsistemas en cascada

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