Alumnos:
Baltazar Dionicio Aisaid Guidalthi
Ramirez Valadez Edgar
Sosa Balderas Carlos Manuel
Toledo Ceron Gustavo
mision:
en este curso se planea que los alumnos cumplan con los temas establecidos en el programa
Vision:
se espera que los alumnos comprendan de la mejor forma los temas tomando encuenta que el alumno maneje a la perfecion estos temas
LEY DE GAUSS
Johann
Carl Friedrich Gauss (30 de abril de 1777, Brunswick – 23 de febrero de 1855,
Göttingen), fue matemático, astrónomo y físico alemán que contribuyó
significativamente en muchos campos, incluida la teoría de números, el análisis
matemático, la geometría diferencial, la geodesia, el magnetismo y la óptica.
Las
contribuciones de Gauss a las matemáticas van desde la más pura teoría de
números hasta los problemas prácticos de astronomía, magnetismo y topografía.
Realizó grandes aportaciones en todas las ramas de las matemáticas en las que
trabajó. Llegó a publicar alrededor de 155 títulos.
En
electromagnetismo, destaca que a partir de 1831 comenzó a trabajar con el
físico Wilhelm Weber en la investigación teórica y experimental del magnetismo
Ambos inventaron un magnetómetro y organizaron en Europa una red de
observaciones para medir las variaciones del campo magnético terrestre. Gauss
pudo demostrar el origen del campo estaba en el interior de la tierra. Gauss y
Weber trabajaron también con las posibilidades del telégrafo, el suyo, fue
probablemente el primero que funcionó de manera práctica, adelantándose en 7
años a la patente de Morse. Además también destacan sus estudios en
electricidad y en magnetismo donde enunció la ley que describimos a
continuación.
Ley
de Gauss para el campo magnético
Gauss
estudio el campo eléctrico relacionando el flujo eléctrico con las superficies
cerradas. Tras sus estudios llegó a la conclusión de que el flujo eléctrico a
través de una superficie cerrada era igual a:
Donde E0 es la permeabilidad eléctrica del vacío.
Este
descubrimiento se traduce en la inexistencia de monopolos magnéticos y, por
tanto, que las líneas de campo magnético sean siempre cerradas.
Ejemplo 1:
Una esfera aislante de radio a tiene una
densidad de carga uniforme y una carga
positiva total Q. Hallar el campo eléctrico en r>a y r<a.
Para r>a el campo eléctrico es el
creado por la carga total positiva Q, representado en la figura 5.6 a). Por
razón de simetría, el campo es radial en todo punto y su valor será el mismo en
todos los puntos situados a la misma distancia r del centro de la distribución.
Por lo tanto, si se elige como superficie gaussiana una esfera concéntrica de
radio r, en cualquier punto de ella En=E=constante. Se tiene así:
De donde: 
El campo
eléctrico fuera de la esfera es idéntico al que produce una carga puntual Q en
el centro de la esfera.
Igual que en el
ítem anterior, E es radial y su valor depende únicamente de la distancia desde
el centro de la esfera. Por lo tanto, se utiliza superficies gaussianas
esféricas con el mismo centro de la distribución. Para obtener el campo dentro
de la distribución de carga, se toma r<a figura 5.6 b). La carga contenida
en la esfera gaussiana depende únicamente del radio r. La densidad de la
distribución es:
Por
lo tanto la carga neta contenida en la esfera gaussiana de radio r es el
producto de su volumen por la densidad de carga:
La ley de Gauss
para este caso es
De
donde
El
campo eléctrico aumenta linealmente con r para puntos dentro de la esfera
cargada, siendo máximo el campo en r=a.
Se
muestra un gráfico de E contra r para la distribución uniforme de carga.
André-Marie
Ampére nació en Lyon, Francia el 20 de enero de 1775. Fue considerado como uno
de los descubridores del electromagnetismo. Es conocido por sus importantes
aportes al estudio de la corriente eléctrica y el magnetismo, que
contribuyeron, junto con los trabajos del danés Hans Chistian Oesterd, al
desarrollo del electromagnetismo.
Sus
teorías e interpretaciones sobre la relación entre electricidad y magnetismo se
publicaron en 1822, en su Colección de observaciones sobre electrodinámica y en
1826, en su Teoría de los fenómenos electrodinámicos.
Ampére
descubrió las leyes que hacen posible el desvío de una aguja magnética por una
corriente eléctrica, lo que hizo posible el funcionamiento de los actuales
aparatos de medida. Descubrió las acciones mutuas entre corrientes eléctricas,
al demostrar que dos conductores paralelos por los que circula una corriente en
el mismo sentido, se atraen, mientras que si los sentidos de la corriente son
opuestos, se repelen.
Donde
es
un vector perpendicular a la superficie en cada punto.
Como
las líneas del campo magnético son cerradas (no existen monopolos), el flujo a
través de cualquier superficie cerrada es nulo:
Por tanto, al contrario
de lo que ocurría con la ley de Gauss, el flujo del campo magnético no puede
emplearse para calcular campos magnéticos.
La ley que nos
permite calcular campos magnéticos a partir de las corrientes eléctricas es la
Ley de Ampère. Fue descubierta por André - Marie Ampère en 1826 y se enuncia:
La integral del
primer miembro es la circulación o integral de línea del campo magnético a lo
largo de una trayectoria cerrada, y:
μ0 es la
permeabilidad del vacío
dl es un vector
tangente a la trayectoria elegida en cada punto
IT es la
corriente neta que atraviesa la superficie delimitada por la trayectoria, y
será positiva o negativa según el sentido con el que atraviese a la superficie.
Campo magnético
creado por un hilo infinito
Como aplicación
de la ley de Ampère, a continuación se calcula el campo creado por un hilo
infinito por el que circula una corriente I a una distancia r del mismo. Las
líneas del campo magnético tendrán el sentido dado por la regla de la mano
derecha para la expresión general del campo creado por una corriente, por lo
que sus líneas de campo serán circunferencias centradas en el hilo, como se
muestra en la parte izquierda de la siguiente figura.
Ejemplo 2:
Para aplicar la
ley de Ampère se utiliza por tanto una circunferencia centrada en el hilo de
radio r. Los vectores y 
son paralelos en todos los puntos de la misma,
y el módulo del campo es el mismo en todos los puntos de la trayectoria. La
integral de línea queda:
son paralelos en todos los puntos de la misma,
y el módulo del campo es el mismo en todos los puntos de la trayectoria. La
integral de línea queda:
Empleando la ley
de Ampère puede calcularse el campo creado por distintos tipos de corriente.
Dos ejemplos clásicos son el del toroide circular y el del solenoide ideal (*),
cuyos campos se muestran en la siguiente tabla.
(*) Un solenoide
ideal es una bobina de longitud grande cuyas espiras están muy juntas. En la
expresión del campo magnético que crea, n es el número de espiras por unidad de
longitud.
Referencias
Bibliográficas.
quintans.webs.uvigo.es/...electromagnetismo/electromagnetismo_leyes.ht..
hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/amplaw.html
Practica 1
Objetivo:
Demostrar mediante definiciones y ejemplos la comprensión del tema de
magnetismo, inducción y repetividad.
Antecedentes:
Hace más de dos
mil años en la ciudad de Magnesia en Turquía se descubrió una roca negra la
cuál atraía al hierro, al cual lo nombraron magnetita o piedra imán .Y a la
fuerza de atracción se le conoce como magnetismo, y al objeto que ejerce una
fuerza magnética se le llama imán.
Más adelante se
descubrió la brújula al colgar en un troza de hilo y delgado de la roca negra
de magnesia siempre daba vueltas y se desvía apuntando al polo norte un extremo
y el otro al polo sur.
William Gilbert
(1540-1603) estableció la ley de la fuerza magnética que dice “ polos
magnéticos iguales se repelen y polos magnéticos se atraen”
No existen polos
aislados, no importa cuántas veces se rompa un imán por la mitad, cada pieza
resultante será un imán con un electrón polo norte y un polo sur.
Introducción:
Campos
Magnéticos
Los imanes están
rodeados por un espacio en el cual se manifiestan sus efectos magnéticos
.Dichas regiones se llaman campos magnéticos. Las líneas decampo magnético,
llamadas líneas de flujo, son muy convenientes para visualizar los campos
magnéticos.
Teoría moderna del magnetismo
El magnetismo es
el resultado del movimiento de los electrones en los átomos de las sustancias.
Por lo tanto el magnetismo es una propiedad de la carga en movimiento y está
estrechamente relacionado con el fenómeno eléctrico. La polaridad magnética de
los átomos se basa principalmente en el espín de los electrones y se debe sólo
en parte a sus movimientos orbitales alrededor del núcleo.
Además, los
campos magnéticos de todas las partículas deben ser causados por cargas en
movimiento y tales modelos nos ayudan a describir los fenómenos.
La teoría del
magnetismo demuestra que para gran número de los efectos magnéticos observados
en la materia. Por ejemplo, una barra de hierro no magnetizada se puede
Transformar en
un imán simplemente sosteniendo otro imán cerca de ella o en contacto con ella.
Este proceso, llamado inducción magnética. La inducción magnética se explica
por medio de la teoría del dominio.
El magnetismo
inducido suele ser sólo temporal, y cuando se retira el campo los dominios
gradualmente vuelven a estar desorientados. Si los dominios permanecen
alineados en cierto grado después de que el campo se ha eliminado, se dice que
el material está permanentemente magnetizado. La capacidad de retener el
magnetismo se conoce como repetividad.
Densidad de flujo y permeabilidad
Ya se ha
establecido que las líneas del campo eléctrico se dibujan de modo que su
espaciamiento en cualquier punto permita determinar la fuerza del campo eléctrico
en ese punto. El número de líneas ?N dibujadas a través de la unidad de área ?A
es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico E.
?N
=
e E
?A
La constante de
proporcionalidad e, que determina el número de líneas dibujadas, es la
permisividad del medio a través del cual pasan las líneas. Es una descripción
análoga de un campo magnético considerando al flujo magnético F que pasa a
través de una unidad de área perpendicular A' A esta razón B se le llama
densidad de flujo magnético.
La densidad de
flujo magnético en una región de un campo magnético es el número de líneas de
flujo que pasan a través de una unidad de área perpendicular, en esa región.
B = F (flujo) / A 1 (área) (2)
Materiales:
Ø Aceite
Vegetal Imanes
(Dona)
Ø Vidrio
Ø Aluminio
Ø Acero
Imanes de
Neodimio
Ø Molde
Desarrollo:
1.- primero
observamos la polaridad de los imanes, posteriormente hicimos el experimento de
poner aluminio triturado, en una hoja de papel el cual se colocaron dos imanes
debajo del mismo este era el paramagnético.
La unidad del
flujo magnético en el SI es el weber (Wb). La unidad de densidad de flujo debe
ser entonces webers por metro cuadrado, que se re define como tesla (T). Una
antigua unidad que todavía se usa hoy es el gauss (G). En resumen,
1 T = 1 Wb/m 2 = 10 4 G
2.- A continuación se hizo otro experimento, en el cual se tiene que
observar la polaridad de los imanes y
como atraen las partículas de estos materiales, se utilizo vidrio triturado este es llamado diamagnético.
Permeabilidad Relativa (μr) = (10ˆ-6/*k) Vidrio
8.6
3.-En
este experimento se realizo el
ferromagnético en este se utilizo aluminio triturado se pusieron los imanes de
diferentes formas para observar el comportamiento de generar un campo
magnético.
4.- En el experimento del aceite vegetal
introducimos imanes de neodimio y le vaciamos un poco de acero para
observar cómo se formaba los campos unos
atrae mas que el imán normal.
Conclusiciòn:
Bueno como conclusión a todo esto que hemos visto
podemos decir en resumen que, el magnetismo es un fenómeno físico por el que
los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales.
El magnetismo se utiliza para el diseño de todos los motores y generadores, y
electroimanes.
Las fuerzas magnéticas son producidas por el
movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica
la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. La fuerza magnética
entre imanes y/o electroimanes es un efecto residual de la fuerza magnética
entre cargas en movimiento.
Los motores de corriente continua convierten la
energía eléctrica en energía mecánica.
Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el
voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la
rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie
cualquiera con el circuito como borde.
Ley de Lenz: una corriente inducida fluirá en una
dirección tal que por medio de su campo magnético se opondrá al movimiento del
campo magnético que la produce.
LEY DE COULOMB POSTULADOS
Esta ley postula que la fuerza
eléctrica entre dos partículas cargadas estacionarias es:
·
inversamente proporcional al cuadrado aplicado a
la separación r entre las partículas y está dirigida a lo largo en la línea que
las une.
·
proporcional al producto en las cargas q1 y q2.
·
atractiva si las cargas tienen signo opuesto y
repulsiva si las cargas tienen igual signo.
La fuerza de atracci&iocute;n
o repulsi&iocute;n entre dos cargas puntuales es inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia que las separa y directamente proporcional al
producto de sus cargas.
ASKAREL
Es un aceite
oscuro, no flamable, utilizado como un aislante y refrigerante, debido a sus
resistencias a temperaturas extremas (bajas o altas) por el gran potencial
toxico y contaminante es altamente peligroso y carcinógeno.
Ø Transformadores eléctricos y condensadores (AV,BV)
Ø
Motores electromagnetos, interruptores
y reguladores.
Ø Cables eléctricos con óleo y fluidos aislantes.
Ø
Balastos y antiguos electrodomésticos
(TV, HORNOS, etc.).
Ø Sistema hidráulico y transferencia de calor.
Ø
Lubricantes de turbina de gas y de vapor.
Ø Sellos de cierre de bombas de vacío.
Ø
Aceites de corte y de moldeo,
compresores de gases.
Ø Plastificantes de adhesivos, cauchos, selladores, etc.
Ø
Solventes de pinturas, tintas y lacas o
barnices.
Ø Plaguicidas, agroquímicos, y barras detergentes.
Ø
Materiales de construcción: Asfaltos,
filtros, paneles, etc.
Ø Agentes desempolvantes y aceites de inmersión.
Ø
Tratamiento de madera y análisis de
viscosidad.
¿Por qué dejo de usarcé?
EFECTOS EN LA
SALUD
ü Trastornos
dermatólogos (CLORACNÉ) por vapores.
ü Trastornos
de sistema nervioso central dolor de
cabeza, mareos, depresiones, nerviosismo y fatiga.
ü Pérdida
de peso, disfunciones inmunológicas, problemas reproductores.
ü Lesión
hepática: somnolencia, indigestión, nausea, ictericia, crecimiento del
hígado y debilidad (1 a 2mg/m^3)
ü Efectos
carcinógenos (1mg /m^3 Produce cáncer)
MEDIO
AMBIENTE
·
Lipofilicos (acumulan
el tejido grasos)
·
Se acumulan en los sedimentos acuosos.
·
Consumidos por especies que se alimentan en
lecho marino.
·
Propiedades anti astro
génicas (inhiben calcio en la cascara
del huevo)
·
Propiedades anti
estrógenos, efectos en la reproducción de los machos.
·
Humo en la quema
contaminada aire tierra y agua.
TABLA
FERROMAGNETICA
CONCEPTO:
Los materiales
ferromagnéticos y ferromagnéticos presentan un momento dipolar magnético
espontaneo en ausencia de campo magnético aplicado observándose este fenómeno
solo por debajo de una temperatura dada.
Las principales
observaciones asociadas a los materiales ferromagnéticos son las siguientes:
a)
En los materiales
ferromagnéticos se observa una imanación espontanea Ms en ausencia de campo magnético externo.
b)
Un material
ferromagnético no tiene una imanación espontanea en la misma dirección a lo
largo de todo su volumen sino que presenta regiones más pequeñas de imanación
de dirección uniforme llamadas dominios magnéticos.
c)
Los únicos elementos
ferromagnéticos son: hierro (Fe), cobalto (Co), Níquel (Ni), gadolinio (Gd) y
disprosio (Dy).
LEYES DE MAXWELL
(Edimburgo,
Escocia, 13 de junio de 1831 – Cambridge, Inglaterra, 5 de noviembre de 1879).
Físico escocés conocido principalmente por haber desarrollado la teoría electromagnética
clásica, sintetizando todas las anteriores observaciones, experimentos y leyes
sobre electricidad, magnetismo y aun sobre óptica, en una teoría consistente.
Las ecuaciones
de Maxwell demostraron que la electricidad, el magnetismo y hasta la luz, son
manifestaciones del mismo fenómeno: el campo electromagnético.
1.- La primera ley de Maxwell y la ley de Gauss para
el campo eléctrico
La primera ley
de Maxwell establece que la divergencia de un campo eléctrico
en un punto cualquiera debe ser igual a la
densidad de carga en aquel punto dividida por la permitividad del medio
material. En el caso del vacío es:
Donde
es la
densidad de carga y
0 es la permitividad del vacío.
El sentido
físico de la primera ley de Maxwell es que sitúa el origen de las líneas a de
campo y también las cuantifica. las
líneas de campo que nacían o morían en un punto. Por tanto, con esta ley se relaciona
el origen de las líneas de campo con su causa (la densidad de carga). En este
apartado hemos partido de la ley de Gauss para el campo eléctrico y la hemos
convertido en la primera ley de Maxwell. Podemos proceder de la misma manera
con la ley de Gauss para el campo magnético y obtener así la segunda ley de
Maxwell.
2.- La segunda ley de
Maxwell y la ley de Gauss para el magnetismo
La ley de Gauss
para el magnetismo enuncia que el balance de flujo de campo magnético que
atraviesa cualquier superficie cerrada debe ser siempre cero.
La segunda ley
de Maxwell dice que la divergencia de un campo magnético
debe ser cero en cualquier punto:
Estas dos leyes
explican las características de los campos eléctrico y magnético de forma
individual pero no son suficientes para explicar todo el electromagnetismo como
una única interacción, ya que no explican la relación entre los dos campos.
3.- La tercera ley de Maxwell y la ley de inducción
de Faraday
La tercera ley
de Maxwell muestra, a diferencia de las dos primeras, una primera relación
entre el campo eléctrico y el campo magnético. En este caso, se explica cómo un
campo magnético variable crea o modifica el campo eléctrico.
La tercera ley
de Maxwell dice que el rotacional del campo eléctrico
en un punto cualquiera es igual al ritmo de variación
(la derivada respecto al tiempo) del campo magnético
en aquel mismo punto, cambiado de
signo:
Esta expresión
indica que la fuerza electromotriz inducida (femind)
generada en un circuito cerrado es igual al ritmo de variación con el tiempo
del flujo de
campo magnético (
B) que atraviesa la superficie
campo magnético (
La femind
generada en un circuito cerrado C cualquiera corresponde a la diferencia de
potencial (
V) que aparece al desplazarse a lo
largo de todo el recorrido del circuito.
4.- La cuarta ley de Maxwell y la ley de
Ampère-Maxwell
La ley de
Ampère-Maxwell establece que la integral de línea de un campo magnético
alrededor de un circuito cerrado es proporcional a la corriente que atraviesa
la superficie imaginaria dibujada por este circuito.
Donde
0 y
0 son, respectivamente, la
permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del medio material.
Leyes de Maxwell
Efecto
corona
El efecto corona es un fenómeno
eléctrico que se produce en los conductores de las líneas de alta tensión y se
manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. Dado que los conductores
suelen ser de sección circular, el halo adopta una forma de corona, de ahí el
nombre del fenómeno.
El efecto corona está causado por la
ionización del aire circundante al conductor debido a los altos niveles de
tensión de la línea. Al momento que las moléculas que componen el aire se
ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los
electrones que circulan por la línea pasan a circular por el aire. Tal
circulación producirá un incremento de temperatura en el gas, que se tornará de
un color rojizo para niveles bajos de temperatura, o azulado para niveles
altos. La intensidad del efecto corona, por lo tanto, se puede cuantificar
según el color del halo, que será rojizo en aquellos casos leves y azulado para
los más severos.
Efectos:
• Generación
de luz
• Ruido
audible
• Ruido
de radio
• Vibración
resultante del viento eléctrico
• Deterioro
de los materiales como consecuencia de un bombardeo de iones
• Generación
de ozono, óxidos de nitrógeno y la presencia de humedad, ácido nítrico
• Disipación
de la energía
En donde se presentan este tipo
de fenómenos:
• Alrededor
de conductores de línea (Alta tensión)
• En
espaciadores y amortiguadores
• Aislante
eléctricos dañados - de cerámica o un material diferente de la cerámica. En
alta tension
• Aislantes
contaminados
• En
los extremos vivos de ensambles de aislantes y manguitos aisladores
• En
cualquier punto de su equipo eléctrico, donde la fuerza del campo eléctrico
exceda los 3MV/m
• En
ciertos árboles de gran tamaño. Esto origina temor supersticioso en la gente
que no conoce el tema.
Técnicas para atenuar el efecto
corona:
• Que
la tensión de fase a neutro sea menor que la tensión critica disruptiva. (Cs=Vo/Vi)
• Al
aumentar el diámetro del conductor.
• Al
aumentar el numero de conductores por fase.
• Al
aumentar la distancia entre fases.
• Al
apretar muy bien los terminales de los conductores.
El efecto corona se producirá
cuando la tensión de la línea supere la tensión crítica disruptiva del aire, es
decir, aquel nivel de tensión por encima del cual el aire se ioniza. La fórmula
más utilizada para la determinación de la tensión crítica disruptiva es la
propuesta por el ingeniero americano F.W. Peek:
Donde:
·
Vc es
el valor de tensión crítica disruptiva en kV.
·
δ es
el factor de densidad del aire.
·
r es
el radio del conductor en centímetros.
·
DMG es
la distancia media geométrica entre fases.
·
RMG es
el radio medio geométrico.
·
n es
el número de conductores por fase.
·
kr es
el coeficiente de rugosidad del conductor empleado, cuyo valor suele ser:
·
1 para
conductores nuevos.
·
0,98 -
0,93 para conductores viejos (con protuberancias).
·
0,87 -
0,83 para cables formados por hilos.
·
km es
el coeficiente medioambiental, cuyo valor suele ser:
·
1 cuando
el aire es seco.
·
0,8 para
aire húmedo o contaminado.
·
kg es
el factor de cableado.
Radio
medio geométrico
Otro aspecto importante que se utiliza para
determinar los parámetros de inductancia y capacitancia es el radio medio
geométrico ( RMG ) el cual representa la relación de distancia que existe en un
mismo entorno, es decir es la distancia existente entre los hilos de un sólo
conductor, o en el caso de estudio de líneas de transmisión, la distancia media
geométrica entre conductores de una sola fase. Mediante la siguiente ecuación
se determina el radio medio geométrico que tiene el conductor cilíndrico.
donde r es el radio exterior
del conductor, h r el radio del hilo conductor y n es el número de hilos por el
cual está formado el conductor.
se puede generalizar para
cualquier modelado de construcción del conductor (por ejemplo, si se trata de
un conductor hueco, cableado o macizo, etc.). Por otro lado, el uso de tablas
simplifican el cálculo de RMG, en la tabla 1.1 se muestran valores de radio
medio geométrico de diferentes tipos de cables trenzados
LÍNEA DE TRANSMISIÓN
La línea de transmisión es el elemento
encargado de transportar la potencia eléctrica proveniente directamente de los
transformadores hasta los centros de consumo. Se constituye principalmente por
conductores, estructuras metálicas, aisladores y equipos de protección que
permiten interconectar sistemas de redes eléctricas de los centros de
generación a los diferentes centros de consumo, distribuyendo potencia
eléctrica a grandes distancias con un menor índice de pérdidas eléctricas y
económicas.
Componentes
de la línea de trasmisión aérea
A continuación se hace una breve descripción
de los componentes que integran la línea de transmisión aérea.
Estructura
metálica
Es el medio que soporta a los conductores, a
través de los aisladores, permitiendo el espaciamiento entre conductores de
fase y de línea, además de acuerdo a la altura de la estructura se fija la
distancia que existe entre los conductores y el suelo. La estructura es
construida de acero galvanizado, estas poseen gran resistencia a condiciones atmosféricas
como lo son la corrosión y los fenómenos naturales
Conductores
Es el medio por el cual se transporta la
potencia eléctrica de un punto a otro, los materiales empleados son el cobre y
el aluminio ya que poseen baja resistencia al paso de la corriente eléctrica y
además son económicos comparados con la plata que posee menor resistencia, pero
es muy costosa. Otro material utilizado en los conductores es el acero, su uso
es para aportar mayor resistencia mecánica cuando es utilizado en conjunto con
los anteriores materiales.
Los conductores de la línea
de transmisión se fabrican en capas de hilos trenzados en direcciones opuestas
para impedir que las capas se desenrollen y otorgar mayor flexibilidad en
conductores de diámetros grandes. Los conductores se designan en relación a su
número de hilos conductores y de refuerzo, por ejemplo una designación 24/7
indica que hay 24 hilos conductores con 7 hilos de alma o de refuerzo
Los tipos de conductores
normalizados internacionalmente se describen a continuación:
·
Conductores de cobre:
Es un conductor formado por
varillas de acero cubiertas de una gruesa capa de cobre que proporcionan la
resistencia eléctrica y mecánica adecuada para su operación. Los conductores de
cobre (también llamados Copperweld) se fabrican de dos hasta 19 alambres y son
muy resistentes a la corrosión, su instalación sólo se emplea en zonas de alta
corrosión como lo son las zonas costeras. Este tipo de cable ha permitido
ampliar la distancia entre las estructuras metálicas (técnicamente conocida
como vano) ya que reduce su peso hasta un 50% del peso del cable de cobre puro,
pero mantiene las mismas características mecánicas que tiene el conductor de
cobre puro
·
Conductores de aluminio
Los conductores de aluminio
han ido remplazando a los conductores de cobre debido a su menor costo y su
menor ligereza. Estos cables mantienen una resistencia mecánica del mismo valor
que la del conductor de cobre, permitiendo ampliar a un más los vanos, otra
ventaja es el obtener mayores diámetros de conductor para una resistencia
eléctrica equivalente a la del cobre, mientras mayor es el diámetro las líneas
de flujo eléctrico se separan más en la superficie reduciendo así el efecto
corona.
Entre los diferentes tipos
de conductores de aluminio se tienen los siguientes:
a) AAC. Conductor de aluminio.
b) AAAC. Conductor de aleación de aluminio.
c) ACSR. Conductor de aluminio con alma de
acero.
d) ACAR. Conductor de aluminio con alma de
aleación de aluminio
Aisladores
Sirven para soportar a los conductores de la
estructura metálica, además impiden el movimiento longitudinal y transversal,
producido por ráfagas de viento, evitando que se produzcan cortos circuitos por
contacto entre conductores o entre la estructura metálica. Los aisladores deben
soportar los esfuerzos mecánicos a los que son sometidos e impedir que exista
flujo de corriente eléctrica hacia la estructura metálica, por lo que son
construidos de materiales altamente aislantes como son: el vidrio, la porcelana
y actualmente el plástico
Hilos
de guarda
Los hilos de guarda están situados por encima
de los conductores de fase, su propósito es interceptar las descargas
provenientes de rayos atmosféricos antes de que contacten a los conductores de
fases. Los hilos de guarda se fabrican de acero galvanizado y algunas veces de
Alumoweld o ACSR de sección menor que los conductores de fases, estos se
conectan a la estructura metálica para enviar la descarga eléctrica a tierra y
así evitar daños a los componentes que integran la línea de transmisión
Seccionadores
Son un medio de protección
también llamados desconectadores o interruptores, sirven para permitir o
interrumpir el paso de corriente, su principal función es proteger las fases
por sobre corrientes o cortos circuitos, pueden operar en conjunto o
independientemente
Pararrayos
Es un medio de protección contra descargas
atmosféricas, colocado en la parte más alta de la estructura metálica. El
pararrayo tiene como propósito atraer los rayos atmosféricos, antes de que
intercepten algún otro componente de la línea de transmisión, descargándolos a
tierra por medio de la estructura metálica
Pararrayos
Es un medio de protección
contra descargas atmosféricas, colocado en la parte más alta de la estructura
metálica. El pararrayo tiene como propósito atraer los rayos atmosféricos,
antes de que intercepten algún otro componente de la línea de transmisión,
descargándolos a tierra por medio de la estructura metálica
Transposición en líneas de transmisión
Transposición de Fases
La
disposición asimétrica de los conductores de fases en las estructuras de las
líneas de trasmisión, ocasiona enlaces de flujo diferentes por fase, y por lo
tanto inductancia diferentes. Esto resulta
en tensiones desbalanceadas en el extremo receptor de la línea, incluso
si las tensiones en el extremo emisor y las corrientes de línea están
balanceadas [2].Una inductancia diferente por fase resulta en un circuito
asimétrico, el cual introducirá problemas de desbalance de tensiones y
corrientes en el sistema. Este problema puede ser resuelto mediante el
intercambio de las posiciones de los conductores de fase en intervalos
regulares a lo largo de la línea, de manera que cada conductor ocupe la
posición original de los otros dos conductores en un intervalo igual de distancia, como se muestra en la siguiente
figura.
Fig. Transposición de fases en una línea trifásica simple.
El
resultado de la transposición de fases es balancear el acoplamiento inductivo y
la capacitancia mutua entre fases de la línea de transmisión. La transposición
reduce la interferencia electrostática y electromagnética en la línea y en los
sistemas de comunicación, debido a que las tensiones electrostáticas inducidas
se balancean a través de un ciclo completo de transposición, y a la vez se
reducen las tensiones electromagnéticas inducidas en los conductores adyacentes
[2]. La figura 1 muestra un ciclo completo de transposición de una línea
trifásica, con tres transposiciones, donde la línea es dividida en tres
secciones iguales (l 1=l 2=l 3=l /3), y t, m y b
Son utilizados para designar la posición física de los conductores en la
estructura [3]. Si los tres conductores del
circuito son designados como C1, C2 y C3, la transposición queda
definida, donde la posición de los conductores en las tres secciones son
C1C2C3, C3C1C2 y C2C3C1 respectivamente como se muestra en la figura 1.
La transposición de fases permite también obtener redes de secuencia
(0, 1 y 2) desacopladas, de manera que las corrientes de secuencia positiva
produzcan sólo caídas de tensión de secuencia positiva. De manera similar, las
corrientes de secuencia negativa produzcan sólo caídas de tensión de secuencia
negativa, y las corrientes de secuencia cero sólo produzcan caídas de tensión
de secuencia cero [4]. De otra manera, si las impedancias serie no son iguales,
entonces la matriz de impedancias de secuencia no es diagonal, las redes de
secuencia están acopladas y la caída de tensión a través de cualquier red
depende de las tres corrientes de secuencia.
tablas de conductores
El cable coaxial
El cable coaxial, coaxcable o coax,1 creado en la década de
1930, es un cable utilizado para transportar señales eléctricas de alta
frecuencia que posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado núcleo,
encargado de llevar la información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado
malla, blindaje o trenza, que sirve como referencia de tierra y retorno de las
corrientes. Entre ambos se encuentra una capa aislante llamada dieléctrico, de
cuyas características dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el
conjunto suele estar protegido por una cubierta aislante (también denominada
chaqueta exterior).
El conductor central puede estar constituido por un alambre
sólido o por varios hilos retorcidos de cobre; mientras que el exterior puede
ser una malla trenzada, una lámina enrollada o un tubo corrugado de cobre o
aluminio. En este último caso resultará un cable semirrígido.
Debido a la necesidad de manejar frecuencias cada vez más altas
y a la digitalización de las transmisiones, en años recientes se ha sustituido
paulatinamente el uso del cable coaxial por el de fibra óptica, en particular
para distancias superiores a varios kilómetros, porque el ancho de banda de
esta última es muy superior.
Construcción de un
cable coaxial
La construcción de cables coaxiales varía mucho. La elección
del diseño afecta al tamaño, flexibilidad y las propiedades eléctricas del
cable. Un cable coaxial consta de un núcleo de hilo de cobre rodeado por un
aislante (o dieléctrico), un apantallamiento o blindaje de metal trenzado y una
cubierta externa.
El núcleo de un cable coaxial transporta señales
electrónicas que constituyen la información. Este núcleo puede ser sólido
(normalmente de cobre) o de hilos. Rodeando al núcleo existe una capa aislante
dieléctrica que la separa de la malla de hilo. La malla de hilo trenzada actúa
como masa, y protege al núcleo del ruido eléctrico y de la distorsión que
proviene de los hilos adyacentes. El núcleo y la malla deben estar separados
uno del otro. Si llegaran a tocarse, se produciría un cortocircuito, y el ruido
o las señales que se encuentren perdidas en la malla, atravesarían el hilo de
cobre.
El apantallamiento tiene que ver con el trenzado o malla de
metal (u otro material) que rodea los cables. El apantallamiento protege los
datos que se transmiten, absorbiendo el ruido, de forma que no pasa por el
cable y no existe distorsión de datos. Al cable que contiene una lámina
aislante y una capa de apantallamiento de metal trenzado se le llama cable
apantallado doble. Para grandes interferencias, existe el apantallamiento
cuádruple. Este apantallamiento consiste en dos láminas aislantes, y dos capas
de apantallamiento de metal trenzado.
Un cortocircuito ocurre cuando dos hilos o un hilo y una
tierra se ponen en contacto. Este contacto causa un flujo directo de corriente
(o datos) en un camino no deseado. En el caso de una instalación eléctrica
común, un cortocircuito causará el chispazo y el fundido del fusible o del
interruptor automático. Con dispositivos electrónicos que utilizan bajos
voltajes, el efecto es menor, y casi no se detecta. Estos cortocircuitos de
bajo voltaje causan un fallo en el dispositivo y lo normal es que se pierdan los
datos que se estaban transfiriendo.
Una cubierta exterior no conductora (normalmente hecha de
goma, teflón o plástico) rodea todo el cable, para evitar las posibles
descargas eléctricas.
El cable coaxial es más resistente a interferencias y
atenuación que el cable de par trenzado, por esto hubo un tiempo que fue el más
usado.
La malla de hilos absorbe las señales electrónicas perdidas,
de forma que no afecten a los datos que se envían a través del cable interno.
Por esta razón, el cable coaxial es una buena opción para grandes distancias y
para soportar de forma fiable grandes cantidades de datos con un sistema
sencillo.
En los cables coaxiales los campos debidos a las corrientes
que circulan por el interno y externo se anulan mutuamente.
Características
La característica principal de la familia RG-58 es el núcleo
central de cobre, de la cual se consideran los siguientes tipos:
• RG-58/U:
núcleo de cobre sólido.
• RG-58
A/U: núcleo de hilos trenzados.
• RG-59:
transmisión en banda ancha (CATV).
• RG-6:
mayor diámetro que el RG-59 y considerado para frecuencias más altas que este,
pero también utilizado para transmisiones de banda ancha.
• RG-62:
redes ARCnet.
Aplicaciones
tecnológicas
Conmutador DiSEqC con interruptor 4x1.
Se puede encontrar un cable coaxial:
• Entre la
antena y el televisor;
• en las
redes urbanas de televisión por cable e Internet;
• entre un
emisor y su antena de emisión (equipos de radioaficionados);
• en las
líneas de distribución de señal de vídeo (se suele usar el RG-59);
• en las
redes de transmisión de datos como Ethernet en sus antiguas versiones 10BASE2 y
10BASE5;
• en
las redes telefónicas interurbanas y en los cables submarinos.
La carta de Smith
La carta de
Smith es una carta polar del coeficiente
de reflexión de radio unitario. El plano del coeficiente de reflexión viene de
la relación M donde ZL=R+jX es la impedancia de carga y Z0 es la impedancia
característica de la línea de transmisión.
La carta de
Smith presenta dos conjuntos de círculos ortogonales, el primer conjunto es el
de círculos de resistencia R constante mientras que el segundo es el de
círculos de impedancia X constante. Formalmente la relación del primer conjunto
se denota como R/Z0 mientras que la del segundo conjunto se denota como X/Z0.
Podemos decir que los círculos R presentan centro (r/1+r,0) y radio 1/1+r.
Mientras que los círculos X presentan centro (1,1/x) y radio 1/x. La siguiente
figura nos muestra estos círculos en la carta de Smith.
Figura 4. Carta de Smith mostrando a) círculos de
resistencia constante normalizados, b)
círculos de reactancia constante normalizados y c) superposición de dichos
círculos.
Los valores de r
son siempre positivos porque representan la impedancia resistiva, mientras que
los valores de x pueden ser positivos cuando representan la reactancia
inductiva o negativos cuando representan la reactancia capacitiva. Cuando ambos
conjuntos de círculos se superponen, uno obtiene la carta de Smith completa.
La Razón o
Relación de onda estacionaria o ROE es una
medida de la energía enviada por el transmisor que es reflejada por el sistema
de transmisión y vuelve al transmisor.
El ROE (SWR en
inglés, ROS en francés) se define como la relación entre ambos valores extremos
El ROE no es
lineal: si la energía reflejada se duplica, el ROE aumenta mucho más que el
doble.
Un ROE muy
alto puede dañar al transmisor. Se considera que un ROE máximo de 1,5 es un
límite de seguridad aceptable para transmisores modernos; los transmisores a
válvulas podían aceptar un ROE algo mayor sin peligro para el transmisor.
En una línea
de transmisión, coexisten una onda incidente, de amplitud 
, y otra reflejada, de
amplitud 
.
, y otra reflejada, de
amplitud .
Ambas ondas
se combinan para dar una onda resultante.
La onda
resultante puede tener dos valores extremos:
Carga eléctrica
Carga eléctrica
La
carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas
subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre
ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada
eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez,
generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y
campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física.
Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de
la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.
Una
de las principales características de la carga eléctrica es que, en cualquier
proceso físico, la carga total de un sistema aislado siempre se conserva. Es
decir, la suma algebraica de las cargas positivas y negativas no varía en el
tiempo.
En
general y a groso modo una carga eléctrica es todo aquel aparato que consuma o
funcione mediante energía eléctrica.
Todo
aquello que consume -o que utiliza- electricidad es una carga eléctrica. Las
cargas eléctricas pueden ser de tres tipos: resistivas(R), inductivas (L) o
capacitivas (C)
Son cargas inductivas aquellas que utilizan la electricidad pero no la
disipan, por ejemplo los motores eléctricos (motobomba, refrigerador, extractor
de jugos) en los cuales se crean campos magnéticos que interactúan, a partir de
los cuales se produce movimiento (energía mecánica). Su “consumo” se mide en VA
(Volts Amperes).
Son cargas capacitivas aquellas que utilizan la electricidad pero no la
disipan, simplemente la absorben y luego la devuelven al sistema, por ejemplo
los capacitores o condensadores que tienen la propiedad de “acumular” energía
eléctrica para luego descargarla al sistema. Su “consumo” se mide en VAR (Volts
Amperes Reactivos).
CARGAS RESISTIVAS
Las
cargas resistivas son simplemente aquellas en las que la electricidad produce
calor y no movimiento. Típicas cargas de este tipo son las lámparas
incandescentes o los radiadores eléctricos. Todas aquellas que consumen
electricidad y por lo general producen calor y/o luz, por ejemplo: parrillas
eléctricas, focos, horno eléctrico, cafetera, sandwichera. Su consumo se mide
en Watts
FIBRA ÓPTICA
La fibra óptica
es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce la luz. Se
requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX y RX.
El grosor del
filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir,
aproximadamente de 0,1 mm. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3
componentes:
La fuente de luz: LED o
laser.
El medio transmisor:
fibra óptica.
El detector de luz:
fotodiodo.
Un cable de
fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto, recubrimiento, tensores y
chaqueta.
Convencionalmente,
un pulso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indica un bit 0.
El grado de
refracción depende de las propiedades de los dos medios (en particular, de sus
índices de refracción). Para ángulos de incidencia por encima de cierto valor
crítico, la luz se refracta de regreso; ninguna función escapa hacia el otro
medio, de esta forma el rayo queda atrapado dentro de la fibra y se puede
propagar por muchos kilómetros virtualmente sin pérdidas. En la siguiente
animación puede verse la secuencia de transmisión.
NUEVAS FUENTES DE ENERGÍA AHORRADORAS
Se preparan
desde hacia unas décadas atrás, fue la crisis energética de 1973, fue poner fin
a la era del petróleo barato planteo, en primer lugar, el empleo de nuevas
fuentes energéticas,. Por la vía de la utilización de recursos no
convencionales (o novísimos).
En el primer
aspecto, sucedió que las nuevas industrias que se están poniendo a
funcionar utilizan muchísima menos energía que las de tecnología anterior.
Pero ocurre, igualmente que los productos que se fabrican son ahorradores de
energía. Los aspectos electrónicos usan proporcionalmente menos energía que sus
similares anteriores, los automóviles emplean cada vez menos petróleo o sus
derivados (y se espera que muy pronto los nuevos vehículos emplearan otro tipo
de combustible, del tipo de los renovables),
etc.
En el segundo
aspecto, ocurre que ahora se está empleando crecientemente recursos
provenientes de fuentes no convencionales, tales como:
a)
LA ENÉRGIA NUCLEAR: De
donde se obtiene la electricidad
b)
LA ENERGIA SOLAR: De la que por dispositivos
especiales se desprende también la
electricidad, y que además, permite disponer directamente energía calorífica.
c)
LA ENERGIA EÓLICA: Que
a través de los molinos de viento hace posible mover bombas y generar
electricidad.
d)
LA ENERGIA DE LA
BIOMASA: Que permite utilizar los desechos orgánicos con fines energéticos.
e)
LA ENERGIA GEOTERMICA:
Que transforma la energía térmica subterránea a en electricidad.
f)
LA ENERGIA MAREMOTRIZ:
Que utiliza el movimiento marino para transformarla en electricidad.
Además
de esas nuevas fuentes energéticas, la industria se encuentra empeñada en
utilizar otros recursos como combustible, tal es el caso del alcohol que se
utiliza en la automovilística. En todo caso es notable la diseminación en los
países industrializados en pequeñas plantas generadoras de electricidad y que
emplean para ello los rayos solares, al
tiempo que en china tienen la misma difusión los hornos familiares que
usan para los efectos los desechos orgánicos (la biomasa), etc.
uUna pastilla
de uranio de tan solo 5 gramos de peso, produce la misma electricidad que 810
kilos de carbón, 565 litros de petróleo o 480 metros cúbicos de gas natural.
uEl consumo
anual de combustible de una central estándar es de unas 25 toneladas de uranio.
En comparación, para producir la misma cantidad de electricidad, una central
térmica de carbón consume 2,5 millones de toneladas de carbón y una central de
gas de ciclo combinado consume 1700 millones de metros cúbicos de gas natural.
Reservas de Uranio
uYacimientos en el estado de Chihuahua 2789 toneladas de U3O8
uYacimientos en el estado de Nuevo León 5,075 toneladas de U3O8.
uYacimientos en el estado de Sonora 1,664 toneladas de U3O8.
uYacimientos en
el estado de Durango 1,267 toneladas U3O8.
uYacimiento en
el estado de Oaxaca 696 toneladas U3O8.
uYacimientos en
el estado de Baja California Sur 151,000 toneladas U3O8.
uTotal 162,491 toneladas U3O8.
