Concepto De Dispositivos Pasivos Y Transductores Del Curso Electricidad .

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Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería Mecánica EléctricaCONCEPTO DE DISPOSITIVOS PASIVOS Y TRANSDUCTORES DEL CURSOELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA, BAJO EL MODELO E-LEARNING EN LAESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA,UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALADiego René Guzmán JavielAsesorado por la Inga. Ingrid Salome RodríguezGuatemala, agosto de 2020

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERÍACONCEPTO DE DISPOSITIVOS PASIVOS Y TRANSDUCTORES DEL CURSOELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA, BAJO EL MODELO E-LEARNING EN LAESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA,UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALATRABAJO DE GRADUACIÓNPRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LAFACULTAD DE INGENIERÍAPORDIEGO RENÉ GUZMÁN JAVIELASESORADO POR LA INGA. INGRID SALOME RODRÍGUEZAL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DEINGENIERO ELECTRICISTAGUATEMALA, AGOSTO DE 2020

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERÍANÓMINA DE JUNTA DIRECTIVADECANAInga. Aurelia Anabela Cordova EstradaVOCAL IIng. José Francisco Gómez RiveraVOCAL IIIng. Mario Renato Escobedo MartínezVOCAL IIIIng. José Milton de León BranVOCAL IVBr. Christian Moisés de la Cruz LealVOCAL VBr. Kevin Armando Cruz LorenteSECRETARIOIng. Hugo Humberto Rivera PérezTRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADODECANOIng. Pedro Antonio Aguilar PolancoEXAMINADORAInga. Ingrid Salome RodríguezEXAMINADORIng. Mario Renato Escobedo MartínezEXAMINADORIng. José Guillermo Bedoya BarriosSECRETARIAInga. Lesbia Magalí Herrera López

HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOREn cumplimiento con los preceptos que establece la Ley de la Universidad deSan Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduacióntitulado:CONCEPTO DE DISPOSITIVOS PASIVOS Y TRANSDUCTORES DEL CURSOELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA BÁSICA, BAJO EL MODELO E-LEARNING EN LAESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA,UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALATema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de IngenieríaMecánica Eléctrica, con fecha 3 de mayo de 2018.Diego René Guzmán Javiel

Guatemala 15 de noviembre de '2019IugenieroOtto Fernando Andrino GonzáIezCoordinador dei Área de EiectrotecniaEscueia de IngenierÍa Mecánica trléctricaFacultad de Ingeniería, USAC.Apreciable Ingeniero Andrino,Me permito dar aprobación al trabajo de graduación titulado"Concepto de dispositivos pasivos y transductores del cursoElectricidaá. y Electrónica Básica, bajo el modelo e-learning en laEscuela de Ingeniería Mecániea Eléctrica de Ia Facultad de Ingeniería,Universidad de §an Carlos de Guatemala", de la señor Diego RenéGuzmán Javiel, por considerat que cumple con los requisitos establecidos.Por tanto, el autor de este trabajo de graduación y, yo, como suasesora, nos hacemos responsables por el contenido y conclusiones delmismo.Sin otro particular, me es grato saludarleAtentamente,\Inga.RodríguColeglada 5,356Asesoraukola,.,g-.jo Rodríguez de Loukota¡ngenieraen Electrón¡cácotegiado 5356

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOSDI,l(;tlEIt\48 t)9. 202ü.de NOVIEh4BRH zAWIrEF',.F'ACULTAD DE INGENIIRIAl0Señor l)irectorIng. Armando Alonso Rivera CarriltoEscuela de lngenierÍa Mecánica EléctricaFacultacl de Ingeniería, USAC.Señor Director:MepermitodaraprobaciénaItrabajo de Graduacién titulado:CONCEPTO DE DI§PO§ITTVO§ PASIVOS Y TRANSDUCTORESDEL CUR§O ELECTRICIDAD Y ELECTRÓXTC¿ NÁSIC¿,BAJO EL MOD§LOE-LEARNING EIY LA ESCUELA DNINGENTENÍN N{ECÁ¡*TCA ELECTRICA DE LA F'ACULTAD DEII\{GEI{IERÍA, U¡{TVER§IDAN I}E §AN CARLO§ DEGUAT§MALA' det estudiante; Diego René Guzmán Javiel, quecumple con los requisitos establecidospara tat fin.sin otro particular: aproyecho Ia oportunidad para saludarle.c AR¿Atentamente,IDYENSEÑADATODO§ql!DIRECCION ESCUELA9AOE lNGENIERIAMECANICA ETECTRICA'4ürrD DEIng. Otlo FernaneloCoordinador cleLlectrónica [naen er a enCe'n:rasv S,steT?s: isciiela Reqionat de 1tp' c.ia §arrariarRecr,'sos Hid'áulc's(ERlSr, Posoradr- rViáestr'a un S'stemas [7er.or,

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOSI'ACULTAD DEREF. EIME 09.2020.El Director de Ia §scuela de Ingeniería Mecánica Elóctrica, después deeonocer el dictamen del Asesor, con el Visto bueno del Coordinador deÁrea, al trabaja de Graduacién del estudiante: DrEGo RE¡{ÉGUZMÁIT JAYTEL fitUIAdO: CONCEPTO DE DISPOSITIVO§PASIVOSYTRANSDUCTORE§DEL CURSOBLECTRICTDAI)YELECTRÓXIC¿ NÁSICA, BAJO Er. MODELO ELEARF{ING EN LA ESCUELA DE I¡{GENIENÍ¿ MECÁNICAELECTRICA DE LAFACULTAD I}E II{GENIERÍA,UNIYERSIDAD DE SAN CARLOS DE GLTATEMALA,procedefl laautorizacióndelmismo.t rN CAlIng.GUATEMALA,2Ü DEDIRECCION ESCUELARivera CFEBRERO'aDE INGENIERIAMECANiCA ELECTRICA202A.Fs.ue'aS: rrgeniería Cv r genreria \lecanice lno¡s:'ial, ¡nqe1c"3 Ü- r'ca lnclenre'a Mec¿i.a Elértrita, Asuela oe Cp-r-,¿s, l" re.ie'¿ r,4ecán.ca lnte e"a'lecltón'ca, Inqeniería er C*jncias v Sstemas; Lscue'¿ Req:br: de rrce' ,'i" lanirar¿ v Recu'sos Hidrauiicos rERlS,, Pos¡radi, tvtáest'i¿ e Sistem¿s Me .'o'.

ACTO QUE DEDICO A:DiosPor darme sabiduría, fuerzas, salud y permitirmecrecer como persona y ser humano.Mis padresOtto Guzmán y Julia Javiel, por su amorincondicional, por haberme apoyado en todomomento, por sus consejos, por cada uno de losvalores enseñados, por enseñarme a realizar misactividades de con excelencia.Mi hermanoEddy Guzmán porque siempre he contado con él,gracias a la confianza que siempre nos hemostenido, por el apoyo y amistad.Mis abuelosPorsus bendiciones,enseñanzas,valoresinculcados y cariño durante mi vida.Mi familiaMis tíos, tías, primos y primas por estar conmigo,por su apoyo, por compartir en cada momento demi vida, experiencias y triunfos.

AGRADECIMIENTO A:UniversidaddeSanPor ser la casa de estudios en donde me heCarlos de Guatemalaformado académica y profesionalmente.EscuelaPor cada uno de los profesionales que puso endeIngenieríaMecánica Eléctricami formación académica para crecer en lasdiferentes áreas de mi vida, por los consejos delos catedráticos durante mi proceso profesional,por brindarme la posibilidad de un procesodidáctico de enseñanza y aprendizaje.Mis padresOtto René Guzmán Ríos y Julia Agustina JavielLázaro, por el apoyo brindado durante miformación como profesional y académica.Mis amigosPor hacer mi vida estudiantil más amena, porcada momento compartido y por su apoyodurante mi carrera.

ÍNDICE GENERALÍNDICE DE ILUSTRACIONES . IXLISTA DE SÍMBOLOS . XVGLOSARIO . XIXRESUMEN . XXIIIOBJETIVOS . XXVINTRODUCCIÓN . XXVII1.ASPECTOSGENERALES,USO DE LAMETODOLOGÍAE-LEARNING COMO HERRAMIENTA PEDAGÓGICA . 11.1.Metodología e-learning . 11.1.1.1.2.Características de la metodología e-learning . 1Utilización de la metodología e-learning . 31.2.1.Enfoque de la metodología e-learning . 31.2.2.Componentes de la metodología e-learning . 41.2.3.Utilización del modelo ADDIE en metodologíae-learning . 61.3.2.Creación de contenido interactivo . 91.3.1.Preparación del contenido . 91.3.2.Desarrollo de los recursos didácticos . 101.3.2.1.Parámetros y estructura del curso . 111.3.2.2.Recursos didácticos. 12TEMAS Y CONCEPTOS A DESARROLLAR EN LA METODOLOGÍA . 172.1.Resistividad y resistencia . 172.1.1.Conductancia eléctrica y conductores eléctricos . 18I

2.1.1.1.Conductividad eléctrica . 182.1.1.2.Resistividad . 192.1.2.Cálculo del calibre de un conductor . 192.1.3.Resistencia y conductividad debido a cambios enla temperatura . 202.1.4.Resistencias y potenciómetros . 222.1.4.1.Tipos de resistencias . 222.1.4.1.1.Resistencias de valorfijo . 222.1.4.2.Resistencias de valor variable . 242.1.4.2.1.Tiposdepotenciómetros. 252.1.5.Potencia disipada . 282.1.5.1.Caída de tensión en cables . 282.1.5.2.EfectoJouleenconductoresyresistencias . 292.2.Inductores . 302.2.1.Inductancia . 302.2.2.Respuesta de frecuencia de los inductores . 312.2.3.Bobinas de núcleos de aire y férricos . 332.2.4.2.2.3.1.Bobina de núcleo de aire . 332.2.3.2.Bobina de núcleo de hierro. 33Materiales magnéticos . 352.2.4.1.Propiedadesmagnéticasdelosmateriales . 362.2.4.2.Dominio magnético . 372.2.5.Curva de histéresis . 382.2.6.Régimen transitorio RL . 382.2.7.Transformador ideal . 39II

2.3.Capacitores . 402.3.1.Efecto capacitivo. 402.3.2.Capacitancia y materiales dieléctricos . 402.3.3.Tipos de capacitores. 432.3.3.1.Condensadoreselectrolíticosdealuminio . 432.4.3.2.3.3.2.Condensadores de tantalio . 442.3.3.3.Condensadores de cerámica . 442.3.3.4.Condensadores de poliéster . 452.3.3.5.Condensadores de polipropileno . 462.3.3.6.Condensadores de poliestireno . 462.3.3.7.Condensadores de policarbonato . 472.3.3.8.Capacitores de mica de plata . 482.3.3.9.Condensador de papel . 482.3.4.Efecto en frecuencia de los capacitores . 492.3.5.Régimen transitorio RC . 50Transductores. 522.4.1.Transductores de entrada . 532.4.2.Transductores de salida . 532.4.3.Aplicaciones de transductores . 54DESARROLLO Y EXPLICACIÓN DE LOS TEMAS DIDÁCTICOS . 573.1.Resistencia . 573.1.1.Cálculo de conductor . 603.1.1.1.Selección de un conductor por mediode caída de tensión . 643.1.2.Efecto Joule . 673.1.3.Resistencia debido a cambios en la temperatura . 693.1.3.1.Temperatura absoluta deducida . 69III

3.1.3.2.3.2.Coeficiente de temperatura . 70Inductancia . 733.2.1.Respuesta en frecuencia de los inductores . 743.2.2.Materiales magnéticos . 773.2.2.1.Propiedades magnéticas y dominiode los materiales magnéticos . 773.2.2.1.1.3.2.2.2.3.2.3.3.2.4.3.3.Curva de histéresis . 83Régimen transitorio RL . 883.2.3.1.Carga del inductor . 883.2.3.2.Descarga del inductor . 93Transformador ideal . 983.2.4.1.Transformador elevador . 1003.2.4.2.Transformadores reductores . 100Capacitores . 1013.3.1.Capacitancia. 1013.3.1.1.3.4.Permeabilidad relativa . 81Permitividad relativa . 1013.3.2.Respuesta en frecuencia de los capacitores . 1023.3.3.Régimen transitorio RC . 1063.3.3.1.Carga del capacitor . 1063.3.3.2.Descarga del capacitor . 110Transductores . 1163.4.1.Transductores de entrada . 1173.4.1.1.Transductores generadores . 1173.4.1.1.1.Efectotermoeléctrico. 1173.4.1.1.2.Transductorespiezoeléctricos . 120IV

3.4.1.1.3.Transductorespiroeléctricos . 1213.4.1.1.4.Efecto fotovoltaico . 1223.4.1.1.5.Transductoresbasados en la Ley deFaraday . 1223.4.1.2.Transductores moduladores . r . aciones . 1233.4.1.2.3.Transductoresdeaceleración . 1233.4.1.2.4.Transductoresdenivel . 1243.4.1.2.5.Transductoresdetemperatura . 1243.4.1.2.6.Transductoresfotoeléctricos . 1253.4.1.2.7.Transductoresinductivos . 1253.4.2.3.4.3.Transductores de salida . 1253.4.2.1.Transductores analógicos . 1263.4.2.2.Transductores digitales . 126Aplicaciones. 1263.4.3.1.Sistemas de control . 1273.4.3.1.1.VLazo abierto . 127

3.4.3.1.2.4.Lazo cerrado . 128EVALUACIONES Y SEGUIMIENTO . 1314.1.Problemas . 1314.1.1.4.2.Resistencia . 1314.1.1.1.Inductancia . 1344.1.1.2.Capacitancia. 136Laboratorios . 1394.2.1.Resistencia . 1404.2.1.1.Práctica 1. Resistividad . 1404.2.1.1.1.Objetivo general . 1404.2.1.1.2.Objetivos específicos . 1404.2.1.1.3.Marco teórico . 1404.2.1.1.4.Equipo . 1414.2.1.1.5.Cálculodelaresistividad . 1414.2.1.2.Práctica2.Coeficientedetemperatura . 1434.2.1.2.1.Objetivo general . 1434.2.1.2.2.Objetivos específicos . 1434.2.1.2.3.Marco teórico . 1434.2.1.2.4.Equipo . 1444.2.1.2.5.Cálculo de coeficientede temperatura . 1444.2.2.Inductor . 1474.2.2.1.Práctica3.Medicióndeltransformador . 1474.2.2.1.1.Objetivo general . 1484.2.2.1.2.Objetivos específicos . 148VI

4.2.2.1.3.Marco teórico . 1484.2.2.1.4.Equipo . 1484.2.2.1.5.Medicioneseneltransformador . 1494.2.2.2.Práctica 4. Reactancia inductiva . 1514.2.2.2.1.Objetivo general . 1514.2.2.2.2.Objetivos específicos . 1514.2.2.2.3.Marco teórico . 1524.2.2.2.4.Equipo . 1524.2.2.2.5.Comprobacióndereactancia inductiva . 1534.2.3.Capacitor . 1554.2.3.1.Práctica 5. Reactancia capacitiva . 1564.2.3.1.1.Objetivo general . 1564.2.3.1.2.Objetivos específicos . 1564.2.3.1.3.Marco teórico . 1564.2.3.1.4.Equipo . 1574.2.3.1.5.Comprobacióndereactancia capacitiva . 1574.2.3.2.Práctica 6. Estado transitorio de uncircuito RC . 1604.2.3.2.1.Objetivo general . 1604.2.3.2.2.Objetivos específicos . 1604.2.3.2.3.Marco teórico . 1614.2.3.2.4.Equipo . 1614.2.3.2.5.Mediciónydedescargacargadelcapacitor . 162VII

CONCLUSIONES . 165RECOMENDACIONES . 167BIBLIOGRAFÍA. 169APÉNDICES . 171VIII

ÍNDICE DE ILUSTRACIONESFIGURAS1.Resistencia. 172.Símbolo de resistencia . 183.Resistencia de alambre trenzado . 224.Resistencia de carbón prensado . 235.Resistencia de película de carbón . 236.Película metálica . 247.Reóstato . 258.Potenciómetro . 259.Potenciómetro de control de mando lineal . 2610.Potenciómetro de control de ajuste vertical. 2611.Potenciómetro lineal . 2712.Potenciómetro de control logarítmico . 2713.Potenciómetro multivuelta . 2814.Símbolo inductancia . 3015.Onda senoidal . 3116.Equivalente inductor a bajas frecuencias . 3217.Equivalente inductor a altas frecuencias . 3218.Figura de dominio (electrón rotando) . 3719.Circuito RL . 3820.Circuito RL en condiciones estables . 3921.Dipolo de un material dieléctrico . 4122.Símbolo capacitor. 4123.Capacitor electrolítico . 43IX

24.Capacitor de tantalio . 4425.Capacitor cerámico . 4526.Capacitor de poliéster . 4527.Capacitor de polipropileno . 4628.Capacitor de poliestireno . 4729.Capacitor de policarbonato . 4730.Capacitor de mica de plata . 4831.Capacitor de papel . 4932.Equivalente capacitor a bajas frecuencias . 5033.Equivalente capacitor a altas frecuencias . 5034.Circuito RC . 5135.Circuito RC en condiciones estables . 5236.Sección de un material . 5737.Resistencia vs longitud . 5938.Resistencia vs área transversal . 6039.Caída de tensión . 6540.Efecto Joule por corriente . 6841.Gráfica con valores de temperatura absoluta . 7042.Gráfica de coeficiente de temperatura de los materiales . 7243.Inductancia . 7344.Circuito RL en corriente alterna . 7445.Gráfica de comparación de seno con coseno . 7546.Gráfica de reactancia inductiva vs frecuencia . 7647.Material diamagnético expuesto a un campo magnético . 7748.Material diamagnético sin campo magnético propio . 7849.Material paramagnético expuesto a un campo magnético . 7950.Material paramagnético sin campo magnético propio . 7951.Material ferromagnético expuesto a un campo magnético . 8052.Material ferromagnético con campo magnético propio . 81X

53.Gráfica de permeabilidad relativa comparada con cada materialmagnético . 8354.Punto de saturación . 8455.Punto de campo remanente . 8456.Punto de fuerza coercitiva . 8557.Punto de saturación negativo o fuerza opuesta . 8658.Punto de campo remanente negativo o inverso . 8759.Punto de fuerza coercitiva opuesta y curva completa de histéresis . 8860.Circuito RL en corriente directa . 8961.Circuito RL en estado estable . 9162.Gráfica de estado transitorio de carga de corriente dependiente delvalor de inductancia L . 9263.Gráfica de estado transitorio de carga de corriente dependiente delvalor de resistencia R . 9364.Circuito RL previamente cargado y sin una fuente de alimentación . 9365.Circuito RL en estado estable . 9566.Gráfica de estado transitorio de descarga de corriente dependientedel valor de la inductancia L . 9667.Gráfica de estado transitorio de descarga de corriente dependientedel valor de resistencia R . 9768.Circuito RC en corriente alterna . 10369.Gráfica de comparación seno y coseno . 10470.Gráfica de reactancia capacitiva vs frecuencia . 10571.Circuito RC en corriente directa . 10672.Circuito RC en estado estable . 10873.Gráfica de corriente en estado transitorio de carga dependiente delvalor de la capacitancia C . 10974.Gráfica de corriente en estado transitorio de carga dependiente delvalor de la resistencia R . 110XI

75.Circuito RC previamente cargado y sin una fuente dealimentación. 11176.Circuito RC en estado estable . 11377.Gráfica de corriente en estado transitorio de descarga dependientedel valor de la capacitancia C . 11478.Gráfica de corriente en estado transitorio de descarga dependientedel valor de la resistencia R . 11579.Efecto Peltier . 11880.Efecto Thompson . 11981.Efecto Seebeck . 11982.Efecto piezoeléctrico . 12083.Efecto piroeléctrico . 12184.Lazo abierto . 12885.Lazo cerrado . 12986.Bloque de hierro. 13287.Materiales conductores . 13288.Inductor de 600 vueltas . 13489.Circuito RL en estado estable . 13590.Circuito RL en estado transitorio . 13691.Capacitor de placas paralelas . 13692.Capacitor de placas paralelas con dieléctrico entre sus placas . 13793.Circuito RC en estado transitorio . 13894.Longitudes de los conductores . 14195.Muestra del material conductor . 14596.Medición de resistencia de la muestra . 14697.Transformador . 14998.Transformador conectado a fuente de alimentación de corrientealterna . 15099.Medición de voltaje de alimentación . 153XII

100.Medición de voltaje en la inductancia 1 . 154101.Medición de voltaje en la inductancia 2 . 154102.Medición de voltaje inductancia 3 . 155103.Medición de voltaje de alimentación. 158104.Medición de voltaje en capacitor 1 . 158105.Medición de voltaje en capacitor 2 . 159106.Medición de voltaje en capacitor 3 . 159107.Circuito RC medición de carga y descarga de capacitor . 162TABLASI.Aspectos de la metodología e-learning . 4II.Resistividad de los materiales . 58III.Tabla factor de números de conductores . 61IV.Tabla de factor de temperatura ambiente . 62V.Factor de canalización . 62VI.Factor de servicio continuo . 63VII.Selección de conductor según temperatura máxima de resistenciadel aislante . 64VIII.Conductividad de materiales conductores. 66IX.Área de sección transversal de cable conductor . 67X.Temperatura absoluta según material . 69XI.Coeficiente de temperatura según el material . 71XII.Permeabilidad de los materiales . 82XIII.Tabla de constante de tiempo .

Guatemala 15 de noviembre de '2019 Iugeniero Otto Fernando Andrino GonzáIez Coordinador dei Área de Eiectrotecnia Escueia de IngenierÍa Mecánica trléctrica Facultad de Ingeniería, USAC. Apreciable Ingeniero Andrino, Me permito dar aprobación al trabajo de graduación titulado "Concepto de dispositivos pasivos y transductores del curso Electricidaá.

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