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GUIA 2 - APRENDIZAJE Electricidad.DOC

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  1. 1. SECRETARIA DE EDUCACION DISTRITAL, BOGOTÁ D.C. COLEGIO INSTITUTO TECNICO “RODRIGO DE TRIANA” INSTITUCIÓN EDUCATIVA DISTRITAL “Calidad humana, fundamento de la convivencia, el aprendizaje y la vida laboral” GUÍA DE APRENDIZAJE N° 02 1. IDENTIFICACIÓN DE LA GUÍA DE APRENDIZAJE: Fecha: 04-07-2017 Centro de Formación: SENA-CMM Regional: Bogotá D.C. Nivel: Bachillerato Técnico; Articulación SENA – COLEGIO INSTITUTO TECNICO “Rodrigo de Triana” Programa de Formación: Mantenimiento Industrial Ficha: CÓDIGO : Fase: Periodo académico II Proyecto Formativo: Duración en horas: 60 Módulo de Formación: Electrotecnia y medidas I 40 Unidad de Aprendizaje: Análisis de circuitos en C. C. Calcular y analizar parámetros de acuerdo a la medición aplicando métodos, teoremas y leyes. Competencias laborales que cubre  Calcular y analizar parámetros de acuerdo a la medición aplicando métodos, teoremas y leyes. Resultados de Aprendizaje que cubre: Tiempo de ejecución de la guía: 40 horas Modalidad(es) de Formación: Presencial 2. INTRODUCCIÓN: Bien sabemos y recordemos que la corriente eléctrica es el paso de electrones a través de un conductor, y que es provocada y generada por una fuente externa que aumenta la energía potencial, causando el paso de electrones de un átomo a otro. La circulación de electrones sucede aproximadamente a 300000 Km por segundo, y debe existir necesariamente un circuito que permita este flujo constante de electrones, entre la fuente y una carga conectada dentro del circuito, donde la energía eléctrica se transforma en otras formas de energía: iluminación (luz), calor, energía mecánica rotativa (motor), sonora (timbre) y energía magnética (electroimán). Tengamos presente que estos elementos (cargas eléctricas) funcionan dependiendo de la forma de conexión, sea en serie, paralelo o la combinación de las dos formas de circuitos eléctricos típicos. En su esencia el fenómeno de la electricidad presenta unos parámetros característicos dentro de un conductor eléctrico, reflejados en sus magnitudes principales como son: la intensidad o corriente eléctrica, la resistencia eléctrica u oposición al flujo de electrones, la tensión o voltaje que es la diferencia de potencial entre dos cargas eléctricas o entre dos conductores y, por último la potencia eléctrica que es el trabajo eléctrico que se realiza en la unidad de tiempo. Durante la utilización y aplicación de la corriente eléctrica es importante identificar y reconocer las clases de corriente: la corriente continua –C.C.- y la corriente alterna -C.A-. La C.C. se caracteriza porque no varía ni en magnitud ni en sentido (+ ó -). La C.A se caracteriza porque varía a intervalos periódicos tanto en magnitud y en sentido, presentando características especiales de comportamiento como son el ciclo, la frecuencia, el periodo, longitud de onda y amplitud. La C.A. es la más empleada a nivel doméstico, industrial y científico ya que ofrece mayor facilidad par su generación, transformación, transmisión y distribución; es mas económica, muy versátil para algunas aplicaciones especialmente cuando no se pueden realizar con la C.C. 3. PLANTEAMIENTO DE LAS ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE: 3.1. EXPLORACION INICIAL: Relacione actividades y conocimientos previos, y explicaciones del docente o instructor y en cuadro semejante al siguiente liste los parámetros principales de la corriente eléctrica: MAGNITUD SIMBOLO UNIDADES DE MEDIDA SIMBOLO APARATO PARA MEDIR MODO DE CONEXION  Elabore el esquema funcional de un circuito simple de C.C. e indique sus magnitudes incluyendo la identificación de los terminales de la fuente y el símbolo de la C.C  Elabore el esquema funcional de un circuito simple de C.A. e indique sus magnitudes incluyendo la
  2. 2. SECRETARIA DE EDUCACION DISTRITAL, BOGOTÁ D.C. COLEGIO INSTITUTO TECNICO “RODRIGO DE TRIANA” INSTITUCIÓN EDUCATIVA DISTRITAL “Calidad humana, fundamento de la convivencia, el aprendizaje y la vida laboral” GUÍA DE APRENDIZAJE N° 02 identificación de los terminales de la fuente y el símbolo de la C.A. Tiempo estimado para esta actividad: 15 minutos Mantenga la mejor atención y disposición para realizar a continuación las siguientes actividades de aprendizaje. 3.2. ACTIVIDADES: 3.2.1. LEY DE OHM Y LEY DE WATT 3.2.1.1._ OBJETIVOS: Ley de Ohm y ley de Watt a. Comprobar que la corriente eléctrica es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia b. Comprobar que la potencia eléctrica es directamente proporcional a la intensidad y a la tensión. c. Aprender a relacionar, calcular y manejar las magnitudes eléctricas básicas y sus unidades de medida. 3.2.1.2._ LECTURA Y ESTUDIO Lea el capítulo 1, páginas 34 a 38 del texto Instalaciones Residenciales, de Luis Flower Leyva y, en el texto Fundamentos de Electricidad, de Milton Gussow estudia la sección sobre Ley de Ohm y ley de Watt. 3.2.1.3._ INSTRUMENTOS Y COMPONENTES  Fuente de energía de 0 a 30 V DC (regulada)  Multímetro digital ó análogo  Resistor de 1 KΩ (R1), 1 W  Resistor de 1.5 KΩ (R2), 1 W  Resistor de 3.3 KΩ (R3), 1 W  Protoboard. 3.2.1.4._ PROCEDIMIENTO Uno de los métodos para determinar valores desconocidos de corriente, voltaje, resistencia y potencia eléctrica es a través de las relaciones matemáticas entre las ecuaciones de la ley de Ohm y la ley de Watt. Observe los parámetros de los triángulos, tome papel y lápiz relaciónelos matemáticamente y calcule las expresiones que hay en el círculo. I R V I P V I V P R V I P R V I R P I V P / E E / R P / R I / R P / I P x R E / I E / P 2 P / I E x I E / R 2 I x R 2 2 Tiempo estimado para esta actividad: 1 hora 3.2.1.5._ PRÁCTICA DE LABORATORIO Un muy buen método para determinar las relaciones entre corriente, voltaje y resistencia para demostrar la ley de Ohm es realizando una sencilla práctica de laboratorio utilizando un circuito simple, alimentándolo con una fuente DC variable; calculando y midiendo la corriente cuando se aplican diferentes voltajes pero la resistencia del circuito simple es la misma y finalmente tabular los datos y trazar con estos una recta en cuadro cartesiano. Luego hacer el a. De acuerdo al esquema propuesto: - Monte el circuito - Utilice valor de R según el cuadro - Aplique voltajes varios según el cuadro. - Calcule I1, I2 e I3 - Calcule P1, P2 y P3 - Haga las mediciones respectivas de I1, I2 e I3. - Registre datos en la tabla.
  3. 3. SECRETARIA DE EDUCACION DISTRITAL, BOGOTÁ D.C. COLEGIO INSTITUTO TECNICO “RODRIGO DE TRIANA” INSTITUCIÓN EDUCATIVA DISTRITAL “Calidad humana, fundamento de la convivencia, el aprendizaje y la vida laboral” GUÍA DE APRENDIZAJE N° 02 ejercicio esta vez teniendo un voltaje constante y cambiar la resistencia con valores diferentes. Es un ejercicio que se puede realizar para demostrar la ley de Watt: RESISTENCIA (Ω) Valor constante FUENTE DE TENSION (V) Valores variables CORRIENTE ELECTRICA (A) POTENCIA (W) Calculada Medida Calculada 1 K Ω V1 = 5 I1 = ? I1 = ? P1 = ? V2 = 12 I2 = ? I2 = ? P2 = ? V3 = 24 I3 = ? I3 = ? P3 = ? Qué relación se representará con los datos de la tabla en el siguiente sistema de coordenadas? Dibuje la gráfica en papel milimetrado. FUENTE DE VOLTAJE (V) Valor constante RESISTENCIA (Ω) Valores variables CORRIENTE ELECTRICA (A) POTENCIA (W) Calculada Medida Calculada V = 24 VDC R1 = 1K I1 = ? I1 = ? P1 = ? R2 = 1.5K I2 = ? I2 = ? P2 = ? R3 = 3.3K I3 = ? I3 = ? P3 = ? Qué relación se representará con los datos de la tabla en el siguiente sistema de coordenadas? Dibuje la gráfica en papel milimetrado. Según las dos actividades anteriores cual ley se está demostrando? Ahora con uno de sus compañeros realice una actividad semejante para demostrar la ley que hace falta. Tiempo estimado para esta actividad: 4 horas 3.2.2. LEYES DE KIRCHHOFF 3.2.2.1._ OBJETIVOS: Primera Ley de Kirchhoff (LKV) a. Probar que la suma de las caídas individuales de voltaje alrededor de un circuito en serie es igual al voltaje de la fuente. b. Calcular voltajes y resistencias desconocidas, cuando se conocen: el voltaje de la fuente, la corriente del circuito y las resistencias de los otros componentes en un circuito en serie. 3.2.2.2._ LECTURA Y ESTUDIO Lea el capítulo 7, páginas 101 a 104 del texto Fundamentos de Electricidad, de Milton Gussow. En este texto estudia la sección sobre circuitos en serie y la ley de voltaje de Kirchhoff para voltajes. 3.2.2.3._ INSTRUMENTOS Y COMPONENTES  Fuente de energía de 0 a 30 V DC (regulada) V I b. De acuerdo al esquema propuesto: - Monte el circuito - Utilice valores variables de R según el cuadro - Aplique voltaje según el cuadro. - Calcule I1, I2 e I3 - Calcule P1, P2 y P3 - Haga las mediciones respectivas de I1, I2 e I3. - Registre datos en la tabla. R I
  4. 4. SECRETARIA DE EDUCACION DISTRITAL, BOGOTÁ D.C. COLEGIO INSTITUTO TECNICO “RODRIGO DE TRIANA” INSTITUCIÓN EDUCATIVA DISTRITAL “Calidad humana, fundamento de la convivencia, el aprendizaje y la vida laboral” GUÍA DE APRENDIZAJE N° 02  Multímetro digital ó análogo  Resistor de 1 KΩ (R1), 1 W  Resistor de 1.5 KΩ (R2), 1 W  Resistor de 3.3 KΩ (R3), 1 W  Protoboard. 3.2.2.4._ PROCEDIMIENTO Existen dos muy buenos métodos para determinar valores desconocidos de corriente, voltaje y resistencia. El primero de éstos, su ley del voltaje, se aplica a los circuitos en serie y puede enunciarse en dos formas: a. La suma de todas las caídas de voltaje en un circuito en serie es igual al voltaje aplicado. b. En un circuito en serie, la suma algebraica de la(s) fuente(s) de voltaje y las caídas de voltaje es igual a cero. Las caídas de voltaje se consideran como negativas (-), mientras que las fuentes de voltaje se consideran como positivas (+). Obviamente, ambas proposiciones significan lo mismo. Si las caídas de voltaje son iguales al voltaje de la fuente, entonces, restando una de la otra, debe resultar cero. Sin embargo, la segunda proposición es más precisa en circuitos complicados que contienen dos o más fuentes de voltaje. En este experimento, probaremos la ley de voltaje de Kirchhoff y, a continuación, la usaremos para resolver problemas de circuitos en serie. 3.2.2.5._ PRÁCTICA DE LABORATORIO VA = 15 V + _ + _ VB= ? _ + + _ V1= 3 V + _ V3 = 2 V V2 = 5 V VA + _ _ 3.3K R1 1K 1.5K I1 V A + _ IT V + _ V1 V2 V + _ V3 V + _ 30 VDC I2 I3 + R2 R3 VALORES MEDIDAS VALORES CALCULADOS OBSERVACIONES IT I1 I2 I3 V1 V2 V3 VA Tiempo estimado para esta actividad: 4 horas 3.2.3.1._ OBJETIVOS: Segunda Ley de Kirchhoff (LKI) a. Probar que la corriente en cada rama de un circuito en paralelo queda determinada por la resistencia en esa rama. b. Probar que la corriente sale de una unión en un circuito que es igual a la corriente que llega a ella. 3.2.3.2._ LECTURA Y ESTUDIO Leer el capítulo 7, páginas 101 a 104 del texto Fundamentos de Electricidad, de Milton Gussow. Este texto estudia la a. De acuerdo al estudio del capítulo 7 del texto sugerido previamente en el ítem número 3.2.2.2., aplique la Primera ley de Kirchhoff para hallar el valor de la fuente VB del circuito propuesto en el esquema adjunto. b. De acuerdo al esquema propuesto: 1) Monte el circuito 2) Calcule las magnitudes 3) Realice las mediciones 4) Escriba dos conclusiones 5) Registre los datos en la tabla.
  5. 5. SECRETARIA DE EDUCACION DISTRITAL, BOGOTÁ D.C. COLEGIO INSTITUTO TECNICO “RODRIGO DE TRIANA” INSTITUCIÓN EDUCATIVA DISTRITAL “Calidad humana, fundamento de la convivencia, el aprendizaje y la vida laboral” GUÍA DE APRENDIZAJE N° 02 sección acerca de la ley de la corriente de Kirchhoff. 3.2.3.3._ INSTRUMENTOS Y COMPONENTES  Fuente de energía de 0 a 30 V DC (1 A)  Multímetro digital ó análogo  Resistor de 1 KΩ (R1), 1 W  Resistor de 1.5 KΩ (R2), 1 W  Resistor de 3.3 KΩ (R3), 1 W  Protoboard. 3.2.3.4._ PROCEDIMIENTO En la práctica anterior de laboratorio se usó la ley del voltaje de Kirchhoff para encontrar voltajes y resistencias desconocidas en circuitos en serie. No nos interesa la corriente porque ésta es la misma a lo largo de un circuito en serie. En el circuito en paralelo, se invierten las condiciones; el voltaje es el mismo a través de todas las ramas del circuito, pero la corriente varía de rama en rama, de acuerdo con su resistencia. 3.2.3.5._ PRÁCTICA DE LABORATORIO a. Según el texto sugerido previamente en el ítem 3.2.3.2., aplique la Segunda ley de Kirchhoff y muestre la cantidad de corriente que fluye ( y su dirección) en el alambre W en cada uno de los cuatro circuitos representados en los siguientes esquemas: W ? 5A 1A 10A W ? 8A 4A 3A 3A 10A W ? 3A 8A 1A 4A W ? 5A 3A a) c) b) d) VA _ R3 3.3K V A + _ IT 30 VDC + A R2 1.5K 1K R1 A A + + + _ _ _ I1 I2 I3 V1 V2 V3 Tiempo estimado para esta actividad: 4 horas VALORES MEDIDOS VALORES CALCULADOS OBSERVACIONES IT I1 I2 I3 V1 V2 V3 VA 4. EVALUACIÓN b. De acuerdo al esquema propuesto: 1) Monte el circuito 2) Calcule las magnitudes 3) Realice las mediciones 4) Escriba dos conclusiones 5) Registre los datos en la tabla.
  6. 6. SECRETARIA DE EDUCACION DISTRITAL, BOGOTÁ D.C. COLEGIO INSTITUTO TECNICO “RODRIGO DE TRIANA” INSTITUCIÓN EDUCATIVA DISTRITAL “Calidad humana, fundamento de la convivencia, el aprendizaje y la vida laboral” GUÍA DE APRENDIZAJE N° 02 4.1. Criterios de evaluación ● Comprobar las Leyes de Ohm y ley de Watt ● Aplicar y analizar las leyes de Kirchhoff. ● Hacer mediciones de los parámetros eléctricos. ● Calcular los valores de de los diferentes parámetros. 4.2. Evidencias de aprendizaje: ● Cálculos matemáticos aplicados en circuitos eléctricos propuestos. ● Solución de los talleres y actividades propuestas en la presente guía. 5. AMBIENTES DE APRENDIZAJE, MEDIOS Y RECURSOS DIDACTICOS Aula de clase, taller de electricidad, Biblioteca, Internet, computador. 6. GLOSARIO Circuito Eléctrico: Conjunto de elementos que conectados convenientemente entre sí, permiten la circulación de electrones (electricidad). Fuente de alimentación regulada: Fuente de alimentación cuya salida se mantiene automáticamente a un nivel constante o dentro de un rango estrecho sin importar las variaciones de la carga. Kirchhoff, Gustav: físico alemán (1824/87) descubrió dos muy buenos métodos para determinar valores desconocidos de corriente, voltaje y resistencia. Enunció las leyes de voltaje y corriente que llevan su nombre. Resistor: Denominado también Resistencia eléctrica el cual es un elemento que se opone al paso de la corriente eléctrica y produce caída de tensión entre sus terminales. Sentido de la corriente Eléctrica: Antiguamente se suponía que la corriente eléctrica iba del polo positivo al polo negativo, pero mas tarde se comprobó que era al contrario, o sea, del polo negativo al polo positivo. Realmente esto no importa en la electricidad práctica, pero sí en la electrónica, por lo que se adopta convencionalmente esta última definición. 7. BIBLIOGRAFIA  MILTON GUSSOW, Fundamentos de Electricidad.  THEODORE WILDI, Tecnología de Potencia Eléctrica, Volumen 1.  LUIS FLOWER L., Instalaciones Residenciales. 8. ELABORÓ Miller Rodríguez G., Docente Formación Laboral, área de Mantenimiento Industrial, Colegio IED Instituto Técnico Rodrigo de Triana, Bogotá D.C., 2017. 9. CONTROL DEL DOCUMENTO Coordinación Técnica de Articulación, Docentes Formación Laboral de Mantenimiento Industrial. Colegio IED Instituto Técnico Rodrigo de Triana, Bogotá D.C., 2017.

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