Apuntes de Electricidad Basica
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1/158 APUNTES DE ELECTRICIDAD BASICA INDICE DE MATERIAS Lección 1ª.- Constitución Electrónica de la Materia Lección 2ª.- Corriente Eléctrica Lección 3ª.- Magnitudes Eléctricas Fundamentales Lección 4ª.- Ley de Ohm Lección 5ª.- Energía, Trabajo y Potencia Lección 6ª.- Acoplamiento de Resistencias Lección 7ª.- Efectos Térmicos de la Corriente Eléctrica Lección 8ª.- Acoplamiento de Generadores Lección 9ª.-Corriente Alterna- Generalidades Lección 10ª.- Algunos elementos importantes de los circuitos eléctricos. Lección 11ª.- Corriente Trifásica. Generalidades.
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APUNTES DE ELECTRICIDAD BASICA
INDICE DE MATERIAS
Lección 1ª.- Constitución Electrónica de la Materia
Lección 2ª.- Corriente Eléctrica
Lección 3ª.- Magnitudes Eléctricas Fundamentales
Lección 4ª.- Ley de Ohm
Lección 5ª.- Energía, Trabajo y Potencia
Lección 6ª.- Acoplamiento de Resistencias
Lección 7ª.- Efectos Térmicos de la Corriente Eléctrica
Lección 8ª.- Acoplamiento de Generadores
Lección 9ª.-Corriente Alterna- Generalidades
Lección 10ª.- Algunos elementos importantes de los circuitos eléctricos.
Lección 11ª.- Corriente Trifásica. Generalidades.
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Lección 1ª.- Constitución Electrónica de la Materia
1.- Materia.
Las substancias que constituyen los cuerpos reciben el nombre general de
materia
La materia se define como sustancia extensa, divisible, susceptible de toda
clase de formas. Aquello de que están hechos todos los cuerpos por oposición a
espíritu
Cualquier sustancia la podemos dividir en partes más pequeñas.
2.- Molécula
La parte más pequeña de la materia que conserva las mismas propiedades
de la sustancia a que pertenece se llama molécula.
Molécula de Agua
3.- Átomos
Al dividir las moléculas se obtienen los átomos. El átomo es la cantidad
menor de un elemento químico que tiene existencia propia y se consideró
indivisible. Se compone de un núcleo, con protones y neutrones, y de electrones
orbitales, en número característico para cada elemento químico.
El átomo está constituido a manera del sistema planetario por pequeñísimas
partículas con un núcleo en el centro formado por protones, cargados
positivamente y por neutrones, sin carga, alrededor del cual se mueven los
electrones, o cargas negativas en orbitales o zonas de probabilidad. La masa está
concentrada en el núcleo ya que los electrones tienen una masa despreciable
respecto a la de protones y neutrones.
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Los átomos, por si mismos, no conservan las propiedades del cuerpo a que
pertenecen.
La parte central del átomo se llama núcleo
Las partículas que giran alrededor del núcleo forman orbitas o capas.
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4.- Protón
El protón es la partícula elemental que entra en la constitución de los
núcleos atómicos. Es la carga elemental de electricidad positiva.
5.- Neutrón
El neutrón es una partícula que se encuentra en el núcleo, sin carga
eléctrica, es decir, eléctricamente neutra.
6.- Electrón
El electrón es la partícula elemental más ligera que forma parte de los
átomos y que contiene la mínima carga posible de electricidad negativa. Los
electrones se disponen alrededor del núcleo, por capas, formando como orbitas.
A los electrones de la última capa del átomo los llamamos electrones libres.
A los electrones del resto de las capas les llamamos electrones fijos.
Los electrones fijos no pueden desplazarse de unos átomos a otros.
Los electrones libres pueden desplazarse de unos átomos a otros.
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6.- Átomo excitado
Debido a la facilidad de desplazamiento de los electrones libres, un átomo
puede ganar o ceder electrones. De esta forma el átomo deja de ser neutro. A estos
átomos los llamaremos excitados, o que tiene carga eléctrica.
Si el número de electrones de las orbitas de un átomo es mayor que el de
protones de su núcleo, por haberlos ganado, el átomo tiene carga eléctrica negativa.
Un átomo también puede perder electrones. En este caso el número de
protones del núcleo es mayor que el de electrones de las orbitas. El átomo tiene
entonces carga eléctrica positiva.
Los cuerpos, normalmente, al igual que los átomos, aparecen neutros en la
Naturaleza.
Pero si un cuerpo gana o pierde electrones, se carga eléctricamente.
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Así pues la carga eléctrica positiva o negativa, no es más que un defecto o exceso de
electrones en un cuerpo.
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Resumen de la Lección 1ª
- La materia que forma los cuerpos está constituida por moléculas.
- Al dividir las moléculas se obtienen los átomos.
- El átomo consta del núcleo y la envoltura.
- En el núcleo se encuentran los protones y los neutrones.
- En la envoltura están los electrones que giran alrededor del núcleo en varias
capas.
- Los protones tienen carga eléctrica positiva.
- Los electrones tienen carga eléctrica negativa
- Los neutrones no tienen carga eléctrica.
- Hay electrones que se desplazan de unos a otros átomos y se llaman electrones
libres.
* Los electrones libres están situados en la última capa.
- Los electrones que no se desplazan de unos a otros átomos se llaman electrones
fijos.
* Los electrones fijos están situados en las capas interiores del átomo.
- Un átomo con igual número de electrones que de protones, no tiene carga
eléctrica. Es un átomo neutro.
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- Un átomo con exceso o defecto de electrones es un átomo excitado.
- Los átomos con exceso de electrones tienen carga eléctrica negativa.
- Los átomos con defecto de electrones tienen carga eléctrica positiva.
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Ejercicios de la Lección 1ª
1. - Todos los átomos están formados por un ........................... alrededor del cual
giran los .....................................................
2. - Los átomos con igual número de protones que de electrones son átomos
………………………..
3. - Los átomos con exceso o defecto de electrones son átomos
............................................
4. - Observe las figuras.
3
El átomo 1 es un átomo (excitado/ neutro) ………………….…..
El átomo 2 es un átomo (excitado / neutro)………………………
El átomo 3 es un átomo (excitado / neutro) ……………………..
.
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5. - Las partículas que pueden desplazarse de unos átomos a otros son
los……………………
6. - Los electrones tienen carga eléctrica.....................................................
7. - Los neutrones (si/no)………………..tienen carga eléctrica.
8. - Las moléculas están compuestas por ………………………………
9. - En el núcleo existen p ..........................y..................................................
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Solución a los Ejercicios de la Lección 1ª
1. - Todos los átomos están formados por un NUCLEO alrededor del cual
giran los ELECTRONES.
2. - Los átomos con igual número de protones que de electrones son átomos
NEUTROS
3. - Los átomos con exceso o defecto de electrones son átomos EXCITADOS
4. - Observe las figuras.
3
El átomo 1 es un átomo (excitado/ neutro) EXCITADO
El átomo 2 es un átomo (excitado / neutro) EXCITADO
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El átomo 3 es un átomo (excitado / neutro) NEUTRO
5. - Las partículas que pueden desplazarse de unos átomos a otros son los
ELECTRONES LIBRES
6. - Los electrones tienen carga eléctrica NEGATIVA
7. - Los neutrones (si/no) NO tienen carga eléctrica.
8. - Las moléculas están compuestas por ÁTOMOS
9. - En el núcleo existen PROTONES y NEUTRONES
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Lección 2ª.- Corriente Eléctrica
1º.- Génesis de la Corriente Eléctrica
La corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga eléctrica,
normalmente a través de un cable metálico o cualquier otro conductor eléctrico,
debido a la diferencia de potencial creada por un generador de corriente.
Históricamente, la corriente eléctrica se definió como un flujo de cargas
positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un
flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se
observó, que en los metales los portadores de carga son negativos, estos son los
electrones, los cuales fluyen en sentido contrario al convencional
Así pues, la corriente eléctrica se origina por el desplazamiento de
electrones.
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2º.- Cuerpos Conductores
A los cuerpos capaces de transmitir o conducir la corriente eléctrica se les
llama cuerpos conductores de la corriente eléctrica.
Un cuerpo conductor tiene electrones libres.
Los metales tienen en sus átomos electrones libres, por lo tanto son cuerpos
conductores.
3º.- Cuerpos Aislantes.
Hay cuerpos que en sus átomos no tienen electrones libres. A estos cuerpos
se le llaman aislantes.
Entre los cuerpos aislantes están los plásticos, la porcelana, el vidrio, la
bakelita, la mica, etc. Todos estos cuerpos no tienen electrones libres en sus
átomos.
4º.- Fuerza Electromotriz.
Para que se produzca el movimiento de electrones libres, es decir, la
corriente eléctrica, es necesario una fuerza que les impulse. A esta fuerza, en
electricidad, se le llama fuerza electromotriz.
La fuerza electromotriz (f.e.m.) es toda causa capaz de mantener una
diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una
corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador
eléctrico.
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El movimiento de la corriente eléctrica se transmite a una velocidad de 300.000
kilómetros por segundo.
El punto de partida es aquel que tenga electrones libres de más o en exceso y el de
llegada, el que lo tenga de menos o en defecto.
El sentido de desplazamiento de los electrones es siempre desde el material
cargado negativamente, al cargado positivamente. Por lo tanto, el movimiento de
carga eléctrica se produce desde el cuerpo negativo al positivo. Este movimiento de
electrones a través del circuito es lo que se llama corriente eléctrica (corriente de
electrones).
Sin embargo, se dice que la corriente eléctrica circula desde el cuerpo cargado
positivamente al cargado negativamente ("el sentido de la corriente eléctrica es
contrario a la corriente de electrones").
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Este hecho, en principio contradictorio, se debe a razones históricas: Las teorías
básicas que explican el funcionamiento de la electricidad, son anteriores al
conocimiento de la existencia de los electrones. En todas estas teorías y estudios
iniciales se tomó, por convenio (acuerdo entre todos los científicos), que este era el
sentido de circulación de la corriente eléctrica.
Para crear y mantener la corriente eléctrica (movimiento de electrones), deben
darse dos condiciones indispensables:
1. Que haya una fuente de electrones o dispositivo para su generación
(generador), pila, batería, fotocélula, etc.
2. Que exista un camino, sin interrupción, en el exterior del generador, por el
cual, circulen los electrones. A este camino se le conoce como conductor.
Además de estas dos condiciones indispensables, en la mayoría de los casos, existe
un elemento llamado receptor, que es el que recibe los electrones y aprovecha la
energía de su movimiento para conseguir el efecto deseado: luz, calor, etc.
A todo este conjunto se le denomina circuito eléctrico. Si los conductores
permanecen unidos al generador y al receptor, se dice que es un circuito cerrado.
Los electrones se desplazan por el circuito exterior desde el polo negativo del
generador a su polo positivo, y dentro del generador, desde el positivo al negativo.
Por lo contrario, cuando algún tramo del conductor se interrumpe, al no existir
conexión entre el generador y el receptor, los electrones no pueden desplazarse por
el circuito y, en consecuencia, no se establece la corriente eléctrica. En este caso, se
dice que es un circuito abierto.
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5º.- Cantidad de Electricidad.
La cantidad de electrones que circulan por un conductor se llama cantidad
de electricidad.
La cantidad de electrones almacenados en un cuerpo se llama carga
eléctrica.
La cantidad de electricidad y la carga eléctrica son una misma magnitud.
Para medir estas magnitudes, utilizaremos una unidad que llamamos
culombio.
El Culombio es alrededor de 6.24×1018
veces la carga de un electrón.
Algunos modelos de generadores eléctricos
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Resumen de la Lección 2ª
- Corriente eléctrica es el desplazamiento de electrones libres.
- Cuerpo conductor es el que tiene en sus átomos electrones libres.
- Cuerpo aislante es el que en sus átomos no tiene electrones libres.
- Los metales son cuerpos conductores. Los plásticos, la bakelita, la mica,
etc., son cuerpos aislantes.
- La causa del movimiento de los electrones libres es la fuerza electromotriz
(f.e.m.)
- La velocidad del desplazamiento de la corriente eléctrica es de 300.000
km/seg.
- Los electrones se desplazan desde un punto con exceso de electrones libres,
a otro punto con defecto de electrones. Este es el sentido real de la corriente
eléctrica.
- El sentido convencional, es el contrario al real y es el que se considera en
electricidad industrial.
- La cantidad de electrones que circulan por un conductor se llama cantidad
de electricidad.
- La cantidad de electrones almacenados en un cuerpo se llama carga
eléctrica.
- La cantidad de electricidad y la carga eléctrica son una misma magnitud.
- La carga eléctrica de un cuerpo depende del número de electrones en exceso
o defecto que tenga.
- Un cuerpo con exceso de electrones tiene carga eléctrica negativa
- Un cuerpo con defecto de electrones tiene carga eléctrica positiva.
- La unidad elemental de carga eléctrica negativa o cantidad de electricidad
es el electrón. La unidad práctica de carga eléctrica o cantidad de
electricidad es el culombio que es alrededor de 6.24×1018
veces la carga de
un electrón.
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Ejercicios de la Lección 2ª
1.- La bakelita es un cuerpo (conductor/aislante)………………….
2.- Los metales son cuerpos……………………
3.- La causa del movimiento de los electrones es la…………………
4.- La corriente eléctrica se desplaza a una velocidad de…………………..km/seg.
5.- El sentido real de la corriente eléctrica es de…………………….
6.- El sentido convencional de la corriente eléctrica es………………
7.- La corriente eléctrica es el desplazamiento de …………………….
8.- Un culombio equivale a ……………………. Electrones.
9.- La carga eléctrica de un cuerpo (si/no) ……… depende de que tenga electrones
en exceso o defecto.
10.- Un cuerpo aislante, es el que (si/no) …………… tiene electrones libres.
11.- La unidad practica de carga eléctrica o cantidad de electricidad es el ………..
Central Eólica
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Solución a los Ejercicios de la Lección 2ª
1.- La bakelita es un cuerpo (conductor/aislante) AISLANTE
2.- Los metales son cuerpos CONDUCTORES
3.- La causa del movimiento de los electrones es la FUERZA ELECTROMOTRIZ
4.- La corriente eléctrica se desplaza a una velocidad de 300.000 km/seg.
5.- El sentido real de la corriente eléctrica es de MENOS A MAS
6.- El sentido convencional de la corriente eléctrica es MAS A MENOS
7.- La corriente eléctrica es el desplazamiento de ELECTRONES LIBRES
8.- Un culombio equivale a 6.24×1018
Electrones.
9.- La carga eléctrica de un cuerpo ( si/no) SI depende de que tenga electrones en
exceso o defecto.
10.- Un cuerpo aislante, es el que (si/no) NO tiene electrones libres.
11.- La unidad practica de carga eléctrica o cantidad de electricidad es el
CULOMBIO.
Central Hidroeléctrica
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Lección 3ª.- Magnitudes Eléctricas Fundamentales
1.- Intensidad de Corriente Eléctrica.
Se denomina intensidad de corriente eléctrica a la carga eléctrica que pasa a
través de una sección o conductor en la unidad de tiempo. En el Sistema
Internacional de Unidades se expresa en culombios por segundo, unidad que se
denomina amperio.
Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es corriente
continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni
disminución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria.
Se mide con un galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro y
en el circuito se coloca en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.
La cantidad de electricidad que pasa por el conductor en un segundo se denomina.
"intensidad de corriente eléctrica “ , y está expresada por el cociente entre la
cantidad total de cargas que han pasado por el conductor en un cierto tiempo y
este tiempo:
Tomando la cantidad de electricidad expresada en la unidad práctica (Coulomb) y
el tiempo en segundos, la intensidad de corriente resulta dada en Amperios (A).
La magnitud Q se mide en culombios.
La magnitud t se mide en segundos.
La magnitud I se mide en amperios (A).
2.- Amperímetro.
Para medir la inmensidad de la corriente eléctrica se utiliza un aparato
llamado amperímetro.
Para efectuar la medida de la intensidad de la corriente circulante el amperímetro
ha de colocarse en serie, para que sea atravesado por dicha corriente. Esto nos
lleva a que el amperímetro debe poseer una resistencia interna lo más pequeña
posible, a fin de que no produzca una caída de tensión apreciable. Para ello, en el
caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente
eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo grueso y con pocas espiras.
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En algunos casos, para permitir la medida de intensidades superiores a las que
podrían soportar los devanados y órganos mecánicos del aparato sin destruirse, se
les dota de un resistor de muy pequeño valor colocado en paralelo con el devanado,
de forma que solo pase por este una fracción de la corriente principal. A este
resistor adicional se le denomina shunt.
Conexión de un amperímetro en un circuito
En la figura se puede observar la conexión de un amperímetro (A) en un circuito,
por el que circula una corriente de intensidad (I).
Asimismo, se muestra la conexión del resistor shunt (RS). El valor de RS se calcula
en función del poder multiplicador (n) que queremos obtener y de la resistencia
interna del amperímetro (RA) según la fórmula siguiente:
Amperímetros
Como se aprecia un amperímetro se representa esquemáticamente
mediante un círculo, con la letra A en su interior.
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Cuando queramos medir intensidades pequeñas, utilizaremos otra unidad más
pequeña que el amperio. A esta unidad le llamamos miliamperio y es mil veces más
pequeña que el amperio. Se representa abreviadamente por mA.
3.- Densidad de corriente.
La densidad de corriente eléctrica se define como la corriente eléctrica por
unidad de superficie.
Su formula será d = I/S, en donde la Intensidad se mide en Amperios y la
Sección en milímetros cuadrados.
La densidad se medirá en Amperios partido por milímetro cuadrado
4.- Fuerza Electromotriz.
La causa que origina el movimiento de los electrones libres de unos átomos a
otros es la fuerza electromotriz
La fuerza electromotriz (f.e.m.) (E) es toda causa capaz de mantener una
diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una
corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador
eléctrico.
Esta fuerza electromotriz origina entre dos puntos cualquiera de un conductor
un desnivel eléctrico. A este desnivel eléctrico lo llamamos tensión o diferencia de
potencial ( d.d.p), ( U)
La f.e.m. se mide en voltios, al igual que el potencial eléctrico.
Se relaciona con la diferencia de potencial V entre los bornes y la resistencia
interna r del generador mediante la fórmula E = V + Ir (el producto Ir es la caída
de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia
óhmica que ofrece al paso de la corriente). La f.e.m. de un generador coincide con
la diferencia de potencial en circuito abierto.
Así pues, la f.e.m. origina entre dos puntos de un conductor una tensión que
representamos por la letra U ó por la letra V
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Entre los extremos de la resistencia R, existe una d.d.p. o tensión,
mantenida gracias a la f.e.m. E que posee la pila.
5.- Voltímetro
Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de
potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Para efectuar la medida de la diferencia de potencial el voltímetro ha de
colocarse en paralelo, esto es, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos
de efectuar la medida. Esto nos lleva a que el voltímetro debe poseer una resistencia
interna lo más alta posible, a fin de que no produzca un consumo apreciable, lo que
daría lugar a una medida errónea de la tensión. Para ello, en el caso de
instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica,
estarán dotados de bobinas de hilo muy fino y con muchas espiras, con lo que con
poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria
para el desplazamiento de la aguja indicadora.
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En la Figura se puede observar la conexión de un voltímetro (V) entre los puntos
de a y b de un circuito, entre los que queremos medir su diferencia de potencial.
En algunos casos, para permitir la medida de tensiones superiores a las que
soportarían los devanados y órganos mecánicos del aparato o los circuitos
electrónicos en el caso de los digitales, se les dota de una resistencia de elevado
valor colocada en serie con el voltímetro, de forma que solo le someta a una
fracción de la tensión total.
Un voltímetro se representa esquemáticamente con un circulo y en su interior la
letra V o la letra U.
Para facilitar el transporte de la corriente eléctrica a grandes distancias es
necesario hacerlo a grandes tensiones.
Para medir estas tensiones utilizaremos el kilovoltio, que equivale a 1000 voltios.
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6.- Resistencia Electrica
Un material conductor ofrece poca resistencia al paso de la corriente
eléctrica. Por tanto, de aquí se desprende que una de las características esenciales
de un conductor es su resistencia.
A resistencia de un conductor se representa por la letra R
Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que
encuentra la corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se
designa con la letra griega omega mayúscula (Ω). La materia presenta 4 estados en
relación al flujo de electrones. Éstos son Conductores, Semi-conductores,
Resistores y Dieléctricos. Todos ellos se definen por el grado de oposición a la
corriente eléctrica (Flujo de Electrones).
Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna
cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni
capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la
circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.
Según sea la magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en
conductoras, aislantes y semiconductoras. 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 nula.
La resistencia eléctrica se mide con el Ohmímetro es un aparato diseñado para
medir la resistencia eléctrica en ohmios. Debido a que la resistencia es la diferencia
de potencial que existe en un conductor dividida por la intensidad de la corriente
que pasa por el mismo, un ohmímetro tiene que medir dos parámetros, y para ello
debe tener su propio generador para producir la corriente eléctrica.
Entre varios conductores del mismo material y de la misma sección, tendrá mayor
resistencia el conductor que tenga mayor longitud
Entre varios conductores de la misma longitud y de diferente sección, tendrá
menor resistencia aquel que su sección sea mayor.
La resistencia depende del tipo de material que esté formado el conductor. A la
resistencia que presenta un conductor cualquiera, que tenga un metro de longitud
y un milímetro cuadrado de sección se llama resistividad.
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Para calcular la resistencia ( R ) que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica,
es necesario conocer primero cuál es el coeficiente de resistividad o resistencia
específica “ ” (rho) de dicho material, la longitud que posee y el área de su sección
transversal.
A continuación se muestra una tabla donde se puede conocer la resistencia específica en
· mm2 / m, de algunos materiales, a una temperatura de 20° Celsius.
Material Resistividad ( · mm2 / m ) a 20º C
Aluminio 0,028
Carbón 40,0
Cobre 0,0172
Constatan 0,489
Nicromo 1,5
Plata 0,0159
Platino 0,111
Plomo 0,205
Tungsteno 0,0549
Para realizar el cálculo de la resistencia que ofrece un material al paso de la corriente
eléctrica, se utiliza la siguiente fórmula:
FÓRMULA
De donde.
R = Resistencia del material en ohmios ( ).
= Coeficiente de resistividad o resistencia específica del material en
, a una temperatura dada.
l = Longitud del material en metros.
s = Superficie o área transversal del material en mm2.
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En algunos casos para medir la resistencia, el ohmio resulta una unidad pequeña y
utilizamos una unidad mas grande o multiplo, que llamamos megahomio, que
equivale a un millón de ohmios. Se representa por M .
Resistencias Eléctricas
Ohmímetro
Símbolos de Resistencias
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SIMBOLOS ELECTRICOS
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Resumen de la Lección 3ª
- La intensidad de corriente es la cantidad de electricidad que circula por un
conductor en la unidad de tiempo.
- La intensidad de corriente se representa por la letra I.
- La fórmula que nos determina la intensidad de una corriente es:
I = Intensidad de corriente, se mide en amperios. Q = Cantidad de electricidad, se
mide en culombios. t = tiempo, se mide en segundos.
- La unidad de intensidad es el amperio.
- El amperio se define como la intensidad de una corriente cuando durante un
segundo ha pasado una cantidad de electricidad igual a un culombio.
- El amperio se representa por la letra A.
1 amperio = 1.000 miliamperios 1 A = 1.000 mA
- Para medir la intensidad de la corriente se utilizan los amperímetros.
- Un amperímetro se representa esquemáticamente mediante un círculo, con la
letra A en su interior.
- La cantidad de electricidad es el producto de la intensidad por el tiempo.
Q = I t
- La densidad de corriente viene dada por la expresión: d = I/S, en donde la
Intensidad se mide en Amperios y la Sección en milímetros cuadrados.
- La densidad se medirá en Amperios partido por milímetro cuadrado
- La causa que origina el movimiento de los electrones es la fuerza electromotriz
(f.e.m.). El desnivel eléctrico necesario para mantener de una forma continua el
movimiento de electrones a lo largo de un conductor se llama diferencia de
potencial (d.d.p.) o tensión.
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- La fuerza electromotriz se representa por la letra E.
-El símbolo utilizado para indicar la tensión es la letra U.
- La diferencia de potencial se representa por Va-Vd.
- La f.e.m. y la d.d.p. o tensión tienen la misma unidad, el voltio.
- El voltio se representa por la letra V.
1 KV = 1.000 V.- Un kilovoltio equivale a mil voltios.
- Para medir la tensión entre dos puntos de un conductor utilizamos los
voltímetros.
- El voltímetro se representa esquemáticamente por un circulo con la letra U ó V
en su interior.
- Todo conductor ofrece una resistencia al paso de la corriente.
- La resistencia de un conductor se representa por la letra R.
- La resistencia de un conductor depende de:
- La longitud. - La sección. - El material.
- La fórmula que nos determina la resistencia de un conductor es:
R - resistencia eléctrica
p - resistividad
1 - longitud del conductor - se mide en metros - m
S - sección del conductor - se mide en milimetros cuadrados - mm 2.
- La resistencia de un conductor se mide en ohmios y se representa por la letra
griega Ω (omega).
1 M Ω = 1.000.000 Ω. Un megahomio equivale a un millón de ohmios.
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- La resistencia se representa mediante los siguientes símbolos:
Líneas de Alta Tensión con elementos conductores y aislantes
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Ejercicios de la Lección 3ª
1. - La intensidad de corriente es:
( ) La cantidad de electricidad que circula por un conductor.
( ) El movimiento de electrones por un conductor.
( ) El número de electrones que circulan por hora.
( ) La cantidad de electricidad que circula por un conductor en la unidad de
tiempo.
2. - La unidad de intensidad es el …………………………………
3. - Si por un conductor circula una cantidad de electricidad de 240 culombios
durante 2 minutos, la intensidad de corriente será …………………………………..
4. - El movimiento de electrones por un conductor en forma continua se debe a la:
( ) Intensidad de corriente.
( ) Diferencia de potencial (d.d.p.).
( ) Cantidad de electricidad.
( ) Resistencia eléctrica.
5.- 1 kV son…………………… Voltios
1 mA son………………….. Amperios
1 MΩ son……………………… Ohmios
6. - La oposición que ofrecen los cuerpos al paso de la corriente se llama:
7. - La resistencia de un conductor de cobre de 100 m de longitud y 0,01 cm2 de
sección, cuya resistividad es de 0,018 vale…………………..Ω
8. - El voltímetro se representa esquemáticamente por ……………………….
9. - El amperímetro se representa esquemáticamente por ……………………
10. - Escriba sobre la raya de la derecha la unidad en que se miden las magnitudes
indicadas a continuación:
Cantidad de electricidad. ………………………………………..
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Tensión …………………………………….
Diferencia de potencial. …………………….
Fuerza electromotriz …………………………
Resistencia eléctrica……………………………
Intensidad de corriente………………………….
Energía Mareomotriz
Energía Geotérmica
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Solución a los Ejercicios de la Lección 3ª
1. - La intensidad de corriente es:
( ) La cantidad de electricidad que circula por un conductor.
( ) El movimiento de electrones por un conductor.
( ) El número de electrones que circulan por hora.
(X) La cantidad de electricidad que circula por un conductor en la unidad de
tiempo.
2. - La unidad de intensidad es el AMPERIO
3. - Si por un conductor circula una cantidad de electricidad de 240 culombios
durante 2 minutos, la intensidad de corriente será 2 AMPERIOS
4. - El movimiento de electrones por un conductor en forma continua se debe a la:
( ) Intensidad de corriente.
(X) Diferencia de potencial (d.d.p.).
( ) Cantidad de electricidad.
( ) Resistencia eléctrica.
5.- 1 kV son 1.000 Voltios
1 mA son 0,001 Amperios
1 MΩ son 1.000.000 Ohmios
6. - La oposición que ofrecen los cuerpos al paso de la corriente se llama:
RESISTENCIA
7. - La resistencia de un conductor de cobre de 100 m de longitud y 0,01 cm2 de
sección, cuya resistividad es de 0,018 vale 1,8 Ω
8. - El voltímetro se representa esquemáticamente por UN CIRCULO CON V Ó U
EN SU INTERIOR
9. - El amperímetro se representa esquemáticamente por UN CIRCULO CON A
EN SU INTERIOR
10. - Escriba sobre la raya de la derecha la unidad en que se miden las magnitudes
indicadas a continuación:
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Cantidad de electricidad…….. CULOMBIO
Tensión…………………………VOLTIO
Diferencia de potencial. ………. VOLTIO
Fuerza electromotriz….………VOLTIO
Resistencia eléctrica……………OHMIO
Intensidad de corriente……… AMPERIO
Energía Nuclear
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Lección 4ª.- Ley de Ohm
1.- Objeto de la Ley de Ohm
Hemos visto hasta aquí las magnitudes fundamentales que intervienen en el
estudio de la corriente eléctrica, que son intensidad, tensión y resistencia.
Vamos a estudiar en esta lección, la manera de relacionar dichas
magnitudes entre si y las formulas que nos indican estas relaciones.
2.- Circuito Eléctrico
Para decir que existe un circuito eléctrico cualquiera, es necesario disponer
siempre de tres componentes o elementos fundamentales:
1. Una fuente (E) de fuerza electromotriz (FEM), que suministre la energía
eléctrica necesaria en voltios.
2. El flujo de una intensidad (I) de corriente de electrones en amperios.
3.-Existencia de una resistencia o carga (R) en ohmios, conectada al circuito,
que consuma la energía que proporciona la fuente de fuerza electromotriz y la
transforme en energía útil, como puede ser, encender una lámpara, proporcionar
frío o calor, poner en movimiento un motor, amplificar sonidos por un altavoz,
reproducir imágenes en una pantalla, etc.
Izquierda: circuito eléctrico compuesto por una fuente de fuerza electromotriz (FEM),
representada por una pila; un flujo de corriente (I) y una resistencia o carga eléctrica
(R). Derecha: el mismo circuito eléctrico representado de forma esquemática
38/158
Si no se cuentan con esos tres componentes, no se puede decir que exista un
circuito eléctrico.
Los circuitos pueden ser simples, como el de una bombilla de alumbrado o
complejo como los que emplean los dispositivos electrónicos.
3.- Unidades de medida de los componentes que afectan a un circuito
eléctrico.
La tensión que la fuente de energía eléctrica proporciona al circuito, se mide
en voltios y se representa con la letra (V). La intensidad del flujo de la corriente (I),
se mide en amperios y se representa con la letra (A). La resistencia (R) de la carga
o consumidor conectado al propio circuito, se mide en ohm y se representa con la
letra griega omega ( ). Estos tres componentes están muy íntimamente
relacionados entre sí y los valores de sus parámetros varían proporcionalmente de
acuerdo con la Ley de Ohm. El cambio del parámetro de uno de ellos, implica el
cambio inmediato de parámetro de los demás.
Las unidades de medidas del circuito eléctrico tienen también múltiplos y
submúltiplos como, por ejemplo, el kilovoltios (kV), milivoltios (mV), miliamperios
(mA), kilohmios (k ) y megohmios (M ).
4.- Circuitos abiertos y cerrados
Un circuito eléctrico está abierto cuando en él no existe continuidad por
estar abierto el interruptor. No hay circulación de corriente.
Un circuito eléctrico está cerrado cuando en él existe continuidad por estar
cerrado el interruptor. Hay circulación de corriente.
Circuito abierto: No pasa corriente. Cerrado : Pasa Corriente
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5.- Ley de Ohm
El flujo de corriente en amperios que circula por un circuito eléctrico
cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e
inversamente proporcional a la resistencia en ohmios de la carga que tiene
conectada.
Desde el punto de vista matemático, este postulado se puede representar por medio
de la siguiente fórmula:
No obstante, aquellas personas que estén menos relacionadas con el despeje de
fórmulas matemáticas, pueden realizar los cálculos de tensión, corriente y
resistencia de una forma más fácil utilizando el siguiente recurso práctico:
O bien, mediante el siguiente triangulo:
Con esta representación de la Ley de Ohm, solamente tendremos que tapar con un
dedo la letra que representa el valor de la incógnita que queremos hallar y de
inmediato quedará indicada con las otras dos letras la operación matemática que
será necesario realizar..
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6.- Hallar el valor en Ohmios de una resistencia.
Por ejemplo, si queremos calcular la resistencia "R" en ohmios de una carga
conectada a un circuito que tiene aplicada una tensión o voltaje "V" de 1,5 voltios
y por el cual circula un flujo de corriente de 500 miliamperios (mA) de intensidad,
lo podemos hacer de la siguiente forma:
Tapamos “R”, que representa el valor de la incógnita que queremos despejar, en
este caso la resistencia "R" en ohmios, y nos queda:
Es decir, el valor de la tensión o voltaje "V", dividido por el valor de la corriente
"A" en amperios. El resultado será el valor de la resistencia "R" que deseamos
hallar.
En el caso de este ejemplo específico tenemos que el valor de la tensión que
proporciona la fuente de fuerza electromotriz (FEM), o sea, la batería, es de 1,5
voltios, mientras que la intensidad de la corriente que fluye por el circuito eléctrico
cerrado es de 500 miliamperios (mA).
Pero antes de poder realizar correctamente esa simple operación matemática de
división, será necesario convertir primero los 500 miliamperios en amperios, pues
de lo contrario el resultado sería erróneo. Para hacer la conversión dividimos 500
mA entre 1000
Hecha esta conversión tenemos como resultado que 500 miliamperios equivalen a
0,5 amperios, por lo que ya podemos proceder a sustituir los valores para hallar
cuántos ohmios tiene la resistencia del circuito eléctrico con el que estamos
trabajando
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El resultado muestra que el valor de la resistencia "R" conectada al circuito es de
3 ohmios.
7.- Hallar el valor de Intensidad de la corriente.
Veamos ahora qué ocurre con la intensidad de la corriente si la resistencia, en
lugar de tener 3 ohmios, como en el ejemplo anterior, tiene 6 ohmios. En este caso
la incógnita a despejar sería el valor de la corriente "A", por tanto tapamos esa
letra
Sustituimos a continuación la “V” por el valor de la tensión de la batería, es decir,
1,5 V y la “R” por el valor de la resistencia (6 ) y efectuamos la operación
matemática dividiendo el valor de la tensión o voltaje entre el valor de la
resistencia:
En este resultado podemos comprobar que, efectivamente, la resistencia es
inversamente proporcional al valor de la corriente, porque al aumentar el valor de
"R", de 3 a 6 ohmios, la intensidad "A" de la corriente varió también,
disminuyendo su valor de 0, 5 a 0,25 amperios
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8.- Hallar el valor de la Tensión o voltaje.
Para hallar ahora la tensión o voltaje "V" aplicado a un circuito,
conociendo el valor de la intensidad de la corriente en amperios "A" que lo recorre
y el valor en ohmios de la resistencia "R" del consumidor o carga a éste conectada,
podemos seguir el mismo procedimiento tapando ahora la "V”, que será la
incógnita a despejar.
Sustituimos los valores de la intensidad de corriente "A" y de la resistencia "R"
del ejemplo anterior y tendremos:
El resultado de esa operación de multiplicar será 1,5 V, que es la diferencia de
potencial o fuerza electromotriz (FEM), que proporciona la batería conectada en el
circuito.
También se pueden utilizar directamente la fórmula general de la Ley de
Ohm realizando los correspondientes despejes para hallar las incognitas.
De donde:
I – Intensidad de la corriente que recorre el circuito en amperios (A)
E – Valor de la tensión, voltaje o fuerza electromotriz en voltios (V)
R –Valor de la resistencia del consumidor o carga conectado al circuito en ohmios
( ).
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Resumen de la Lección 4ª
- En todo circuito eléctrico se pueden distinguir los siguientes elementos
fundamentales:
* Receptor.
* Conductores.
* Generador.
- Receptor es un aparato que transforma la energía eléctrica que recibe, en otro
tipo de energía. - Conductores, son el medio necesario para que la corriente eléctrica vaya desde
donde se produce hasta donde va a ser utilizada.
- El generador sirve para crear la f.e.m. que es la causa de la circulación de la
corriente.
- El elemento que sirve para establecer o interrumpir a voluntad la continuidad de
un circuito se llama interruptor.
- Un circuito eléctrico está abierto cuando en él no existe continuidad por estar
abierto el interruptor. No hay circulación de corriente.
- Un circuito eléctrico está cerrado cuando en él existe continuidad por estar
cerrado el interruptor. Hay circulación de corriente.
- En todo circuito eléctrico intervienen tres magnitudes que son:
* Resistencia.
* Intensidad.
* F.e.m. o tensión.
- Las tres magnitudes, resistencia, intensidad y f.e.m. o tensión se relacionan
mediante la "Ley de Ohm".
- La "Ley de Ohm" establece que la intensidad que circula por un circuito es
directamente proporcional a la f.e.m. o tensión e inversamente proporcional a la
resistencia.
* Se representa mediante la fórmula:
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Ejercicios de la Lección 4ª
1.- Las siguientes representaciones esquemáticas corresponden a:
2. - En un circuito cuando no hay circulación de corriente se dice que está
……………………
En un circuito cuando hay circulación de corriente se dice que está
…………………
3. - Con un generador de f.e.m. 18 voltios alimentamos un receptor de 6 Ω. La in-
tensidad que circula valdrá ……………………….. amperios.
4. - Un receptor de 3,4 Ω es recorrido por una intensidad de 5 amperios. La f.e.m.
del generador que alimenta el circuito valdrá …………………………… voltios.
5. - Un generador de 72 voltios alimenta un receptor. La intensidad que circula
vale 3 A. La resistencia del receptor valdrá……………………………..Ω.
6.- Una estufa de 12 Ω de resistencia está sometida a una tensión de 120 voltios. La
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intensidad que la recorre es de………………………amperios.
7. - Una plancha de 30 Ω de resistencia absorbe una corriente de 4 amperios. La
tensión de la red será…………………………………. voltios.
8. - A un enchufe de 220 voltios conectamos una resistencia de 11 Ω. La intensidad
que circula será de ................................. amperios.
9.- La intensidad que circula por el circuito de la figura vale
………………………amperios.
10. - La resistencia del receptor de la figura es ……………………………Ω
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Soluciones a los Ejercicios de la Lección 4ª
1.- Las siguientes representaciones esquemáticas corresponden a:
INTERRUPTOR ABIERTO
INTERRUPTOR CERRADO
RECEPTOR
CONDUCTOR
GENERADOR
2. - En un circuito cuando no hay circulación de corriente se dice que está
ABIERTO
En un circuito cuando hay circulación de corriente se dice que está CERRADO
3. - Con un generador de f.e.m. 18 voltios alimentamos un receptor de 6 Ω. La in-
tensidad que circula valdrá 3 amperios.
4. - Un receptor de 3,4 Ω es recorrido por una intensidad de 5 amperios. La f.e.m.
del generador que alimenta el circuito valdrá 17 voltios.
5. - Un generador de 72 voltios alimenta un receptor. La intensidad que circula
vale 3 A. La resistencia del receptor valdrá 24 .Ω.
6.- Una estufa de 12 Ω de resistencia está sometida a una tensión de 120 voltios. La
intensidad que la recorre es de 10 amperios.
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7. - Una plancha de 30 Ω de resistencia absorbe una corriente de 4 amperios. La
tensión de la red será 120 voltios.
8. - A un enchufe de 220 voltios conectamos una resistencia de 11 Ω. La intensidad
que circula será de 20 amperios.
9.- La intensidad que circula por el circuito de la figura vale 5 amperios.
10. - La resistencia del receptor de la figura es 5 Ω
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Lección 5ª.- Energía, Trabajo y Potencia
1.- Placa de características
Si nos fijamos en una placa de características de un aparato, o bien
simplemente los datos impresos en una lámpara, observaremos que aparecen unos
valores que nos indican las características de la misma.
Normalmente, estos valores son 220 V, y en este caso 60 w.
Esta otra placa nos indica que el elemento a la que pertenece, funciona a una
tensión de 400/230 V, y tiene una potencia de 9,6 Kw.
Al conectar en un circuito el elemento considerado y se cierra el interruptor, pasa
a través de él una corriente eléctrica.
Esta corriente eléctrica que circula, es capaz de realizar un trabajo
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Al trabajo realizado en 1 segundo se le denomina potencia
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el
concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o
dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.
Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por
una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía
eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una
bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda
mover una maquinaria.
De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se
transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en
la obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil
que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.
2.- Potencia
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese
un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo
contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la
letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watio (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia
en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watio de energía eléctrica.
La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watio”, y se representa con
la letra “W”.
Para un mismo receptor el trabajo realizado es tanto mayor cuanto mayor sea la
intensidad de corriente.
Otra magnitud que interviene en la potencia de un circuito es la tensión.
En cualquier receptor, para una misma intensidad:
- Al aumentar la tensión la potencia aumenta
- Al disminuir la tensión la potencia disminuye
La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga activa o
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resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en
voltios (V) aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre,
expresada en amperios. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente
fórmula:
(Fórmula 1)
El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico monofásico de
corriente directa o de corriente alterna estará dado en watios (W). Por tanto, si
sustituimos la “P” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de
watios, tenemos también que: P = W, por tanto,
Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente ( I ) que fluye por un circuito
conociendo la potencia en watios que posee el dispositivo que tiene conectado y la
tensión o voltaje aplicada, podemos despejar la fórmula anterior de la siguiente
forma y realizar la operación matemática correspondiente:
(Fórmula 2)
Si observamos la fórmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y la
intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente
proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su
valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. De ahí se
deduce que, 1 watio (W) es igual a 1 amperio de corriente ( I ) que fluye por un
circuito, multiplicado por 1 voltio (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se
representa a continuación.
1 watio = 1 voltio · 1 amperio
Veamos, por ejemplo, cuál será la potencia o consumo en watios de una bombilla
conectada a una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 voltios, si la
corriente que circula por el circuito de la bombilla es de 0,45 amperios.
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Sustituyendo los valores en la fórmula 1 tenemos:
P = V · I ; P = 220 · 0,45
P = 100 watios
Es decir, la potencia de consumo de la bombilla será de 100 W
De igual forma, si queremos hallar la intensidad de la corriente que fluye por la
bombilla conociendo su potencia y la tensión o voltaje aplicada al circuito,
podemos utilizar la fórmula 2, que vimos al principio. Si realizamos la operación
utilizando los mismos datos del ejemplo anterior, tendremos:
De acuerdo con esta fórmula, mientras mayor sea la potencia de un dispositivo o
equipo eléctrico conectado a un circuito consumiendo energía eléctrica, mayor será
la intensidad de corriente que fluye por dicho circuito, siempre y cuando el valor
del voltaje o tensión se mantenga constante.
De igual modo que para medir las grandes tensiones , utilizamos un múltiplo de
voltio que es el kilovoltio, para medir potencias grandes utilizaremos un múltiplo
del watio.
A esta unidad le denominaremos el kilovatio o kilowatio
.
En el primer caso, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor
de la intensidad de corriente en amperios (A) que fluye por el circuito,
multiplicando a continuación ese resultado por el valor de la resistencia en ohmios
( ) que posee la carga o consumidor conectado al propio circuito.
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En el segundo caso obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor
del voltaje y dividiéndolo a continuación por el valor en ohmios ( ) que posee la
resistencia de la carga conectada.
El consumo en watios (W) o kilowatios (kW) de cualquier carga, ya sea ésta una
resistencia o un consumidor cualquiera de corriente conectado a un circuito
eléctrico, como pudieran ser motores, calentadores, equipos de aire acondicionado,
televisores u otro dispositivo similar, en la mayoría de los casos se puede conocer
leyéndolo directamente en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte
trasera de dichos equipos. En los motores esa placa se halla colocada en uno de sus
costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el
cristal o en su base.
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3.- Trabajo
Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria
y el hogar, en lugar de facturar el consumo en watios/hora, lo hacen en
kilowatios/hora (kW/h). Si, por ejemplo, tenemos encendidas en nuestra casa dos
lámparas de 500 watios durante una hora, el reloj registrador del consumo
eléctrico registrará 1 kW/h consumido en ese período de tiempo, que se sumará
después al resto del consumo anterior.
Una bombilla de 40 W consume o gasta menos energía que otra de 100 W. Por eso,
mientras más equipos conectemos a la red eléctrica, mayor será el consumo y más
dinero habrá que abonar después a la empresa de servicios a la que contratamos la
prestación del suministro de energía eléctrica.
Desde un punto de vista físico el trabajo es igual al producto de la potencia
por el tiempo.
La energía o trabajo en electricidad la representaremos por la letra E.
Podemos establecer que:
Energía = Potencia x Tiempo
E = P x T = U x I x T
El kilovatio hora, abreviado kWh, es una unidad de energía. Equivale a la energía
desarrollada por una potencia de un kilovatio (kW) durante una hora, equivalente
a 3,6 millones de julios.
El kilovatio-hora se usa generalmente para la facturación de energía eléctrica,
dado que es más fácil de utilizar que la unidad de energía del SI de unidades, el
julio, la cual corresponde a un watio-segundo (W.s). El julio es por tanto una
unidad demasiado pequeña, lo que obligaría a emplear cifras demasiado grandes.
Si tenemos que un vatio es igual a un julio/seg y un kW = 1000 W, el kilovatio hora
será:
Algunos múltiplos son: el megavatio-hora (MWh) = 1000 kWh o el megavatio-año
= 365×24×1000 kWh. También existe el Gigavatio-hora (x 1.000.000 KWh) y el
Teravatio-hora (x 1.000.000.000 KWh) y su múltiplos anuales (x365x24).
Hasta ahora hemos calculado directamente la energía multiplicando la potencia
por el tiempo.
Veamos a continuación más formulas que nos permiten calcular la energía
consumida sin conocer la potencia.
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Recordemos que:
E = P x T = U x I x T
E = V x Ix T
E = V² ÷ R x T
E = I² x R x T
ASI PUES : La energía eléctrica es el producto de la potencia por el tiempo ( E ).
EJERCICIOS
Resultado : 9,5
55/158
Resultado : 1
Resultado :15
Resultado: 380
56/158
Resultado : 17.600
57/158
Resumen de la Lección 5ª
- La potencia eléctrica depende de la tensión y de la intensidad de la corriente.
* Al aumentar la tensión la potencia aumenta.
* Al disminuir la tensión la potencia disminuye.
* Al aumentar la intensidad la potencia aumenta.
* Al disminuir la intensidad la potencia disminuye.
- La expresión que nos da la potencia eléctrica, es: P= U x I
- La unidad empleada para medir la potencia es el vatio que se representa por W.
- La tensión se mide en voltios (V).
- La intensidad se mide en amperios (A).
- La unidad de potencia tiene como múltiplos el kilovatio que se representa por kW
y el megavativo que se representa MW.
l kW = 1.000 W
l MW = 1.000 kW = 1.000.000 W.
- Existen otras fórmulas que nos dan el valor de la potencia:
I
- El trabajo o energía es igual al producto de la potencia por el tiempo.
- La unidad de potencia es el vatio (W).
- La unidad de tiempo es el segundo.
La energía en electricidad la expresamos por la letra E
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- La expresión que nos da la energía o trabajo, es:
I Recordemos que:
E = P x T = U x I x T
E = V x Ix T
E = V² ÷ R x T
E = I² x R x T
- La unidad de energía es el Julio que se representa por la letra J.
- En la práctica se utilizan como unidades de energía:
* Vatio hora.
* Kilovatio hora.
* Megavatio hora.
- l vatio hora se representa por Wh.
- 1 kilovatio hora se representa por k Wh.
1 kilovatio hora = 1.000 vatios hora; 1 kWh = 1.000 Wh
1 Megavatio hora = 1.000 kilovatios hora=1.000.000 vatios hora
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Ejercicios de la Lección 5ª
1. - En un circuito la tensión es de 220 V y la intensidad 5 A. La potencia será:
………. .................... vatios.
2. - La resistencia de un circuito es.de 250 Ω y la intensidad que circula por él es de
10 A. La potencia desarrollada será………………. kW.
3. - Un circuito de resistencia igual a 242 Ω, está sometido a una tensión de 220 V.
La potencia desarrollada en el circuito es de .................. vatios.
4. - Una instalación eléctrica tiene una potencia de 8.800 vatios. La tensión es de
220 V. La intensidad será de ...................... A.
5. - La energía consumida durante un tiempo de 10 horas, en un circuito cuya
tensión es de 220 V y la intensidad l0A, es de ………………Wh.
6. - La energía desarrollada en el circuito de la figura durante 5 horas es de
…………..Wh.
7. - La energía desarrollada en el circuito de la figura durante 10 horas es de
……………kWh.
8. - La potencia de un circuito eléctrico es de 15.000 W. La energía desarrollada en
ese circuito en un tiempo de 20 horas es de ........................... k Wh.
9. - Un circuito eléctrico cuya potencia es de 440 W, está recorrido por una
intensidad de 4 A. La resistencia del circuito es de……………………………….Ω.
10. - A una fuente de tensión de 120 V se acopla un receptor que desarrolla una
potencia de 480 W. Según ésto, la resistencia del receptor es de ...................... Ω.
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Soluciones a los Ejercicios de la Lección 5ª
1. - En un circuito la tensión es de 220 V y la intensidad 5 A. La potencia será:
1.100 vatios.
2. - La resistencia de un circuito es.de 250 Ω y la intensidad que circula por él es de
10 A. La potencia desarrollada será 25 kW.
3. - Un circuito de resistencia igual a 242 Ω, está sometido a una tensión de 220 V.
La potencia desarrollada en el circuito es de 200 vatios.
4. - Una instalación eléctrica tiene una potencia de 8.800 vatios. La tensión es de
220 V. La intensidad será de 40 A.
5. - La energía consumida durante un tiempo de 10 horas, en un circuito cuya
tensión es de 220 V y la intensidad l0A, es de 22.000 Wh.
6. - La energía desarrollada en el circuito de la figura durante 5 horas es de 22.500
Wh.
7. - La energía desarrollada en el circuito de la figura durante 10 horas es de 4,84
kWh.
8. - La potencia de un circuito eléctrico es de 15.000 W. La energía desarrollada en
ese circuito en un tiempo de 20 horas es de 300 k Wh.
9. - Un circuito eléctrico cuya potencia es de 480 W, está recorrido por una
intensidad de 4 A. La resistencia del circuito es de 30 Ω.
10. - A una fuente de tensión de 120 V se acopla un receptor que desarrolla una
potencia de 480 W. Según ésto, la resistencia del receptor es de 30 Ω.
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Lección 6ª.- Acoplamiento de Resistencias
1.- Resistencia equivalente
Cuando en un circuito hay varias resistencias conectadas, resulta útil para calcular
las corrientes que pasan por el circuito y las caídas de tensión que se producen,
encontrar una resistencia que pueda sustituir a otras, de forma que el
comportamiento del resto del circuito sea el mismo.
Asociaciones generales de resistencias: a) Serie y b) Paralelo. c) Resistencia
equivalente
Se denomina resistencia equivalente, RAB, de una asociación respecto de dos puntos
A y B, a aquella que conectada la misma diferencia de potencial, UAB, demanda la
misma intensidad, I Esto significa que ante las mismas condiciones, la asociación y
su resistencia equivalente disipan la misma potencia.
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2.- Asociación serie
Dos o más resistencias se encuentran conectadas en serie cuando al aplicar al
conjunto una diferencia de potencial, todas ellas son recorridas por la misma
corriente.
Para determinar la resistencia equivalente de una asociación serie imaginaremos
que ambas, figuras 2a) y 2c), están conectadas a la misma diferencia de potencial,
UAB. Es decir , aplicando suma de tensiones en la asociación en serie tendremos:
Aplicando la ley de ohm:
En la resistencia equivalente:
Finalmente, igualando ambas ecuaciones:
Y eliminando la intensidad:
Por lo tanto la resistencia equivalente a varias resistencias montadas en serie es
igual a la suma de dichas resistencias.
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3.- Asociación paralelo
Dos o más resistencias se encuentran en paralelo cuando tienen dos terminales
comunes de modo que al aplicar al conjunto una diferencia de potencial, UAB,
todas la resistencias tienen la misma caída de tensión, UAB.
Para determinar la resistencia equivalente de una asociación en paralelo
imaginaremos que ambas, están conectadas a la misma diferencia de potencial
mencionada, UAB, lo que originará una misma demanda de intensidad, I. Esta
intensidad se repartirá en la asociación por cada una de sus resistencias :
Aplicando la ley de ohm:
En la resistencia equivalente se cumple:
Igualando ambas ecuaciones y eliminando la tensión UAB:
De donde:
Por lo que la resistencia equivalente de una asociación en paralelo es igual a la
inversa de la suma de las inversas de cada una de las resistencias.
4.- Casos particulares de Asociación en paralelo.
Existen dos casos particulares que suelen darse en una asociación en paralelo:
1. Dos resistencias: En este caso se puede comprobar que la resistencia
equivalente es igual al producto dividido por la suma de sus valores, esto es:
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2. k resistencias iguales: Su equivalente resulta ser:
5.- Asociación mixta
En una asociación mixta podemos encontrarnos conjuntos de resistencias en
serie con conjuntos de resistencias en paralelo. En la figura pueden observarse
tres ejemplos de asociaciones mixtas con cuatro resistencias
Formulario
CORRIENTE CONTINUA
MAGNITUD FÓRMULA UNIDAD
Acoplamiento de resistencias en serie
Rt = R1 + R2 + R3 +... R Resistencia (Ohmios )
Acoplamiento de resistencias en paralelo
1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + 1/ R3 +
.... R Resistencia (Ohmios )
Acoplamiento de condensadores en serie
1 / Ct = 1 / C1 + 1 / C2 + 1/ C3 +
... C Capacidad (Faradios)
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Acoplamiento de condensadores en paralelo
Ct = C1 + C2 + C3 +... C Capacidad (Faradios)
Ley de Ohm I = U/R
I Intensidad ( Amperios)
U Tensión (Voltios)
R Resistencia (Ohmios)
Potencia P = U*I
P Potencia (Vatios)
U Tensión (Voltios)
I Intensidad ( Amperios)
Energía W = P*t
W Energía (julios)
P Potencia (vatios)
t Tiempo (segundos
Dinamo
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EJERCICIOS
R: 2 A
R: 2
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Resumen de la Lección 6ª
- Acoplar resistencias es unir por sus extremos unas resistencias con otras.
- Las resistencias se pueden acoplar en acoplamiento serie, paralelo o mixto.
ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN SERIE
- En el acoplamiento en serie se unen las resistencias por un solo punto unas a
continuación de otras.
- La resistencia equivalente o total de un acoplamiento en serie es igual a la suma
de las resistencias acopladas.
RT = Rl + R2 + R3 + etc.........
- En un acoplamiento en serie circula la misma intensidad por cada resistencia.
- La corriente eléctrica al pasar a través de una resistencia, origina una pérdida de
tensión que llamamos caída de tensión que abreviadamente se escribe c.d.t.
- La caída de tensión (c.d.t.) es el producto de la resistencia por intensidad.
c.d.t. = Rx I
- La c.d.t. por ser diferencia de potencial o tensión, se mide en voltios.
- Tenemos dos formas de hallar la caída de tensión total en un acoplamiento de
resistencias en serie.
1.° - Hallando la c.d.t. producida en la resistencia equivalente.
2.° - Hallando la c.d.t. en cada una de las resistencias y sumándolas.
- La potencia absorbida por una resistencia viene dada por la fórmula:
- También tenemos dos formas de hallar la potencia total absorbida en un
acoplamiento de resistencias en serie.
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1.° - Hallando la potencia total que absorbe la resistencia equivalente.
2.° - Hallando las potencias que absorben cada una de las resistencias y
sumándolas.
ACOPLAMIENTO DE RESISTENCIAS EN PARALELO
En el acoplamiento en paralelo se une cada resistencia con todas las demás por
sus dos extremos.
- La resistencia equivalente o total de un acoplamiento en paralelo viene dada por
la fórmula:
- En un acoplamiento en paralelo la intensidad total es igual a la suma de las
intensidades parciales.
- En el acoplamiento de resistencias en paralelo, también tenemos dos formas de
calcular la potencia total absorbida, igual que en el acoplamiento en serie.
1.° - Hallando la potencia total absorbida por la resistencia equivalente.
2.° - Hallando las potencias absorbidas por cada una de las resistencias y sumán-
dolas.
ACOPLAMIENTO MIXTO DE RESISTENCIAS
En el acoplamiento mixto varias resistencias están acopladas en serie y otras en pa-
ralelo; es decir, forman un conjunto mixto.
- En los acoplamientos mixtos no podemos calcular la resistencia equivalente direc-
tamente con una fórmula. Debemos sustituir trozos del acoplamiento por sus equi-
valentes hasta llegar a la resistencia equivalente o total del conjunto.
- En un acoplamiento mixto, la intensidad que llega es igual a la que sale.
- Tenemos dos formas de hallar la c.d.t. total en un acoplamiento mixto de
resistencias.
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1. - Hallando la c.d.t. producida en la resistencia equivalente.
2. - Hallando las c.d.t. parciales en los diferentes acoplamientos y sumándolas.
- La potencia total absorbida en el acoplamiento mixto se calcula igual que en los
acoplamientos serie y paralelo, es decir:
1. - Hallando la potencia total absorbida por la resistencia equivalente.
.
2. - Hallando las potencias absorbidas por cada una de las resistencias y
sumándolas.
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Ejercicios de la Lección 6ª
1. - Tres resistencias de 2Ω, 4 Ω y 6 Ω conectadas en serie tienen de resistencia
equivalente…..........................Ω
2. - Tres resistencias de 2Ω, 4 Ω y 6 Ω conectadas en paralelo tienen de resistencia
equivalente de……………………………Ω
3- Tres resistencias de 2Ω, 4 Ω y 6 Ω conectadas como indica el esquema tienen de
resistencia equivalente……………………………Ω.
4. - Si por una resistencia de 5 Ω circulan 3 A, la c.d.t. de dicha resistencia será
de………………… o voltios.
La d.d.p. entre los extremos de la resistencia sería de ……………. voltios.
5. - Calcular la potencia absorbida por una resistencia de 30 Ω recorrida por una
corriente de l0A.
P =………………………………………….vatios
6. - En un montaje en paralelo todos los receptores trabajan a
(igual/distinta)……………………………….tensión.
7. - Calcular las intensidades que circulan por cada resistencia.
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8. - En el circuito de la figura, la c.d.t. total es de………………………… voltios.
9. - En el circuito de la figura, la resistencia equivalente
vale…………………………Ω
La intensidad total I vale ……………..A. La c.d.t. entre los puntos A y B
vale………………………. voltios. Las intensidades parciales, entre A y B valen
10. - La fórmula de la resistencia equivalente de un acoplamiento en serie, es:
La fórmula de la resistencia equivalente de un acoplamiento en paralelo, es:
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Soluciones a los Ejercicios de la Lección 6ª
1. - Tres resistencias de 2Ω, 4 Ω y 6 Ω conectadas en serie tienen de resistencia
equivalente 12 Ω
2. - Tres resistencias de 2Ω, 4 Ω y 6 Ω conectadas en paralelo tienen de resistencia
equivalente de 1,09 Ω
3- Tres resistencias de 2Ω, 4 Ω y 6 Ω conectadas como indica el esquema tienen de
resistencia equivalente 7,3 Ω.
4. - Si por una resistencia de 5 Ω circulan 3 A, la c.d.t. de dicha resistencia será de
15 voltios.
La d.d.p. entre los extremos de la resistencia sería de 15 voltios.
5. - Calcular la potencia absorbida por una resistencia de 30 Ω recorrida por una
corriente de l0A.
P = 3000 vatios
6. - En un montaje en paralelo todos los receptores trabajan a (igual/distinta) igual
tensión.
7. - Calcular las intensidades que circulan por cada resistencia.
I1= 55 ; I2= 20 ; I3= 11
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8. - En el circuito de la figura, la c.d.t. total es de 44 voltios.
9. - En el circuito de la figura, la resistencia equivalente vale 12,8 Ω
La intensidad total I vale 10 A. La c.d.t. entre los puntos A y B
Vale 48 voltios. Las intensidades parciales, entre A y B valen 4 y 6 A
10. - La fórmula de la resistencia equivalente de un acoplamiento en serie, es:
La fórmula de la resistencia equivalente de un acoplamiento en paralelo, es:
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Lección 7ª.- Efectos Térmicos de la Corriente Eléctrica
1.- Densidad de corriente.
Recordemos que Densidad de corriente es la relación entre la intensidad de
corriente que circula por un conductor y la sección del mismo.
Su formula es d = I/S . La Intensidad de corriente se mide en amperios y la
sección en milímetros cuadrados.
Veamos dos ejemplos. Calculemos la densidad de corriente que atraviesa un
conductor de 4 milímetros cuadrados, cuando es atravesado por a) Una corriente
de 12 A y b) una corriente de 24 Amperios
En el primer caso tendremos d= 12/4 = 3 A/mm2
En el segundo caso tendremos d=24/4= 6 A/mm2
Observamos que para una misma sección del conductor, al aumentar la intensidad
que circula también aumenta la densidad de corriente. Por el contrario, al
disminuir la intensidad de ese mismo conductor, la densidad disminuye.
Para un mismo valor de la intensidad:
- Al aumentar la sección, la densidad de corriente disminuye.
- Al disminuir la sección, la densidad de corriente aumenta.
La corriente eléctrica, al provocar el desplazamiento de los electrones de unos
átomos a otros, los electrones chocan entre sí y con los núcleos de los átomos. Estos
choques producen un calentamiento.
Cuanto mayor sea el número de electrones que circulan, mayor será el
número de choques.
Si la intensidad de una corriente indica el número de electrones que
circulan por segundo, podemos decir:
- Cuanto mayor sea la intensidad, el número de choques será mayor, por lo
que el calentamiento será mayor y viceversa.
Sabemos también que para un mismo conductor, a mayor intensidad, mayor
densidad de corriente, y por tanto mayor calentamiento.
De aquí se deduce que a MAYOR DENSIDAD DE CORRIENTE EL
CALENTAMIENTO DEL CONDUCTOR SERÁ MAYOR.
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2.- Calor y Temperatura
Al calentar un cuerpo sube su temperatura.
La unidad utilizada para medir la unidad de calor es la caloría.
La caloría se define como la cantidad de calor que hay que aportar a un gramo
de agua para elevar un grado su temperatura.
Para aumentar un grado la temperatura de un kilogramo de agua, necesitamos
1.000 calorías que es igual a una kilocaloría.
3.- Relación entre las nociones de calor y temperatura, con el concepto de energía
eléctrica.
Por lo que hemos visto anteriormente sabemos que las resistencias eléctricas se
calientan debido a la dificultad que éstas presentan al paso de la corriente
eléctrica.
La cantidad de calor producida por un conductor, depende de su resistencia, de la
cantidad de corriente que circula por el conductor y del tiempo de funcionamiento.
A ese efecto se le denomina EFECTO TÉRMICO O EFECTO JOULE.
La corriente eléctrica es aprovechada por infinidad de aparatos de uso común, con
el fin de producir el calor necesario en función de la aplicación a la que estén
destinados, entre las aplicaciones más importantes, podemos destacar.
Plancha eléctrica.
Horno eléctrico.
Estufas eléctricas.
EFECTO TÉRMICO
Se basa en la producción de calor por parte de un conductor como consecuencia de
la cantidad de corriente que circula por este
Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los
electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las moléculas
del conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto
es conocido como efecto Joule en honor a su descubridor el físico británico James
Prescott Joule.
Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica
producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la
intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la
resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa
como
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donde:
Q = Energía calorífica producida por la corriente expresada en Joules
I = Intensidad de la corriente que circula
R = Resistencia eléctrica del conductor
t = Tiempo
Así, la potencia disipada por efecto Joule será:
donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los
hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados
industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es,
precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.Sin
embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la
que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disipe el calor
generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.
La ley de Joule enuncia que :
"El calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es
directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la
corriente y el tiempo que dura la corriente " .
Expresado lo anterior de otra forma, podemos decir que La energía eléctrica o
trabajo (T) consumida para mover una carga (Q) a través de una diferencia de
potencial (V) está dada por T = V Q, donde T es en joules ( o julios ) , V es en
voltios y Q es en coulombs ( o culombios ) . Dado que la carga total (Q) es el
producto de la corriente media entre I y el tiempo (t) de transferencia (Q = It) la
energía puede expresarse como
T = V Q = EIt
Sustituyendo E = IR de la ley de Ohm, obtenemos para la energía.
(trabajo) T = (IR) X I X t = I2 Rt
donde T es en joules (también denominado vatios-segundos), I es en amperios, R es
en ohmios y t es en segundos.
La circulación de electricidad a través de un conductor produce calor. Por el
principio de la conservación de la energía, la energía eléctrica (T) consumida debe
ser igual a la energía térmica producida, o sea
energía calorífica (en joules) = T = I2 Rt = VIt
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Dado que el calor se mide generalmente en calorías y el equivalente eléctrico de 1
caloría = 4,18 joules (o 1 joule = 0,239 calorías) , la energía térmica (Q) liberada, en
calorías, está dada por
Q (calorías) = 0,239 x energía térmica (en joules) = 0.239 I2 Rt
La potencia eléctrica (P) disipada en un circuito de corriente continua es la
relación de energía entregada (por segundo), o la relación de trabajo efectuado.
Por lo tanto, la potencia es la energía (o trabajo) dividido por el tiempo, o sea
donde P es en vatios , V es en voltios, I en amperios, R en ohmios y t en segundos.
Sustituyendo en la ecuación por la ley de Ohm, I = E/R, obtenemos una tercera
forma:
La unidad práctica (mks) de potencia es el watio.
1 watio = 1 Joule/segundo = 107 ergs/segundo (sistema cgs)
1 kilowatio (1 Kw) = 1.000 watios = 1,34 caballo-vapor
1 caballo-vapor (HP) = 746 watios
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EJERCICIOS
4.1.- ¿Cuál es el calor total producido por una resistencia eléctrica atravesada por
una corriente de 8 amperios a 120 voltios durante 10 minutos?
SOLUCIÓN. La energía calorífica (en joules) = V It = 120 voltios x 8 amperios x
(10 x 60) seg = 576.000 joules.
Energía térmica en calorías = 0,239 x energía térmica en joules = 0,239 x 576.000
joules = 137.664 calorías.
4.2.- PROBLEMA 39. Un calefactor eléctrico que trabaja en 120 voltios, está
formado por dos resistencias de 30 ohmios. Las resistencias se pueden conectar en
serie o en paralelo. Determinar el calor (en calorías) desarrollado en cada caso
durante 10 minutos .
SOLUCIóN. Para la conexión serie, la resistencia total es 60 ohmios.
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(La conexión paralelo produce cuatro veces más calor que la conexión serie.)
4.3.- Una estufa de 1.500 w funciona durante 32 minutos. Calcular las calorias
desprendidas.
Primeramente pongamos el tiempo en segundos: 32 x 60 = 1920 segundos
Por tanto: Q = 0,239 (0,24 por aproximación) x 1.500 x 1920 = 691.200 calorias,
equivalentes a 691,2 kcal.
OBSERVACIONES: Las formulas a utilizar estarán en función de los datos de
partida que nos proporcionen. En el cuadro siguiente recopilamos todas ellas:
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Resumen de la Lección 7ª
- Densidad de corriente es la relación entre la intensidad que circula por un
conductor y la sección del mismo. Se expresa en la fórmula:
d = I/S
- La densidad de corriente se mide en amperios por milimetro cuadrado, por
ejemplo 3 A/mm2.
- Para una misma sección de conductor:
* Al aumentar la intensidad, la densidad de corriente aumenta.
* Al disminuir la intensidad, la densidad de corriente disminuye.
- Para un mismo valor de la intensidad:
* Al aumentar la sección, la densidad de corriente disminuye.
* Al disminuir la sección, la densidad de corriente aumenta.
- Los choques ocasionados por el desplazamiento de los electrones, producen un
calentamiento.
- La corriente eléctrica, por ser movimiento de electrones, produce un
calentamiento en el conductor.
- A mayor intensidad de corriente, mayor calentamiento del conductor.
- Una densidad de corriente excesiva puede quemar los conductores.
- Las reglamentaciones limitan las densidades a utilizar en las instalaciones
eléctricas,
- 1 caloría, que se expresa "cal", es el calor necesario para elevar 1 grado la
temperatura de 1 gramo de agua.
- 1 kilocaloría, que se expresa "kcal", es el calor necesario para elevar 1 grado la
temperatura de 1 kilogramo de agua.
- 1 kilocaloría equivale a 1.000 calorías.
- 1 julio, que es la unidad de energía, equivale a 0,24 calorías.
- El calor desprendido en calorías (Q), al paso de una corriente eléctrica, es igual al
producto de la energía (E) por 0,24, cuya expresión es: Q = 0,24 E
- La expresión : Q (calorías) = 0,24 x energía térmica (en joules) = 0.24 I2 Rt
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se conoce por LEY DE JOULE
- El calor producido por la corriente eléctrica tiene aplicaciones muy
interesantes:
El calor producido en la calefacción
Los fusibles se funden por el calor desprendido
El estaño se funde por el calor desprendido en la resistencia del soldador
El calor del arco en la soldadura eléctrica funde los metales empleados
La luz producida en muchas lámparas se debe a la incandescencia de su
resistencia
Transformadores de Potencia
Ejercicios de la Lección 7ª
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1. - Un julio equivale a ......................... calorias.
2. - Una estufa eléctrica de 1.000 W que funciona durante 30 minutos, desprenderá
.................................. cal.
3. - Una estufa eléctrica que funciona durante 1 hora tiene una resistencia de 22 Ω
Y una intensidad de 10 A. Por lo tanto desprenderá ................ cal.
4. - Un radiador de 1.500 W, lo hacemos funcionar durante 50 segundos. La
cantidad de calor desprendida será ................... cal.
5. - Una plancha eléctrica de 300 W, está funcionando durante 1 hora y 30
minutos. ............................................................................ La cantidad de calor
desprendido será ............................................................... kcal.
6. - Una estufa cuya resistencia es de 30Ω, consume 8 A. Está funcionando durante
15 minutos. La cantidad de calor desprendido será ................ kcal.
7. - Un radiador eléctrico tiene 15 Ω de resistencia y consume 8 A. La cantidad de
calor desprendida en 45 minutos será .................... kcal.
8. - Una plancha de 500 W funciona durante 2 horas. La cantidad de calor despren-
dida será ......................... cal, es decir, ........................ kcal.
9. - ¿Qué cantidad de calor desprenderá una estufa eléctrica acoplada a una fuente
de tensión de 220 V, y que consume una intensidad de 8 A durante 15
minutos?
Q = ............................ kcal.
Solución a los Ejercicios de la Lección 7ª
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1. - Un julio equivale a 0,24 calorias.
2. - Una estufa eléctrica de 1.000 W que funciona durante 30 minutos, desprenderá
432.000 cal.
3. - Una estufa eléctrica que funciona durante 1 hora tiene una resistencia de 22 Ω
Y una intensidad de 10 A. Por lo tanto desprenderá 1.900.800 cal.
4. - Un radiador de 1.500 W, lo hacemos funcionar durante 50 segundos. La
cantidad de calor desprendida será 18.000 cal.
5. - Una plancha eléctrica de 300 W, está funcionando durante 1 hora y 30
minutos. La cantidad de calor desprendido será 388,800 kcal.
6. - Una estufa cuya resistencia es de 30Ω, consume 8 A. Está funcionando durante
15 minutos. La cantidad de calor desprendido será 414,720 kcal.
7. - Un radiador eléctrico tiene 15 Ω de resistencia y consume 8 A. La cantidad de
calor desprendida en 45 minutos será 622,080 kcal.
8. - Una plancha de 500 W funciona durante 2 horas. La cantidad de calor despren-
dida será 864.000 cal, es decir, 864 kcal.
9. - ¿Qué cantidad de calor desprenderá una estufa eléctrica acoplada a una fuente
de tensión de 220 V, y que consume una intensidad de 8 A durante 15
minutos?
Q = 380,160 kcal.
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Lección 8ª.- Acoplamiento de Generadores
1.- Acoplamiento de Generadores. Su necesidad.
Estudiemos el caso más sencillo de acoplamiento de Generadores tipo pila o
batería.
Bajo ciertas circunstancias, el voltaje que produce una sola pila es suficiente, tal
como sucede en algunas linternas. En otras ocasiones se necesita mayor voltaje.
Esto puede lograrse conectando varias pilas (primarias o secundarias) en serie, en
número tal como para lograr el voltaje necesario. Esta agrupación de pilas se llama
batería.
También se puede formar baterías conectando pilas en paralelo.
2.- Acoplamiento en Serie de Generadores
La fem (E) de una combinación serie es la suma de las fem de las pilas individuales,
y la resistencia interna total es la suma de las resistencia (R¡) de cada pila. En la
combinación de pilas en paralelo, en la cual todas tienen la misma fem, la fem (E)
resultante es la de una sola pila (E) . La resistencia interna total de n pilas en
paralelo, teniendo cada una, una resistencia interna R¡ es, R¡/n. (La ventaja de la
conexión en paralelo es la mayor capacidad de corriente que en una sola pila.)
El voltaje total de un conjunto de pilas conectadas en serie es la suma de los
voltajes de cada pila. Así, si se conectan en serie cuatro pilas de 1,5 volts, el voltaje
total es 1,5 + 1,5 + 1,5 + 1,5, o sea 6 voltios. Si se conectan 30 de estas pilas en serie,
el voltaje final será 30 x 1,5, o sea 45 voltios. Los acumuladores de plomo-ácido de
6 voltios consisten en tres baterías de 2 voltios conectadas en serie.
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Una batería se forma conectando
pilas entre sí .
Una batería de 30 voltios ( 20 pilas
de 1,5 voltios en serie ) .
Cuando las pilas se conectan en serie, el terminal positivo de una se conecta con el
terminal negativo de la otra. Al hacer esto, se suman todos los potenciales
individuales, unos a otros. Los ejemplos anteriores tratan las pilas que poseen el
mismo voltaje. Esto no necesita ser de esa forma; se pueden conectar en serie pilas
de cualquier voltaje. Aunque todas las pilas no tengan el mismo voltaje, se pueden
conectar igualmente en serie. Ahora bien, cada pila o acumulador, en una conexión
serie, debe tener la misma capacidad de corriente.
3.- Acoplamiento en Paralelo de Generadores
También se puede formar baterías conectando pilas en paralelo. Esto
solamente puede hacerse con pilas que tengan el mismo voltaje de salida. El
propósito de una conexión en paralelo es aumentar la capacidad de corriente. La
conexión en paralelo crea el equivalente de un aumento en el tamaño físico de los
electrodos y de la cantidad de electrolito, e incrementar por lo tanto la corriente
disponible.
Por ejemplo, si se conectan tres pilas en paralelo, la capacidad de corriente
de la batería se hace igual al triple de la capacidad de corriente una sola pila. Es
decir, cada pila contribuye con la tercera parte de la corriente total.
Conectando las pilas en paralelo no cambia el voltaje. El voltaje final de las
pilas en paralelo, es el mismo que el de una sola. Cuando se conectan pilas en
paralelo de tensiones desiguales, circula corriente entre las pilas debido a las
diferencias de potencial y se consume energía eléctrica. Hay, también una
posibilidad de que las pilas puedan dañarse.
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4.- Conexión de Generadores Serie-Paralelo
Las ventajas de la conexión serie y paralelo, se pueden combinar en la
distribución serie-paralelo. Ésta permite mayor voltaje de salida como sucede en la
conexión serie y aumenta la capacidad de corriente simultáneamente por la
conexión paralelo. Como en los ejemplos previos de la conexión paralelo, es
deseable que el voltaje y la capacidad de corriente de las pilas, sean en todas los
mismos. Si se conecta una pila de tensión alta sobre otra de tensión baja, por esta
última circulará corriente y puede dañarse. Generalmente este tipo de conexión
solamente se usa cuando se quiere obtener una capacidad de corriente mayor que
con una sola pila. Sin embargo hay casos en que el voltaje y la capacidad de
corriente sólo se pueden alcanzar por medio de este tipo de conexión serie-paralelo.
Cuando se realiza una conexión serie-paralelo, se deben seguir las reglas de la
polaridad: en circuito serie, se conecta positivo con negativo; en circuitos paralelos,
se conectan positivo con positivo y, negativo con negativo.
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5.- Ejercicios con distintos tipos de Acoplamiento
5.1. Seis pilas secas tienen una fem de 1,5 voltios y una resistencia interna de
0,1 ohmios cada una. ¿Qué corriente pueden entregar a una resistencia externa de
35 ohmios, a) cuando las pilas se conectan en serie, y b) cuando se conectan en
paralelo?
a) fem total = 6 X 1,5 voltios = 9 voltios
resistencia interna total = 6 X 0,1 ohmios = 0,6 ohmios
resistencia total ( int. + ext.) = 0,6 + 35 ohmios = 35,6 ohmios
corriente I = E/R= 9 voltios/35,6 ohmios = 0,252 amperios
b) fem del grupo en paralelo = fem de una sola pila = 1,5 voltios; resistencia
interna = 0,1/6 ohmios = 0,0167 ohmios (despreciable) ; resistencia total del
circuito 0,0167 + 35 = 35,0167 ~ 35 ohmios (aproximadamente).corriente I = E/R =
1,5 voltios/35 ohmios = 0,0429 amperios
5.2.- Cuatro pilas de 1,4 voltios de fem cada una y una resistencia interna de 1,2
ohmios se conectan primero en serie y luego en paralelo. Si cada combinación se
cortocircuita con un alambre grueso, calcular la fem total, la resistencia interna y
la corriente de cortocircuito en cada caso.
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a) Combinación serie: fem total = 4 X 1,4 voltios = 5,6 voltios
Resistencia interna total = 4 X 1,2 ohmios = 4,8 ohmios
Corriente de cortocircuito I = E/R = 5,6 voltios/ 4,8 ohmios = 1,17 amperios
b) Combinación paralelo: fem total = fem de una pila = 1,4 voltios.
Resistencia interna total = 1,2 / 4 ohmios = 0,3 ohmios
Corriente de cortocircuito I = E/R = 1,4 voltios / 0,3 ohmios = 4,67 amperios
5.3.- ¿Cuál es la resistencia total de un conjunto de resistencias de 16 ohmios, 7
ohmios, 2,5 ohmios y 0,3 ohmios conectadas en serie?
SOLUCIÓN. R = 16 + 7 + 2,5 + 0,3 (ohmios) = 25,8 ohmios.
5.4.- Tres resistencias, de 2,6 y 12 ohmios se conectan en serie a una fuente de 6 voltios .
Determinar la resistencia total, la corriente y la caída de voltaje sobre cada
resistencia.
R = 2 + 6 + 12 (ohmios) = 20 ohmios de resistencia total
I = E/R = 6 voltios/20 ohmios = 0,3 amperios
Caída de voltaje sobre la resistencia de 2 ohmios = I R = 0,3 amp X 2
ohmios = 0,6 voltios.- .Caída de voltaje sobre la resistencia de 6 ohms = I R
= 0,3 amp X 6 ohmios = 1,8 voltios
Caída de voltaje sobre la resistencia de 12 ohmios = I R = 0,3 amp X 12
ohmios = 3,6 voltios
Como prueba, la suma de las caídas de voltaje debe ser igual a la fem aplicada, o
sea, 0,6 V + 1,8 V + 3,6 V = 6 voltios = voltaje aplicado.
5.5.- Dos resistencias de 3 y 5 ohmios se unen en serie y se conectan a una batería
de 6 voltios con una resistencia interna de 0,8 ohmios. Determinar la corriente en
el circuito, la caída de voltaje sobre cada una de las resistencias y el voltaje sobre
los terminales de la batería.
SOLUCIÓN. La resistencia total, R = 3 + 5 + 0,8 (ohmios) = 8,8 ohmios
Por lo tanto, I = E/R = 6 voltios / 8,8 ohmios = 0,682 amperios
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Caída de voltaje sobre 3 ohmios = I R = 0,682 amp X 3 ohmios = 2,04 voltios
Caída de voltaje sobre 5 ohmios = I R = 0,682 amp X 5 ohmios = 3,41 voltios
Voltaje s/term. V= E - I Ri = 6 volts - 0,682 amp X 0,8 ohm = 6 voltios - 0,545
voltios = 5,455 voltios
El voltaje sobre los terminales de la batería debe ser igual a la suma de las caídas
de voltaje en el circuito externo. Por lo tanto,
voltaje terminal = 2,04 voltios + 3,41 voltios = 5,45 voltios
5.6.- Una lámpara de arco tiene una resistencia en caliente de 12 ohms y requiere
una corriente de 7 amperes para su operación. ¿Qué resistencia se debe colocar en
serie con la lámpara, si debe usarse con el voltaje de línea de 220 volts?
SOLUCIÓN. Caída de voltaje sobre la lámpara
= I R = 7 amps x 12 ohmios = 84 V
Voltaje a disipar = 220 voltios - 84 voltios = 136 voltios
Por lo tanto,
La resistencia serie requerida, R = E/I = 136 voltios/7 amps = 19,4 ohmios
Alternativamente,
la corriente, I = E/Rt , o 7 amp = 220 voltios / (12 + R) ohmios
Resolviendo para R:
7R + 84 = 220; R = (220-84)/7 = 19,4 ohmios
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Resumen de la Lección 8ª
- Para acoplar generadores se unen los bornes de unos con los bornes de otros.
* El acoplamiento de generadores puede ser:
_ Serie.
_ Paralelo.
_ Mixto.
ACOPLAMIENTO EN SERIE DE GENERADORES
- Para acoplar generadores en serie, se une cada borne de un generador con el
borne de signo contrario de otro generador.
La f.e.m. del generador equivalente a otros acoplados en serie es:
- La resistencia del generador equivalente a otros acoplados en serie es:
- Para acoplar generadores en serie, han de tener iguales todos ellos su intensidad
nominal (IN),
- Si acoplamos en serie n generadores iguales de f.e.m. e y resistencia interior r, la
f.e.m. del generador equivalente será ne y la resistencia interior nr.
- La intensidad que circula por un acoplamiento en serie de o generadores iguales
de f.e.m. e y resistencia interior r que alimenta un receptor R, vale:
- El acoplamiento de generadores en serie se utiliza para conseguir tensiones supe-
riores a la que nos puede suministrar un solo generador.
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ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE GENERADORES
- Para acoplar generadores en paralelo se unen todos los bornes positivos entre sí y
también todos los negativos.
- Para acoplar generadores en paralelo han de tener iguales todos ellos su:
* Intensidad nominal.
* Fuerza electromotriz.
* Resistencia interior.
- La f.e.m. del generador equivalente a otros acoplados en paralelo es la de uno
cualquiera de ellos.
- La resistencia interior del generador equivalente a otros acoplados en paralelo es
la de uno cualquiera dividida entre el número de ellos.
- La intensidad que circula por un acoplamiento en paralelo de n generadores
iguales de f.e.m. e y resistencia interior r que alimenta un receptor R, vale:
- La intensidad que circula por cada rama es la total dividida por el número de
ramas
- El acoplamiento de generadores en paralelo se utiliza para conseguir intensidades
superiores a la que nos puede suministrar un solo generador.
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ACOPLAMIENTO MIXTO DE GENERADORES
El acoplamiento mixto de generadores consiste en unir en paralelo varias series de
ellos.
- Para realizar un acoplamiento mixto de generadores, han de tener iguales todos
ellos su:
* Intensidad nominal.
* Fuerza electromotriz.
* Resistencia interior.
- La f.e.m. del generador equivalente a otros en acoplamiento mixto es la de una
rama.
- La resistencia interior del generador equivalente a otros en acoplamiento mixto
es la de una rama dividida entre el número de ramas.
- El acoplamiento mixto de generadores se utiliza para conseguir tensiones e
intensidades superiores a las que nos puede suministrar un solo generador.
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Ejercicios de la Lección 8ª
1. - Si 5 generadores de 24 V de f.e.m. cada uno, se conectan en serie la f.e.m. total
será de …………………. voltios.
2. - Los 5 generadores anteriores acoplados en paralelo nos darán una f.e.m. total
de ………… voltios.
3. - La resistencia del generador equivalente a 10 acoplados en serie de 0,5 Ω de re-
sistencia interior cada uno, es de………………………………..Ω
4.- Los 10 generadores anteriores acoplados en paralelo nos darán una resistencia
interior equivalente de …………………………..Ω.
5. - La intensidad que recorre el circuito exterior de la figura es de
………………amperios.
6. - La intensidad total que recorre el circuito es de …………………… A y la
intensidad en cada rama es de ………………………amperios.
7. - Tenemos 3 ramas de 6 elementos cada una. Todos los elementos son iguales de
1,5 V de f.e.m.
La f.e.m. del generador equivalente será de …………….. .. voltios.
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8. - En el acoplamiento anterior si cada generador tiene 0,6 Ω de resistencia
interior, la resistencia del generador equivalente a todo el acoplamiento será de
………………………Ω.
9. - La intensidad que recorre el receptor de la figura vale ……………. amperios.
10. - La f.e.m. de un acoplamiento de generadores es 114 V y la c.d.t. interior 8 V.
La d.d.p. en bornes del acoplamiento será de
……………………………voltios.
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Soluciones a los Ejercicios de la Lección 8ª
1. - Si 5 generadores de 24 V de f.e.m. cada uno, se conectan en serie la f.e.m. total
será de 120 voltios.
2. - Los 5 generadores anteriores acoplados en paralelo nos darán una f.e.m. total
de 24 voltios.
3. - La resistencia del generador equivalente a 10 acoplados en serie de 0,5 Ω de re-
sistencia interior cada uno, es de 5 Ω
4.- Los 10 generadores anteriores acoplados en paralelo nos darán una resistencia
interior equivalente de 0,05 Ω.
5. - La intensidad que recorre el circuito exterior de la figura es de 0,5 amperios.
6. - La intensidad total que recorre el circuito es de 0,2 A y la intensidad en cada
rama es de 0,1 amperios.
7. - Tenemos 3 ramas de 6 elementos cada una. Todos los elementos son iguales de
1,5 V de f.e.m.
La f.e.m. del generador equivalente será de 9 .. voltios.
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8. - En el acoplamiento anterior si cada generador tiene 0,6 Ω de resistencia
interior, la resistencia del generador equivalente a todo el acoplamiento será de
1,2 Ω.
9. - La intensidad que recorre el receptor de la figura vale 4 amperios.
10. - La f.e.m. de un acoplamiento de generadores es 114 V y la c.d.t. interior 8 V.
La d.d.p. en bornes del acoplamiento será de 106 voltios.
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Lección 9ª.- Corriente Alterna- Generalidades
1.- Corriente Alterna.- Diferencias con la Corriente Continua
Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.)
(como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene
siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada
alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad
que efectúa por cada ciclo de tiempo.
Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su
polaridad se mantiene siempre fija.
La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de
tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente
las polaridades se invierten tantas veces como ciclos o hertz por segundo posea esa
corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la
corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las
fuentes de FEM que suministran corriente directa.
Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se
producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto
los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna
tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar
la manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas
completas durante un segundo.
En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de
coordenadas para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se
obtendrá una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte
primero de cero voltios, se eleva a 1,5 voltios, pasa por “0” voltios, desciende para
volver a
1,5 voltios y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez
por cero voltios.
Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada
segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo o
hertzios por segundo (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas
por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos o hertzios por segundo (5 Hz). Mientras
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más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la
frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene.
Seguramente sabrás que la corriente eléctrica que llega a nuestras casas para
hacer funcionar las luces, los equipos electrodomésticos, electrónicos, etc. es,
precisamente, alterna, pero en lugar de pulsante es del tipo sinusoidal o senoidal.
En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 voltios y tiene una
frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América la
tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz.
2.- Forma de la onda de la corriente alterna senoidal.
De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:
Rectangular o pulsante
Triangular
Diente de sierra
Sinusoidal o senoidal
(A) Onda rectangular o pulsante. (B) Onda triangular. (C) Onda diente de
sierra. (D) Onda sinusoidal o senoidal.
De todas estas formas, la onda más común es la sinusoidal o senoidal.
Cualquier corriente alterna puede fluir a través de diferentes dispositivos
eléctricos, como pueden ser resistencias, bobinas, condensadores, etc., sin sufrir
deformación.
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Veamos la representación gráfica de una onda sinusoidal y las diferentes partes
que la componen:
De donde:
A = Amplitud de onda
P = Pico o cresta
N = Nodo o valor cero
V = Valle o vientre
T = Período
Amplitud de onda: máximo valor que toma una corriente eléctrica. Se llama
también valor de pico o valor de cresta.
Pico o cresta: punto donde la sinusoide alcanza su máximo valor.
Nodo o cero: punto donde la sinusoide toma valor “0”.
Valle o vientre: punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.
Período: tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el
intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El
período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio
de la siguiente fórmula: T = 1 / F
Como ya se vio anteriormente, la frecuencia no es más que la cantidad de ciclos
por segundo o hertz (Hz), que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del
período y, matemáticamente, se representa de la manera siguiente: F = 1 / T
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Valor instantaneo: Cada uno de los infinitos puntos que constituyen una senoide se
llama valor instantáneo.
Valor máximo: El mayor de los valores instantáneos se denomina valor máximo.
Valor eficaz : El valor eficaz de una corriente alterna corresponde al que tendría
una corriente continua que produjera los mismos efectos termicos o mecánicos.
3.- Ventajas de la Corriente Alterna
Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de
transformadores.
Se transporta a grandes distancias con poca de pérdida de energía.
Es posible convertirla en corriente directa con facilidad.
Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de
ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen,
sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica.
Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos
y fáciles de mantener que los de corriente directa.
Las máquinas de corriente continua fueron las primeras que se construyeron, pero
rápidamente se descubrieron las ventajas de la corriente alterna, que permitía
independizar la aplicación (transmisión o utilización) de la tensión aprovechando
los transformadores. Actualmente tienden a utilizarse poco como generador,
puesto que se sustituye por las de corriente alterna. Como motor tiene grandes
inconvenientes: son mas caros, tienen problemas de mantenimiento, técnicos...
Éstos se utilizan en siderurgia, en tracción eléctrica de trayectos cortos...
Las máquinas de corriente continua son reversibles, es decir, la misma máquina
puede trabajar como generador o como motor.
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4.- Producción y Transporte de la Corriente Alterna.
Generación y transporte de electricidad es el conjunto de instalaciones que se
utilizan para transformar otros tipos de energía en electricidad y transportarla
hasta los lugares donde se consume. La generación y transporte de energía en
forma de electricidad tiene importantes ventajas económicas debido al costo por
unidad generada. Las instalaciones eléctricas también permiten utilizar la energía
hidroeléctrica a mucha distancia del lugar donde se genera. Estas instalaciones
suelen utilizar corriente alterna, ya que es fácil reducir o elevar el voltaje con
transformadores. De esta manera, cada parte del sistema puede funcionar con el
voltaje apropiado. Las instalaciones eléctricas tienen seis elementos principales:
- La central eléctrica
- Los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica
generada a las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte
- Las líneas de transporte
- Las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las
líneas de distribución
- Las líneas de distribución
- Los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los
consumidores.
En una central hidroeléctrica, el agua que cae de una presa hace girar turbinas
que impulsan generadores eléctricos. La electricidad se transporta a una estación
de transmisión, donde un transformador convierte la corriente de baja tensión en
una corriente de alta tensión. La electricidad se transporta por cables de alta
tensión a las estaciones de distribución, donde se reduce la tensión mediante
transformadores hasta niveles adecuados para los usuarios. Las líneas primarias
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pueden transmitir electricidad con tensiones de hasta 500.000 voltios o más. Las
líneas secundarias que van a las viviendas tienen tensiones de 220 o 110 voltios.
La estación central de una instalación eléctrica consta de una máquina motriz,
como una turbina de combustión, que mueve un generador eléctrico. La mayor
parte de la energía eléctrica del mundo se genera en centrales térmicas
alimentadas con carbón, aceite, energía nuclear o gas; una pequeña parte se
genera en centrales hidroeléctricas, diesel o provistas de otros sistemas de
combustión interna. Actualmente hay que tener en cuenta la energía eólica y la
solar, en incremento, por ser energías renovables.
Las líneas de conducción se pueden diferenciar según su función secundaria en
líneas de transporte (altos voltajes) y líneas de distribución (bajos voltajes). Las
primeras se identifican a primera vista por el tamaño de las torres o apoyos, la
distancia entre conductores, las largas series de platillos de que constan los
aisladores y la existencia de una línea superior de cable más fino que es la línea de
tierra. Las líneas de distribución, son las últimas existentes antes de llegar la
electricidad al usuario, y reciben aquella denominación por tratarse de las que
distribuyen la electricidad al último eslabón de la cadena.
Las líneas de conducción de alta tensión suelen estar formadas por cables de cobre,
aluminio o acero recubierto de aluminio o cobre. Estos cables están suspendidos de
postes o pilones, altas torres de acero, mediante una sucesión de aislantes de
porcelana. Gracias a la utilización de cables de acero recubierto y altas torres, la
distancia entre éstas puede ser mayor, lo que reduce el coste del tendido de las
líneas de conducción; las más modernas, con tendido en línea recta, se construyen
con menos de cuatro torres por kilómetro. En las ciudades y otras áreas donde los
cables aéreos son peligrosos se utilizan cables aislados subterráneos. Algunos
cables tienen el centro hueco para que circule aceite a baja presión. El aceite
proporciona una protección temporal contra el agua, que podría producir fugas en
el cable. Se utilizan con frecuencia tubos rellenos con muchos cables y aceite a alta
presión (unas 15 atmósferas) para la transmisión de tensiones de hasta 345
kilovoltios.
Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de equipos
suplementarios para proteger los generadores, transformadores y las propias
líneas de conducción. Suelen incluir dispositivos diseñados para regular la tensión
que se proporciona a los usuarios y corregir el factor de potencia del sistema.
Los cortacircuitos se utilizan para proteger todos los elementos de la instalación
contra cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones de conmutación
ordinarias. Estos cortacircuitos son grandes interruptores que se activan de modo
automático cuando ocurre un cortocircuito o cuando una circunstancia anómala
produce una subida repentina de la corriente. En el momento en el que este
dispositivo interrumpe la corriente se forma un arco eléctrico entre sus terminales.
Para evitar este arco, los grandes cortacircuitos, como los utilizados para proteger
los generadores y las secciones de las líneas de conducción primarias, están
sumergidos en un líquido aislante, por lo general aceite. También se utilizan
campos magnéticos para romper el arco. En tiendas, fábricas y viviendas se
utilizan pequeños cortacircuitos diferenciales. Los aparatos eléctricos también
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incorporan unos cortacircuitos llamados fusibles, consistentes en un alambre de
una aleación de bajo punto de fusión; el fusible se introduce en el circuito y se
funde si la corriente aumenta por encima de un valor predeterminado.
5.-Regulación del voltaje
Las largas líneas de conducción presentan inductancia, capacitancia y resistencia
al paso de la corriente eléctrica. El efecto de la inductancia y de la capacitancia de
la línea es la variación de la tensión si varía la corriente, por lo que la tensión
suministrada varía con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos de dispositivos
para regular esta variación no deseada. La regulación de la tensión se consigue con
reguladores de la inducción y motores síncronos de tres fases, también llamados
condensadores síncronos. Ambos varían los valores eficaces de la inductancia y la
capacitancia en el circuito de transmisión. Ya que la inductancia y la capacitancia
tienden a anularse entre sí, cuando la carga del circuito tiene mayor reactancia
inductiva que capacitiva (lo que suele ocurrir en las grandes instalaciones) la
potencia suministrada para una tensión y corriente determinadas es menor que si
las dos son iguales. La relación entre esas dos cantidades de potencia se llama
factor de potencia. Como las pérdidas en las líneas de conducción son
proporcionales a la intensidad de corriente, se aumenta la capacitancia para que el
factor de potencia tenga un valor lo más cercano posible a 1. Por esta razón se
suelen instalar grandes condensadores en los sistemas de transmisión de
electricidad.
6.- Perdidas durante el transporte
La energía se va perdiendo desde la central eléctrica hasta cada hogar de la ciudad
por:
RESISTIVIDAD: Que provoca que la corriente eléctrica no llegue con la
misma intensidad debido a la oposición que presenta el conductor al paso de la
corriente. La resistencia que ofrece el cable depende de su:
-Diámetro o área de la sección transversal. La conductividad disminuye al
disminuir el grosor del cable (a mayor diámetro, menor número del cable)
-Material con que está hecho
-Longitud. La conductividad de un cable es inversamente proporcional a la
longitud y la resistencia es directamente proporcional a la longitud.
-Cambios de temperatura que sufre. Al paso de la corriente, la resistividad se ve
incrementada ligeramente al aumentar su temperatura.
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CAPACITANCIA: Porque a medida que se transfiera más carga al
conductor, el potencial del conductor se vuelve más alto, lo que hace más difícil
transferirle más carga. El conductor tiene una capacitancia determinada para
almacenar carga que depende del tamaño y forma del conductor, así como de
su medio circundante.
7.-¿Cómo se genera la electricidad?
Hay varias fuentes que se utilizan para generar electricidad: el movimiento del
agua que corre o cae, el calor para producir vapor y mover turbinas, la geotermia
(el calor interior de la Tierra), la energía nuclear (del átomo) y las energías
renovables: solar, eólica (de los vientos) y de la biomasa (leña, carbón, basura y
rastrojos del campo).
Existen termoeléctricas llamadas de "ciclo combinado"; en ellas, los gases calientes
de la combustión del gas natural que pasaron por la turbina pueden volverse a
aprovechar, introduciéndolos a calderas que generan vapor para mover otra
turbina y un segundo generador
La mayoría de las plantas generadoras de electricidad queman alguno de esos
combustibles fósiles para producir calor y vapor de agua en una caldera. El vapor
es elevado a una gran presión y llevado a una turbina, la cual está conectada a un
generador y cuando éste gira, convierte ese movimiento giratorio en electricidad.
En todos los casos, la turbina está unida por su eje al generador, el cual contiene
un rotor bobinado que gira dentro de un campo magnético estacionario con
espiras (embobinado) de un largo y grueso cable. Cuando giran el eje de la turbina
y el magneto que está dentro del generador, se produce una corriente de
electricidad en el cable. ¿Por qué? Esto se explica por el llamado
electromagnetismo, que descrito en términos sencillos consiste en lo siguiente:
cuando un cable o cualquier material conductor de electricidad se mueve a través
de un campo magnético -cortando líneas de fuerza magnéticas-, se produce una
corriente eléctrica en el.
Las plantas nucleares utilizan la energía nuclear -del átomo- para producir calor
que convierte el agua en el vapor necesario para mover las turbinas y los
generadores. Otras plantas aprovechan el agua caliente o el vapor proveniente del
interior de la Tierra (geotermia), sin necesidad de emplear combustible fósil o
nuclear (uranio).
En algunos lugares, se aprovechan los excedentes de energía eléctrica o la energía
solar para bombear agua a depósitos o presas situados a cierta altura; el agua
después se utiliza para mover turbinas y generadores, como se hace en las plantas
hidroeléctricas.
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Resumen de la Lección 9ª
La corriente alterna (C.A.), se diferencia de la continua por el cambio constante
de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.
Una corriente alterna se representa mediante una curva que se llama senoide.
Aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá
del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que
suministran corriente directa.
Toda senoide tiene dos alternancias: una positiva y una negativa.
Dos alternancias seguidas, una positiva y otra negativa, constituyen un ciclo
El tiempo que tarda en completarse un ciclo se llama periodo.
El periodo se representa por la letra T
Al número de periodos por segundo se le llama frecuencia.
La frecuencia se mide en periodos por segundo o hertzios
Entre el periodo y la frecuencia de una corriente alterna existe la siguiente
relación: F = 1 / T
En Europa la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 voltios y tiene una
frecuencia de 50 Hz
En una corriente alterna nos interesa especialmente su valor eficaz, que
corresponde al que tendría una corriente continua que produjera los mismos
efectos térmicos o mecánicos.
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Las instalaciones eléctricas tienen seis elementos principales:
- La central eléctrica
- Los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica
generada a las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte
- Las líneas de transporte
- Las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las
líneas de distribución
- Las líneas de distribución
- Los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los
consumidores.
Las líneas de conducción se pueden diferenciar según su función secundaria en
líneas de transporte (altos voltajes) y líneas de distribución (bajos voltajes).
Los cortacircuitos se utilizan para proteger todos los elementos de la
instalación contra cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones de
conmutación ordinarias.
Los cortacircuitos llamados fusibles, consisten en un alambre de una aleación
de bajo punto de fusión; el fusible se introduce en el circuito y se funde si la
corriente aumenta por encima de un valor predeterminado.
Para que el factor de potencia tenga un valor lo más cercano posible a 1 se
suelen instalar condensadores en los sistemas de transmisión de electricidad.
La energía se va perdiendo desde la central eléctrica hasta cada receptor final.
Cuando un cable o cualquier material conductor de electricidad se mueve a
través de un campo magnético -cortando líneas de fuerza magnéticas-, se produce
una corriente eléctrica en el.
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Ejercicios de la Lección 9ª
1.- La frecuencia se mide en…………………….. que abreviadamente se escribe
…………..
2.- La frecuencia de una corriente eléctrica es de 100 Hz, por lo tanto, el periodo
correspondiente valdrá ……………… segundos.
3.- La frecuencia industrial en la mayor parte de los países europeos es de ……Hz.
4.- La corriente alterna (C.A.), se diferencia de la continua por el
…………………………… que efectúa por cada ciclo de tiempo.
5.- Una corriente alterna se representa mediante una curva que se llama ………….
6.- El tiempo que tarda en completarse un ciclo se llama …………
7.- Las líneas de conducción se pueden diferenciar según su función secundaria en
líneas de ………………(altos voltajes) y líneas de ………………. (bajos voltajes).
8.- La energía se va ……………….. desde la central eléctrica hasta cada hogar de
la ciudad.
9.- Para que el factor de potencia tenga un valor lo más cercano posible a 1 se
suelen instalar ………………….. en los sistemas de transmisión de electricidad.
10.- Cuando un cable o cualquier material conductor de electricidad se mueve a
través de un campo magnético -cortando líneas de fuerza magnéticas-, se produce
……………………….. en el.
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Solución a los ejercicios de la Lección 9ª
1.- La frecuencia se mide en HERTZIOS que abreviadamente se escribe Hz
2.- La frecuencia de una corriente eléctrica es de 100 Hz, por lo tanto, el periodo
correspondiente valdrá 0,01 segundos.
3.- La frecuencia industrial en la mayor parte de los países europeos es de 50 Hz.
4.- La corriente alterna (C.A.), se diferencia de la continua por el cambio
constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.
5.- Una corriente alterna se representa mediante una curva que se llama senoide
6.- El tiempo que tarda en completarse un ciclo se llama periodo
7.- Las líneas de conducción se pueden diferenciar según su función secundaria en
líneas de transporte (altos voltajes) y líneas de distribución (bajos voltajes).
8.- La energía se va perdiendo desde la central eléctrica hasta cada hogar de la
ciudad.
9.- Para que el factor de potencia tenga un valor lo más cercano posible a 1 se
suelen instalar condensadores en los sistemas de transmisión de electricidad.
10.- Cuando un cable o cualquier material conductor de electricidad se mueve a
través de un campo magnético -cortando líneas de fuerza magnéticas-, se produce
una corriente eléctrica en el.
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Lección 10ª.- Algunos elementos importantes de los circuitos eléctricos
1.- Transformador
Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético que permite
aumentar o disminuir el voltaje o tensión y la intensidad de una corriente alterna
de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se
entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser
igual a la que se obtiene a la salida) manteniendo la frecuencia.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas
devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o devanados se
denominan primario y secundario.
2.- Funcionamiento del Transformador
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las
variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo
magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo
magnético variable originará, por inducción, la aparición de una fuerza
electromotriz en los extremos del devanado secundario.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado
primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es
directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y
secundario (Ns) .
Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energía eléctrica a larga
distancia, al poder efectuarse el transporte a altas tensiones y pequeñas
intensidades y por tanto pequeñas pérdidas.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del
primario, si aplicamos una tensión alterna de 230 Voltios en el primario,
obtendremos 23000 Voltios en el secundario (una relación 100 veces superior,
como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras
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del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador
o relación de transformación.
Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador
ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza
electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso
del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 Amperios, la del
secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
3.- Aplicaciones del Transformador
El transporte de una cierta cantidad de energía eléctrica por unidad de tiempo se
puede llevar a cabo eligiendo la tensión a la que se realiza el transporte o la
intensidad de la corriente, resultando la misma potencia eléctrica transportada
siempre que el producto de estas dos magnitudes sea igual, valor que
corresponderá a la citada potencia eléctrica transportada. Ahora bien, puesto que
los conductores reales tienen una cierta resistencia por unidad de longitud y el
transporte puede ser de centenares de kilómetros, se debe contemplar la pérdida
real de potencia eléctrica que se produce en este transporte. La manera de
minimizar dicha pérdida de potencia es efectuando el transporte a tensiones
elevadas y con bajas intensidades de corriente, parámetros que se elegirán en
función de las distancias a recorrer y la cantidad de potencia eléctrica que se
quiera transportar. Pero, en cambio, los equipos eléctricos conectados a la red no
pueden operar entre tensiones tan altas (sería muy peligroso, por riesgo de
electrocución) por lo que se ha de realizar la transformación de tensiones, de
valores correspondientes a transporte, a valores de consumo, para lo cual se
emplean los equipos de transformación.
Otra aplicación, relacionada con la anterior, es la elevación de tensiones que se
produce en las subestaciones eléctricas elevadoras a la salida de las centrales de
generación eléctrica. La tensión de salida de la electricidad producida es baja para
llevar a cabo un transporte eficaz, por lo que se recurre a enormes equipos de
transformación, a fin de elevar la tensión de la electricidad y llevarla a una tensión
adecuada para el transporte.
Pero sería inadecuado dar la idea de que los transformadores sólo encuentran su
aplicación en el campo del transporte de energía eléctrica. Hay multitud de
aplicaciones para los transformadores, también en la electrónica de circuitos, como
por ejemplo los circuitos de radio, una de cuyas aplicaciones es la de
transformador de impedancias.
4.- Clasificación de los Transformadores según sus aplicaciones
. Transformador de aislamiento. Proporciona aislamiento entre el primario y
el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante".
Suele tener una relación 1:1. Se utiliza principalmente, como medida de
protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red.
. Transformador de alimentación. Pueden tener uno o varios secundarios y
proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A
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veces incorporan fusibles que cortan su circuito primario cuando el
transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme,
con la emisión de humos y gases que conlleva e, incluso, riesgo de incendio.
Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo
el transformador.
. Transformador trifásico. Tienen tres bobinados en su primario y tres en su
secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o de
triángulo (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que
tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las
tensiones varían.
. Transformador de pulsos. Es un tipo especial de transformador con respuesta
muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos.
. Transformador de línea. Es un caso particular de transformador de pulsos. Se
emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la
corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Además suele proporcionar
otras tensiones para el tubo (Foco, filamento, etc).
. Transformador con diodo dividido. Es un tipo de transformador de línea que
incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT
directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios
diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de
modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente
baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo
ni triplicador.
. Transformador de impedancia. Este tipo de transformador se emplea para
adaptar antenas y líneas de transmisión (Tarjetas de red, teléfonos...) y era
imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta
impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.
5.-- Clasificación de los Transformadores según su construcción.
Autotransformador. El primario y el secundario el transformador están conectados en
serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un
transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y
viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar
aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.
Transformador toroidal. El bobinado consiste en un anillo, normalmente de
compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario.
Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo
flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.
Transformador de grano orientado. El núcleo está formado por una chapa de hierro
de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar
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de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas
pero es caro.
Transformador de núcleo de aire. En aplicaciones de alta frecuencia se emplean
bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se
introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
Transformador de núcleo envolvente. Están provistos de núcleos de ferrita divididos
en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de
dispersión.
Transformador piezoeléctrico. Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado
transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la
energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas
en un cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a
frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar los
fluorescentes de ordenadores portátiles.
6.- Convertidor- Inversor-Ondulador
Un ondulador es un aparato electrónico que convierte una tensión continua de
bajo valor (normalmente 12 ó 24 Voltios), en una tensión alterna del mismo valor y
frecuencia que la suministrada por las compañías eléctricas.
TIPOS DE ONDULADORES.
Actualmente existen en el mercado los siguientes tipos de onduladores:
- Ondulador de onda cuadrada
- Ondulador de onda pseudo-senoidal (trapezoidal).
- Ondulador de onda senoidal (senoidal verdadera).
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ONDULADOR DE ONDA CUADRADA
Este tipo de ondulador es el más simple y económico de todos y acostumbra a
usarse en instalaciones donde la potencia no supera los 500 VA., en los que la
forma de onda, el valor de la tensión y el contenido de armónicos no sea un factor
crítico.
La tensión de salida es muy poco estable y varía directamente en función de la
tensión de las baterías y de la carga aplicada en cada momento.
Un ondulador de este tipo nos dará 230 V. a la salida con la carga nominal y con
las baterías al valor nominal, si se diminuye la carga o las baterías están cargadas
al máximo, la tensión de salida puede superar los 260 V. y en caso contrario, con
las baterías al mínimo la tensión puede bajar hasta 180 V.
ONDULADOR DE ONDA PSEUDO-SENOIDAL
Este tipo de ondulador es el que posee la mejor relación prestaciones-precio,
acostumbra usarse en instalaciones de como máximo 3000 VA. la forma de onda y
el contenido de armónicos son suficientemente bajos, así como la estabilidad de la
tensión de salida, para poder alimentar la mayor parte de aparatos eléctricos del
mercado.
La frecuencia y la tensión de salida son muy estables, alrededor del 3% aunque
haya grandes variaciones en la carga o en la tensión de las baterías.
Un ondulador de este tipo puede alimentar perfectamente motores, frigoríficos,
microondas, lámparas de incandescencia, fluorescentes, lámparas tipo PL,
aparatos de TV, máquinas- herramienta, etc. Su única limitación está en los
equipos que poseen una regulación de potencia por control de fase o que solo
admitan un contenido de armónicos extremadamente bajo.
El rendimiento energético es muy elevado, alrededor de 90% y el consumo en vacío muy
bajo, por lo que pueden dejarse permanentemente conectados a las baterías sin peligro de
que se descarguen rápidamente.
No es recomendable con estos onduladores usar la compensación del factor de potencia
con los condensadores que generalmente se usan para tal fin.
ONDULADOR DE ONDA SENOIDAL
Este tipo de ondulador se usa en instalaciones desde 500 VA. hasta varios KVA., en los que
la forma de onda, el contenido de armónicos y la estabilidad de la tensión y frecuencia son
críticos.
La forma de onda proporcionada es similar y en algunos casos mejor que la que
suministran las compañías eléctricas.
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La frecuencia y la tensión de salida son muy estables, alrededor del 3% aunque haya
grandes variaciones en la carga o en la tensión de las baterías.
Un ondulador de este tipo puede alimentar prácticamente todos los aparatos del
mercado, tanto los muy delicados como son los equipos de medida,
telecomunicaciones, electromedicina, equipos Hi-Fi, como los más robustos,
motores, lámparas PL, fluorescentes, microondas, TV, frigoríficos, etc.
Su rendimiento energético es bastante elevado, alrededor del 85% y el consumo en
vacío es bajo.
Con estos quipos se puede usar la compensación del factor de potencia con
condensadores, lo que permite aprovechar mejor la potencia del ondulador.
Como contrapartida, el precio es muy superior al de los onduladores pseudo-
senoidales y el rendimiento y el consumo en vacío es ligeramente inferior. Por
dicho motivo los onduladores senoidales solo se usan cuando realmente es
necesario el suministro de una tensión de muy elevada calidad.
CÓMO ELEGIR EL ONDULADOR MÁS ADECUADO
Hay que elegir un ondulador en función de varias variables:
* Potencia de los equipos a alimentar.
* Tipo de equipo a alimentar.
* Rendimiento del sistema.
* Precio.
Para calcular la potencia, deben sumarse las potencias que indiquen las placas de
características de cada uno de los equipos a alimentar, teniendo en cuenta que hay
que sobredimensionar el ONDULADOR de manera que le quede
aproximadamente un 20% de reserva de potencia.
Algunos aparatos, como por ejemplo todos los que llevan un motor, tienen un
consumo de potencia instantáneo superior al que indica la placa de características
(cada vez que el motor arranca). En estos casos el consumo instantáneo puede ser
de entre 3 y 5 veces el valor nominal.
Un caso especial que merece ser tenido muy en cuenta es el de los frigoríficos. Un
frigorífico doméstico actual tiene un consumo entre 150 y 250 W., pero cada vez
que arranca tiene un consumo instantáneo de 1800 W. aproximadamente.
Otro dato a tener en cuenta respecto a la potencia es que normalmente en los
ONDULADORES ésta viene dada en VA. en lugar de W., y en la placa de
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características de los aparatos eléctricos, la potencia viene expresada en W. y por
el valor del factor de potencia (cos phi).
Esto ocurre en todos los equipos que tienen un bobinado importante en su circuito
eléctrico, como es el caso de los motores, reactancias de fluorescente, bombas de
membrana, electroimanes, etc.
En estos casos hay que dividir la potencia que indica la placa por el valor del factor
de potencia y entonces tendremos la potencia total en VA.
Por ejemplo:
Un tubo fluorescente de 40 W. con una reactancia usual tiene un factor de potencia
de 0,5 por lo que su potencia total será de 40/0,5 = 80 VA.
Un motor eléctrico de máquina herramienta o de una bomba de agua tiene un
factor de potencia entre 0,7 y 0,95.
Un caso especial y muy importante es el de las bombas de membrana o vibrador
que tienen un factor de potencia entre 0,1 y 0,2, por lo que una bomba de 150 W.
puede consumir entre 750 y 1500 VA.
Teóricamente el factor de potencia de las cargas se puede compensar añadiendo
condensadores del valor adecuado en cada caso pero esto nos obliga a usar un
ondulador senoidal con el consiguiente aumento de precio, lo que hace que la
mayoría de las veces sea preferible escoger otro tipo de bomba que funcione con
motor.
La mayor parte de los aparatos eléctricos y electrodomésticos no necesitan unas
exigencias demasiado elevadas en cuanto a la calidad del suministro de la tensión,
tan solo son más exigentes respecto al valor eficaz de la tensión y la frecuencia.
Por el contrario existe otro tipo de aparatos que requieren una muy elevada
calidad en el suministro de la tensión, como podrían ser equipos de medida y
comprobación electrónicos, equipos de radiofrecuencia y telecomunicaciones e
incluso algunos equipos que por su extremada sencillez solo funcionan
correctamente si la tensión tiene verdadera forma senoidal, algunos pequeños
cargadores de baterías para telefonía móvil se encuentran en esta situación.
Como norma general podríamos decir que con un ONDULADOR PSEUDO-
SENOIDAL se pueden alimentar sin dificultad las siguientes cargas:
* Lámparas de incandescencia.
* Tubos fluorescentes.
* Lámparas PL.
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* Lámparas PL electrónicas (recomendado).
* Televisores.
* Videos.
* Hornos microondas.
* Cafeteras eléctricas.
* Frigoríficos1 (cuanto más simples sean mejor).
* Lavadoras (sin calefactor de agua).
* Ordenadores.
* Taladros eléctricos.
* Bombas de agua con motor.
* Molinillos de café.
* Picadoras.
* Pequeñas máquinas herramienta y motores en general que no tengan variador
electrónico de velocidad.
Los ONDULADORES SENOIDALES, además de todo lo expuesto anteriormente
pueden hacer funcionar equipos de medida y testeo electrónicos, electromedicina,
telefonía móvil y radiocomunicaciones y los aparatos a motor que posean variador
electrónico de velocidad o con control de paso por cero.
En el área de las Energías Alternativas especialmente en la Energía Solar
Fotovoltaica, la transformación de dicha energía a energía eléctrica es un proceso
relativamente simple pero muy caro de almacenar. Por tanto interesa ofrecer el
mejor aprovechamiento posible de la energía de que dispongamos.
Aquí es donde cobra importancia el rendimiento de un ONDULADOR, cuanto
más elevado, sea mejor.
Hay ONDULADORES PSEUDO-SENOIDALES cuyo rendimiento máximo está
alrededor del 90%, con lo cual se aprovecha al máximo la energía disponible.
El consumo en vacío con la función STAND-BY conectada es insignificante, lo cual
permitirá tener el ONDULADOR conectado permanentemente aunque haya hasta
conectado en aquel momento y sin agotar rápidamente la energía almacenada en
las baterías.
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Hay ONDULADORES SENOIDALES, cuyo rendimiento máximo está alrededor
del 85%, con lo que el aprovechamiento de la energía disponible es óptimo.
El consumo en vacío es muy bajo lo que nos permitirá dejarlo conectado
permanentemente en aquellos casos en que haya conectados a la instalación
equipos que lleven reloj electrónico sincronizado con la red.
Con todo esto se demuestra que un ONDULADOR con un rendimiento óptimo, nos
permitirá ajustarnos en el dimensionado de las baterías y de los paneles
fotovoltaicos, que en realidad son los elementos de mayor precio en una instalación
de este tipo.
Sin duda alguna el equipo que posee la mejor relación prestaciones-precio es el
PSEUDO-SENOIDAL, que por un bajo precio permite usar la mayor parte de
electrodomésticos usuales con el máximo aprovechamiento de la energía.
El ONDULADOR SENOIDAL tiene una buena relación prestaciones-precio y un
buen aprovechamiento de la energía pero su coste es prácticamente el doble del
anterior, por lo que es recomendable usarlo solo en aquellos casos en que por el
tipo de carga a alimentar se haga realmente imprescindible.
Así pues el ondulador de red es el aparato electrónico que transforma la
electricidad continua en electricidad alterna de las mismas características de la
red: 230V, 50Hz y onda senoidal.
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7.- Interruptor diferencial
Un interruptor diferencial es un dispositivo electromecánico que se coloca en las
instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones
causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de
los aparatos.
En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie con
los conductores de alimentación de corriente y que producen campos magnéticos
opuestos y un núcleo o armadura que mediante un dispositivo mecánico adecuado
puede accionar unos contactos.
Figura 1
Si nos fijamos en la Figura 1, vemos que la intensidad (I1) que circula entre el
punto a y la carga debe ser igual a la (I2) que circula entre la carga y el punto b (I1
= I2) y por tanto los campos magnéticos creados por ambas bobinas son iguales y
opuestos, por lo que la resultante de ambos es nula.
Figura 2
Si ahora nos fijamos en la Figura 2, vemos que la carga presenta una derivación a
tierra por la que circula una corriente de fuga (If), por lo que ahora I2 = I1 - If y por
tanto menor que I1.
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Esta diferencia entre las dos corrientes es la que produce un campo magnético
resultante, que no es nulo y que por tanto producirá una atracción sobre el núcleo
N, desplazándolo de su posición de equilibrio, provocando la apertura de los
contactos C1 y C2 e interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no
se rearme manualmente el dispositivo una vez subsanada la avería.
Aunque existen interruptores para distintas intensidades de actuación, en las
instalaciones domésticas se instalan normalmente interruptores diferenciales que
se actúan con una corriente de fuga alrededor de los 30 mA y un tiempo de
respuesta de 50 ms, lo cual garantiza una protección adecuada para las personas y
cosas.
La norma UNE 21302 dice que se considera un interruptor diferencial de alta
sensibilidad cuando el valor de ésta es igual o inferior a 30 miliamperios.
Las características que definen un interruptor diferencial son el amperaje, número
de polos, y sensibilidad, por ejemplo: Interruptor diferencial 16A-IV-30mA
8.- Interruptor magnetotérmico
El interruptor magnetotérmico o termomagnético es un dispositivo
electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de
protegerlas frente a las intensidades excesivas, producidas como consecuencia de
cortocircuitos o sobrecargas provocadas por el excesivo número de elementos de
consumo conectados a ellas.
Para su funcionamiento aprovecha dos de los efectos producidos por la circulación
de corriente eléctrica por un circuito, el magnético y el térmico (efecto Joule).
El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina
bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la
carga.
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Figura 1.- Diagrama de un interruptor magnetotérmico
El funcionamiento del interruptor magnetotérmico, representado en la Figura 1, es
el siguiente: Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante
un dispositivo mecánico adecuado (M), tiende a abrir el contacto C, pero solo
podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de
intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20
veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor
magnetotérmico) y es de actuación muy rápida. Esta es la parte destinada a la
protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y
elevado de corriente. La otra parte está constituida por una lámina bimetálica
(representada en rojo) que, al calentarse por encima de un determinado límite,
sufre una deformación y pasa a la posición señalada en línea de trazos lo que,
mediante el correspondiente dispositivo mecánico (M), provoca la apertura del
contacto C. Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son
superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del
dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el
consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos. Se ve así que
ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para
los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas. Además de esta desconexión
automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión
manual de la corriente y el rearme del dispositivo automático cuando se ha
producido una desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las
condiciones de sobrecarga o cortocircuito. Incluso volvería a saltar, aunque la
palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un mecanismo independiente
para desconectar la corriente y bajar la palanca. El dispositivo descrito es un
interruptor magnetotérmico unipolar, por cuanto solo corta uno de los hilos del
suministro eléctrico, también existen versiones bipolares y para corrientes
trifásicas, pero en esencia todos están fundados en los mismos principios que el
descrito. Se dice que un interruptor es de corte omnipolar cuando la corriente cesa
en todas las fases. Las características que definen un interruptor magnetotérmico
son el amperaje, número de polos, por ejemplo: Interruptor magnetotérmico 16A-IV
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9.- Fusible
Fusible industrial de 200 amperios.
En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un filamento
o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un
punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto
Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso
de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los
conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción
de otros elementos.
Se suelen instalar fusibles, entre otros lugares, en las líneas de transporte de
electricidad, en la entrada del suministro a las viviendas y en gran número de
aparatos eléctricos y electrónicos, como fuentes de alimentación, polímetros, etc.
Los fusibles pueden ser de muy diversos tipos y tamaños, dependiendo de la
intensidad y el voltaje de trabajo de la instalación a proteger, existiendo fusibles
desde algunos pocos miliamperios hasta miles de amperios.
Asimismo, existen tipos de fusión extrarrápida, rápida y lentos, dependiendo de las
características de la instalación a proteger. Así, por ejemplo, se utilizan fusibles
extrarrápidos en la protección de dispositivos electrónicos con semiconductores y
fusibles lentos en la protección de motores que en el momento del arranque
presentan un pico de consumo que desaparece en cuanto el motor empieza a girar.
Antes simplemente eran un hilo de plomo o cobre, tendido entre dos terminales o
tornillos, con un grosor calculado para que se fundiese con un determinado
123/158
amperaje. Actualmente, este hilo va dentro de un cartucho de plástico o cristal, en
ocasiones relleno de arena, para que los restos de metal fundido no alcancen otras
partes de la instalación eléctrica.
Modernamente, la protección proporcionada por los fusibles se complementa y
mejora con la instalación de otros dispositivos electromecánicos y electrónicos de
protección, tales como los interruptores diferenciales y los magnetotérmicos.
CLASIFICACIÓN BÁSICA SEGÚN SU USO
La clasificación está dada por dos letras, de acuerdo con la Norma IEC 60269-1, la
primera minúscula y la segunda mayúscula.
La primera letra indica:
g: fusible limitador de corriente, actúa tanto en presencia de corrientes de
cortocircuito como en sobrecarga.
a: fusible limitador de corriente, actúa solamente en presencia de corrientes de
cortocircuito. No actúa en situaciones de sobrecarga (no es provisto del punto M de
fusión).
La segunda letra indica:
G: fusible para protección de circuitos de uso general.
L: fusible para protección específica de líneas.
M: fusible para protección específica de circuitos de motores.
R: fusible de actuación rápida o ultra-rápida para protección de circuitos con
semiconductores de potencia.
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10.- Polímetro
El polímetro es un instrumento que permite verificar el perfecto funcionamiento
de un circuito eléctrico. Mide tensiones alternas y continuas, corrientes,
resistencias, etc.
El polímetro permite medir principalmente voltios de corriente continua y alterna,
valores de resistencias, test de conductividad de pistas y cables y ganancia de
transistores.
Hay dos tipos de polímetros: los digitales y los analógicos. Los digitales son más
precisos porque la medición que se señala en la pantalla es exacta. En cambio, en
los analógicos aparecen marcadas mediante un modulador cuya aguja señala el
dato.
Un polímetro analógico genérico o estándar suele tener los siguientes componentes:
- Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción
dependiendo de la tensión (continua o alterna).
-Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este
componente se consigue seleccionar la magnitud (tensión, intensidad, etc.) y el
valor de escala.
-Ranuras de inserción de condensadores: es donde se debe insertar el condensador
cuya capacidad se va a medir.
-Orificio para la ganancia de los transistores: permite insertar el transistor cuya
ganancia se va a medir.
-Entradas: en ellas se conectan las puntas de medida.
Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también
existen de dos), uno que es el común, otro para medir tensiones y resistencias, otro
para medir intensidades y otro para medir intensidades no mayores de 20
amperios.
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Los polímetros analógicos empleados normalmente en electricidad y muchos de los
utilizados en electrónica están ajustados para indicar la tensión eficaz de señales
senoidales. Para ello hacen uso de la relación fija entre la tensión eficaz y la media,
que es la que realmente miden, de las ondas senoidales. La medición por tanto no
es exacta, normalmente es menor. Este problema se solventa utilizando polímetros
digitales que obtienen el valor real de la tensión.
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11.- Diodos
Un diodo es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una
única dirección. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V)
consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial se comporta
como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito
cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.
Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son
dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en una continua.
Para comprender su funcionamiento, vamos a exponer lo que es un semiconductor
y sus características
Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede
considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en
orden creciente
Los semiconductores más conocidos son el siliceo (Si) y el germanio (Ge). El
comportamiento del siliceo es más estable que el germanio frente a todas las
perturbaciones exteriores que pueden variar su respuesta normal, será el primero
(Si) el elemento semiconductor más utilizado en la fabricación de los componentes
electrónicos de estado sólido. A él nos referiremos normalmente, teniendo en
cuenta que el proceso del germanio es absolutamente similar.
Como todos los demás, el átomo de silicio tiene tantas cargas positivas en el
núcleo, como electrones en las órbitas que le rodean. (En el caso del silicio este
número es de 14). El interés del semiconductor se centra en su capacidad de dar
lugar a la aparición de una corriente, es decir, que haya un movimiento de
electrones. Como es de todos conocido, un electrón se siente más ligado al núcleo
cuanto mayor sea su cercanía entre ambos. Por tanto los electrones que tienen
menor fuerza de atracción por parte del núcleo y pueden ser liberados de la
misma, son los electrones que se encuentran en las órbitas exteriores. Estos
electrones pueden, según lo dicho anteriormente, quedar libres al inyectarles una
pequeña energía. En estos recaerá nuestra atención y es así que en vez de utilizar el
modelo completo del átomo de silicio (figura 1), utilizaremos la representación
simplificada (figura 2) donde se resalta la zona de nuestro interés.
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La zona sombreada de la figura 2 representa de una
manera simplificada a la zona sombreada de la figura 1
Como se puede apreciar en la figura, los electrones factibles de ser liberados de
la fuerza de atracción del núcleo son cuatro
DIODO SEMICONDUCTOR
UNIÓN P-N
Casi todos los diodos que se fabrican hoy en día están formados por dos tipo de
silicio diferentes, unidos entre si.
Este conjunto sería del tipo N, ya que deja un electrón libre pues le sobra del
enlace, con lo que el átomo (azul) se convierte en un ión positivo al mismo tiempo
que contribuye con la generación de un electrón libre, a este átomo lo
representaremos:
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En el caso del tipo P, dejaría un hueco libre, con lo que el átomo se convierte en
un ión negativo al mismo tiempo que contribuye con la generación de un hueco
libre, a este átomo lo representaremos:
Silicio tipo P y silicio tipo N separados
Cuando se efectúa esta unión, los electrones y los huecos inmediatos a la unión se
atraen, cruzan la unión y se neutralizan.
Silicio tipo P y silicio tipo N unidos.- UNIÓN P-N
Según este proceso inicial, la zona N próxima a la unión ha perdido electrones y
por tanto queda cargada positivamente. Igualmente la zona P próxima a la unión
ha perdido huecos, con lo que queda cargada negativamente.
Al quedar la zona N próxima a la unión cargada positivamente, rechazará a los
huecos de la zona P que quieren atravesar la unión. Exactamente igual la zona P
próxima a la unión impedirá el paso de los electrones provenientes de la zona N
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Por tanto en la zona próxima a la unión aparece una diferencia de potencial
llamada "Barrera de potencial interna", que impide el paso de portadores
mayoritarios a través de la unión, no pudiendo existir corriente.
DIODO SEMICONDUCTOR POLARIZACIÓN DIRECTA
Si ahora aplicamos a dicha unión una tensión exterior de signo contrario a la
barrera de potencial interna, ésta irá disminuyendo en anchura. A mayor tensión
aplicada externamente corresponderá una barrera interna menor y podremos
llegar a conseguir que dicha barrera desaparezca totalmente.
En este momento los electrones (portadores mayoritarios) de la zona N están en
disposición de pasar a la zona P. Exactamente igual están los huecos de la zona P
que quieren "pasar" a la zona N.
<------------>
Región agotada
o----
----o
zona P barrera interna
de potencial
zona N
a) Sin polarización
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Iones negativos que han
"recuperado" sus huecos
Región
agotada
<--->
Iones positivos que han
"recuperado" sus electrones
+ o--
--o -
zona P barrera interna de
potencial
zona N
b) Polarización directa débil, región agotada
reducida, pero no eliminada
131/158
+ o--
--o -
zona P zona N
c) Al aumentar la polarización directa, la zona agotada
y su barrera de potencial interna asociada han sido neutralizadas
En la práctica, un diodo se fabrica a base de una única pieza de siliceo,
introduciendo tipos diferentes de impurezas por los dos casos de ella, unas que creen
material tipo P y otros que creen tipo N. Este proceso se realiza a grandes
temperaturas.
A la tensión externa que anula la barrera de potencial de la unión y la deja
preparada para el paso de los respectivos portadores mayoritarios, se le denomina
tensión Umbral. Se la representa por Vu y sus valores prácticos son:
Para el Silicio Vu = 0,4 - 0,5 voltios
Para el Germanio Vu = 0,05 - 0,06 voltios
En esta situación, al aplicar un aumento en la tensión exterior, los electrones se
sentirán atraídos por el polo positivo de la pila y los huecos por el negativo de la
misma. No hay dificultad para atravesar la unión y por tanto aparecerá una
corriente de mayoritarios a través del circuito. A partir de aquí, cualquier
aumento de tensión provoca un aumento de la corriente. Al conjunto de tensiones
que crean corriente proporcional en el diodo se les llama tensiones de polarización
directa o de funcionamiento. Sus valores típicos son:
Para el Silicio 0,5 - 0,8 voltios
Para el Germanio 0,06 - 0,15 voltios
132/158
Flujo de corriente en un diodo polarizado en directo
Parece lógico pensar que llegará un momento en que el proceso, aumento de
tensión exterior, aumento de corriente en la unión, tendrá que parar. Y esto es así,
porque a partir de un determinado valor de la tensión exterior aplicada, los
electrones se neutralizan en mayor número con los huecos en el interior del diodo y
son pocos los que pueden salir al circuito exterior. Es decir que el aumento es
absorbido por el mismo diodo. A esta tensión a partir de la cual la corriente a
través del diodo se mantiene constante, (en la práctica aumenta ligeramente) se le
denomina tensión de saturación.
Sus valore típicos son:
Para el Silicio Vsat 0,8 - 0,9 voltios
Para el Germanio Vsat 0,15 - 0,2 voltios
Cualquier intento de provocar un aumento de corriente puede originar a partir
de este momento la destrucción del diodo.
DIODO SEMICONDUCTOR POLARIZACIÓN INVERSA
Si la tensión aplicada externamente al diodo es del mismo signo que la barrera
de potencial interna se dice que el diodo está polarizado inversamente. El terminal
positivo de la pila atrae a los electrones del material N apartándolos de la unión,
mientras que el negativo a trae a las cargas positivas del material P, apartándolos
también de la unión. Se crea, por tanto, en la unión, una ausencia de carga,
formándose una corriente que recibe el nombre de "corriente inversa de
saturación" o "corriente de fuga". Su valor es prácticamente despreciable, pues es
del orden de nA (nanoampaerios).
El ancho de la capa agotada aumenta al polarizar la unión en sentido inverso.
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Iones negativos que han
"recuperado" sus huecos
Región
agotada
<--->
Iones positivos que han
"recuperado" sus electrones
o--
--o
zona P
barrera interna de
potencial
<---->
zona N
a)Sin polarización inversa
Iones aceptores negativos
que han "perdido" su hueco
asociado
<----->
Región
agotada
inicial
<--->
<----->
Iones donadores positivos
que han "perdido" sus
electrones asociados
<------------------------------
->
- o--
--o +
zona P barrera interna de potencial
<------------------------------>
zona N
b) Al aplicar una polarización inversa, el ancho de la capa agotada aumenta.
Al ir aumentando esta tensión inversa llega un momento en que el diodo pierde
su capacidad de bloqueo y fluye entonces una gran corriente inversa. Esta tensión
recibe el nombre de "tensión de ruptura". Normalmente en esta situación el diodo
se destruye.
134/158
SIMBOLO DE UN DIODO SEMICONDUCTOR
Estructura
Símbolo gráfico
El material tipo P recibe el nombre de ánodo.
El material tipo N recibe el nombre de cátodo
La flecha indica el sentido convencional de la corriente.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN DIODO IDEAL
Si el diodo está polarizado directamente, su circuito equivalente es el de un
conmutador cerrado, pequeña resistencia.
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Con polarización inversa, el circuito representa un conmutador abierto, gran
resistencia.
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Resumen de la Lección 10ª
-Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético que permite
aumentar o disminuir el voltaje o tensión y la intensidad de una corriente alterna
de forma tal que su producto permanezca constante manteniendo la frecuencia.
-La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado
primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es
directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y
secundario (Ns) .
-Un ondulador es un aparato electrónico que convierte una tensión continua de
bajo valor (normalmente 12 ó 24 Voltios), en una tensión alterna del mismo valor y
frecuencia que la suministrada por las compañías eléctricas.
- Un interruptor diferencial es un dispositivo electromecánico que se coloca en las
instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones
causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de
los aparatos.
- El interruptor magnetotérmico o termomagnético es un dispositivo
electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de
protegerlas frente a las intensidades excesivas, producidas como consecuencia de
cortocircuitos o sobrecargas provocadas por el excesivo número de elementos de
consumo conectados a ellas.
-En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un filamento
o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un
punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto
Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso
de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los
conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción
de otros elementos.
-El polímetro es un instrumento que permite verificar el perfecto funcionamiento
de un circuito eléctrico. Mide tensiones alternas y continuas, corrientes,
resistencias, etc.
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-Un diodo es un dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una
única dirección. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V)
consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial se comporta
como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito
cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.
Diferentes tipos de paneles solares: Térmicos y Fotoeléctricos
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Ejercicios de la Lección 10ª
1.- El dispositivo electromagnético que permite aumentar o disminuir el voltaje o
tensión y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto
permanezca constante manteniendo la frecuencia, se denomina………………. .
2.- La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al
devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el
secundario, es directamente proporcional …………………………………………….
…………………………………………………………………………..
3.- A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del
secundario se le llama…………………………………..
4.- Si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del
primario, si aplicamos una tensión alterna de 230 Voltios en el primario,
obtendremos……………Voltios en el secundario.
5.- En el caso anterior, si la intensidad circulante por el primario es de 10
Amperios, la del secundario será de……………..amperios.
6.- El dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única
dirección, se llama……….
7.- El dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el
fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de
aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos, se llama
……………………………………..
8.- El dispositivo, constituido por un filamento o lámina de un metal o aleación de
bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación
eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente
supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor se
denomina……………………
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9.-El aparato electrónico que convierte una tensión continua de bajo valor
(normalmente 12 ó 24 Voltios), en una tensión alterna del mismo valor y frecuencia
que la suministrada por las compañías eléctricas, se llama…………………..
10.- El dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con
el fin de protegerlas frente a las intensidades excesivas, producidas como
consecuencia de cortocircuitos o sobrecargas provocadas por el excesivo número
de elementos de consumo conectados a ellas, se llama
……………………………………………………………………………………………
11.-El instrumento que permite verificar el perfecto funcionamiento de un circuito
eléctrico midiendo tensiones alternas y continuas, corrientes, resistencias, etc. , se
llama ………………………
Turbina
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Solución a los ejercicios de la Lección 10ª
1.- El dispositivo electromagnético que permite aumentar o disminuir el voltaje o
tensión y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto
permanezca constante manteniendo la frecuencia, se denomina transformador .
2.- La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al
devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el
secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados
primario (Np) y secundario (Ns) .
3.- A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del
secundario se le llama relación de transformación.
4.- Si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del
primario, si aplicamos una tensión alterna de 230 Voltios en el primario,
obtendremos 23000 Voltios en el secundario (una relación 100 veces superior,
como lo es la relación de espiras).
5.- En el caso anterior, si la intensidad circulante por el primario es de 10
Amperios, la del secundario será de 0,1 amperios (una centésima parte).
6.- El dispositivo que permite el paso de la corriente eléctrica en una única
dirección, se llama diodo.
7.- El dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el
fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de
aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos, se llama
interruptor diferencial
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8.- El dispositivo, constituido por un filamento o lámina de un metal o aleación de
bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación
eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente
supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor se
denomina fusible .
9.-El aparato electrónico que convierte una tensión continua de bajo valor
(normalmente 12 ó 24 Voltios), en una tensión alterna del mismo valor y frecuencia
que la suministrada por las compañías eléctricas, se llama ondulador.
10.- El dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con
el fin de protegerlas frente a las intensidades excesivas, producidas como
consecuencia de cortocircuitos o sobrecargas provocadas por el excesivo número
de elementos de consumo conectados a ellas, se llama interruptor magnetotérmico
o termomagnético .
11.-El instrumento que permite verificar el perfecto funcionamiento de un circuito
eléctrico midiendo tensiones alternas y continuas, corrientes, resistencias, etc. , se
llama polímetro.
Aerogenerador
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Lección 11.- Corriente Trifásica. Generalidades
1.- Concepto de Corriente Trifásica. Forma y Defases
Figura 1: Distintas fases de una corriente trifásica.
La generación trifásica de energía eléctrica es la forma más común y la que provee
un uso más eficiente de los conductores. La utilización de electricidad en forma
trifásica es común mayoritariamente para uso en industrias donde muchas de las
máquinas funcionan con motores para esta tensión.
La tensión trifásica, es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas,
acopladas, (se producen simultáneamente las 3 en un generador), y desfasadas 120º
entre si (o sea un tercio del Periodo).
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2.- Generación de la Corriente Trifásica
Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres bobinas
o grupos de bobinas, arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares equidistantes
entre sí. El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se acopla en un punto,
denominado neutro, donde la suma de las tres corrientes es cero, con lo cual el
transporte puede ser efectuado usando solamente tres cables.
Cuando solo se necesita suministro de una sola fase, como sucede con el suministro
doméstico, y la red de distribución es trifásica, esta consta de cuatro conductores,
uno por cada fase y otro para el neutro. En este caso lo que se hace es ir
repartiendo la conexión de los diferentes hogares entre las tres fases, de forma que
las cargas de cada una de ellas queden lo más igualadas (equilibradas) posible
cuando se conectan muchos consumidores.
Por motivos de seguridad, a menudo se conecta un quinto hilo entre el interruptor
principal o caja de fusibles del edificio y los aparatos eléctricos en el interior de
cada hogar, este hilo es conocido como hilo de tierra. El hilo de tierra está
conectado a una barra o pica de cobre clavada en el suelo en un lugar donde pueda
ser humedecida convenientemente a fin de facilitar el mejor contacto con el
terreno circundante. La legislación electrotécnica española prohíbe, por seguridad,
que esta toma de tierra se efectué a través de tuberías de agua o gas.
En caso de avería, por contacto accidental de una fase con la carcasa de un
aparato, el hilo de tierra debe poder soportar la corriente necesaria para fundir el
fusible y aislar el circuito averiado, evitando de esta forma que el usuario pueda
sufrir daño por electrocución.
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En adición a este sistema de protección, la legislación actual obliga a efectuar la
conexión del suministro a cada hogar a través de una caja de protección que
consta, como mínimo, de un interruptor diferencial y uno o varios interruptores
magnetotérmicos
3.- Aplicaciones
Sistema de tres tensiones trifásicas
Este sistema de producción y transporte de energía , en forma trifásica, desde el
generador a los receptores esta universalmente adoptado, debido a que presenta
economía en el material de los conductores, para la misma potencia eléctrica
transmitida, y además permite el funcionamiento de motores eléctricos muy
simples duraderos y económicos, de campo rotatorio, como los motores asíncronos
de rotor en cortocircuito (motores de "jaula de ardilla"), que son los empleados en
la mayoría de las aplicaciones de baja y mediana potencia.
Los receptores monofásicos, se conectan entre dos conductores del sistema de 3 o 4
conductores, y los motores y receptores trifásicos, a las 3 fases simultáneamente.
En el caso de un edificio de viviendas, por ejemplo, se reparten las cargas de cada
planta entre las distintas fases, de forma que las 3 fases queden aproximadamente
con la misma carga (sistema equilibrado)
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4.- Símbolos según los diferentes tipos de corriente
Corriente continua
Corriente continua
Corriente continua
Corriente alterna CA de baja frecuencia
Equipos universales de CC / CA
Corriente mixta
Corriente alterna de frecuencias medias
Corriente alterna de frecuencias altas
5.- Diferentes Tipos de Resistencias.
De acuerdo con la Ley de Ohm, para que exista un circuito eléctrico cerrado tiene
que existir: 1.- una fuente de fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de potencial,
es decir, una tensión o voltaje (V) aplicado al circuito; 2.- el flujo de una intensidad
de corriente ( I ) fluyendo por dicho circuito; 3.- una carga, consumidor o
resistencia conectada al mismo.
Sin embargo, un circuito eléctrico puede contener uno o varios tipos diferentes de
resistencias conectadas, entre las que se encuentran:
Resistencia activa (R)
Reactancia inductiva o inductancia (XL)
Reactancia capacitiva o capacitancia (XC)
-Resistencia Activa (R): Es la oposición que ofrecen las bombillas
incandescentes y halógenas, los calentadores eléctricos con resistencia de
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alambre nicromo, las resistencias de carbón de los circuitos electrónicos, etc, al
flujo de la corriente eléctrica por un circuito cerrado cualquiera. La resistencia
activa representa lo que se denomina una “carga resistiva”.
- Reactancia inductiva (XL) : Es la oposición o resistencia que ofrecen al flujo
de la corriente por un circuito eléctrico cerrado las bobinas o enrollados hechos
con alambre de cobre, ampliamente utilizados en motores eléctricos,
transformadores de tensión o voltaje y otros dispositivos. Esta reactancia
representa una “carga inductiva” para el circuito de corriente alterna donde
se encuentra conectada.
-Reactancia capacitiva (XC): Es la oposición o resistencia que ofrecen al flujo de
la corriente eléctrica los capacitores o condensadores. Esta reactancia
representa una “carga capacitiva” para el circuito de corriente alterna donde
se encuentra conectada.
6.- DESFASAJE DE LA CORRIENTE ALTERNA
6.1.- Intensidad de la corriente en fase con el voltaje
La corriente (I) que fluye por un circuito eléctrico de corriente alterna, así como la
tensión o voltaje (V) aplicado al mismo, se puede representar gráficamente por
medio de dos sinusoides, que sirven para mostrar cada una de las magnitudes.
Para un circuito cerrado con una carga resistiva conectada al mismo, tanto la
sinusoide de la corriente como la del voltaje aplicado al circuito, coincidirán tanto
en fase como en frecuencia.
En un circuito con carga resistiva la intensidad I y el voltaje V coinciden en fase y
frecuencia.
6.2.- Intensidad de la corriente atrasada con relación al voltaje
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En un circuito de corriente alterna con carga inductiva, la intensidad I de la
corriente se atrasa con respecto al voltaje V.
Cuando la carga conectada en el circuito de corriente alterna es inductiva, como la
de los motores y transformadores, por ejemplo, la sinusoide de la corriente (I) se
atrasa o desfasa en relación con la tensión o voltaje (V). Es decir, cuando el voltaje
ya ha alcanzado un cierto valor en la sinusoide, superior a “0” voltios, en ese
preciso instante y con cierto retraso la intensidad de la corriente comienza a
incrementar su valor, a partir de “0” amperios.
6.3.- Intensidad de la corriente adelantada con relación al voltaje
En un circuito de corriente alterna con carga capacitiva, la intensidad I de la
corriente se adelanta con respecto al voltaje V.
Si lo que se conecta al circuito de corriente alterna es una carga capacitiva, como
un capacitor o condensador, por ejemplo, entonces ocurrirá todo lo contrario al
caso anterior, es decir, la sinusoide que representa la intensidad ( I ) de la corriente
se desfasará ahora también, pero en esta ocasión en sentido contrario, es decir,
adelantándose a la tensión o voltaje. Por tanto, en este caso cuando la corriente
alcanza un cierto valor en la sinusoide, superior a “0” amperios, entonces en ese
momento el voltaje comienza a aumentar su valor a partir de “0” voltios.
7.- DIFERENTES TIPOS DE POTENCIAS
Del mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo eléctrico
cualquiera en la corriente (I) que fluye por un circuito, en relación con el voltaje o
tensión (V), así será el factor de potencia o Cos que tenga dicho equipo.
En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos
de potencias eléctricas diferentes:
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Potencia activa (P) (resistiva)
Potencia reactiva (Q) (inductiva)
Potencia aparente (S) (total)
7.1.- Potencia activa o resistiva (P)
Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de
corriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia
activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). La
potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el
watio (W).
La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo
eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de
corriente alterna es:
Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos.
Donde:
P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watios (W)
I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en amperios (A)
Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi”
R = Resistencia
Z = Impedancia
7.2.- Potencia reactiva o inductiva (Q)
Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas
cargas reactivas, como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier
otro dispositivo similar que posea bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo
consumen la potencia activa que suministra la fuente de FEM, sino también
potencia reactiva.
La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero
los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de
potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. . La
potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil.
Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios). La unidad
de medida de la potencia reactiva es el volt-amper reactivo (VAR).
149/158
La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es:
Lo que nos reafirma en que esta potencia es debida únicamente a los elementos
reactivos
Donde:
Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-amper reactivo (VAR)
I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en amperios (A)
sin = Valor del seno de “fi”
X = Reactancia
Z = Impedancia
7.3.- Potencia aparente o total
La potencia aparente de un circuito eléctrico de corriente alterna, es la suma de la
energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la
energía utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus
componentes.
Esta potencia no es la realmente consumida, salvo cuando el factor de potencia es
la unidad (cos φ=1), y nos señala que la red de alimentación de un circuito no sólo
ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que
también ha de contarse con la que van a "entretener" bobinas y condensadores. Se
la designa con la letra S y se mide en voltiamperios (VA).
Esta potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se
encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada,
mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico
es potencia activa (P).
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Relación entre potencias activas, aparentes y reactivas
La fórmula matemática para esta potencia es la siguiente
S= V.I donde:
S = Potencia aparente o total, expresada en volt-amper (VA)
V = Voltaje de la corriente, expresado en voltios
I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en amperios (A)
7.5.- Potencia trifásica
La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico
equilibrado está dada por la ecuación:
7.6.- Triangulo de Potencias
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Como se podrá observar en el triángulo de la ilustración, el factor de potencia o
coseno de “fi” (Cos ) representa el valor del ángulo que se forma al representar
gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación
existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la
carga o el consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta
relación se puede representar también, de forma matemática, por
8.- Factor de Potencia
Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la
relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S, o bien como el coseno
del ángulo que forman los fasores de la intensidad y el voltaje, designándose en este
caso como cosφ, siendo φ el valor de dicho ángulo. El dispositivo utilizado para
medir el f.d.p. se denomina cosímetro.
9.- Importancia del Factor de Potencia
Para comprender la importancia del f.d.p. se van a considerar dos receptores con
la misma potencia, 1000 W, conectados a la misma tensión de 230 V, pero el
primero con un f.d.p. alto, cosφ1=0,96, y el segundo con uno bajo, cosφ2=0,25.
Primer receptor
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Segundo receptor
Cotejando ambos resultados, se obtienen las siguientes conclusiones:
Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia,
una mayor demanda de intensidad, lo que implica la necesidad de utilizar cables
de mayor sección.
La potencia aparente es tanto mayor cuanto más bajo sea el f.d.p., lo que origina
una mayor dimensión de los generadores Ambas conclusiones nos llevan a un
mayor coste de la instalación alimentadora. Esto no resulta práctico para las
compañías eléctricas, puesto que el gasto es mayor para un f.d.p. bajo. Es por ello
que las compañías suministradoras penalizan la existencia de un f.d.p. bajo,
obligando a su mejora o imponiendo costes adicionales.
10.- Influencia del tipo de cargas
El valor del f.d.p. viene determinado por el tipo de cargas conectadas en una
instalación. De acuerdo con su definición, el factor de potencia es adimensional y
solamente puede tomar valores entre 0 y 1. En un circuito resistivo puro recorrido
por una corriente alterna, la intensidad y la tensión están en fase (φ=0), esto es,
cambian de polaridad en el mismo instante en cada ciclo, siendo por lo tanto el
factor de potencia la unidad. Por otro lado, en un circuito reactivo puro, la
intensidad y la tensión están en cuadratura (φ=90º) siendo nulo el valor del f.d.p.
En la práctica los circuitos no pueden ser puramente resistivos ni reactivos,
observándose desfases, más o menos significativos, entre las formas de onda de la
corriente y el voltaje. Así, si el f.d.p. está cercano a la unidad, se dirá que es un
circuito fuertemente resistivo por lo que su f.d.p. es alto, mientras que si está
cercano a cero que es fuertemente reactivo y su f.d.p. es bajo. Cuando el circuito
sea de carácter inductivo, caso más común, se hablará de un f.d.p. en retraso,
mientras que se dice en adelanto cuando lo es de carácter capacitivo. Las cargas
inductivas, tales como transformadores, motores de inducción y, en general,
cualquier tipo de inductancia (tal como las que acompañan a las lámparas
fluorescentes) generan potencia reactiva con la intensidad retrasada respecto a la
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tensión. Las cargas capacitivas, tales como bancos de condensadores o cables
enterrados, generan potencia reactiva con la intensidad adelantada respecto a la
tensión.
11.- Mejora del factor de potencia
A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un sistema a un valor muy
próximo a la unidad. Esta práctica es conocida como mejora o corrección del factor
de potencia y se realiza mediante la conexión a través de conmutadores, en general
automáticos, de bancos de condensadores o de inductores. Por ejemplo, el efecto
inductivo de las cargas de motores puede ser corregido localmente mediante la
conexión de condensadores. En determinadas ocasiones pueden instalarse motores
síncronos con los que se puede inyectar potencia capacitiva o reactiva con tan solo
variar la corriente de excitación del motor.
Las pérdidas de energía en las líneas de transporte de energía eléctrica aumentan
con el incremento de la intensidad. Como se ha comprobado, cuanto más bajo sea
el f.d.p. de una carga, se requiere más corriente para conseguir la misma cantidad
de energía útil. Por tanto, como ya se ha comentado, las compañías
suministradoras de electricidad, para conseguir una mayor eficiencia de su red,
requieren que los usuarios, especialmente aquellos que utilizan grandes potencias,
mantengan los factores de potencia de sus respectivas cargas dentro de límites
especificados, estando sujetos, de lo contrario, a pagos adicionales por energía
reactiva.
La mejora del factor de potencia debe ser realizada de una forma cuidadosa con
objeto de mantenerlo lo más alto posible, pero sin llegar nunca a la unidad, ya que
en este caso se produce el fenómeno de la resonancia que puede dar lugar a la
aparición de tensiones o intensidades peligrosas para la red. Es por ello que en los
casos de grandes variaciones en la composición de la carga es preferible que la
corrección se realice por medios automáticos.
12.- Factor de Potencia. Conclusiones
1. El factor de potencia se puede definir como la relación que existe entre la
potencia activa (KW) y la potencia aparente (KVA) y es indicativo de la
eficiencia con que se está utilizando la energía eléctrica para producir un
trabajo útil.
2. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva,
entre las que destacan los motores de inducción, los cuales pueden
agravarlo si no se operan en las condiciones para las que fueron diseñados.
3. El bajo factor de potencia es causa de recargos en la cuenta de energía
eléctrica, los cuales llegan a ser significativos cuando el factor de potencia es
reducido.
4. Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el riesgo
de incurrir en sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas con un dispendio
de energía.
154/158
5. El primer paso en la corrección del factor es el prevenirlo mediante la
selección y operación correcta de los equipos. Por ejemplo, adecuando la
carga de los motores a su valor nominal.
6. Los capacitores de potencia o condensadores son la forma más práctica y
económica para mejorar el factor de potencia, sobre todo en instalaciones
existentes.
7. El costo de los capacitores o condensadores se recupera rápidamente, tan
sólo por los ahorros que se tienen al evitar los recargos por bajo factor de
potencia en el recibo de energía eléctrica.
8. Cuanto más cerca se conecten los capacitores o condensadores de la carga
que van a compensar, mayores son los beneficios que se obtienen.
9. Cuando las variaciones de la carga son significativas, es recomendable el
empleo de bancos de condensadores automáticos.
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Resumen de la Lección 11ª
-La tensión trifásica, es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas,
acopladas, (se producen simultáneamente las 3 en un generador), y desfasadas 120º
entre si (o sea un tercio del Periodo).
-Las corrientes trifásicas se generan mediante alternadores dotados de tres
bobinas o grupos de bobinas, arrolladas sobre tres sistemas de piezas polares
equidistantes entre sí.
- La corriente trifásica, desde el generador a los receptores esta universalmente
adoptado, debido a que presenta economía en el material de los conductores, para
la misma potencia eléctrica transmitida.
- Un circuito eléctrico puede contener uno o varios tipos diferentes de resistencias
conectadas, entre las que se encuentran:
Resistencia activa (R)
Reactancia inductiva o inductancia (XL)
Reactancia capacitiva o capacitancia (XC)
- En un circuito con carga resistiva la intensidad I y el voltaje V coinciden en fase y
frecuencia.
- En un circuito de corriente alterna con carga inductiva, la intensidad I de la
corriente se atrasa con respecto al voltaje V.
- En un circuito de corriente alterna con carga capacitiva, la intensidad I de la
corriente se adelanta con respecto al voltaje V.
- En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres
tipos de potencias eléctricas diferentes:
Potencia activa (P) (resistiva)
Potencia reactiva (Q) (inductiva)
Potencia aparente (S) (total)
- La fórmula para hallar la potencia activa en un circuito monofásico de corriente
alterna es:
- La fórmula para hallar la potencia reactiva de un circuito monofásico de
corriente alterna es :
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- La fórmula para hallar la potencia aparente o total de un circuito monofásico de
corriente alterna es :S= V.I
- La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico
equilibrado está dada por la ecuación:
- Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la
relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S, o bien como el coseno
del ángulo que forman los fasores de la intensidad y el voltaje, designándose en este
caso como cosφ, siendo φ el valor de dicho ángulo.
- Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia, una
mayor demanda de intensidad, lo que implica la necesidad de utilizar cables de
mayor sección.
- Las compañías suministradoras penalizan la existencia de un f.d.p. bajo,
obligando a su mejora o imponiendo costes adicionales.
- A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un sistema a un valor muy
próximo a la unidad. Esta práctica es conocida como mejora o corrección del factor
de potencia y se realiza mediante la conexión a través de conmutadores, en general
automáticos, de bancos de condensadores o de inductores.
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Ejercicios de la Lección 11ª
1.- La tensión trifásica, es esencialmente un ………………………………………….
…………………………………………………………………………………………….
2.- El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se acopla en un punto,
denominado………….., donde la suma de las tres corrientes es………
3.- Si la red de distribución es trifásica, esta consta de ………………………………
…………………………………………………………….
4.- Por motivos de seguridad, a menudo se conecta un quinto hilo entre el
interruptor principal o caja de fusibles del edificio y los aparatos eléctricos en el
interior de cada hogar, este hilo es conocido como …………………
5.- En el caso de un edificio de viviendas, por ejemplo, se reparten las cargas de
cada planta entre las distintas fases, de forma que las 3 fases queden
aproximadamente con la misma………………………………
6.-La oposición o resistencia que ofrecen al flujo de la corriente por un circuito
eléctrico cerrado las bobinas o enrollados hechos con alambre de cobre,
ampliamente utilizados en motores eléctricos, transformadores de tensión o voltaje
y otros dispositivos, se denomina……………………………..
7.- Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la
relación entre la………………….., y la……………………..
8.- Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia, una
mayor demanda de ………………., lo que implica la necesidad de
utilizar……………………………………………………….
9.- La mejora o corrección del factor de potencia se realiza mediante la conexión a
través de conmutadores, en general automáticos, de ………………………………..
……………………………………………………………………………….
10.- Las compañías suministradoras………………. la existencia de un f.d.p. bajo,
obligando a……………………………………………………………………
158/158
Solución a los ejercicios de la Lección 11ª
1.- La tensión trifásica, es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas,
acopladas, y desfasadas 120º entre si .
2.- El retorno de cada uno de estos circuitos o fases se acopla en un punto,
denominado neutro, donde la suma de las tres corrientes es cero
3.- Si la red de distribución es trifásica, esta consta de cuatro conductores, uno por
cada fase y otro para el neutro.
4.- Por motivos de seguridad, a menudo se conecta un quinto hilo entre el
interruptor principal o caja de fusibles del edificio y los aparatos eléctricos en el
interior de cada hogar, este hilo es conocido como hilo de tierra
5.- En el caso de un edificio de viviendas, por ejemplo, se reparten las cargas de
cada planta entre las distintas fases, de forma que las 3 fases queden
aproximadamente con la misma carga (sistema equilibrado)
6.-La oposición o resistencia que ofrecen al flujo de la corriente por un circuito
eléctrico cerrado las bobinas o enrollados hechos con alambre de cobre,
ampliamente utilizados en motores eléctricos, transformadores de tensión o voltaje
y otros dispositivos, se denomina Reactancia inductiva (XL)
7.- Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la
relación entre la potencia activa, y la potencia aparente.
8.- Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia, una
mayor demanda de intensidad, lo que implica la necesidad de utilizar cables de
mayor sección.
9.- La mejora o corrección del factor de potencia se realiza mediante la conexión a
través de conmutadores, en general automáticos, de bancos de condensadores o de
inductores.
10.- Las compañías suministradoras penalizan la existencia de un f.d.p. bajo,
obligando a su mejora o imponiendo costes adicionales.
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