TIPOS DE CIRCUITOS

CIRCUITO EN SERIE
Decimos que un circuito eléctrico está en serie cuando sus elementos se encuentran conectados uno a continuación del otro, siguiendo el mismo conductor.

Si realizamos este tipo de conexión con generadores, uniendo el polo positivo de uno con el negativo del siguiente, sus tensiones se acumulan. O sea el Voltaje total es igual a la suma de cada uno de sus voltajes (VT= V1+ V2+ ...+ Vn)

En este tipo de circuitos si se desconecta cualquiera de sus elementos se interrumpe el paso de la corriente eléctrica por todos los demás.

Además cuantos más receptores sean conectados en serie estos funcionarán con menos energía, en el caso de bombillas, estas brillarán menos.

CIRCUITO EN PARALELO

Decimos que un circuito eléctrico está en paralelo cuando todos sus elementos se ramifican en varios conductores.

Si realizamos este tipo de conexión con generadores, tenemos que unir por un lado todos los polos positivos, y del otro todos los negativos, lo que nos proporcionarán un valor de tensión igual al de cada uno de ellos que, que deben de tener siempre el mismo voltaje.

En este tipo de circuitos, si se desconecta cualquiera de sus elementos, los demás seguirían funcionando, ya que no se interrumpe el paso de la corriente eléctrica por todos los demás.

CIRCUITO MIXTO

Denominamos un circuito mixto al que tiene conectados elementos, tanto en serie, como en paralelo.

CONEXIÓN DE GENERADORES

GENERADORES EN SERIE

Esta linterna lleva sus pilas conectadas en serie. El polo positivo de la primera pila (en amarillo)va directamente a la bombilla, mientras su polo negativo (en gris) se conecta al positivo de la siguiente, y así sucesivamente. Si os fijais el último polo negativo se conecta mediante un muelle (en rojo) al interruptor que abre o cierra el circuito, permitiendo el paso de la corriente eléctrica. Debajo del dibujo de la linterna teneis el esquema del circuito con sus símbolos. Y como podeis ver el voltaje total es la suma del voltaje de cada una de las pilas.

GENERADORES EN PARALELO

En este montaje, las tres pilas están conectadas en paralelo. Es indispensable que todas tengan el mismo voltaje (no como en el caso anterior). Todos los polos positivos se conectan entre si, haciendo lo mismo con los negativos.

Como veis en el esquema, el voltaje aportado al circuito es de 1,5v, el mismo que tiene cada una de las pilas, por eso decimos que es constante.

GENERADORES EN MONTAJE MIXTO

En esta linterna hay seis pilas de 1,5v, conectadas en dos series de tres pilas. Cada una de las series aportará entonces 4,5 v (los voltajes se suman en serie). Estas dos series se conectan en paralelo, con lo cual el voltaje total aportado a la lámpara será de 4,5v. Seguro que lo entendereis más facilmente viendo el esquema.

Os pongo en este recuadro las fórmulas para operar con las tres magnitudes eléctricas básicas (Voltaje, Intensidad y Resistencia) tanto en circuitos en serie como en paralelo.

CONEXIÓN DE RESISTENCIAS

Se pueden conectar en serie, es decir, una tras otra a lo largo del mismo conductor, con lo que la Resistencia Total del circuito (Rt), será la suma de todas las resistencias.

Al conectarlas en paraleo, la cosa cambia, ya que la intensidad (I) que circule por cada ramal, variará en función de la resistencia que se encuentre (Ley de Ohm).
Para calcular la resistencia equivalente de unas resistencias en paralelo, habrá que aplicar la fórmula de la ilustración. Es decir, El inverso de la Resistencia Total (Rt) es igual a la suma de los inversos de cada una de ellas.

Para que entendáis la relación de la Intensidad y la Resistencia en una conexión en paralelo, estudiaremos el siguiente ejemplo:
Como veréis la corriente se bifurca en dos ramales I1 e I2. En cada uno de ellos, se encuentra una resistencia distinta, por lo que la I1 y la  I2 también serán distintas (aplicando la Ley de Ohm).
Como podéis comprobar, la Intensidad Total, será igual a las suma de las Intensidades de cada ramal. (It= I1+I2+...+In)

Estas imágenes que os presento a continuación, son dos capturas de pantalla de unos simuladores de circuitos que hay en la página de Educaplus.org. Pulsando aquí ireis al de resistencias en serie, y aquí al de paralelo. En ellos podreis modificar los voltajes y las resistencias y comprobar si vuestros cálculos son correctos.

LA POTENCIA ELÉCTRICA

Realmente la Potencia es la cantidad de energía que se consume o se genera por unidad de tiempo. Su unidad es el watio (w) y viene dada por la siguiente expresión:
Potencia ( w) = Voltaje (v) x Intensidad (A)
La mayoria de aparatos eléctricos llevan grabados el voltaje al que funcionan y su potencia, por lo que dividiendo la Potencia entre el voltaje obtendremos la Intensidad.

   Si P = V x I     despejando obtendremos que I = P / V   ó   V = P / I

La cantidad de energía que consumen los aparatos se establece multiplicando la Potencia del aparato (en Kw) por el tiempo ( en horas) que está funcionando. Así las compañías eléctricas nos facturan la electricidad que consumimos en Kwh. (Kilowatios hora)

                                   E = P x t          1 Kwh = 1 Kw x 1 h
Por ejemplo, si un secador de pelo tiene una potencia de 1200 w y está 2 horas funcionando, consumirá:
E =1,2 Kw x 2h= 2,4 Kwh.


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MECANISMOS DE TRANSMISIÓN CIRCULAR

El movimiento circular es el más habitual en las máquinas, ya que su movimiento lo producen la mayoría de los motores. Los mecanismos de transmisión circular son los encargados de transmitir este movimiento circular de unas partes a otras de las máquinas. Reciben el movimiento del eje del motor (eje motriz o conductor) y lo transmiten al eje del elemento receptor (eje conducido, arrastrado o de salida).

Entre los mecanismos de transmisión circular distinguiremos las ruedas de fricción, la transmisión por correa, los engranajes y la transmisión por cadena.

Las ruedas de fricción consisten en dos ruedas que se encuentran en contacto directo. La rueda de entrada está conectada al eje motor, y transmite por rozamiento el movimiento circular a la rueda de salida. Tienen el problema de que no se pueden usar para transmitir grandes potencias ya que resbalan, pero permiten el giro a altas revoluciones sin apenas mantenimiento.
Un ejemplo perfecto sería esta dinamo de bicicleta que veis en la foto.

La Transmisión por correa es un mecanismo que permite transmitir un movimiento circular entre dos ejes situados a cierta distancia. Cada eje se conecta a una rueda o polea, y entre ambas se hace pasar una correa que transmite el movimiento circular por rozamiento.

Como en las ruedas de fricción las correas puede patinar por lo que hoy en día se usan también correas dentadas como la de la foto, ya que tienen más agarre.

Las verás en lavadoras, ventiladores, lavaplatos, pulidoras, videos, taladros, etc o como en este motor de un Opel.

Los engranajes son ruedas dentadas que transmiten el movimiento circular entre ejes cercanos mediante el empuje que ejercen los dientes de unas piezas sobre otras.
Los dientes de las ruedas motriz y conducida se ajustan perfectamente (engranan) por lo que nunca patinan (tienen gran eficiencia mecánica) y eso hace que se puedan emplear para transmitir grandes potencias. Por contra necesitan de engrase y mantenimiento para evitar el desgaste producido por el rozamiento entre los dientes.

La transmisión por cadena es un mecanismo que permite transmitir un movimiento circular entre dos ejes situados a cierta distancia. Cada eje se conecta a un rueda dentada (piñon o engranaje), y entre ambas se hace pasar una cadena cerrada que transmite el movimiento circular gracias al arrastre que produce la cadena sobre los dientes de los piñones. Como en el caso anterior, permite la transmisión de grandes potencias. Como todos teneis bici el mejor ejemplo lo tenéis en casa, en vuestras bicicletas, por lo que ya no os pongo foto, pero multitud de máquinas utilizan también este sistema.

Os dejo un enlace pinchando aquí, a "Gearsket", que es un simulador online de engranajes muy fácil de usar, tal como podéis ver en este vídeo tutorial.

LAS RELACIONES DE TRANSMISIÓN

Todos estos mecanismos pueden modificar el número de revoluciones del sistema, simplemente cambiando los diámetros de las poleas o el número de dientes de los engranajes. Para hacer esos cálculos se utiliza la siguiente fórmula:

DA·rpmA = DB·rpmB
Siendo:

DA el diámetro de la rueda conductora o motriz.
rpmA las revoluciones por minuto de la rueda motriz.
DB el diámetro de la rueda la conducida.
rpmB las revoluciones por minuto de la rueda conducida.
En el caso de engranajes dentados y transmisiones por cadena, la fórmula es muy similar, pero en vez de hacer el cálculo con el diámetro utilizaremos Z que es el nº de dientes de los piñones:

ZA·rpmA = ZB·rpmB
Siendo:
ZA el nº de dientes de la rueda conductora o motriz.
rpmA las revoluciones por minuto de la rueda motriz.
ZB el nº de dientes de la rueda la conducida.
rpmB las revoluciones por minuto de la rueda conducida.

HOJA DE PROBLEMAS RESUELTOS 

De este modo podremos construir sistemas reductores o multiplicadores de velocidad según el tamaño de las ruedas que montemos.

En las reductoras como la de la imagen, la velocidad de la polea conducida ( o de salida) es menor que la velocidad de la polea motriz (o de entrada). Esto se debe a que la polea conducida es mayor que la polea motriz.

En los sistema multiplicadores la velocidad de la polea conducida es mayor que la velocidad de la polea motriz, y esto se debe a que el tamaño de la polea conducida es menor que la polea motriz.

En el caso de que las dos ruedas tuviesen el mismo tamaño o el mismo número de dientes, las revoluciones no se modificarían.

La relación de transmisión (i) se define como la relación que existe entre la velocidad de la polea salida (B) y la velocidad de la polea de entrada (A).

i = rpm B/ rpmA

No os quiero liar, pero la relación de transmisión también se puede calcular teniendo en cuenta el diámetro o el nº de dientes de las poleas. Si aplicamos la fórmula, veremos como es lo mismo que decir que es la relación entre el diametro o nº de dientes de la rueda conductora y de la conducida.

i= DA/DB = ZA/ZB

Como veis es una relación de dos cifras, no debemos dividirla nunca, sino simplificarla. Así si en un sistema i es 20:1 será multiplicador de revoluciones (las multiplicará x 20), mientras que si en otro i es de 1:4 será una reductora (las reducirá a 1/4).
Por ejemplo, si tenemos un sistema donde rpmA (velocidad de la polea motriz) es de 800 rpm. y rpmB (velocidad de la polea conducida) es de 200 rpm.La relación de transmisión es:

i = rpmB/ rpmA = 200/800 = ¼ ó 1:4 (tras simplificar)
Lo que significa que la velocidad de la rueda de salida es cuatro veces menor que la de entrada.

Otro ejemplo. Si las rpmA (velocidad de la polea de entrada) son 50 rpm. , y las rpmB velocidad de la polea conducida de salida) 500 rpm, la relación de transmisión es:

i = rpmB/ rpmA = 500/50 = 10/1 ó 10:1 (tras simplificar)
Lo que significa que la velocidad de la rueda de salida es diez veces mayor que la de entrada.

PROBLEMA DE EJEMPLO.Tengo un sistema de ruedas de fricción parecido al de la foto, en el que la polea de salida tiene 80 cm de diámetro y la de entrada 10 cm de diámetro. Si la polea de entrada gira a 200 rpm...

Calcula las revoluciones de la polea de salida
¿Cual es su relación de transmisión?

¿Es un sistema reductor o un multiplicador de las revoluciones?Datos:DA es 10 cm. //rpmA 200rpm //DB 80 cm //rpmB es la incognita que tenemos que calcular.

Sustituimos los datos en la fórmula DA·rpmA = DB·rpmB, y quedaría así:

10 cm x 200 rpm = 80 cm x rpmB >>> rpmB= ( 10 cm x 200 rpm)/80 cm >>>
>>>rpmB= 2000/80 = 25 rpm

La relación de transmisión sería:

i = DA/ DB = 10/80 = 1/8 ó 1:8 y también i= rpmB/rpmA = 25/ 200 = 1/8 ó 1:8

Es una reductora porque la velocidad de la polea de conducida es ocho veces menor que la velocidad de la polea conductora.

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PIÑÓN - CREMALLERA

Se trata de una rueda dentada (piñón) que se engrana con una barra dentada (cremallera).
Es un mecanismo de transformación del movimiento circular a lineal, y viceversa (lineal a circular).
Si la rueda dentada gira, la cremallera se desplaza con un movimiento rectilíneo, y viceversa, si a la cremallera se le aplica un movimiento lineal hará que la rueda dentada gire.
Las aplicaciones son múltiples, desde movimientos lineales de precisión como en los microscopios, hasta sacacorchos, regulación de altura de los trípodes, movimiento de estanterías móviles, apertura y cierre de puertas automáticas de corredera com la de la entrada del colegio, y trenes de cremallera que necesitan vencer fuertes pendientes.
El nº de dientes del piñón (Z), multiplicado por sus revoluciones por minuto, nos dará la velocidad de avance en dientes/minuto, lo que será muy fácil de transformar en unidades de velocidad, sabiendo, por ejemplo, el número de dientes/metro lineal de la cremallera.

Motor y esquema de funcionamiento de una puerta de corredera.



Vías de un tren de cremallera. El tren asciende traccionando sobre la cremallera central. Las vías solo sirven de soporte.