Presentacion de apoyo Certamen 1.pptx USM

Ayudantía 1:
Conceptos básicos de circuitos
eléctricos
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Electrotecnia Básica ELI-271
Santiago de Chile
27 de agosto de 2024
Adolfo Morales Rivera
adolfo.morales@sansano.usm.cl

Índice de contenidos
1. Conceptos básicos de electricidad
2. Leyes de circuitos eléctricos
3. Resistencia eléctrica
4. Técnicas de resolución de circuitos
5. Potencia eléctrica
6. Ejercicios
2

Conceptos básicos de electricidad:
Corriente eléctrica, voltaje y circuitos en corriente
continua

Electricidad
La electricidad es una rama de la
física que estudia los fenómenos
relacionados con las interacciones
entre partículas con carga
eléctrica, y los efectos que produce
el movimiento de estas partículas.
La ingeniería eléctrica se enfoca
en las aplicaciones de la electricidad
(generación de energía, transmisión
de energía, maquinaria eléctrica,
comunicaciones, etc.).
3
Figura 1: Descargas atmosféricas durante una
tormenta.

Corriente eléctrica
La corriente eléctrica
corresponde al flujo de partículas
con carga a través de un medio.
Se define matemáticamente cómo:
Donde I es la corriente, Q es la
carga eléctrica y t es el tiempo.
Se mide en amperes [A]. Figura 2: Esquematización de la circulación de
corriente en un conductor eléctrico.
4

Voltaje
También se conoce como tensión
eléctrica.
Se define cómo la diferencia de
energía requerida para mover cargas
entre dos puntos de un circuito
eléctrico.
Donde V es el voltaje, W es la
diferencia de energía (trabajo) y Q es
la carga eléctrica.
Se mide en volts [V].
Figura 3: Esquematización de la diferencia de
potencial en un circuito eléctrico.
5

Circuitos eléctricos en corriente continua
Un circuito eléctrico corresponde a la
interconexión de dispositivos eléctricos
en una trayectoria cerrada.
Los circuitos de corriente continua
(CC) son aquellos donde la corriente
fluye en una sola dirección.
Con el desarrollo de la electrónica de
potencia, los dispositivos de CC son
más frecuentes en el sistema eléctrico
(líneas HVDC, bancos de baterías,
paneles solares, generación eólica, etc.).
6
Figura 4: Movimiento de cargas en un
circuito de CC.

Leyes de circuitos:
Ley de corriente y ley de voltajes de
Kirchhoff

Leyes de Kirchhoff
Son las leyes fundamentales para el
análisis de circuitos eléctricos.
Se dividen en dos enunciados: la ley de
corrientes de Kirchhoff, y la ley de
voltajes de Kirchoff.
Se basan en la conservación de la
carga y la energía, respectivamente.
Son aplicables a cualquier circuito, en
corriente continua (CC) y alterna (CA).
Figura 5: Gustav Kirchhoff
7

Ley de corrientes de Kirchhoff
Esta ley se basa en la conservación de
la carga eléctrica en cualquier nodo de
un circuito.
Establece que la suma de corrientes
entrantes a un nodo es igual a la suma
de corrientes salientes del nodo:
Figura 6: Balance de corrientes en un nodo de un
circuito.
8

Ley de voltajes de Kirchhoff
Esta ley, sustentada en la conservación
de la energía, establece que, en un
circuito la suma de las diferencias de
potencial en una trayectoria cerrada
es cero:
Dicho de otra forma, la diferencia de
potencial entre dos puntos de un
circuito no depende de la trayectoria
considerada.
9
Figura 7: Ejemplo de lazos cerrados en un
circuito.

Resistencia eléctrica:
Resistividad eléctrica de un material, ley de
Ohm y configuraciones en serie y paralelo

Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica es una medida de
la oposición de un material al paso de una
corriente eléctrica. Se mide en Ohms [Ω].
La relación entre la corriente (I) y la tensión
(V) en un elemento resistivo se describe
por la ley de Ohm:
Si no se respetan los signos, la ley de Ohm
no se cumple (se debe agregar signo
menos).
10
Figura 8: signos de tensión y corriente
para cumplimiento de la ley de Ohm.

Conexiones en serie y en paralelo
Se dice que dos o más
elementos están en serie
cuando se ubican en la
misma rama de un circuito.
Dos o más elementos están en
paralelo cuando sus
terminales se encuentran
conectados al mismo par de
nodos.
11
Figura 9: Conexión de elementos en serie
y en paralelo.

Técnicas de resolución de circuitos:
Método de análisis nodal y de análisis de mallas

Técnicas de resolución de circuitos
Existe una variedad de técnicas para
resolver circuitos.
Todas estas técnicas se derivan desde las
leyes de Kirchhoff.
Su único propósito es simplificar los
cálculos implicados en la solución de un
circuito.
Dos métodos comunes son el método de
mallas y el método de nodos.
12

Método de nodos
Consiste en plantear la LCK en distintos
nodos del sistema, expresando las
corrientes en términos de tensiones de
nodo.
La tensión de nodo es la diferencia de
potencial entre el nodo considerado y el
nodo de referencia (o tierra).
13
Figura 10: Ejemplo de asignación de nodos
en un circuito (N2 es el nodo de referencia).

Método de mallas
Consiste en plantear la LVK en distintas
mallas del sistema, expresando los
voltajes de los elementos en términos de
corrientes de malla.
La corriente de malla puede entenderse
como una corriente que circula
exclusivamente en la malla.
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Figura 11: Ejemplo de corrientes de malla.

Potencia:
Definición y convenciones de signo

Potencia eléctrica
La potencia eléctrica es la razón o
velocidad a la cual se genera o se
consume energía eléctrica en un circuito.
Para el caso de circuitos en corriente
continua, la expresión para calcular la
potencia generada o consumida por un
elemento de circuito es:
Se mide en watts [W].
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Figura 12: Ejemplo de transformación de
electricidad en radiación y calor.

Convenciones de signos
La convención de signos es una forma de
determinar el signo de la potencia en un
elemento de circuito.
 Si , el elemento consume energía.
 Si , el elemento suministra energía.
Bajo esta convención, el balance de
potencia en un circuito es 0 ().
16
Figura 13: convención de signos para
determinar el flujo de potencia en un
elemento.

Ejercicio 1
Calcule la corriente y la tensión en la resistencia de .
14

Ejercicio 2
Resuelva el circuito por el método de nodos y luego por el método
de mallas. Corrobore sus resultados utilizando directamente las
leyes de Kirchhoff.
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