Instalaciones Eléctricas

Guía del Alumno
Instalaciones Eléctricas
Ciencias
FORTALECIMIENTO DE LA FORMACIÓN GENERAL COMO BASE DE SUSTENTACIÓN DEL
ENFOQUE DE COMPETENCIAS LABORALES DE LA FORMACIÓN DIFERENCIADA DE LA EMTP
Manual de Fortalecimiento de la Formación General como Base de Sustentación de la
Formación Diferenciada de Educación Media Técnico Profesional.
Material Elaborado por el Nivel de Educación Media
División de Educación General
Ministerio de Educación
República de Chile
Av. Bernardo O’higgins Nº 13710
Santiago de Chile.
Coordinación Editorial:
Erika López Escobar
Profesional Secretaría Ejecutiva
Educación Técnico Profesional
Ministerio de Educación
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso:
Coordinadora: Francisca Gómez Ríos
Diseño Gráfico:
José Pablo Severin Fernández
Registro de Propiedad Intelectual N° 221.330 de 01 de octubre de 2012.
Guía del Alumno
4º Medio
Módulo de la Formación Diferenciada:
Instalaciones Eléctricas
Sector de la Formación General:
Ciencias
Unidad:
La Electricidad
Introducción
La presente guía está dirigida a los alumno y alumnas de Cuarto año
Medio. A través de ella conoceremos como los átomos que conforman
toda la materia nos ayudan en cosas tan cotidianas como encender
una lámpara.
En los niveles anteriores han conocido que los átomos son las partículas
más pequeñas que conocemos, las que a su vez están constituidos
por Sub-unidades. (Protones, Electrones Neutrones) La figura 1 nos
muestra un átomo, donde se ubica en el centro o núcleo los PROTONES
(con carga Positiva) y los NEUTRONES (con carga Neutra) y orbitando
o alrededor del núcleo se encuentran los ELECTRONES (Con carga
Negativa).
Figura 1: Átomo
Los electrones se mueven constantemente, de esta forma los átomos
ganan y pierden electrones según la actividad que estén realizando.
Este movimiento es muy importante en los fenómenos eléctricos y
químicos.
Vamos a comenzar esta unidad estableciendo un desafío, este
desafío implica resolver un caso real al que se enfrenta un eléctrico.
Desarrollaremos los pasos de solución de una situación problema, y
aprenderemos cómo la energía trasporta electrones.
Ruta de Aprendizajes Esquematizada
A continuación presentamos la ruta de aprendizajes que vamos a
seguir en esta guía:
Diseñar y evaluar
un modelo de
circuito
Conocer las bases de
la corriente eléctrica
Indagar sobre
conceptos físicos
relacionados a la
situación problema
de
ios
cic b
jer lom
re u
za Co
ali de
Re ley
la
Realizar ejercicios
de la ley de Ohm
Diferenciar entre
corriente continua
y alterna. Aplicar a
situaciones diarias
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Instalaciones Eléctricas - Ciencias
Actividad Inicial: Conocimientos Previos
Los conocimientos Previos nos permite conocer lo que tú sabes, para
iniciar el estudio de los nuevos
aprendizajes.
En forma individual:
1. Recorta con tus manos unos trozos de papel
2. Toma una regla y frótala en tu cabeza. También puede ser un lápiz
plástico
3. Acerca lo mas posible la regla a los papeles picados sin tocarlos
4. Responde las siguientes preguntas
a) ¿Qué ha pasado?
b) ¿Por qué crees tú que ha ocurrido esto?
Veamos esta explicación en:
http://www.aesgener.cl/Amigosdelaenergia/medios/video/globo.html#
http://www.aesgener.cl/Amigosdelaenergia/aesgener.htm
Situación Problema
A continuación te invito a conocer un problema real del área de
electricidad y posteriormente buscaremos una forma que nos permita
resolverlo
El Club Social “Los Buenos Amigos”, requiere habilitar un salón de eventos, de 24
metros de largo por 10 metros de ancho, el cual carece de instalación eléctrica. El
Club ha solicitado a la empresa “ELECTRON” realizar este trabajo.
Carlos es el encargado de entregar un diagrama de circuito para la iluminación
del salón.
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Guía del Alumno
1
Comprendamos el Problema
Ahora realizaremos algunas actividades para poder comprender bien
el problema y posteriormente darle solución
Actividad 1
Lee ahora el problema laboral junto a tus compañeros del grupo
y luego discute los principales aspectos involucrados.
Después de estas acciones, en grupo contesten las siguientes
preguntas:
¿Cuál es el problema que plantea este caso?
¿Cuáles son las restricciones a considerar para este caso?
¿Cuál es el producto que debe entregar Carlos?
La comprensión del problema implica la forma en que entiendes el texto,
los diagramas, las fórmulas o tablas
que contiene, es decir, toda la información que contiene el problema
planteado. Luego si has comprendido el problema podrás formular
tus propias hipótesis y las relaciones
existentes entre ellas, podrás demostrar la comprensión de conceptos
relevantes y podrás utilizar tus conocimientos propios para entender la
información dada.
EXTRAER INFORMACIÓN:
Nos permite extraer información explícita e implícita y relacionarla con
el problema laboral.
Actividad 2
¿Qué información necesitamos saber para ayudar a Carlos a resolver
su problema?
Lee con atención
Te invito a conocer e indagar sobre los diagramas eléctricos y de esa
forma ayudar a Carlos con su problema…
Diagramas Eléctricos.
Al igual que los arquitectos realizan maquetas o modelos de las
casas que construirán, y los diseñadores de vestuario realizan dibujos
o esquemas de sus vestidos, los eléctricos realizan diagramas
eléctricos.
Se llaman diagramas eléctricos a los dibujos, representaciones, mapas
o planos que se realizan de los Circuitos Eléctricos.
Un diagrama permite hacernos una idea de cómo sería en la realidad
el circuito. Indica donde estarán ubicados sus componentes de
acuerdo a las normas físicas y la relación de los mismos componentes
o dispositivos del circuito real.
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Instalaciones Eléctricas - Ciencias
Componentes de un circuito.
Para realizar un circuito eléctrico se requieren esencialmente tres
componentes que son fundamentales, de no encontrarse en el
diagrama en realidad no representaría a un circuito eléctrico; estos
tres elementos son:
•
•
•
Una fuente eléctrica de fuerza electromotriz (FEM), que suministre
la energía eléctrica necesaria la que se mide en volt. Por ejemplo
una batería. Siempre la reconoceremos por el símbolo (E)
El flujo de una intensidad de corriente de electrones que se mide
en amperes (A). Lo reconoceremos con el símbolo (I)
Una resistencia o carga la que se mide en ohm, conectada al circuito,
que consuma la energía que proporciona la fuente de fuerza
electromotriz y la transforme en energía útil. La reconoceremos
por el símbolo (R)
Actividad
Identifica mediante letras y líneas en las siguientes figuras los tres
componentes básicos de un circuito:
Importante:
Se ha establecido una convención para el sentido de circulación de la
corriente eléctrica que corresponde al sentido opuesto a la circulación de los
electrones. En el caso de las pilas y baterías, los electrones se mueven en el
sentido que va desde el polo negativo (-) al polo positivo (+) y la corriente
eléctrica tiene entonces el sentido opuesto.
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Guía del Alumno
Ley de Ohm.
En el Siglo XIX el físico alemán Georg Simon Ohm estudió el
comportamiento de los distintos materiales como conductores de la
corriente eléctrica.
Para ello montó un circuito simple con una pila para suministrar la
diferencia de potencial o voltaje, y un conductor metálico con longitud
y diámetro fijo. A medida que aumentaba el voltaje de la pila, observó
que también aumentaba el valor de la corriente eléctrica que fluía
a través del conductor. Los resultados que obtuvo fueron como los
muestra la siguiente tabla:
Voltaje de Pila
(V)
1
2
3
4
5
10
15
Corriente en el
conductor(A)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
1
1,5
Figura: George Simon Ohm
Aumentó el diámetro del conductor y observó que también disminuyó
el valor de la constante. Realizó muchos experimentos con distintos
materiales y llegó a la conclusión que la constante era la resistencia
que oponía el conductor al flujo de la corriente eléctrica. Descubrió
una ley, a partir de la experiencia, que es válida para muchos materiales
(fundamentalmente metales) la que se conoce actualmente como la
Ley de Ohm, la que se expresa en:
I=V
R
Figura: Circuito eléctrico simple
Claves para Aplicar la ley de Ohm
La Intensidad siempre se expresa en Amperes
La Tensión siempre se expresa en Volts
La Resistencia siempre se expresa en Ohms
Realicemos algunos Ejercicios…
Realiza en forma individual los siguientes ejercicios y luego comparte los resultados con tu grupo de trabajo. Tu profesor te ayudará luego a corregirlos
si es necesario.
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Instalaciones Eléctricas - Ciencias
1. Un electroimán requiere una intensidad de 1,5 Amperes para
funcionar correctamente, y al medir la resistencia de la bobina
resulta ser de 24 Ohms ¿Qué tensión habría que aplicar para que
trabaje el electroimán?
2. Un soldador eléctrico cuando baja absorbe 2,4 Amperes de la
línea eléctrica domiciliaria de 240 Volts. ¿Qué resistencia tiene?
3. ¿Qué intensidad de corriente atraviesa un resistor de 68 Kiloohms
cuando la caída de la tensión que se produce sobre sus extremos
es de 1,36 Volts?
4. ¿Qué resistencia se necesita para reducir la intensidad de la
corriente que produce una FEM de 10 Volts solamente a 5
miliamperes
Veamos un video que presentará el profesor….
Luego de ver el video contesta las siguientes preguntas:
1. ¿Qué es la corriente eléctrica?
2. ¿Que es la diferencia de potencial?
3. ¿Cuántos tipos de corriente señala el video?
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Guía del Alumno
Aprendamos un poco más sobre la Corriente Eléctrica
La unidad de carga eléctrica (coulomb) lleva ese nombre en honor al
físico inglés Charles Augustin de Coulomb (1736-1805) quien estudió
la fuerza que aparece entre partículas cargadas.
La fuerza eléctrica es una de las otras fuerzas fundamentales de la
naturaleza, las otras tres son: gravitacional, fuerte y débil.
Cuando las cargas eléctricas se mueven en una misma dirección se
genera la corriente eléctrica. El estudio de las cargas en movimiento
se llama electrodinámica.
La corriente eléctrica es la que permite el funcionamiento de los
artefactos eléctricos que hay en nuestras casas (un televisor, una radio,
encender una ampolleta etc).
Si quisiéramos medir o contar la cantidad de carga de una corriente,
entonces estamos considerando la intensidad de corriente eléctrica
que corresponde a la cantidad de carga que pasa por una sección
transversal de un conductor por unidad de tiempo. La relación
matemática que resume lo anterior es:
I = Q
t
I = Intensidad de la corriente eléctrica expresada en Ampere (A)
Q = Carga eléctrica expresada en Coulombs (C)
t = Tiempo expresado en segundos (seg.)
Realicemos algunos Ejercicios sobre Corriente Eléctrica
1. ¿Cuál es la corriente eléctrica que circula por un cable de cobre si
por él circulan 1,4 C en 0,5 segundos?
2. ¿Cuánto tiempo demorarán 20 C en cruzar por un punto de un
conductor en el que circulan A?
3. Un alambre de Aluminio esta recorrido por una corriente de 30
mA. Calcula la carga eléctrica que atraviesa una sección recta del
alambre cada media hora.
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Instalaciones Eléctricas - Ciencias
4. Una ampolleta está recorrida por una corriente de 454 mA. Calcula
el número de electrones que pasan por el filamento de la ampolleta
por cada minuto de funcionamiento.
Corriente Continua v/s Corriente alterna.
Existen dos tipos de corrientes, las diferencias entre ellas radica en la
forma en que circulan los electrones a través de ella.
Si los electrones circulan en un sólo sentido de llamar Corriente
Continua (CC). Pero si los electrones cambian constantemente de
dirección se llama Corriente Alterna (CA)
Corriente Continua
Corriente Alterna
Actividad:
A) Investiga sobre tres ejemplos de corriente continua presentes en
nuestra vida diaria
1.
2.
3.
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Guía del Alumno
B) Investiga tres ejemplos de corriente alterna presentes en nuestra
vida diaria
1.
2.
3.
Ejercitemos
¿Cuánta electricidad se espera consumir en el Salón del Club
Social?
Este ejercicio nos ayudará a determinar la electricidad que consumirá
la sede del Club Social. Para ello, primero debemos averiguar que
equipos necesitarán corriente eléctrica y el número.
Para ayudarnos en este ejercicio utilizaremos la siguiente tabla:
•
•
•
En la columna uno indica el aparato eléctrico presente en casa y su
potencia en Watt.
La columna dos indica el número de ese aparato que hay en el
club Social.
La tercera columna indica el total de gasto de esos aparatos en
Watt.
1
Aparato eléctrico +
Potencia (W)
2
Cantidad de aparatos
que hay en mi casa
3
Potencia (W)
Ejemplo: Ampolleta (60 W)
6
360 W
Una vez desarrollada la tabla es posible calcular la potencia total que
se consume en casa sumando los valores de la columna tres. Esto nos
indica la potencia gastada por segundo si todos los aparatos estuvieran
funcionando simultáneamente.
¿Cuál es la corriente máxima que requiere el salón?
Evaluemos lo aprendido hoy en este Test On-Line:
http://www.tuveras.com/test/testelectricidad.htm
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Instalaciones Eléctricas - Ciencias
Investiguemos un poco más…
Luego de haber aprendido un poco más sobre la corriente eléctrica,
te invitamos a seguir indagando. Puedes usar como referencia tu texto
de estudio, libros que estén disponibles en la biblioteca de tu colegio
o te sugerimos las siguientes páginas Web.
Esta página Web permite explorar
rápidamente por conceptos de
Átomos, corriente eléctrica, circuito eléctrico.
http://platea.pntic.mec.es/
curso20/34_flash/html8/
Este Sitio Web Chileno, te permitirá indagar en el tema de la energía.
http://www.aesgener.cl/
Amigosdelaenergia/aesgener.htm
Preguntas Orientadoras para Investigar.
1. ¿Qué es un cortocircuito?
2. ¿Qué dispositivos se pueden utilizar para evitar un cortocircuito?
3. ¿Qué relación hay entre los átomos y la corriente eléctrica?
2
Diseño experimental
Ahora que has comprendido el problema planteado y tienes información suficiente, nos corresponde
definir una secuencia de acciones
que permitan resolver el problema
utilizando tus conocimientos científicos.
Trazar un plan
Reúnete con tu equipo de trabajo. A continuación se definen los datos
que le faltan a Carlos para realizar su diseño eléctrico.
El Diagrama
Dibuja un diagrama en formato papel del circuito. Entrega a tu
profesor(a) el diseño que han construido, Agrega comentarios sobre
lo que hiciste, por ejemplo: explicación de la simbología, lo que más
les costó, los materiales utilizados, etc.
Para la construcción del diagrama se establecen las siguientes
condiciones en relación al número de componentes:
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Componentes
N°
Ampolletas
6
Enchufes
2
Interruptores
2
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Diagrama Electrónico
Comentarios:
3 Desarrollar el Plan
Ahora que ya sabemos bastante, con ayuda de tu profesor realizaremos
un diseño de circuito electrónico.
Para ello utilizaremos el programa:
En esta parte veremos si nuestro
diseño propuesto en el papel es realmente funcional.
Electronics Work Bench
Este programa te ayudará a realizar tu diseño y además podrás
comprobar si el diseño realmente funciona.
Pide ayuda a tu profesor para utilizarlo… es muy simple, necesitarás
ayuda con algunos símbolos que se presentan a continuación:
Simbología de Circuitos
Para la construcción de tu diseño en el programa, necesitaras reconocer
algunos símbolos que se usan en la construcción de circuitos. Aquí se
presentan algunos de ellos.
Este programa, al igual que cualquier software que permita construir
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Instalaciones Eléctricas - Ciencias
Este programa, al igual que cualquier software que permita construir
diseños eléctricos, también nos permite visualizar si los componentes
están bien o mal ubicados en el circuito eléctrico.
Comprobar Resultados
En base al diseño y prueba que realices en el programa o en el
Protoboard,es posible que hayas tenido que modificar tu diagrama
inicial, si es así, dibuja el nuevo diseño indicando claramente la
posición de sus componentes.
Entrega a tu profesor(a) el diseño que han construido, Agrega
comentarios sobre lo que hiciste, Por ejemplo: explicación de la
simbología; explicación del modelo; lo que más les costó realizar etc.
Compartamos lo Aprendido
Una actividad de la investigación
muy importante es la comunicación,
publicación o divulgación de nuestro
trabajo.
De no ser así, no existiría el avance
científico y tecnológico que hoy
conocemos y tenemos la posibilidad
de utilizar.
Ahora vamos a revisar todo lo que has hecho para poder organizarlo y
poder presentarlo al resto del curso.
En base a todo lo que han realizado, construyan una exposición del
trabajo en forma grupal y de la forma más creativa posible.
Aquí se muestra una pauta para seguir.
Acción
Presentar el problema
Principales conceptos aprendidos
Diseño del modelo
Diseño Modificado
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Resultado
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Pauta de Evaluación - Disertación
Aquí, se muestra una pauta de evaluación del trabajo realizado. ¡Lean con atención!
Área
No logrado (1 Punto)
Medianamente logrado (2 Puntos)
Logrado (3 Puntos)
Introducción
Se percibe una descripción
poco clara de la situación
problema.
Principales
conceptos
aprendidos
Presenta los contenidos
Presenta los contenidos aprendidos.
aprendidos con importantes
errores
Presenta los contenidos aprendidos
en forma clara, incorporando nuevos
conceptos.
Diagrama
Electrónico
La exposición del Diagrama
electrónico no es clara ni
coherente
Describe con claridad cada uno de
los pasos realizados en el Diagrama
electrónico, explica claramente la
simbología utilizada.
Puntaje Obtenido
Sólo se presenta parte de los elementos Existe una presentación clara de la
esenciales , pero en algo contribuye a
situación problema.
la comprensión de la situación problema.
Describe el diagrama electrónico, pero
no explica la simbología utilizada.
Durante la exposición de tus compañeros, pon mucha atención.
Es posible que ellos tengan un modelo diferente y que se hayan
enfrentado a otros problemas.
Anímate a hacerles preguntas sobre sus resultados…
Por ejemplo:
¿Qué plan de trabajo realizaron?
¿Cuáles fueron las principales dificultades del problema?
Para finalizar….
Responde a las siguientes preguntas:
¿Qué aprendí?
¿Cómo lo aprendí?
¿En qué se diferencia el primer modelo del que construimos finalmente?
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