Principios básicos de la técnica de corriente continua

Principios básicos de la
técnica de corriente continua
Manual de trabajo
24
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Con CD-ROM
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Festo Didactic
567211 es
Referencia:
Datos actualizados en:
Autor:
Artes gráficas:
Maquetación:
567211
10/2010
Christine Löffler
Thomas Ocker, Doris Schwarzenberger
07/2011, Susanne Durz
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, D-73770 Denkendorf, Alemania, 2011
Internet: www.festo-didactic.com
E-mail: [email protected]
Sin nuestra expresa autorización, queda terminantemente prohibida la reproducción total o parcial de este
documento, así como su uso indebido y/o su exhibición o comunicación a terceros. El incumplimiento de lo
anterior obligará al infractor a pagar una indemnización por daños y perjuicios. Quedan reservados todos
los derechos inherentes, en especial los de patentes, de modelos registrados y estéticos.
Contenido
Utilización debida ________________________________________________________________________ IV
Prólogo _________________________________________________________________________________ V
Introducción ____________________________________________________________________________ VII
Indicaciones de seguridad y utilización _____________________________________________________ VIII
Conjunto didáctico: Principios básicos de la técnica de corriente continua (TP 1011) _________________ IX
Objetivos didácticos: Principios básicos de la técnica de corriente continua___________________________X
Atribución de los ejercicios en función de objetivos didácticos:
Principios básicos de la técnica de corriente continua ___________________________________________ XI
Equipo didáctico_________________________________________________________________________ XIII
Atribución de componentes y ejercicios en función de objetivos didácticos:
Principios básicos de la técnica de corriente continua _________________________________________ XVII
Informaciones para el instructor ____________________________________________________________ XIX
Estructura de los ejercicios ________________________________________________________________ XX
Denominación de los componentes _________________________________________________________ XX
Contenido del CD-ROM ___________________________________________________________________ XXI
Ejercicios y soluciones
Ejercicio 1:
Ejercicio 2:
Ejercicio 3:
Ejercicio 4:
Ejercicio 5:
Ejercicio 6:
Ejercicio 7:
Ejercicio 8:
Ejercicio 9:
Ejercicio 10:
Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas ________________________1
Análisis de resistencias _______________________________________________________ 21
Determinación de la resistencia primaria para un diodo luminoso ____________________ 29
Ampliación del esquema eléctrico mediante una unidad consumidora eléctrica _________ 41
Determinación de la potencia eléctrica en dos variantes de circuito ___________________ 55
Selección de circuitos de medición _____________________________________________ 67
Desarrollo de un circuito para un divisor de tensión ________________________________ 77
Desarrollo de circuitos de protección para una máquina taladradora __________________ 91
Creación de una fuente de tensión continua _____________________________________ 107
Selección de un condensador con mínimo tiempo de carga _________________________ 123
Ejercicios y hojas de trabajo
Ejercicio 1:
Ejercicio 2:
Ejercicio 3:
Ejercicio 4:
Ejercicio 5:
Ejercicio 6:
Ejercicio 7:
Ejercicio 8:
Ejercicio 9:
Ejercicio 10:
Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas ________________________1
Análisis de resistencias _______________________________________________________ 21
Determinación de la resistencia primaria para un diodo luminoso ____________________ 29
Ampliación del esquema eléctrico mediante una unidad consumidora eléctrica _________ 41
Determinación de la potencia eléctrica en dos variantes de circuito ___________________ 55
Selección de circuitos de medición _____________________________________________ 67
Desarrollo de un circuito para un divisor de tensión ________________________________ 77
Desarrollo de circuitos de protección para una máquina taladradora __________________ 91
Creación de una fuente de tensión continua _____________________________________ 107
Selección de un condensador con mínimo tiempo de carga _________________________ 123
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III
Utilización debida
El equipo didáctico de fundamentos de electricidad/electrónica deberá utilizarse únicamente cumpliendo
las siguientes condiciones:
• Utilización apropiada y convenida en cursos de formación y perfeccionamiento profesional
• Utilización en perfecto estado técnico
Los componentes del conjunto didáctico cuentan con la tecnología más avanzada actualmente disponible y
cumplen las normas de seguridad. A pesar de ello, si se utilizan indebidamente, es posible que surjan
peligros que pueden afectar al usuario o a terceros o, también, provocar daños en el sistema.
El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente para la formación y el
perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y técnicas de automatización industrial. La empresa
u organismo encargados de impartir las clases y/o los instructores deben velar por que los
estudiantes/aprendices respeten las indicaciones de seguridad que se describen en el presente manual.
Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad por lesiones sufridas por el instructor, por la empresa u
organismo que ofrece los cursos y/o por terceros, si la utilización del presente conjunto de aparatos se
realiza con propósitos que no son de instrucción, a menos que Festo Didactic haya ocasionado dichos daños
premeditadamente o con extrema negligencia.
IV
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Prólogo
El sistema de enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo se rige por
diversos planes de estudios y exigencias que plantean las profesiones correspondientes. En consecuencia,
los equipos didácticos están clasificados según los siguientes criterios:
• Conjuntos didácticos de orientación tecnológica
• Mecatrónica y automatización de procesos de fabricación
• Automatización de procesos continuos y técnica de regulación
• Robótica móvil
• Equipos didácticos híbridos
El sistema para enseñanza de la técnica de automatización se actualiza y amplía regularmente, a la par que
avanzan los métodos utilizados en el sector didáctico y se introducen nuevas tecnologías en el sector
industrial.
Los equipos didácticos técnicos abordan los siguientes temas: neumática, electroneumática, hidráulica,
electrohidráulica, hidráulica proporcional, controles lógicos programables, sensores, electrotecnia,
electrónica y actuadores eléctricos.
Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible dedicarse a aplicaciones que
rebasan lo previsto por cada uno de los equipos didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar
con controles lógicos programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos.
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V
Todos los conjuntos didácticos incluyen lo siguiente:
• Hardware (equipos técnicos)
• Medios didácticos
• Seminarios
Hardware (equipos técnicos)
El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados para fines didácticos. La
selección de componentes de los equipos didácticos y su ejecución se realiza específicamente según los
proyectos previstos para cada nivel.
Medios didácticos
Los medios relacionados con cada tema se clasifican en teachware (material didáctico) y software. El
«teachware» orientado hacia la práctica, incluye lo siguiente:
• Libros técnicos y libros de enseñanza (publicaciones estándar para la adquisición de conocimientos de
carácter fundamental).
• Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias y soluciones modelo)
• Diccionarios, manuales, publicaciones técnicas (profundizan los temas técnicos)
• Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de estudio ilustrativo y activo)
• Pósters (para la representación esquematizada de temas técnicos)
El software incluye programas para las siguientes aplicaciones:
• Programas didácticos digitales (temas de estudio preparados didácticamente, aprovechando diversos
medios digitalizados)
• Software de simulación
• Software de visualización
• Software para la captación de datos de medición
• Software para diseño de proyectos y construcción
• Software de programación para controles lógicos programables
Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos para la utilización en
clase, aunque también son apropiados para el estudio autodidacta.
Seminarios
Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos se completan mediante una amplia oferta
de seminarios para la formación y el perfeccionamiento profesional.
¿Tiene alguna sugerencia o desea expresar una crítica en relación con el presente manual?
Envíe un e-mail a: [email protected]
Los autores y Festo Didactic están interesados en conocer su opinión.
VI
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Introducción
El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica
de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG. El sistema constituye una sólida base para la
formación y el perfeccionamiento profesional de carácter práctico. El equipo didáctico para
electrotecnia/electrónica TP 1011 aborda los siguientes temas:
• Principios básicos de la técnica de corriente continua
• Principios básicos de la técnica de corriente alterna
• Principios básicos de semiconductores
• Circuitos básicos en la electrónica
El manual que trata el tema de los fundamentos de la técnica de corriente continua es una introducción al
tema electrotecnia/electrónica. Su principal objetivo es la enseñanza de las magnitudes eléctricas básicas.
Entre otros, en el manual se explican los siguientes conceptos: tensión, corriente, resistencia, conductancia,
trabajo y potencia. La ley de Ohm se explica detalladamente. Además, se concede especial importancia a la
utilización de aparatos de medición.
Para efectuar el montaje de los circuitos eléctricos y para evaluarlos, es necesario disponer de un equipo de
laboratorio que debe incluir una fuente segura de alimentación de tensión de la red, dos multímetros
digitales, un osciloscopio con memoria y dos cables de seguridad de laboratorio.
Para solucionar las tareas de los 10 ejercicios relacionados con el tema de la corriente continua se necesitan
los componentes incluidos en el conjunto TP 1011. La teoría necesaria para entender los ejercicios se
encuentran en los manuales de estudio.
Además, se ofrecen hojas de datos correspondientes a todos los componentes (resistencias lineales y no
lineales, condensadores, aparatos de medición, etc.).
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VII
Indicaciones de seguridad y utilización
Informaciones generales
• Los estudiantes únicamente podrán trabajar con los equipos en presencia de un instructor.
• Lea detenidamente las hojas de datos correspondientes a cada uno de los componentes y,
especialmente, respete las respectivas indicaciones de seguridad.
• Los fallos que podrían mermar la seguridad no deberán ocasionarse durante las clases y deberán
eliminarse de inmediato.
Sistema eléctrico
• ¡Peligro de muerte en caso de rotura del cable de protección!
– El cable protector (amarillo/verde) no deberá cortarse
ni dentro ni fuera del aparato.
– No deberá dañarse o retirarse el aislamiento del cable de protección.
• En plantas o talleres industriales deberán respetarse las normas de utilización de equipos eléctricos
definidas por las autoridades competentes.
• En centros de formación y en talleres de instrucción, el uso de unidades de conexión a la red eléctrica
deberá supervisarse por personal debidamente cualificado.
• Precaución
Los condensadores pueden estar cargados, aunque el aparato como tal haya sido separado de todas
las fuentes de tensión.
• A tener en cuenta al sustituir fusibles: Utilice únicamente fusibles apropiados y previstos para la
intensidad nominal correcta.
• Nunca conecte de inmediato la unidad de conexión a la red eléctrica si estuvo almacenada en un
espacio de baja temperatura y si se pretende utilizarla en un espacio de temperatura ambiente mayor.
En determinadas circunstancias adversas, el condensado que se forma en estas condiciones podría
destruir la unidad. No conecte la unidad hasta que alcance la temperatura ambiente.
• Al resolver las tareas utilice en los circuitos una tensión de funcionamiento máxima de 60 V DC y
25 V AC. También tenga en cuenta las indicaciones sobre la tensión de funcionamiento máxima
admisible que se indica en los componentes utilizados en los ejercicios.
• Establezca las conexiones únicamente si no está conectada la tensión.
• Separe las conexiones eléctricas únicamente tras haber desconectado la tensión.
• Utilizar únicamente cables provistos de conectores de seguridad.
• Al desconectar los cables, únicamente tire de los conectores de seguridad, nunca de los cables.
• Siempre conecte el osciloscopio a la alimentación de la tensión de la red intercalando un transformador
de aislamiento.
VIII
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Conjunto didáctico:
Principios básicos de la técnica de corriente continua (TP 1011)
El equipo didáctico tecnológico TP 1011 incluye una gran cantidad de material didáctico. Esta parte del
equipo didáctico TP 1011 aborda el tema de los fundamentos de la técnica de corriente continua. Los
componentes individuales del equipo didáctico TP 1011 también pueden formar parte del contenido de
otros equipos didácticos.
Componentes principales del TP 1011
• Laboratorio de estudio EduTrainer® con sistema de conexiones universales
• Conjunto de componentes para electrotecnia/electrónica, con conectores y cables de seguridad
• Fuente de alimentación eléctrica para EduTrainer®
• Instalaciones de laboratorio completas
Material didáctico
El material didáctico del equipo didáctico TP 1011 incluye manuales de estudio, colecciones de tablas y
manuales de trabajo. Los manuales de estudio contienen las hojas de ejercicios, las soluciones de los
ejercicios y un CD-ROM. Junto con cada manual de estudio se entrega un juego de hojas de ejercicios y de
trabajo para resolver las tareas contenidas en el manual. Los manuales de trabajo incluyen las hojas de
ejercicios, las soluciones y un CD-ROM. Cada manual de trabajo se entrega con las hojas de ejercicios y de
trabajo correspondientes a cada tarea a resolver.
El equipo didáctico se entrega con hojas de datos correspondientes a los componentes del hardware.
Además, las hojas de datos también constan en el CD-ROM.
Material didáctico
Manuales de textos técnicos
Especialidad de electricidad y electrotecnia
Colección de tablas
Electrotecnia/Electrónica
Manuales de trabajo
Principios básicos de la técnica de corriente continua
Principios básicos de la técnica de corriente alterna
Principios básicos de semiconductores
Circuitos básicos de la electrónica
Programas de estudio
digitalizados
WBT Electricidad 1: Fundamentos de la electricidad
WBT Electricidad 2: Circuitos de corriente continua y circuitos de corriente alterna
WBT Electrónica 1: Fundamentos de los semiconductores
WBT Electrónica 2: Circuitos impresos integrados
WBT Medidas de protección eléctricas
(WBT = Web Based Training = curso a través de la red)
Cuadro general de los medios correspondientes al equipo didáctico TP 1011
El equipo didáctico TP 1011 incluye los siguientes programas didácticos digitales: «Electricidad 1»,
«Electricidad 2», «Electrónica 1», «Electrónica 2» y «Medidas de protección eléctricas». Estos programas
didácticos ofrecen explicaciones exhaustivas sobre los fundamentos de la electricidad y la electrónica. Los
contenidos didácticos abordan estos temas de modo sistemático y recurriendo a ejemplos reales.
El material didáctico se ofrece en varios idiomas. Los materiales didácticos disponibles constan en los
catálogos y en Internet.
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IX
Objetivos didácticos: Principios básicos de la técnica de corriente continua
Resistencia y condensador
Al final del curso, el estudiante habrá adquirido los siguientes conocimientos:
• Relación entre la resistencia y la conductividad de una resistencia.
• Cualidades características y tipos más importantes de resistencias.
• Aplicación de las normas IEC para la identificación de resistencias.
• Símbolos y funcionamiento de resistencias no lineales NTC, PTC, VDR, LDR.
• Obtención y evaluación de las líneas características de resistencias no lineales.
• Selección y utilización de resistencias no lineales en función de las condiciones técnicas imperantes en
cada caso.
• Construcción, utilización y magnitudes de un condensador.
• Medición y evaluación de las operaciones de carga y descarga de un condensador incluido en un
circuito de corriente continua.
Circuitos básicos y ejemplos de circuitos
Al final del curso, el estudiante habrá adquirido los siguientes conocimientos:
• Evaluación de las magnitudes eléctricas básicas tensión, intensidad y resistencia; realización de
cálculos con estas magnitudes.
• Ley de Ohm; relación entre tensión e intensidad y representación gráfica correspondiente.
• Medición y evaluación de magnitudes eléctricas básicas.
• Utilización de los aparatos de medición apropiados en cada caso.
• Aplicación de las magnitudes eléctricas básicas trabajo y potencia.
• Análisis de circuitos básicos mediante mediciones. Sacar conclusiones en base a los resultados de las
mediciones.
• Definición de dimensiones y cálculo de circuitos básicos (por ejemplo, conexión en serie).
• Comprobación del funcionamiento de circuitos eléctricos y de los componentes incluidos.
• Definición de dimensiones y cálculo de circuitos básicos (por ejemplo, conexión en paralelo).
• Dimensionamiento y cálculo de circuitos mixtos.
• Creación de circuitos apropiados para la realización de mediciones.
• Utilización de divisores de tensión en circuitos mixtos.
• Cálculo de la tensión de salida en un divisor de tensión con y sin carga.
• Dimensionamiento de un divisor de tensión con carga.
Fuentes de tensión
Al final del curso, el estudiante habrá adquirido los siguientes conocimientos:
• Cálculo y aplicación de las magnitudes correspondientes a una fuente de tensión.
• Trazado e interpretación de la línea característica de una fuente de tensión.
• Modificación de potencia y tensión de una fuente de tensión.
X
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Atribución de los ejercicios en función de los objetivos didácticos:
Principios básicos de la técnica de corriente continua
Ejercicio
1
2
3
4
5
•
•
•
•
•
6
7
8
9
10
Objetivo didáctico
Evaluación de las magnitudes eléctricas básicas tensión,
intensidad y resistencia y realizar cálculos con estas
magnitudes.
•
Ley de Ohm; relación entre tensión e intensidad y
representación gráfica correspondiente.
•
Medición y evaluación de magnitudes eléctricas básicas.
•
Utilización de los aparatos de medición apropiados en cada
caso.
•
Relación entre la resistencia y la conductividad de una
resistencia.
Cualidades características y tipos más importantes de
resistencias.
Aplicación de las normas IEC para la identificación de
resistencias.
Aplicación de las magnitudes eléctricas básicas trabajo y
potencia.
Análisis de circuitos básicos mediante mediciones. Sacar
conclusiones en base a los resultados de las mediciones.
•
•
•
Definición de dimensiones y cálculo de circuitos básicos (por
ejemplo, conexión en serie).
•
Comprobación del funcionamiento de circuitos eléctricos y de
los componentes incluidos.
•
Definición de dimensiones y cálculo de circuitos básicos (por
ejemplo, conexión en paralelo).
Dimensionamiento y cálculo de circuitos mixtos.
Creación de circuitos apropiados para la realización de
mediciones.
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•
•
•
XI
Ejercicio
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Objetivo didáctico
Utilización de divisores de tensión en circuitos mixtos.
•
Cálculo de la tensión de salida en un divisor de tensión con y
sin carga.
•
Dimensionamiento de un divisor de tensión con carga.
•
Símbolos y funcionamiento de resistencias no lineales NTC,
PTC, VDR, LDR.
•
Obtención y evaluación de las líneas características de
resistencias no lineales.
•
Selección y utilización de resistencias no lineales en función de
las condiciones técnicas imperantes en cada caso.
•
Cálculo y aplicación de las magnitudes correspondientes a una
fuente de tensión.
•
Trazado e interpretación de la línea característica de una fuente
de tensión.
•
Modificación de potencia y tensión de una fuente de tensión.
•
Construcción, utilización y magnitudes de un condensador.
•
Medición y evaluación de las operaciones de carga y descarga
de un condensador incluido en un circuito de corriente
continua.
XII
•
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Equipo didáctico
El manual del trabajo titulado «Principios básicos de la técnica de corriente continua» permite adquirir
conocimientos relacionados con la construcción y el funcionamiento de resistencias y condensadores y con
el comportamiento de los componentes incluidos en circuitos básicos y circuitos de aplicaciones sencillas.
El equipo didáctico de electrotecnia/electrónica TP 1011 incluye los componentes necesarios para alcanzar
los objetivos didácticos definidos. Para efectuar el montaje de los circuitos y evaluarlos se necesitan
adicionalmente dos multímetros digitales y cables de seguridad de laboratorio.
Equipo didáctico «Fundamentos de la electrotecnia / electrónica», referencia: 571780
Componente
Referencia
Cantidad
Fuente de alimentación eléctrica para EduTrainer®
567321
1
Conectores universales EduTrainer®
567322
1
Conjunto de componentes electrotecnia/electrónica
567306
1
Conjunto de conectores de 19 mm de color gris
571809
1
Lista de componentes incluidos en el equipo didáctico «Fundamentos de la electrotecnia /
electrónica», referencia: 567306
Componente
Cantidad
Resistencia, 10 Ω/2 W
1
Resistencia, 22 Ω/2 W
2
Resistencia, 33 Ω/2 W
1
Resistencia, 100 Ω/2 W
2
Resistencia, 220 Ω/2 W
1
Resistencia, 330 Ω/2 W
1
Resistencia, 470 Ω/2 W
2
Resistencia, 680 Ω/2 W
1
Resistencia, 1 kΩ/2 W
3
Resistencia, 2,2 kΩ/2 W
2
Resistencia, 4,7 kΩ/2 W
2
Resistencia, 10 kΩ/2 W
3
Resistencia, 22 kΩ/2 W
3
Resistencia, 47 kΩ/2 W
2
Resistencia, 100 kΩ/2 W
2
Resistencia, 1 MΩ/2 W
1
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567211
XIII
XIV
Componente
Cantidad
Potenciómetro, 1 kΩ/0,5 W
1
Potenciómetro, 10 kΩ/0,5 W
1
Resistencia dependiente de la temperatura (NTC), 4,7 kΩ/0,45 W
1
Resistencia dependiente de la luz (LDR), 100 V/0,2 W
1
Resistencia dependiente de la tensión (VDR), 14 V/0,05 W
1
Condensador, 100 pF/100 V
1
Condensador, 10 nF/100 V
2
Condensador, 47 nF/100 V
1
Condensador, 0,1 μF/100 V
2
Condensador, 0,22 μF/100 V
1
Condensador, 0,47 μF/100 V
2
Condensador, 1,0 μF/100 V
2
Condensador, 10 μF/250 V, polarizado
2
Condensador, 100 μF/63 V, polarizado
1
Condensador, 470 μF/50 V, polarizado
1
Bobina, 100 mH/50 mA
1
Diodo, AA118
1
Diodo, 1N4007
6
Diodo Z, ZPD 3,3
1
Diodo Z, ZPD 10
1
Diac, 33 V/1 mA
1
Transistor NPN, BC140, 40 V/1 A
2
Transistor NPN, BC547, 50 V/100 mA
1
Transistor PNP, BC160, 40 V/1 A
1
Transistor JFET canal P, 2N3820, 20 V/10 mA
1
Transistor JFET canal N, 2N3819, 25 V/50 mA
1
Transistor UNIJUNCTION, 2N2647, 35 V/50 mA
1
Transistor MOSFET canal P, BS250, 60 V/180 mA
1
Tiristor, TIC 106, 400 V/5 A
1
Triac, TIC206, 400 V/4 A
1
Bobina de transformador, N = 200
1
Bobina de transformador, N = 600
2
Inducido férrico de transformador, con elemento de fijación
1
Lámpara indicadora, 12V/62 mA
1
Diodo luminoso (LED), 20 mA, azul
1
Diodo luminoso (LED), 20 mA, rojo o verde
1
Conmutador
1
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Símbolos de los componentes
Componente
Símbolo gráfico
Componente
Resistencia
Diodo Z
Potenciómetro
Diac
Resistencia dependiente de la
temperatura (NTC)
Transistor NPN
Resistencia dependiente de la
luz (LDR)
Transistor PNP
Resistencia dependiente de la
Transistor JFET canal P
Símbolo gráfico
tensión
U
Condensador
Transistor JFET canal N
Condensador polarizado
Transistor UNIJUNCTION
Bobina
Transistor MOSFET canal P
Diodo
Tiristor
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XV
Componente
XVI
Símbolo gráfico
Componente
Triac
LED azul
Bobina de transformador
LED rojo o verde
Indicador luminoso
Conmutador
Símbolo gráfico
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Atribución de componentes y ejercicios en función de los objetivos
didácticos: Principios básicos de la técnica de corriente continua
Ejercicio
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Componente
Resistencia, 10 Ω/2 W
1
Resistencia, 22 Ω/2 W
1
Resistencia, 33 Ω/2 W
1
Resistencia, 100 Ω/2 W
1
1
Resistencia, 220 Ω/2 W
1
1
Resistencia, 330 Ω/2 W
1
1
Resistencia, 470 Ω/2 W
1
1
Resistencia, 680 Ω/2 W
1
1
Resistencia, 1 kΩ/2 W
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
Resistencia, 2,2 kΩ/2 W
1
Resistencia, 4,7 kΩ/2 W
1
Resistencia, 10 kΩ/2 W
1
Resistencia, 22 kΩ/2 W
1
Resistencia, 47 kΩ/2 W
1
Resistencia, 100 kΩ/2 W
1
1
Resistencia, 1 MΩ/2 W
1
1
Potenciómetro, 1 kΩ/0,5 W
1
Potenciómetro, 10 kΩ/0,5 W
1
Resistencia dependiente de la temp. (NTC), 4,7 kΩ/0,45 W
1
1
Resistencia dependiente de la luz (LDR), 100 V/0,2 W
1
1
Resistencia dependiente de la tensión (VDR), 14 V/0,05 W
1
1
1
1
1
1
1
Condensador, 100 pF/100 V
1
Condensador, 10 nF/100 V
1
Condensador, 47 nF/100 V
1
Condensador, 0,1 μF/100 V
1
Condensador, 0,22 μF/100 V
1
Condensador, 0,47 μF/100 V
1
Condensador, 1,0 μF/100 V
1
Condensador, 10 μF/250 V, polarizado
1
Condensador, 100 μF/63 V, polarizado
1
Condensador, 470 μF/50 V, polarizado
1
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567211
XVII
Ejercicio
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Componente
Lámpara indicadora, 12V/62 mA
1
Diodo luminoso (LED), 20 mA, azul
1
1
Conmutador
XVIII
1
Multímetro digital
2
Fuente de alimentación eléctrica para EduTrainer®
1
1
1
1
1
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567211
Informaciones para el instructor
Objetivos didácticos
La meta didáctica general del presente manual consiste en que los estudiantes sean capaces de analizar y
evaluar circuitos sencillos de corriente continua con resistencias y condensadores. Los estudiantes podrán
adquirir estos conocimientos aprendiendo la teoría, montando circuitos reales y efectuando la medición de
las magnitudes eléctricas. La interacción directa entre la teoría y la práctica asegura un rápido y sostenible
progreso de los estudios. Los objetivos detallados constan en la lista anterior correspondiente. Los
objetivos didácticos concretos e individuales están relacionados con cada ejercicio específico.
Duración aproximada
El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos previos de los alumnos.
Cada tarea deberá resolverse en aproximadamente una hora o en una hora y media.
Componentes del equipo didáctico
El manual de trabajo, la colección de ejercicios y los componentes se corresponden. Para resolver los 10
ejercicios, únicamente se necesitan los componentes del equipo didáctico TP 1011.
Las normas
En el presente manual de trabajo se aplican las siguientes normas:
EN 60617-2 hasta EN 60617-8
Símbolos gráficos utilizados en esquemas de distribución
EN 81346-2
Sistemas industriales, equipos y productos industriales;
principios aplicados para la estructuración e identificación de referencias
DIN VDE 0100-100
Configuración de equipos de baja tensión – principios básicos,
(IEC 60364-1)
Normas, características generales, conceptos técnicos
DIN VDE 0100-410
Configuración de equipos de baja tensión – medidas de protección –
(IEC 60364-4-41)
Protección contra descarga eléctrica
Identificaciones utilizadas en el manual de trabajo
Los textos con las soluciones y las informaciones complementarias en las representaciones gráficas
aparecen en color rojo.
Excepciones: Las indicaciones y las evaluaciones relacionadas con la corriente siempre aparecen de color
rojo. Las indicaciones y evaluaciones relacionadas con la tensión siempre aparecen de color azul.
Identificaciones utilizadas en la colección de ejercicios
Las partes que deben completarse en los textos aparecen marcadas con líneas o con celdas sombreadas en
las tablas.
Las gráficas que deben completarse están identificadas mediante un fondo matricial.
Sugerencias para las clases
Las sugerencias contienen informaciones adicionales sobre los procedimientos didácticos y los métodos
aplicables en relación con los componentes. Estas informaciones no aparecen en la colección de ejercicios.
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XIX
Soluciones
Las soluciones que se ofrecen en el presente manual de trabajo se obtuvieron llevando a cabo mediciones
de prueba. Por lo tanto, los resultados obtenidos por el instructor pueden ser diferentes.
Especialidades de estudio
En el caso de la formación profesional en la especialidad de técnicos en electrónica, el tema «Principios
básicos de la técnica de corriente continua» se trata en la asignatura del primer curso de los centros de
formación.
Estructura de los ejercicios
La estructura metódica es la misma para todos los 10 ejercicios. Los ejercicios están estructurados de la
siguiente manera:
• Título
• Objetivos didácticos
• Descripción de la tarea a resolver
• Circuito o esquema de instalación
• Tarea
• Medios auxiliares
• Hojas de ejercicios
El manual de trabajo contiene las soluciones de las tareas incluidas en la colección de ejercicios.
Denominación de los componentes
La denominación de los componentes que constan en los esquemas se rige por la norma DIN EN 81346-2.
Dependiendo del tipo de componente, su identificación incluye letras. Si un circuito incluye varios
componentes iguales, éstos están numerados correlativamente.
Resistencias:
Condensadores:
Equipos emisores de señales:
R, R1, R2, ...
C, C1, C2, …
P, P1, P2, ...
Importante
Si las resistencias o condensadores se entienden como magnitudes físicas, la letra de identificación
aparece en cursiva (símbolo de fórmula). Si para la numeración es necesario utilizar cifras, éstas se
utilizan como índices y, por lo tanto, aparecen como subíndices.
XX
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Contenido del CD-ROM
El manual de trabajo está incluido en el CD-ROM adjunto en forma de archivo de formato pdf. El CD-ROM se
incluye en calidad de material didáctico complementario.
Estructura del contenido del CD-ROM:
• Instrucciones de utilización
• Imágenes
• Información sobre productos
Instrucciones de utilización
Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos en el equipo didáctico.
Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner en funcionamiento los componentes
respectivos.
Imágenes
Mediante fotografías y representaciones gráficas se muestran aplicaciones industriales reales. Estas
imágenes pueden aprovecharse para entender mejor la tarea a resolver en cada ejercicio. Además, pueden
utilizarse para ampliar y completar la presentación de proyectos.
Información sobre productos
Se ofrecen informaciones del correspondiente fabricante sobre cada uno de los componentes
seleccionados. Esta forma de explicar estos componentes tiene la finalidad de demostrar cómo se presentan
los componentes en un catálogo industrial. Además, estas páginas incluyen informaciones complementarias
sobre los componentes.
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XXI
XXII
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Ejercicio 1
Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Objetivos didácticos
Una vez realizado este ejercicio, el estudiante habrá adquirido los conocimientos que se indican a
continuación y, por lo tanto, habrá alcanzado las metas didácticas correspondientes:
• Evaluación de las magnitudes eléctricas básicas tensión, intensidad y resistencia y realizar cálculos con
estas magnitudes.
• Ley de Ohm; relación entre tensión e intensidad y representación gráfica correspondiente.
• Medición y evaluación de magnitudes eléctricas básicas.
• Utilización de los aparatos de medición apropiados en cada caso.
Descripción de la tarea a resolver
Deberá encargarse de la planificación y ejecución de proyectos de iluminación. Por lo tanto, deberá
familiarizarse con las leyes que rigen en circuitos de corriente sencillos y conocer los sistemas de medición
utilizados en estos casos.
Recurra a libros de texto, tablas con datos técnicos y a Internet para informarse sobre estos temas.
Circuitos
+15V/0.8A
0V
100...230V /50-60Hz
-15V/0.8A
+
5V/200mA
DC HOLD MIN MAX
mVV
AC
µAA
mA
MΩ
ΩkΩ
0...25V/0.3A
DC Output
330W / 2W
0V
750920
0...20V/0.2A
DDS
Waveformgenerator
+
V
LED 20mA
0...2V/0.2A
NON
CONTACT
VOLTAGE
MIN MAX
2
20
200
HOLD
600 OFF 600
200
V
20
2
200m
200m
200µ
2m
20M
4
3
I2
200m
20k
20k
Ω
10A
200
1.5V 9V
200µ
10A
200m
2m 20m
A
mA
L2
24V AC
N
2
L3
10A
A
CAT II 600V
CAT III 600V
BATT 9V
COM
L1
20m
200k
BATT 1.5V
3
L3
USB
2M
BATT
Measurement
U1
I1
U2
0
L1
750961
0V
VΩ
200mA
MAX
FUSED
L2
10A MAX
FUSED
MAX
600V
600V
N
Puesto de trabajo de laboratorio
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1
Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
4.
5.
Tareas a resolver
Analice los aspectos eléctricos involucrados en el funcionamiento de una lámpara. Al hacerlo, utilice
hojas de trabajo correspondientes.
Infórmese sobre multímetros digitales y analógicos y responda las preguntas.
Seleccione un aparato de medición apropiado para realizar las mediciones de intensidad, tensión y
resistencia en circuitos de corriente continua.
Infórmese cómo proceder al medir la tensión, la intensidad y la resistencia y responda las preguntas.
Realice mediciones en un circuito eléctrico sencillo, considerando la ley de Ohm.
•
•
•
•
Medios auxiliares
Libros de texto técnicos, tablas con datos técnicos
Hojas de datos
WBT Electricidad 1 (Web Based Training)
Internet
1.
2.
3.
Importante
Únicamente conectar la tensión eléctrica después de haber establecido todas las conexiones. Al terminar
el ejercicio vuelva a desconectar la alimentación de tensión y sólo entonces proceda a desmontar los
componentes.
2
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Descripción de criterios válidos en un circuito eléctrico
Indique qué leyes físicas se aplican en el circuito de una lámpara. Recurriendo a estas informaciones, usted
podrá definir las dimensiones de circuitos sencillos.
Partes de un circuito de corriente
– Describa las partes esenciales de un circuito eléctrico sencillo.
Todos los circuitos eléctricos incluyen esencialmente lo siguiente:
• Fuente de tensión
• Cables
• Unidades consumidoras
La fuente de tensión (por ejemplo una batería o un conector de la red pública de corriente eléctrica)
entrega la energía eléctrica en forma de carga separada.
El cable se utiliza como agente de transporte de la energía eléctrica que fluye a modo de corriente
eléctrica entre la fuente de tensión y la unidad consumidora.
La energía proveniente de la fuente de energía se transforma en otro tipo de energía (por ejemplo,
calor, luz, movimiento) en la unidad consumidora.
–
–
Complete el circuito eléctrico de tal manera que obtenga un circuito de corriente cerrado sencillo.
Incluya en el circuito las magnitudes eléctricas utilizando flechas y las denominaciones que
correspondan.
I
+
I
R
U
+
P
Circuito eléctrico con una resistencia como
Circuito eléctrico con una lámpara como
unidad consumidora
unidad consumidora
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U
3
Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Sentido de flujo de la corriente
La tensión eléctrica se obtiene separando las cargas positivas y negativas.
• Carga negativa: excedente de electrones
• Carga positiva: deficiencia de electrones
–
–
Describa lo que se entiende bajo el sentido de flujo de la corriente en términos técnicos y, a
continuación, en términos físicos.
En el circuito que se muestra a continuación, incluya el sentido de flujo según criterios técnicos y según
criterios físicos.
Sentido técnico del flujo de la corriente
+
P
U
Movimiento de electrones
(sentido físico)
Sentido de flujo en un circuito de corriente
Sentido físico del flujo de la corriente
En términos físicos, el sentido de flujo de los electrones (carga negativa) en metales es desde el polo
negativo hacia el polo positivo.
Sentido técnico del flujo de la corriente
La interpretación técnica del sentido de flujo de la corriente se explica por razones históricas. Según
esta interpretación se supone que fluyen elementos de carga positiva. Por lo tanto, se acordó que el
sentido técnico del flujo de la corriente es desde el polo positivo hacia el polo negativo.
Por razones prácticas se mantiene la interpretación técnica del sentido de flujo de la corriente. Por
esta razón, en los circuitos se siguen definiendo hasta la actualidad el sentido de flujo desde el polo
positivo hacia el polo negativo.
4
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Magnitudes eléctricas básicas
– Complete los datos de la tabla de magnitudes eléctricas básicas. Incluya una descripción resumida, el
símbolo utilizado en las fórmulas y la unidad física.
Magnitud eléctrica
Descripción
Símbolo en
fórmulas
Unidad de
medición
Corriente eléctrica
La corriente eléctrica es una magnitud que se refiere a la cantidad de
I
Amperio [A]
portadores libres de carga eléctrica que en un circuito fluyen en
determinado sentido.
Tensión eléctrica
La tensión eléctrica expresa la diferencia de carga entre dos polos. Las
fuentes de tensión siempre tienen dos polos con tensiones diferentes.
U
Voltio [V]
Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica es una magnitud que expresa la propiedad de los
R
Ohmio [Ω]
materiales de inhibir el flujo de corriente en un circuito.
Magnitudes eléctricas básicas
La ley de Ohm
– Describa la relación que existe entre corriente, tensión y resistencia. Esta relación está definida en la ley
de Ohm.
Información
La ley de Ohm únicamente tiene validez en el caso de resistencias óhmicas. Las resistencias óhmicas son
resistencias lineales.
Si en un circuito sencillo con resistencia constante se aumenta la tensión, también aumenta la
corriente que fluye en el circuito. La intensidad I es proporcional a la tensión conectada U, es decir:
• Si aumenta la tensión U, también aumenta la intensidad I.
• Si disminuye la tensión U, también baja la intensidad I.
U = R⋅I
Según esta fórmula, I y R son:
I=
U
R
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R=
U
I
5
Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
–
Indique qué factor caracteriza a la resistencia óhmica.
La resistencia óhmica es una resistencia eléctrica especial, cuya resistencia no depende de la tensión,
de la intensidad o de la frecuencia.
–
Calcule la resistencia de la lámpara suponiendo una tensión de 12 V y el flujo de una corriente de
0,062 A.
Información
Una vez encendidas, las bombillas eléctricas se comportan como resistencias óhmicas.
Valores conocidos
Tensión
Intensidad
U = 12 V
I = 62 mA
Incógnita
Resistencia R expresada en Ω
Cálculo
R=
6
U
12 V
12 V
=
=
= 193,5 Ω
I 62 mA 0 , 062 A
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Descripción de características y símbolos de aparatos de medición
A continuación, usted efectuará varias mediciones en circuitos eléctricos. Para hacerlo, deberá utilizar los
aparatos de medición apropiados.
Para medir tensión y corriente continua en circuitos eléctricos se suelen utilizar dos tipos de aparatos de
medición:
• Multímetro analógico
• Multímetro digital
Multímetro digital
Resumen de datos técnicos
Indicación
Pantalla LCD 3 3/4 (3999 count) y
diagrama de barras analógico de 41 segmentos
Tensión continua
Margen de medición: 400 mV; 4 V; 40 V; 400 V; 1000 V
Resolución: 100 μV
Precisión: ± (0,7 % del valor indicado + 1 dígito)
Resistencia de entrada: 10 MΩ
Tensión alterna (45 Hz – 500 Hz)
Margen de medición: 400 mV; 4 V; 40 V; 400 V; 750 V
Resolución: 100 μV
Precisión: ± (1,5 % del valor indicado + 4 dígitos)
En el margen de 4 V: ± (2,0 % del valor indicado + 4 dígitos)
Resistencia de entrada: 10 MΩ
Corriente continua
Margen de medición: 400 μA; 4 mA; 40 mA; 300 mA; 10 A
Resolución: 0,1 μA
Precisión: ± (1,0 % del valor indicado + 1 dígito)
Corriente alterna alterna (45 Hz – 500 Hz)
Margen de medición: 400 μA; 4 mA; 40 mA; 300 mA; 10 A
Resolución: 0,1 μA
Precisión: ± (1,5 % del valor indicado + 4 dígitos)
En el margen de 10 A: ± (2,5 % del valor indicado + 4 dígitos)
Ejemplo de multímetro digital
–
Describa lo que significa una pantalla de 3 3/4.
El instrumento de medición tiene un indicador de 4 dígitos.
Los últimos tres dígitos pueden ser números de 0 hasta 9. En el lugar del valor decimal de mayor valor
únicamente pueden aparecer las cifras desde 0 hasta 3.
Ejemplo
En el margen de 400 V, se pueden indicar como máximo 399,9 V, siendo la resolución de 0,1 V.
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7
Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Multímetro analógico
Resumen de datos técnicos
Margen de medición de la tensión:
0,1 V; 0,3 V; 1 V; 3 V; 10 V; 30 V; 100 V; 300 V 1000 V
20
50
40
30
60
70
80
90
10
0
10
15
20
dB
0
-2
-10
-5
=/~
Resistencia de entrada: 10 MΩ
0
25
5
0
10
Margen de medición de la corriente:
30
-2
0
dB
2
BATT
1 μA; 3 μA; 10 μA; 30 μA; 100 μA; 300 μA; 1 mA;
3 mA; 10 mA; 30 mA, 100 mA; 1 A; 3 A; 10 A
=/~
A
V-kΩ
μA
1000
100
Precisión:
1,5 =; 2,5 ~
MΩ mA
dB
μA-mA
3
.3
10
1
30
3
+60
300
30
Ω
+50
100
10
+40
30
VΩ
10
3
+30
10
30
1
1A
ON
+20
MAX
1kV
0
3
100
3A
300
10A
+10
1
0
0.3
MAX
400V
+BATT (
)
–BATT (
)
0
–10
0.1
(Ω)
OFF
–20
Ejemplo de multímetro analógico
–
Explique el significado de los símbolos que aparecen en el multímetro.
Símbolo
Descripción
Medidor de impulsos con rectificador
Montaje en posición horizontal
Únicamente corriente alterna
Únicamente corriente continua
Consultar manual
Tensión eléctrica peligrosa
CAT II 1000 V
CAT III 600 V
8
Identificación de seguridad según EN 61010-1 y IEC 61010-1:
define la categoría de sobretensión y la tensión de control admisible
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Selección del aparato de medición
A continuación, usted efectuará mediciones en circuitos eléctricos de corriente continua. Puede elegir entre
un multímetro digital y otro analógico. El criterio decisivo para la elección del aparato de medición deberá
ser la precisión de la medición.
La precisión de un multímetro se refiere al error de medición máximo admisible considerando determinadas
condiciones externas.
Error de medición de un multímetro digital
En el caso de los multímetros digitales, la precisión de medición se expresa en por ciento en función del
valor de medición actual.
Además, en el caso de los multímetros digitales debe agregarse un error constante, resultado de la
conversión de señales analógicas a señales digitales. Este valor se refiere a la cifra más baja.
Al efectuar la medición con un multímetro digital se indica el siguiente valor.
Valor medido con un multímetro digital
–
Indique el valor que aparece en la pantalla del aparato de medición.
El valor medido e indicado por el aparato de medición es de 23,58 V.
–
Determine el error absoluto de medición correspondiente al valor medido.
La precisión del margen de medición ajustado antes es de:
± (0,7 % del valor indicado + 1 dígito)
±(
0,7
⋅ 23,58 V + 1 ⋅ 0, 01 V ) = ± 0 ,175 V
100
Ello significa que el valor real está entre 23,405 V (23,58 V - 0,175 V) y 23,755 V (23,58 V + 0,175 V).
–
Determine el error relativo de la medición.
0 ,175 V
⋅ 100 = 0 , 74 %
23,58 V
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9
Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Error de medición de un multímetro analógico
En el caso de multímetros analógicos, la precisión siempre depende del valor final del margen de medición.
Los multímetros se clasifican según clases de precisión. Por lo tanto, siempre deberá agregarse el mismo
valor de error, independientemente del valor indicado en el aparato. Por esta razón se reduce el error
porcentual cuanto más se acerque el valor medido al valor final del margen de medición. Al utilizar
multímetros analógicos es recomendable medir siempre en el tercio superior de la escala.
Ejemplo de una clase de precisión:
La clase de precisión 2,5 significa que el error en determinado margen de medición es de ± 2,5 % en función
del correspondiente valor final del margen de medición.
Si, por ejemplo, el valor final del margen de medición es 70, el error máximo es de ± 2,5 % de 70, lo que
significa que dicho error es de ±3,571.
Al efectuar la medición con un multímetro analógico se indica el siguiente valor. El margen de medición
seleccionado es de 30 V.
50
40
30
20
60
70
80
90
10
0
10
15
20
0
dB
0
-2
-10
-5
-2
BATT
10
0
25
5
30
0
2
dB
Valor medido con un multímetro analógico
–
Indique el valor que aparece en la pantalla del aparato de medición.
El valor medido e indicado por el aparato de medición es de 23,5 V.
–
Determine el error absoluto de la medición.
Considerando el margen de medición elegido, la clase de precisión del multímetro analógico utilizado
es de 1,5.
±(
1,5
⋅ 30 V ) = ± 0, 45 V
100
Ello significa que el valor real está entre 23,05 V (23,5 V - 0,45 V) y 23,95 V (23,5 V + 0,45 V).
10
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
–
Determine el error relativo de la medición.
0, 45 V
⋅ 100 = 1,91 %
23,5 V
Selección del aparato de medición
– A continuación seleccione un aparato de medición para efectuar mediciones en un circuito de corriente
continua. Explique su elección.
Para efectuar mediciones en el circuito de corriente continua se utiliza el multímetro digital.
Ventajas de un multímetro digital:
• Mayor precisión y resolución
• Errores de lectura poco probables
• Ejecución más robusta
Medición de intensidad, tensión y resistencia
La utilización de un aparato de medición siempre produce cambios de los valores de un circuito. Por esta
razón es importante conocer las influencias que tienen los aparatos de medición.
Medición de intensidad
• Al medir la intensidad, el aparato de medición siempre se conecta en serie en relación con la unidad
consumidora. La corriente que fluye a través de la unidad consumidora también fluye a través del
aparato de medición.
• La resistencia intrínseca del aparato de medición debería ser de baja impedancia con el fin de ejercer la
menor influencia posible en el circuito objeto de la medición.
A
U
P
Medición de intensidad
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11
Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
–
Describa la influencia que tiene la resistencia intrínseca del aparato de medición en la operación de
medición.
Cualquier aparato utilizado para medir la intensidad (amperímetro) tiene una resistencia intrínseca.
Esta resistencia adicional disminuye el flujo de la corriente. Para minimizar el error de medición, el
aparato de medición debe tener una resistencia intrínseca muy pequeña.
Medición de tensión
• Al medir la tensión, el aparato de medición siempre se conecta en paralelo en relación con la unidad
consumidora. La caída de tensión a través de la unidad consumidora corresponde a la caída de tensión
a través de la unidad de medición.
• La resistencia intrínseca del aparato de medición debería ser de alta impedancia con el fin de ejercer la
menor influencia posible en el circuito objeto de la medición.
U
V
P
Medición de tensión
–
Describa la influencia que tiene la resistencia intrínseca del aparato de medición en la operación de
medición.
Cualquier aparato utilizado para medir la tensión (voltímetro) tiene una resistencia intrínseca. Para
minimizar el error de medición, el flujo de corriente a través del aparato de medición debe ser mínimo.
Ello significa lo siguiente: la resistencia intrínseca del voltímetro debe ser la mayor posible.
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Medición de resistencia
La resistencia de una unidad consumidora incluida en un circuito de corriente continua puede medirse de
modo directo o indirecto.
Medición indirecta
• En el caso de la medición indirecta, se mide la intensidad de la corriente que fluye a través de la unidad
consumidora y la caída de tensión que se produce por efecto de dicha unidad consumidora.
• Ambas mediciones pueden realizarse de modo consecutivo o simultáneamente.
• A continuación se calcula la resistencia aplicando la ley de Ohm.
I
A
U
V
P
Medición indirecta de la resistencia
Medición directa
• Separe la unidad consumidora retirándola del circuito.
• Durante la operación de medición, la unidad consumidora no debe estar conectada a una fuente de
tensión.
• Ajuste la modalidad de funcionamiento y el margen de medición en el aparato de medición.
• Conecte la unidad consumidora al aparato de medición y lea el valor de resistencia.
Ω
P
Medición directa de la resistencia
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13
Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
–
Explique por qué no debe conectarse la unidad consumidora a una fuente de tensión si se efectúa una
medición directa de la resistencia.
En el caso de una medición directa de la resistencia no debe conectarse la unidad consumidora a una
fuente de tensión porque el aparato de medición determina el valor de resistencia en función de una
tensión o intensidad interna determinada.
Forma de proceder al efectuar mediciones en un circuito eléctrico
• Desconecte la alimentación de tensión del circuito.
• Ajuste en el multímetro la modalidad de funcionamiento (medición de corriente o de tensión).
• Tratándose de un instrumento de medición con manecilla, controle el punto cero y, si es necesario,
ajústelo correctamente.
• Seleccione el margen de medición mayor para que la manecilla del aparato analógico se mantenga
dentro de la escala al efectuar la medición.
• Al medir tensión continua y corriente continua, conecte el aparato sin confundir los polos.
• Conecte la alimentación de tensión al circuito.
• Observe el movimiento de la manecilla o el valor indicado y reduzca paso a paso el margen de medición.
• Cuando se obtiene el movimiento máximo de la manecilla (con el margen de medición más pequeño
posible), lea el resultado.
• Si se trata de un aparato de medición con escala y manecilla, siempre leer perpendicularmente para
evitar errores de lectura.
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Mediciones relacionadas con la ley de Ohm
Compruebe las relaciones que se especifican en la ley de Ohm, llevando a cabo las pruebas
correspondientes en el laboratorio. Para ello, determine las líneas características de I = f(U) con resistencia
constante y de I = f(R) con tensión constante.
Línea característica U-I de una resistencia óhmica
– Seleccione una resistencia de R = 330 Ω.
– Compruebe la resistencia R seleccionada efectuando una medición directa de la resistencia sin tensión.
– Efectúe el montaje del circuito con la resistencia R.
I
A
U = 0 – 10 V
R
U
V
Circuito de medición con R = 330 Ω
Identificación
Denominación
Valores
R
Resistencia
330 Ω/2 W
–
Multímetro digital
–
Fuente de alimentación eléctrica para
–
–
EduTrainer®
Lista de componentes
–
Modifique la tensión desde U = 0 V hasta U = 10 V en pasos de 2 V y mida en cada caso la intensidad I.
Apunte los valores medidos en la tabla.
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Tensión U (V)
Intensidad I (mA)
0
0
2
5,9
4
11,65
6
17,6
8
23,45
10
29,33
Resultados de la medición: I= f(U), R = 330 Ω
Represente los resultados de la medición mediante una gráfica. Incluya los valores medidos en el
diagrama.
Intensidad I
–
40
mA
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
V
10
Tensión U
Línea característica U-I, R = 330 Ω
–
Describa la dependencia existente entre la intensidad I y la tensión U, siendo constante la resistencia R.
La línea característica de U-I es una recta. Ello significa lo siguiente:
al aumentar la tensión, aumenta la intensidad en la misma medida. La intensidad es proporcional a la
tensión.
I ~U
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Línea característica R-I de una resistencia óhmica
A continuación, determine la línea característica I = f(R) sin variar la tensión.
–
Efectúe el montaje según el esquema.
I
A
U = 10 V
R
U
V
Circuito de medición con variación de las resistencias
Identificación
Denominación
Valores
R
Resistencia
100 Ω/2 W
R
Resistencia
220 Ω/2 W
R
Resistencia
330 Ω/2 W
R
Resistencia
470 Ω/2 W
R
Resistencia
680 Ω/2 W
R
Resistencia
1 kΩ/2 W
–
Multímetro digital
–
–
Fuente de alimentación eléctrica para
EduTrainer®
–
Lista de componentes
–
–
–
Conecte una tensión constante de U = 10 V al circuito.
Incluya entre 6 y 8 resistencias diferentes desde 100 Ω hasta 1 kΩ en el circuito y mida cada vez la
intensidad I.
Apunte los valores medidos en la tabla.
Incluya las resistencias utilizadas en la tabla.
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
Resistencia R (Ω)
Intensidad I (mA)
100
97,3
220
45,0
330
30,2
470
21,1
680
14,5
1000
9,9
Resultados de la medición: I = f(R), U = 10 V
–
Represente los resultados de la medición mediante una gráfica. Incluya los valores medidos en el
diagrama.
Intensidad I
100
mA
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Ω
1000
Resistencia R
Línea característica R-I, U = 10 V
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
–
Describa la dependencia existente entre la intensidad I y la resistencia R, siendo constante la tensión U.
Al aumentar la resistencia, disminuye la intensidad. La intensidad es inversamente proporcional a la
resistencia.
I~
1
R
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Ejercicio 1: Análisis de circuitos eléctricos y comprobación de leyes físicas
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