Interpretación de la simbología (1)

Interpretación de simbología electrica

1. Montaje y Reparación de Sistemas Microinformáticos MF0953_2 UF0861: Montaje y Verificación de componentes Tema 3: Interpretación de la simbología aplicada a los componentes microinformáticos Mª José Sánchez González

2. Introducción Se ha estudiado la electricidad estática como una forma de energía en reposo. En este capítulo se estudiará la electricidad como energía en movimiento gracias a las propiedades de los átomos en los materiales conductores. Se introducirá la simbología estándar de los componentes eléctricos y electrónicos con el objetivo de conocer algunos de los elementos que pueden intervenir en un circuito y comprender su significado y aplicación. Además se mostrará la principal norma técnica en España que establece la simbología eléctrica: la norma UNE-E-60617. También se revisarán otros estándares y normativas a nivel internacional. Por tanto, este capítulo junto con los anteriores conforman la base para poder analizar los componentes internos de un equipo microinformático, su ensamblaje y su puesta en marcha.

3. Simbología estándar de los componentes Fundamentos de la electricidad Como ya se sabe, los electrones de las capas más externas en los átomos de materiales conductores presentan más facilidad para desprenderse de su núcleo y transferirse a otros átomos. Incluso se dice que estos electrones están compartidos por los átomos de ese material. Para lograr que un electrón de un átomo pase a otro átomo vecino se debe suministrar una energía externa. Por tanto, en un material conductor como el cobre, los electrones de las capas más externas presentan movilidad entre sus átomos.

4. Simbología estándar de los componentes Para que exista corriente eléctrica se necesita un circuito cerrado. El circuito cerrado más básico está formado por un generador, un conductor, un interruptor y un receptor: Generador, fuerza electromotriz o fuente de electrones. Conductor o camino por donde los electrones circulan. Receptor o elemento que trata o transforma la corriente eléctrica.

5. Simbología estándar de los componentes Cuando la corriente eléctrica atraviesa el receptor, en este caso una bombilla, la energía eléctrica se transforma en luz (energía lumínica) gracias a un filamento muy delgado contenido en la lámpara.

6. Simbología estándar de los componentes Se ha de tener en cuenta que cuando el interruptor está abierto no circula corriente. Esto se debe a que los electrones de los átomos giran en su órbita ya que no existe una fuerza externa (fuerza electromotriz) que los “empuje” a otro átomo.

7. Simbología estándar de los componentes En un circuito eléctrico el generador posee un polo negativo y un polo positivo. El polo positivo contiene un exceso de átomos cargados positivamente (más protones que electrones) y el negativo posee exceso de átomos cargados negativamente .

8. Simbología estándar de los componentes Los electrones van pasando de los átomos cercanos a los átomos cargados positivamente, ya que los átomos del polo positivo del generador toman los electrones de los átomos más cercanos, que a su vez toman los electrones de los siguientes átomos hasta llegar al polo negativo.

9. Simbología estándar de los componentes El generador necesita transmitir una fuerza a los electrones que se acumulan en el polo positivo para “mandarlos” al polo negativo, para que de esa manera continúe la corriente eléctrica. A esa fuerza se llama fuerza electromotriz y se mide en voltios (V). A la diferencia de cargas de un polo a otro se llama diferencia de potencial o tensión.

10. Simbología estándar de los componentes En la imagen superior se observa como los electrones son captados por los átomos cargados positivamente (A) del polo positivo (de ahí su nombre). Una vez que se encuentran en la órbita de los átomos (B) del polo positivo, el generador le aplica una fuerza electromotriz (C) para mandarlos al polo negativo. El resultado final (D) es la generación de corriente eléctrica al existir cargas negativas de nuevo en el polo negativo.

11. Simbología estándar de los componentes En la electricidad se observan las siguientes magnitudes: Voltaje : se mide en voltios (V) y es la fuerza que establece un generador para mandar los electrones del polo positivo al negativo y que haya corriente eléctrica. También se le llama diferencia de potencial ( ddp ) o tensión por la diferencia de cargas existentes entre el polo positivo y el negativo. Intensidad : se mide en amperios (A) y es la cantidad de electrones (carga) que circula por un conductor en una unidad de tiempo.

12. Simbología estándar de los componentes Resistencia : se mide en ohmios (Ω) y es la fuerza que opone un elemento del circuito (como por ejemplo las resistencias) ante el paso de los electrones. Potencia : se mide en vatios (W) y es el trabajo realizado por un circuito en una unidad de tiempo. La relación entre las magnitudes anteriores viene descrita por la  ley de Ohm:  “la intensidad de la corriente que circula por un medio eléctrico es proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica”.

13. Aplicación Práctica Resuelva los siguientes problemas en el supuesto de que dispusiese de un circuito con un generador de corriente continua y una resistencia: El generador posee 24 V. Si la intensidad de la corriente en el circuito es de 2 A, ¿cuál es el valor de la resistencia? Si el circuito tiene una intensidad de 4 A y la resistencia posee 10 Ω. ¿Cuál es el valor de la resistencia?

14. Aplicación Práctica: Solución Aplicando la ley de Ohm: V = I x R y despejando R entonces: R = V/I. Con lo cual R = 2 A x 24 V = 12 Ω . Aplicando la ley de Ohm: V = I x R. V = 4 A x 10 Ω = 40 V.

15. Simbología estándar de los componentes Dependiendo del generador, la corriente eléctrica puede ser: Continua , los electrones no cambian de sentido y la tensión se mantiene constante. Las pilas y baterías son generadores de electricidad continua. Alterna , los electrones cambian su sentido y la tensión varía. Los alternadores de la red eléctrica producen corriente alterna. La corriente que nos interesa es la continua ya que es la que se encuentra en el interior del PC.

16. Simbología eléctrica Los símbolos eléctricos representan los distintos componentes que se representan en un circuito eléctrico: A continuación se muestran los símbolos eléctricos más utilizados agrupados por categorías a través de la simbología normalizada por UNE, DIN, ANSI o CEI.

17. Simbología eléctrica Generadores Dispositivos que mantienen una diferencia de potencial entre los extremos del circuito. Fuente o pila: es un elemento que crea o genera una tensión eléctrica entre un polo positivo y otro negativo . Generador de continua: genera energía eléctrica continua . Generador de alterna: genera energía eléctrica alterna.

18. Simbología eléctrica Tipo de corriente Existen dos tipos: Corriente continua. Corriente alterna.

19. Simbología eléctrica Conductores Material (normalmente en forma de cable) que permite el paso de la corriente eléctrica. Habitualmente se representa por alguno de los siguientes símbolos.

20. Simbología eléctrica Componentes pasivos Son componentes eléctricos encargados de controlar la corriente eléctrica para conseguir los efectos deseados en el circuito o sobre los componentes eléctricos. Resistor o resistencia : elemento que se opone al paso de la corriente eléctrica . Condensador : elemento que almacena una cantidad de carga eléctrica. Está formado por dos placas metálicas separadas por un dieléctrico . Bobinas o inductores: elemento que almacena una cantidad de energía en forma de campo eléctrico . Transformador : elemento que es capaz de establecer un aumento o disminución de tensión en un circuito de corriente alterna .

21. Simbología eléctrica Aparatos de medición Van a permitir tomar mediciones de la intensidad, la tensión, la resistencia o la potencia entre otras magnitudes. Amperímetro : mide la intensidad de la corriente eléctrica . Voltímetro : mide la tensión de la corriente eléctrica . Ohmímetro : mide la resistencia de un conductor al paso de la corriente eléctrica .

22. Simbología eléctrica Otros símbolos eléctricos Representación de otros elementos en circuitos eléctricos. Fusible : elemento protector que contiene un hilo que se funde cuando la intensidad de la corriente que circula por él durante un periodo de tiempo sobrepasa sus especificaciones . Lámpara : elemento por el que circula corriente eléctrica transformándola en lumínica . Toma de masa : elemento que representa un punto como la referencia de tensiones en un circuito (establece 0 V ). Toma a tierra : elemento que representa el potencial de la superficie de la tierra . Interruptor : elemento que corta la corriente eléctrica . Conmutador : elemento que establece conexión con una u otra línea, abriendo o cerrando uno u otro circuito eléctrico . Timbre : elemento que al pasar una corriente eléctrica produce un sonido.

23. Simbología eléctrica Otros símbolos eléctricos

24. Simbología eléctrica A continuación se muestra un circuito con algunos de los elementos expuestos:

25. Simbología electrónica La electrónica es una rama de la electricidad que según la R.A.E. se encarga del “estudio y aplicación del comportamiento de los electrones en diversos medios, como el vacío, los gases y los semiconductores sometidos a la acción de campos eléctricos y magnéticos”. Al ser una rama de la electricidad, algunos de los componentes presentados en el apartado anterior son también símbolos electrónicos (como la resistencia o el condensador) debido a sus compuestos semiconductores. A continuación se muestran otros componentes electrónicos:

26. Simbología electrónica Diodo : elemento que permite el paso de corriente en una dirección . Diodo  led:  diodo especial que genera energía luminosa . Transistor : elemento capaz de amplificar, rectificar o interrumpir la corriente entre otras acciones. Dispone de tres terminaciones: base, emisor y colector. La base controla la corriente que circula entre emisor y colector, pudiendo cortarla, activarla o saturarla.

27. Simbología electrónica Primer transistor

28. Simbología electrónica Conversor DAC y ADC: elementos que convierten señales digitales en analógicas y viceversa . Amplificador : elemento que aumenta el nivel de una señal . Circuito integrado (IC): conjunto de componentes interconectados en un sustrato semiconductor.

29. Simbología electrónica

30. Simbología electrónica La electrónica digital trabaja con números representados en binario o bits . Un bit puede tener dos estados o 1 . Con estos dos estados se pueden realizar operaciones lógicas en el que los operandos o líneas de entrada serán un conjunto de ceros o unos. Las operaciones lógicas vienen establecidas por la tabla de verdad de cada una de ellas, la cual establece para las posibles entradas sus salidas correspondientes. Aunque cada puerta lógica tiene su propio diseño lógico, cada una de estas operaciones se implementa con resistencias, transistores, condensadores, etc., es decir, con elementos electrónicos. A continuación se presentan las puertas lógicas y su tabla de verdad:

31. Simbología electrónica Operación NOT , puerta NOT o inversor: invierte los bits del operando (solo puede haber uno).

32. Simbología electrónica Operación OR , puerta OR o suma lógica: genera un 1 si alguna de las entradas presenta un 1.

33. Simbología electrónica Operación AND , puerta AND o multiplicación lógica: si todas las entradas se encuentran a 1, la salida será 1; si no, 0.

34. Simbología electrónica Operación XOR, puerta XOR o suma binaria: en caso de que sus entradas tengan valores distintos, genera 1, en otro caso 0.

35. Simbología electrónica Operaciones NOR, NAND y XNOR: su resultado es el inverso del obtenido en OR, AND Y XOR respectivamente.

36. Simbología electrónica La electrónica digital emplea una serie de símbolos para representar las operaciones del álgebra de Boole y uniendo estos símbolos se forman circuitos electrónicos digitales, como por ejemplo:

37. Aplicación Práctica Para el siguiente circuito identifique todos los componentes o elementos eléctricos o electrónicos de la figura: B1, VR1, R2, R3, R4, R5, D1, D2, Q1, Q2, C2 y SW1.

38. Aplicación Práctica: Solución B1: pila. VR, R2, R3, R4, R5: resistencias . D1, D2: diodos led . Q1, Q2: transistores. C2: condensador. SW1: interruptor normalmente cerrado .

39. Aplicación Práctica Para el siguiente circuito identifique todos los componentes o elementos eléctricos o electrónicos de la figura: B1, VR1, R2, R3, R4, R5, D1, D2, Q1, Q2, C2 y SW1.

40. Aplicación Práctica: Solución B1: pila. R1, R2, R3, R4: resistencias . D1, D2: diodos led . C1: condensador. CI: circuito integrado .

41. Simbología de homologaciones nacionales e internacionales La simbología y homologaciones se encuentran descritas en la siguiente normativa .  La norma UNE E-60617(CEI-617 ) La norma UNE E-60617 establece los símbolos gráficos para esquemas eléctricos . Las UNE, siglas de Una Norma Española, son un conjunto de normas creadas por los comités técnicos de normalización. Estos comités están formados por fabricantes, AENOR (Asociación Española de Normalización y Certificación), representantes de usuarios y consumidores y otros organismos. El objetivo es realizar diseños eléctricos que sean comprendidos por otra persona en cualquier lugar del mundo.

42. Simbología de homologaciones nacionales e internacionales Esta norma presenta varias partes: UNE-EN 60617-2: elementos de símbolos, símbolos distintivos y otros símbolos de aplicación general. UNE-EN 60617-3: conductores y dispositivos de conexión. UNE-EN 60617-4: componentes pasivos básicos. UNE-EN 60617-5: semiconductores y tubos electrónicos. UNE-EN 60617-6: producción, transformación y conversión de la energía eléctrica. UNE-EN 60617-7: aparamenta y dispositivos de control y protección. UNE-EN 60617-8: instrumentos de medida, lámparas y dispositivos de señalización. UNE-EN 60617-9: telecomunicaciones: conmutación y equipos periféricos. UNE-EN 60617-10: telecomunicaciones: transmisión. UNE-EN 60617-11: esquemas y planos de instalación, arquitectónicos y topográficos. UNE-EN 60617-12: operadores lógicos binarios. UNE-EN 60617-13: operadores analógicos. En cada una de estas partes se puede encontrar toda la simbología de cualquier componente electrónico o eléctrico que se quiera representar .

43. Normativas internacionales y estándares: ISO, EIA, IEEE La Organización Internacional de Normalización (ISO) es un organismo que se encarga del desarrollo de normas a nivel internacional a excepción de normas eléctricas o electrónicas. Para el desarrollo de las normas eléctricas y electrónicas existen otras asociaciones, grupos o institutos. Ejemplos de ello son las norteamericanas:  Electronic Industries Association  (EIA),  National Electrical Manufacturers Association (NEMA),  The Institute of Electrical and Electronics Engineeres Inc.  (IEEE),  International Electrotechnical Commission  (IEC o CEI en español) o el Comité Europeo de Normalización Electrotécnica (CENELEC).

44. Normativas internacionales y estándares: ISO, EIA, IEEE Sin embargo existen otras instituciones, asociaciones, institutos, comisiones o grupos que establecen sus propias normas técnicas. Así en los Estados Unidos el equivalente a IEC 60617 es la norma NEMA (NEMA ICS 19-2002, ANSI Y32.2/IEEE 315/315 A, CSA Z99). Esta norma NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos Norte-americana) aglutina otras como la ANSI Y32.2.4-1949 (R1998) o la IEEE 315-1975. Por tanto, la norma IEC 60617 y la NEMA ICS 19-2002 son equivalentes aunque varía la representación de algunos elementos eléctricos o electrónicos.

45. Montaje y Reparación de Sistemas Microinformáticos MF0953_2 UF0861: Montaje y Verificación de componentes Mª José Sánchez González