DEFINICIÓN DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

Transmision de energia electrica I

Politécnico Santiago Mariño

Extencion - Maracaibo

7mo Semestre

Ingeniería Eléctrica

Profesora: Ing. Ranielina Rondón

JUAN CARLOS LAGUNA 
C.I.: 20.726.131
ING. ELECTRICA 

DEFINICIÓN DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

Una línea de transmisión es un sistema de conductores metálicos para transferir energía eléctrica desde un punto a otro. En forma más específica, una línea de transmisión consiste en dos o más conductores separados por un aislador, puede tener desde unas pocas pulgadas hasta varios kilómetros de longitud. Se pueden utilizar para transmitir señales de corriente continua o corriente alterna. Cuando la frecuencia de la señal a transmitir es baja, el comportamiento de la línea de transmisión es bastante sencillo y muy predecible, sin embargo, cuando la frecuencia de las señales es alta, se complican las características de las líneas de transmisión su comportamiento es bastante especial.

Una guía de onda es un dispositivo que se usa para transportar energía electromagnética y/o información de un sitio a otro. Generalmente se usa el término línea de transmisión a la guía de onda utilizada en el extremo de menor frecuencia del espectro. A estas frecuencias es posible utilizar un análisis cuasi-estático. Para frecuencias más elevadas la aproximación cuasi-estática deja de ser válida y se requiere un análisis en términos de campos, que es de mayor complejidad.

Las líneas de transmisión son estructuras de guiado de energía, es posible considerar a la línea como una sucesión de cuadripolos de tamañoinfinitesimal en cascada. Para cada cuadripolo entonces se puede aplicar la aproximación cuasi-estática. Esta descripción circuital se conoce como de parámetros distribuidos.

Uno de los casos de mayor interés, es el caso de las líneas ideales en donde no existen pérdidas de energía y el cuadripolo exhibe solamente elementos reactivos. Resultan ecuaciones de onda para tensión y corriente a lo largo de la línea, que queda definida por dos parámetros: la velocidad de propagación de las ondas y la impedancia característica, que da la relación entre las ondas de tensión y de corriente de una onda progresiva.

En el caso de las líneas reales se incorporan las pérdidas en los conductores y en el dieléctrico. Esto lleva, en el caso de ondas armónicas, a una constante de propagación compleja que indica la propagación con atenuación y a una impedancia característica compleja. En la práctica son de interés las líneas de bajas pérdidas.

A continuación se presenta una descripción de líneas de uso común. Una línea cargada generalmente presenta reflexión de potencia, y en el caso ideal, ondas estacionarias. En general, modificando la impedancia de carga y la longitud de la línea es posible obtener cualquier impedancia de entrada, lo que permite usar a las líneas como elementos de circuito.

Para líneas de transmisión de energía o información, la reflexión de potencia es habitualmente perjudicial, y está acompañada de sobrevoltajes y sobrecorrientes en la línea que pueden dañarla.

El parámetro que define usualmente la importancia de la reflexión es la relación de una onda estacionaria se denomina coeficiente de reflexión generalizado, el cual se describe como la relación de la tensión de la onda regresiva y la tensión de la onda incidente en cualquier punto de la línea.

TIPOS DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN

Podemos pensar en una línea de transmisión básica como un par de electrodos que se extienden paralelos por una longitud grande (en relación con la longitud de onda) en una dirección. El par de electrodos se encuentran cargados con distribuciones de carga (variables a lo largo de la línea) iguales y opuestas, formando un capacitor distribuido. Al mismo tiempo, circulan corrientes opuestas (variables a lo largo de la línea) de igual magnitud, creando un campo magnético que puede expresarse a través de una inductancia distribuida. Así la potencia fluye a lo largo de la línea.

Las líneas de transmisión se pueden clasificar de dos tipos: balanceadas y desbalanceadas, en las líneas balanceadas de dos alambres ambos conductores llevan corriente: el primero lleva la señal y el segundo la regresa. Este tipo de transmisión se denomina transmisión diferencial o balanceada de señal. La señal que se propaga por el alambre se mide como diferencia de potencial entre los dos conductores. La figura 2 muestra un sistema de transmisión balanceado. Ambos conductores de una línea balanceada conducen corriente de señal, y las corrientes tienen igual magnitud con respecto a la masa o tierra eléctrica, pero viajan en direcciones opuestas. Las corrientes que fluyen en direcciones opuestas en un par balanceado de alambres se llaman corrientes de circuito metálico. Las corrientes que tienen las mismas direcciones se llaman corrientes longitudinales. Un par balanceado de alambres tiene la ventaja de que la mayor parte del ruido de interferencia (que a veces se llama voltaje de modo común) se induce por igual en ambos conductores, y produce corrientes longitudinales que se anulan en la carga. La anulación de las señales de modo común se le llama relación rechazo de modo común (CMRR, de common-mode rejection ratio). Siendo comunes las relaciones de 40 a 70 dB.

Sistema de transmisión diferencial o balanceado

Cuando se habla de transmisión diferencial se refiere a que el voltaje esta presente entre las dos líneas conductores en donde ninguna de las dos líneas esta conectada al potencial de tierra o nivel de referencia. En el caso de una línea de una transmisión desbalanceada también se utilizan dos líneas conductoras con la diferencia que una de ellas si esta conectada al potencial de tierra o nivel de referencia.

En la transmisión desbalanceada, el conductor conectado a tierra puede ser también el nivel de referencia para otros conductores portadores de señal, esto origina a veces problemas debido a que se pueden presentar inductancias y capacitancias y con ello el surgimiento de pequeñas diferencias de potencial entre cualquiera de los conductores de señal y el conductor de tierra; como consecuencia de no tratarse de un punto de referencia perfecto induciéndose pequeños niveles de ruido en él.

La figura 3 muestra dos sistemas desbalanceados de transmisión. La diferencia de potencial en cada alambre de señal se mide entre él y la tierra. Las líneas de transmisión balanceadas se pueden conectar a líneas desbalanceadas, y viceversa, con transformadores especiales llamados balunes.

Figura 3. Sistema de transmisión asimétrico o desbalanceado

BALUNES

Cuando se desea conectar sistemas balanceados con sistemas desbalanceados se requiere de un dispositivo especial denominado Balún (balanceado a desbalanceado, de balanced to unbalanced). Un ejemplo clásico de este tipo de situación común es cuando se tiene una línea de transmisión desbalanceada, como un cable coaxial conectado con una carga balanceada como una antena mediante un transformador especial el cual cumple la función de Balún.

A frecuencias relativamente bajas se puede usar un trasformador ordinario para aislar la tierra de la carga, como se ve en la figura 4a. El balún debe tener un blindaje electrostático conectado a tierra física para reducir al mínimo los efectos de las capacitancias parásitas. Cuando las frecuencias son relativamente altas se utilizan Balunes de diferentes tipos según la línea de transmisión.

Figura 4. Balunes: (a) balún de transformador; (b) balún de bazuca

El más común es el balún de banda angosta, que a veces se llama choke, forro o balún bazuca, y se ve en la figura 4b. Un choke de cuarto de onda se instala en torno al conductor externo de un cable coaxial y se conecta con él. Así, la impedancia que se ve hacia la línea de transmisión se forma por el choke y el conductor externo, y es igual a infinito, es decir, el conductor externo ya no tiene impedancia cero a tierra. Por lo anterior, un alambre del par balanceado se puede conectar con el choke sin poner en corto la señal. El segundo conductor se conecta al conductor interno del cable coaxial.

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE CONDUCTORES PARALELOS

LÍNEA DE TRANSMISIÓN DE ALAMBRE DESNUDO

Figura 5. Línea de transmisión de alambre desnudo

Una línea de transmisión de alambre desnudo es un conductor de dos alambres paralelos a corta distancia y cuyo dieléctrico es el aire. Se colocan espaciadores no conductores a intervalos periódicos para sostenerlos y mantener constante la distancia entre ellos, esta distancia entre los conductores comúnmente esta entre dos y seis pulgadas; la única ventaja que presenta este tipo de línea de transmisión es su facilidad de construcción ya que debido a la ausencia de blindaje este sistema presenta altas perdidas por radiación y es muy susceptible al ruido este tipo de líneas son consideradas como líneas balanceadas.

LÍNEA DE TRANSMISIÓN DE CONDUCTORES GEMELOS

Figura 6. Línea de transmisión de conductores paralelos

Los conductores gemelos son otra línea de transmisión de dos alambres paralelos denominados comúnmente como cable de cinta.

Estos conductores son en esencia iguales que las líneas de transmisión de conductores desnudos con la diferencia de que los separadores de los dos conductores son remplazados por un dieléctrico macizo continuo. En este tipo de líneas de transmisión las distancia entre los dos conductores es de aproximadamente 5/16 de pulgada y los dieléctricos más utilizados son el teflón y el polietileno.

CABLE DE PAR TRENZADO

Figura 7. Cable de par trenzado UTP

Un cable de par trenzado consiste en dos conductores aislados enlazados entre si. El trenzado es utilizado para reducir la interferencia debida a la inducción mutua entre los conductores.

Cada par forma un circuito que puede transmitir datos. La línea consiste en un grupo de uno o más pares. Esta línea se conoce como UTP (unshielded twisted pair) y es el tipo más común de línea usada en redes de computadores. El cable de par trenzado no blindado (UTP) es un medio de cuatro pares de hilos que se utiliza en diversos tipos de redes. Cada uno de los 8 hilos de cobre individuales del cable UTP está revestido de un material aislante. Además, cada par de hilos está trenzado.

PAR DE CABLE BLINDADO

Figura 8. Cable de par trenzado blindado STP

Dentro de las funciones principales de las líneas de transmisión está la de transportar una señal de un punto a otro idealmente sin pérdida o atenuación alguna y sin ningún tipo de modificación o interferencia por tal razón para reducir las pérdidas por radiación e interferencia se acostumbra en muchos casos encerrar a la línea de transmisión en una malla de alambre metálica y conductora la cual es conectada a tierra cumpliendo funciones de blindaje.

Esta malla evita que se irradian señales fuera de ella y evita que interferencias de tipo electromagnético llegue a los conductores de señal en conclusión esta línea de transmisión esta constituida por dos alambres conductores paralelos separados por un material dieléctrico macizo y toda su estructura encerrada en un tubo conductor integrado por una malla y finalmente es cubierto con una capa protectora de plástico.

Comúnmente, con el fin de ofrecer un mayor rechazo a interferencia (en particular el rechazo a modo común y la diafonía entre líneas) se rodean los pares con un aislador. Esta línea se conoce como STP (shielded twisted pair). Tanto UTPs como STPs se usan en instrumentación electrónica, aviones y otras aplicaciones críticas de transmisión de datos.

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN CONCÉNTRICA O COAXIAL

Figura 9. Líneas de transmisión concéntricas o coaxiales:

(a) rígida llena de aire; (b) línea flexible maciza

Hasta el momento se habían expuesto las líneas de transmisión de conductores paralelos, las cuales son ideales para aplicaciones con señales a bajas frecuencias. Sin embargo, en las frecuencias altas, sus pérdidas por radiación y pérdidas dieléctricas, así como su susceptibilidad a la interferencia externa son excesivas.

Cuando se desean utilizar líneas de transmisión que brinden excelentes comportamientos frente a señales de alta frecuencia se recomienda el uso de conductores coaxiales. Debido, a que permiten reducir las pérdidas y al mismo tiempo aíslan las trayectorias de transmisión. Un cable coaxial básico consiste en un conductor central rodeado por un conductor externo concéntrico a una distancia uniforme del centro. En esencia existen dos tipos de cables coaxiales comúnmente utilizados como líneas de transmisión de alta frecuencia: líneas rígidas llenas de aire o líneas flexibles macizas. Es relativamente costoso fabricar los cables coaxiales rígidos de aire, y para minimizar las pérdidas, el aislador de aire debe estar relativamente libre de humedad. Los cables coaxiales macizos tienen menos pérdidas y son más fáciles de fabricar, instalar y mantener. Los dos tipos de cable coaxial son relativamente inmunes a la radiación externa, irradian poco ellos mismos, y pueden funcionar a mayores frecuencias que sus contrapartes de conductores paralelos. Las desventajas básicas de las líneas coaxiales de transmisión son su alto costo y que se deben usar en el modo desbalanceado.

CIRCUITO EQUIVALENTE DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN

IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA

Cuando se hace uso de una línea de transmisión en un sistema de comunicación, muchas veces es importante conocer sus características eléctricas y la forma como estas interactúan entre si afectando la señal transmitida. Las características de una línea de transmisión están determinadas por sus propiedades eléctricas y físicas tales como: la conductividad de los alambres, la constante dieléctrica del aislamiento el diámetro del alambre y la distancia entre conductores; estas propiedades son llamadas constantes eléctricas primarias: resistencia en corriente continua en serie (R), inductancia en serie (L), capacitancia en paralelo (C) y conductancia en paralelo (G). Estas constantes primarias se encuentran distribuidas uniformemente a lo largo de la línea de transmisión a continuación se explican aspectos importantes a cerca de las líneas de transmisión.

Figura 10. Línea de transmisión de dos cables paralelos, circuito equivalente eléctrico

La impedancia de entrada de una línea infinitamente larga a radio frecuencias es resistiva igual a Ζo. Cuando una onda electromagnética recorre la línea sin reflexiones, se dice que la onda se propagó por una línea no resonante.

La relación de voltaje a corriente en cualquier punto de la línea es igual a Ζo; en donde el voltaje y la corriente incidentes en cualquier punto de la línea están en fase. Para el caso de una línea, las no resonantes presentan unas pérdidas mínimas por unidad de longitud.

Toda línea de transmisión que finalice en una carga netamente resistiva igual a se comporta como una línea infinita en donde: Zn=Zo , no hay ondas reflejadas, voltaje y corriente en fase y máxima transferencia de energía de la fuente a la carga.

La expresión matemática que define la impedancia característica es:

Con base en lo anterior, se puede observar que para el caso de presentarse señales a muy alta frecuencia, la impedancia característica de la línea tiende a ser constante e independiente de la frecuencia y la longitud, dependiendo solamente de los factores inductivos y capacitivos. Adicionalmente su resultado tiende a ser netamente resistivo y con ello una absorción total de la energía incidente por parte de la línea.

Figura 11. Diferenciación de la impedancia característica

En general, La impedancia característica determina, según la Ley de Ohm, la relación que debe existir entre la tensión y la intensidad en la línea. La cual se define como la impedancia que se ve desde una línea infinitamente larga o la impedancia que se ve desde el largo finito de una línea que se determina en una carga totalmente resistiva igual a la impedancia característica de la línea.

El concepto de la impedancia característica, representa un valor uniforme a lo largo de toda la línea, o bien, el valor de la impedancia en cualquier punto en el caso de no existir señal reflejada, condición que se cumple cuando la línea tiene una longitud infinita o bien en el caso de que la impedancia de carga sea exactamente Zo. Puesto que la impedancia característica es la misma a lo largo de toda la línea, sus unidades son de ohms.

La impedancia característica de una línea de transmisión para el caso de dos conductores paralelos con aire como dieléctrico se puede calcular a partir de la siguiente expresión:

Características de las Ondas:

Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto.

Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse.

El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.

Amplitud de onda:

La distancia por encina o por debajo de la línea central de una forma de onda representa la amplitud de la señal. Cuanto mayor es la distancia, mayor será la variación de presión o la señal eléctrica.

La amplitud puede medirse usando varios estándares. Los máximos positivos y negativos de uina onda se conocen como valor de pico, y la distancia entre el pico negativo y positivo se conoce como valor pico a pico.

El valor medio eficaz (root meant square o RMS) se usa como vaor medio más significativo entre amos, y es el que se aproxima más al nivel percibido por nuestros oidos.

En una onda sinusoidal, el valor RMS se calvula elevando al cuadrado la amplitud de la onda en cada punto y es 0.707 veces el valor de pico. Al ser el cuadrado de un número el valor RMS siempre será un valor positivo.

Frecuencia:

La frecuencia es el número de veces que una masa vibratoria o señal eléctrica repite un ciclo, de positivo a negativo (amplitud).

El desplazamiento completo de una onda, que corresponde a un giro de 360º en una circunferencia, se conoce como ciclo.

La frecuencia se mide en herzios (Hz), siendo su valor el número de veces que se repiten en un segundo.

1 Hz = 1 ciclo / 1 segundo

Velocidad:

La velocidad de una onda es la velocidad a la que la onda viaja a través de un medio (líquido, sólido o gaseoso).

Viene dada por la siguiente ecuación:

V = d/t

V = velocidad de propagación de la onda en el medio

d = distancia a la fuente de sonido

t = tiempo en segundos

Longitud de onda:

La longitud de onda es la distancia en el medio entre el principio y el final del ciclo, o entre los puntos correspondientes de los ciclos contiguos.

Longitud de onda = velocidad en el medio / frecuencia en herzios

Si por ejemplo tenemos una onda de 30 Hz, ésta completará 30 ciclos en 1 segundo, ó 1 ciclo cada 1/30 segundos. El tiempo que se tarda en completar un ciclo se llama período de la onda y se expresa con el símbolo T.

T = 1 / f

Respuesta de frecuencia:

La respuesta de frecuencia es la relación que hay entre la amplitud de onda y la frecuencia. Se muestra en un eje de coordenadas, donde en Y se representa la amplitud media de la señal, y en X se representa la frecuencia de la señal.

Si la amplitud de la onda tiene el mismo valor para todas las frecuencias, se obtendrá una respuesta de frecuencia plana. 

Fase:

Dado que un ciclo puede empezar en cualquier punto de la forma de onda, es posible tener dos generadores de onda produciendo ondas sinusoidales de la misma frecuencia y amplitud de pico, pero que tengan diferentes amplitudes en un momento dado. En este caso se dice que las ondas están fuera de fase (desfasadas) una respecto a la otra. La cantidad de desfase que hay entre ambas ondas se mide en grados, y un ciclo se divide en 360º

La onda sinusoidal se considera que empieza a 0º con amplitud 0, y alcanza su valor máximo positivo a 90º, después decrece hasta cero a 180º para encontrar su valor máximo negativo a 270º y volver a cero a 360º.

Conceptos, Ventajas y Desventajas de Conductores Abiertos, Blindados, Cable Coaxial y Guías de Ondas.

Guía de ondas

Guías de onda: se pueden considerar dos tipos.

Guías metálicas: típicamente formadas por un único conductor

Guías dieléctricas: típicamente formadas por uno o varios medios Dieléctricos (no tienen conductores)

Las guías de onda no soportan propagación de tipo TEM

Cable coaxial: 

El cable coaxial, coaxcable o coax,1 creado en la década de 1930, es un cable utilizado para transportar señales eléctricas de alta frecuencia que posee dos conductores concéntricos, uno central, llamado núcleo, encargado de llevar la información, y uno exterior, de aspecto tubular, llamado malla, blindaje o trenza, que sirve como referencia de tierra y retorno de las corrientes. Entre ambos se encuentra una capa aislante llamada dieléctrico, de cuyas características dependerá principalmente la calidad del cable. Todo el conjunto suele estar protegido por una cubierta aislante (también denominada chaqueta exterior).

El conductor central puede estar constituido por un alambre sólido o por varios hilos retorcidos de cobre; mientras que el exterior puede ser una malla trenzada, una lámina enrollada o un tubo corrugado de cobre o aluminio. En este último caso resultará un cable semirrígido.

Debido a la necesidad de manejar frecuencias cada vez más altas y a la digitalización de las transmisiones, en años recientes se ha sustituido paulatinamente el uso del cable coaxial por el de fibra óptica, en particular para distancias superiores a varios kilómetros, porque el ancho de banda de esta última es muy superior

La característica principal de la familia RG-58 es el núcleo central de cobre, de la cual se consideran los siguientes tipos:

RG-58/U: núcleo de cobre sólido.

RG-58 A/U: núcleo de hilos trenzados.

RG-59: transmisión en banda ancha (CATV).

RG-6: mayor diámetro que el RG-59 y considerado para frecuencias más altas que este, pero también utilizado para transmisiones de banda ancha.

RG-62: redes ARCnet.

PARA BANDA ANCHA:

VENTAJAS

Es el mismo tipo de cable que se utiliza en las redes de TV por cable (CATV)

Es posible transmitir voz, datos y video simultáneamente.

Todas las señales son Half-Dúplex, pero usando 2 canales se obtiene una señal Full-Dúplex.

Se usan amplificadores y no repetidores.

Se considera un medio activo, ya que la energía se obtiene de los componentes de soporte de la red y no de las estaciones del usuario conectado.

DESVENTAJAS:

Su coste es relativamente caro, se necesitan moduladores en cada estación de usuarios, lo que aumenta su coste y limita su velocidad de transmisión.

PARA BANDA BASE:

VENTAJAS:

Diseñados principalmente para comunicaciones de datos.

Pueden ejecutarse aplicaciones de voz, pero no son en tiempo real.

Tiene un bajo coste y su instalación es sencilla.

Banda ancha con capacidad de 10 Mb/segundo.

Alcance de 1 a 10 km.

DESVENTAJAS

Transmite una señal simple en Half-Dúplex.

No hay modelación de frecuencias.

Medio pasivo donde la energía es provista por las estaciones del usuario.

Hace uso de conectores especiales para la conexión física.

Uso de topología de bus, árbol y raramente en anillo.

Ofrece poca inmunidad frente a los ruidos, aunque puede mejorarse con filtros.

El ancho de banda transporta el 40 % de su carga total para permanecer estable.

Conductores abiertos

Una línea de transmisión de cable abierto es un conductor paralelo de dos cables. Consiste simplemente de dos cables paralelos, espaciados muy cerca y sólo separado por aire.

Los espaciadores no conductivos se colocan a intervalos periódicos para apoyarse y mantenerse a la distancia entre las constantes entre los conductores. Las distancias entre los dos conductores generalmente está entre 2 y 6 pulgadas.

El dieléctrico es simplemente el aire, entre y alrededor de los conductores en donde se propaga la onda transversal electromagnética, La única ventaja real de este tipo de línea de transmisión de cable abierto es su construcción sencilla. Ya que no hay cubiertas, las pérdidas por radiación son altas y susceptibles a recoger ruido. Por lo tanto, las líneas de transmisión de cable abierto normalmente operan en el modo balanceado. 

Ventajas

Bajo costo en su contratación.

Alto número de estaciones de trabajo por segmento.

Facilidad para el rendimiento y la solución de problemas.

Puede estar previamente cableado en un lugar o en cualquier parte.

Desventajas

Altas tasas de error a altas velocidades.

Ancho de banda limitado.

Baja inmunidad al ruido.

Baja inmunidad al efecto crosstalk (diafonía)

Alto costo de los equipos.

Distancia limitada (100 metros por segmento).

Cable blindado:

Cable eléctrico formado por varios conductores protegidos por una envoltura metálica arrollada en espiral.

El Cable Blindado es utilizado como cable de control, señal e instrumentación. Los cables blindados se utilizan en maquinaria industrial y en sistemas de información y transferencia de datos en la industria en general tales como la industria alimentaria, automotriz, del embalaje, en plantas industriales, en las tecnologías del medio ambiente, en los transportadores de equipos de control y en las líneas de producción para el control, regulación y supervisión de la fuente. De igual manera, el cable tipo blindado se utiliza en equipos de informáticos como unidades para control en las máquinas de herramientas y en las líneas de montaje de interconexión

Ventajas

Los cables UTP son los cables de red más comúnmente utilizados en el mercado y se les considera los más rápido a base de cobre que se encuentran disponibles. Son menos costosos que los cables STP, y el metro es menos costoso que otros tipos de cables LAN. Esto hace que no sólo sean más asequibles, sino más fácilmente de cambiar. Tienen un diámetro exterior de aproximadamente 0,43 cm, por lo que es un cable más pequeño que el STP y más fácil de trabajar durante la instalación, ya que no llena los conductos de cableado tan rápido como otros cables. Se presenta en diferentes categorías, desde el Nivel 1 para el cableado telefónico del hogar hasta el nivel 6 para la red Ethernet. Es el cableado más compatible y puede utilizarse con la mayoría de otros sistemas de redes principales y no requiere de conexión a tierra.

Desventajas

Los cables UTP son susceptibles a la interferencia de radio frecuencia (RFI) y la interferencia electromagnética (EMI), como las del microondas, y son más propensos a la interferencia y ruido electrónico que otras formas de cable. Por esta razón, deben mantenerse fuera del rango de onda de los motores eléctricos y de la iluminación fluorescente. Además, la distancia entre los impulsos de la señal es más corto con un cable UTP que para los cables coaxiales y de fibra óptica, lo que hace que sea menos capaz de llevar la señal a larga distancia en la red.

Interpretar el origen, las características y uso de las constantes: Resistencia, Inductancia, Conductancia y Capacidad con el propósito de diseñar secciones L, T y Π.

Resistencia

Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.

Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada por la siguiente fórmula:

 R = \rho { \ell \over S }

Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material, \ell es la longitud del cable y S el área de la sección transversal del mismo.

La resistencia de un material depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal).

Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual con la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición, en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.

Por otro lado, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha resistencia, así:1

R = {V \over I}

Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.

También puede decirse que "la intensidad de la corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a su resistencia"

Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

Características de la Resistencias

Todas las resistencias tienen una tolerancia, esto es el margen de valores que rodean el valor nominal y en el que se encuentra el valor real de la resistencia. Su valor viene determinado por un porcentaje que va desde 0.001% hasta 20% el más utilizada es el de 10% . Esta tolerancia viene marcada por un código de colores.

La resistencias tienen un coeficiente de temperatura, este valor dependerá de la temperatura que alcance la resistencia cuando empiece a circular el flujo de electrones. Como cualquier elemento eléctrico y electrónico tiene un rango de trabajo y por tanto un límite de funcionamiento que vendrá determinado por su capacidad de disipar calor, la tensión y por su temperatura máxima; por tanto será la temperatura máxima con la cual podrá trabajar sin deteriorarse.

Tiene también un coeficiente de tensión que limitará el paso del corriente eléctrica entre sus dos extremos que será la variación relativa de cambio de tensión al que se someta.

Un factor también importante es el ruido que se debe a los cambios repentinos de aumento y disminución de corrientes continuos. La capacidad de la resistencia es la capacidad de mantener enel transcurso del tiempo el valor nominal de la resistencia será sometido a los cambios ambientales, largos periodos del funcionamiento que no deberá afectarla para nada.

Los materiales empleados para la fabricación de las resistencias son muy variados pero los más comunes son aleaciones de cobre, níquel y zinc en diversas proporciones de cada uno lo que hará variar la resistividad. Quien determinará un aumento de esta resistividad será el níquel, ya que si la aleación lleva porcentaje anto de éste, la resistencia tendrá gran resistividad.

Las aleaciones de cobre níquel y níquel-hierro tiene una resistividad de 10 a 30 veces mayor que el cobre y las aleaciones de níquel-cromo serán de 60 a 70 veces mayor que las de cobre y con un gran comportamiento en temperaturas elevadas.

También se puede utilizar el carbono ya que su resistividad entre 400 y 2.400 veces la del cobre, por este motivo se utiliza en las escobillas de los motores eléctricos.

Uso de la resistencia:

Exsten ciertos materiales son malos conductores de la corriente electrica. Esta propiedad se llama resistencia, el paso adecuado se llama conductividad y la ausencia de resistencia se llama superconductividad.

Se usa para producir calor, la friccion de los electrones en los atomos del material crea calor y en algunos casos este calor genera luz visible. Una plancha es una resistencia, pero tambien un foco, una cafetera, un pirografo, un cautin. 

Otra propiedad es que al reducir la corriente, las cargas se pueden dosificar en intensidad para aprovecharlas en un circuito electronico con los requerimientos de cada transistor y demas componentes. 

Imagina a la resistencia como una llave que se opone al paso de la corriente de agua, en un circuito seria el equivalente del potencial electrico que tambien se llama voltaje. Si tengo una bateria de 9 volts y deseo solamente 3, entonces necesito calcular el valor de la resistencia. En las tiendas de componentes elctronicos ya las venden con valores especificos.

Inductancia 

Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de la capacitancia y de la inductancia.

La inductancia se representa por la letra L, que en un elemento de circuito se define por:

eL = L di/dt

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras (vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

La energía almacenada en el campo magnético de un inductor se calcula según la siguiente formula: W = I² L/2...

siendo:

W = energía (julios);

I = corriente (amperios;

L = inductancia (henrios)[1]

Conductancia:

La conductancia está directamente relacionada con la facilidad que ofrece un material cualquiera al paso de la corriente eléctrica. La conductancia es lo opuesto a la resistencia. A mayor conductancia la resistencia disminuye y viceversa, a mayor resistencia, menos conductancia, por lo que ambas son inversamente proporcionales.

Existen algunos materiales que conducen mejor la corriente que otros. Los mejores conductores son, sin duda alguna, los metales, principalmente el oro (Au) y la plata (Ag), pero por su alto costo en el mercado se prefiere utilizar, en primer lugar, el cobre (Cu) y, en segundo lugar, el aluminio (Al), por ser ambos metales buenos conductores de la electricidad y tener un costo mucho menor que el del oro y la plata.

Otros tipos de materiales, como el alambre nicromo (Ni-Cr, aleación de níquel y cromo), el constantán, la manganina, el carbón, etc. no son buenos conductores y ofrecen mayor resistencia al paso de la corriente eléctrica, por lo que son utilizados como tales, es decir, como “resistencias eléctricas” para producir calor fundamentalmente, o para controlar el paso de la corriente en los circuitos electrónicos.

Calentador eléctrico que emplea resistencia de alambre nicromo como elemento de calefacción.

Además de los conductores y las resistencias, existen otros materiales denominados semiconductores como, por ejemplo, el germanio y el silicio, que permiten el paso de la corriente en un sentido, pero lo impiden en el sentido opuesto. El silicio, sobre todo, se emplea desde hace años para fabricar diodos, transistores, circuitos integrados y microprocesadores, aprovechando sus propiedades semiconductoras.

Por otro lado podemos encontrar también materiales no conductores, que ofrecen total resistencia al flujo de la corriente eléctrica. En ese caso se encuentran el vidrio, el plástico, el PVC, la porcelana, la goma, etc., que se emplean como materiales aislantes en los circuitos eléctricos.

Si hacemos una comparación entre diferentes materiales como el cobre, nicromo, silicio y la porcelana y buscamos en una tabla sus coeficientes de resistividad a 20ºC, veremos que el cobre tiene 0,0172, el nicromo 1,5 y el silicio 1 000   · mm2 / m, mientras el coeficiente de resistividad de la porcelana es infinito.

Parámetros y las unidades eléctricas de las líneas

Se designan como parámetros primarios de la línea los siguientes:

- Resistencia en serie por unidad de longitud, R, expresada en Ω/m.

- Inductancia en serie por unidad de longitud en Hy/m.

- Capacidad en paralelo por unidad de longitud, C, en fd/m.

- Conductancia en paralelo por unidad de longitud, G, en S/m.

La resistencia depende la resistividad de los conductores y de la frecuencia. En

altas frecuencias, la resistencia aumenta con la frecuencia debido al efecto pelicular (skin), ya que la corriente penetra sólo una pequeña capa cercana a la superficie del conductor. La inductancia es consecuencia del hecho de que todo conductor por el que circula una corriente variable tiene asociada una inductancia. Como la línea está formada por dos o más conductores separados por un dieléctrico, constituye, por tanto, un condensador cuya capacidad depende del área de los conductores, su separación y la constante dieléctrica del material que los separa. Finalmente, la conductancia es consecuencia de que el dieléctrico no es perfecto y tiene resistividad finita, por lo que una parte de la corriente se “fuga” entre los conductores y, junto con la resistencia en serie contribuye a las pérdidas o atenuación en la línea.

Ecuaciones diferenciales de una línea 

la descripción de los fenómenos que se presentan en una línea, se expresan convenientemente por medio de los valores que adoptan la tensión “u” y la corriente “i”. En general estos valores varían punto a punto a lo largo de la línea y son funciones del tiempo, es así que tenemos expresiones del tipo u(x,t) e i(x,t). De esta manera el comportamiento de la línea puede conocerse resolviendo las expresiones que vinculan a ambas expresiones. En lo que sigue, partiendo de las ecuaciones de Maxwell, se establece la relación entre u(x,t) e i(x,t) que contendrá coeficientes que caracterizan el medio donde se desarrolla el fenómeno electromagnético aquí analizado. En adelante, con el propósito de simplificar las expresiones matemáticas, los campos eléctricos E y D y magnéticos H Y B , como así también las tensiones u y corrientes i, serán escritos como funciones del tiempo.

Ecuaciones de la onda viajera de voltaje y corriente en una línea sin pérdida.

Una línea de transmisión sin pérdidas de longitud 0.434 λ y cuya impedancia característica es de 100 Ω está terminada con una impedancia de (260 + i180) Ω. Calcule a) el coeficiente de reflexión, b) la ROE, c) la impedancia de entrada y d) la posición del máximo de voltaje más cercano a la carga.

 [Rta: ρ = 0.6/21.6°, S = 4, Zi = (69 + i120) Ω, a 0.03λ de la carga]

Coeficiente de propagación en una línea sin pérdidas.

El coeficiente de reflexión es utilizado en física y en Ingeniería cuando se consideran medios con discontinuidades en propagación de ondas. Un coeficiente de reflexión describe la amplitud (o la intensidad) de una onda reflejada respecto a la onda incidente. El coeficiente de reflexión está estrechamente relacionado con el coeficiente de transmisión.

Energía en una línea sin pérdidas.

Líneas sin Pérdidas Bajo ciertas condiciones, como por ejemplo líneas cortas de muy bajas pérdidas, es posible obtener una buena aproximación del comportamiento de una línea, considerando despreciables las pérdidas (tanto rn los conductores como en el medio dieléctrico, las cuales están determinadas por los valores de r y g respectivamente).