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Energía eléctrica: conceptos y principios básicos Conceptos básicos de voltaje, corriente y resistencia [5 01 36 60 20 ]. El en aK 78 / Sh ut te rs to ck 2 Una de las principales necesidades de saber calcular la resistencia equivalente de un circuito eléctrico es poder calcular la corriente total que se consume en el circuito. El conocer la corriente eléctrica que se consume en un circuito eléctrico, permite decidir sobre la capacidad del fusible o interruptor termoeléctrico que se debe colocar en la entrada de un circuito. Esto lo puedes ver en el circuito eléctrico de una casa, el circuito de la línea de alimentación del aire acondicionado, o el de algún componente en el automóvil. La capacidad del fusible debe ser mayor a la corriente que consume el circuito eléctrico pero menor a la máxima corriente que puede pasar por el cableado eléctrico para evitar que este cableado se destruya y provoque algún incendio. Un fusible, es un conductor diseñado para tener un límite definido de corriente eléctrica, si este límite se rebasa, el fusible se destruye por el exceso de calentamiento que genera la corriente que por él circula. 2 R1 Conexiones en serie y en paralelo Resistencia equivalente en un circuito eléctrico Ventajas de conocer la resistencia equivalente 3 La corriente eléctrica (I) de un circuito eléctrico, es igual al voltaje (V) entre la resistencia (R) del circuito: Pero si en un circuito existe más de una resistencia, es necesario reducirlas a una sola, que será denominada resistencia equivalente (Re). Esta reducción se logra partir de procedimientos específicos para cada tipo de conexión del circuito, ya sea en serie, en paralelo o combinadas. En un circuito con dos resistencias en serie conectadas a una fuente de voltaje, se debe cumplir que la suma de los voltajes en las resistencias es igual al voltaje de la fuente. A continuación conocerás el procedimiento para simplificar resistencias en serie o en paralelo, en una sola resistencia equivalente. Obtención de la resistencia equivalente de un circuito eléctrico Resistencia equivalente de resistencias en serie Para el caso del circuito en serie, la resistencia equivalente se puede obtener sumando el valor de las diferentes resistencias que conforman el circuito, de tal manera que el valor de Re siempre será mayor que el de las otras resistencias. R1 R2R 4 Para conocer cómo se llegó a esta fórmula, consulta el siguiente procedimiento: R = R1 + R2 Con la deducción anterior se demuestra que las resistencias colocadas en serie se suman para obtener su equivalente. 5 ¿Qué pasa cuando existen más de 2 resistencias conectadas en serie? En forma generalizada se puede decir que si se tienen “N” resistencias en serie la resistencia equivalente es la suma de todas ellas. Resistencia equivalente de resistencias en paralelo En un circuito de una fuente de voltaje alimentando a dos resistencias en paralelo se debe cumplir que: En este circuito, las resistencias están conectadas en paralelo, por lo que cada una de estas resistencias recibe una cantidad de corriente eléctrica distinta, por esta razón, el cálculo de la resistencia equivalente se hace utilizando otro procedimiento 1. La suma de las corrientes en las resistencias (I1, I2) es igual a la corriente (I) que viene de la fuente Para conocer cómo se llegó a esta fórmula, consulta el siguiente procedimiento: La resistencia equivalente de dos resistencias en paralelo se obtiene dividiendo el producto de sus valores entre la suma de los mismos. 2. Que el voltaje que existe en ambas resistencias es el mismo al de la fuente 6 7 ¿Qué pasa cuando existen más de 2 resistencias conectadas en paralelo? Si un circuito tiene más de dos resistencias en paralelo, la obtención de la resistencia equivalente (Re) se debe hacer por pares. Si tiene tres resistencias en paralelo, primero debes aplicar la fórmula de la Re a dos de las resistencias, y luego repetir ese procedimiento con la resistencia equivalente obtenida y la resistencia faltante. El procedimiento anterior se puede generalizar para cualquier cantidad de resistencias en paralelo, es decir, se va obteniendo el equivalente tomando de dos en dos resistencias y no importa el orden en que se tomen. Es importante resaltar que cuando existen varias resistencias en paralelo, la resistencia equivalente siempre tendrá un valor inferior al de la menor resistencia en el circuito. En el ejemplo, los valores de las resistencias en paralelo eran 12, 4 y 6, y la resistencia equivalente resultó ser de 2 Ohm. Calculo de resistencia equivalente y corriente eléctrica en un circuito combinado En un circuito eléctrico las resistencias pueden ir conectadas en serie, en paralelo o en una combinación de ambas, y sin embargo, se puede obtener la resistencia equivalente en la mayoría de los casos. 8 Tratar de convertir primero las resistencias que se encuentren en serie en una sola resistencia. Después, tratar de convertir las resistencias que se encuentren en paralelo en una sola resistencia, (el orden entre el paso 1 y paso 2 puede variar sin ningún problema). Repetir los pasos anteriores hasta que quede una sola resistencia, la cual se llamará resistencia equivalente. Nota: Es necesario aclarar que algunas veces no se podrá llegar a una sola resistencia y se tendrá que hacer uso de una técnica fuera del alcance de este curso. Si se quiere obtener la corriente eléctrica, se debe aplicar la Ley de Ohm cuando ya se tenga el valor de la resistencia equivalente. Ejemplo: Obtener la resistencia equivalente de un circuito, para con ella obtener la corriente que proporciona la fuente de voltaje. El procedimiento generalizado es: Hay que notar que en el circuito las resistencias R2 y R3 se encuentran en paralelo. Las resistencias R1 con la R2 no están ni en serie ni en paralelo ya que no cumplen las condiciones de ninguno de los dos casos. Lo mismo pasa al comparar las resistencias R1 y R3. 2 R1 9 Ejemplo del procedimiento gráfico para obtener la resistencia equivalente Los dos circuitos que se muestran a continuación son equivales, es decir tienen la misma resistencia equivalente. R1 R2 R5 R3 R4 R6 R1 R2 R5 R3R4 R6 Las resistencias pueden no estar ni en serie ni en paralelo por lo que el procedimiento para obtener la resistencia equivalente dependerá de cómo se encuentren colocadas. La resistencia R1 no está ni en serie ni en paralelo con alguna otra resistencia del circuito y lo mismo le pasa a la resistencia R2. Para obtener la resistencia equivalente habrá que ir reduciendo poco a poco el circuito obteniendo las resistencias equivalentes de las que sí se encuentren ya sea en serie o en paralelo. 1. Para obtener la resistencia equivalente total del circuito, primero se debe obtener el equivalente de las resistencias que están en paralelo: R2 con R3. Ahora quedan solo dos resistencias en el circuito, y se observa que R1 queda en serie con la resistencia equivalente recién obtenida. 4 4 3=12 12 2 R1 3 2. Obtén la resistencia equivalente con las resistencias que ahora quedaron en serie: 2 + 3= 5 Ohms. 3. Finalmente, aplicando la ley de Ohm se obtiene la corriente que proporciona la fuente I= VR AVI2 5 10 = Ω = 10 R1 R2 R5 R3 R4 R6 R1 R2 R5 Re34 R6 R1 Re234 Re56 RT RT R1 R2 R5 R3R4 R6 R1 R2 R5 Re34 R6 R1 Re234Re56 A continuación se muestra de manera gráfica el proceso de simplificación de los circuitos anteriores y que generan la misma resistencia equivalente. Como pudiste analizar, primero debes ir simplificando el circuito eléctrico reduciendo las resistencias que se encuentran en serie o las que se encuentran en paralelo para que al final solo tengas una sola resistencia que será la equivalente del circuito. Con base en los ejemplos anteriores ahora ya puedes analizar diferentes tipos de circuitos eléctricos de corriente directa, con conexiones de resistenciasen serie, en paralelo o combinadas, De igual manera conociste cómo obtener la resistencia equivalente de un circuito eléctrico, lo cual te permitirá obtener la corriente eléctrica total que circula por la entrada del circuito o que suministra la fuente de voltaje. 11 Trabajo realizado en el marco del Proyecto 266632 “Laboratorio Binacional para la Gestión Inteligente de la Sustentabilidad Energética y la Formación Tecnológica”, con financiamiento del Fondo de Sustentabilidad Energética CONACYT-SENER (Convocatoria: S001920101). El trabajo intelectual contenido en este material, se comparte por medio de una licencia de Creative Commons (CC BY-NC-ND 2.5 MX) del tipo “Atribución-No Comercial Sin Derivadas”, para conocer a detalle los usos permitidos consulte el sitio web en http:// creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/mx Se permite copiar, distribuir, reproducir y comunicar públicamente la obra sin costo económico bajo la condición de no modificar o alterar el material y reconociendo la autoría intelectual del trabajo en los términos específicos por el propio autor. No se puede utilizar esta obra para fines comerciales, y si se desea alterar, transformar o crear una obra derivada de la original, se deberá solicitar autorización por escrito al Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. Colaboran: