1 . corriente alterna
- 1. Republica bolivariana de Venezuela Instituto universitario de tecnología “Antonio José de Sucre” Corriente Alterna Alumno: Yoanfer Pineda 26.556.928 Mecánica 79 Asignatura: Mantenimiento mecánico
- 2. Corriente alterna Se denomina a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente. La corriente alterna es aquella en que la intensidad cambia de dirección periódicamente en un conductor. Como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en los extremos de dicho conductor. Fue desarrolladae impulsadapor el inventor, ingeniero mecánico, eléctrico y físico Nikola Tesla. Todas laspatentesreferentesaestacorriente fueroncedidas a la empresa Westinghouse Electric para conseguir capital y poder continuar los proyectos con la corriente alterna. La formade oscilaciónde lacorriente alternamáscomúnmente utilizada es la oscilación senoidal con la que se consigue una transmisión más eficiente de la energía, a tal punto que al hablar de corriente alterna se sobrentiende que se refiere a la corriente alterna senoidal. La variación de la tensión con el tiempo puede tener diferentes formas: senoidal (la forma fundamental ymasfrecuente encasi todaslasaplicacionesde electrotecnia);triangular;cuadrada; trapezoidal; etc... Si bien estas otras formas de onda no senoidales son más frecuentes en aplicaciones electrónicas. Las formas de onda no senoidales pueden descomponerse por desarrollo en serie de Fourier en suma de ondas senoidales (onda fundamental y armónicos), permitiendo así el estudio matemático y la de sus circuitos asociados. Utilizadagenéricamente,lacorriente alternase refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cableseléctricos,sontambiénejemplosde corriente alterna.Enestos usos, el fin más importante suele serla transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la corriente alterna. Ventajas de la corriente alterna La corriente alternapresentaventajasdecisivas de cara a la producción y transporte de la energía eléctrica, respecto a la corriente continua: 1-Generadores y motores más baratos y eficientes, y menos complejos 2-Posibilidad de transformar su tensión de manera simple y barata (transformadores) 3-Posibilidadde transporte de grandescantidadesde energíaalargasdistanciasconun mínimo de sección de conductores (a alta tensión) 4-Posibilidad de motores muy simples, (como el motor de inducción asíncrono de rotor en cortocircuito)
- 3. 5-Desapariciónominimizaciónde algunosfenómenoseléctricosindeseables(magnetizaciónenlas maquinas, y polarizaciones y corrosiones electrolíticas en pares metálicos) Magnitudes de la corriente alterna. En una señal de corriente alternapodemostenerdiferentesmagnitudesque resultan interesantes conocerlas. Es más, resulta esencial conocer los diferentes conceptos para poder realizar ciertos cálculos de máquinas eléctricas (transformadores, motores, etc.). Valor instantáneo. El valorinstantáneo de una señal de corriente alterna es cualquier punto de esa señal alterna. O dicho de otra manera más técnica, es el valor que se obtiene en cada instante de tiempo en la función senoidal. Su ecuación es: Valor máximo o valor pico. La señal tiene dos valores pico. Uno es positivo y el otro negativo, pues cada uno de ellos corresponde a un semiciclo de la señal. Ahora bien, el valor máximo o valor pico es el mayor de esosdosvalorespicosque tiene un ciclo de señal senoidal, independientemente si es positivo o negativo. Existe otroconcepto,el de valor pico-pico. Como os podréis imaginar en este concepto se abarca
- 4. losdos semiciclos,esdecir,seríaladistanciaque hayentre lasdos crestasde la señal, la positiva y la negativa. Valor eficaz o tensión eficaz. El valor eficaz o tensión eficaz es el valor de la corriente alterna que nos garantiza la misma eficacia calorífica que la tensión equivalente en corriente continua. También hay que decir, que el valor eficaz es el valor que muestra un voltímetro en realidad cuando se toma la medida de tensión. La ecuación para poder calcularla es: La frecuencia. La frecuencia es el número de ciclos de una señal alterna durante un segundo. Se mide en hertzios o, también, en ciclos/segundo. La fórmula para calcularla es: Donde T es el periodo: tiempo que tarda en realizarse un ciclo, medido en segundos. Inductancia La Inductanciatambiéndenominadainductanciapropiaeslapropiedadde un circuito o elemento de un circuitopara retardar el cambioenla corriente que pasapor él.El retardo está acompañado por absorción o liberación de energía y se asocia con el cambio en la magnitud del campo magnético que rodea los conductores. En cualquier circuito, todo flujo magnético, alrededor de los conductores que transportan la corriente, pasa en la misma dirección a través de la ventana formada por el circuito.
- 5. Esta acción de oposición es una manifestación de la ley de Lenz en la que cualquier voltaje magnético inducido se generará siempre en una dirección tal, que se opone a la acción que lo causa. La inductancia se simboliza con la letra L y se mide en henrios (H) o en submúltiplos de esta unidad,el MILIHENRIO( mH ) que esla milésimadel henrio yel MICROHENRIO( µH ) , millonésima del henrioysu representacióngráficaespormediode unhiloenrollado,algoque recuerda que la inductanciase debe aun conductorligadoa un campo magnético.Lafuente del campo magnético es la carga en movimiento, o corriente. Si la corriente varía con el tiempo, también el campo magnéticovaría con el tiempo.Uncampo que varía con el tiempoinduce aun voltaje encualquier conductor presente en el campo. El parámetro de circuito de la inductancia relaciona el voltaje inducido con la corriente. El signo menos proviene de la ley de Lenz, e indica que el voltaje se genera en una dirección opuesta al cambio de flujo que lo causa. Debido a su acción de oposición, el voltaje inducido magnéticamente se denomina frecuentemente fuerza contra-electromotriz. Capacitancia Se define capacidadCde un condensadorcomola relaciónentre lamagnitud de la carga Q de uno cualquiera de los conductores y la diferencia de potencial Vab entre ellos. La capacitanciaesla propiedad de un circuito eléctrico, o elemento del circuito, para retardar un cambioenel voltaje que pasaa travésde él.El retardo escausadopor la absorcióno liberación de energía y está asociado con un cambio de la carga eléctrica. En la mayoría de los casos, los conductores suelen tener cargas de igual magnitud y signo opuestos,de modo que la carga neta del condensador es nula. Entonces el campo eléctrico en la regióncomprendidaentre losconductoresesproporcional alamagnitudde esta carga y por tanto la diferencia de potencial Vab entre los conductores es también proporcional a la magnitud de carga Q. De esta definición se deduce que la mitad de capacidad es el coulomb por volt (1C/V). Una capacidadde uncoulomb por volt se denomina farad (1F) en honor de Michael Faraday. Como el farad esuna unidadde capacidad grande se utilizan unidades de tamaño más adecuado, como el microfarad (1 F= 10^-6 F) o el picofarad (1pF=10^-12F). Cuando se dice que un condensador tiene una carga Q, significa que la carga del conductor de mayor potencial es Q y la de menor potencial es -Q. El circuito eléctrico "Un CircuitoEléctricoesun conjuntode elementosconectadosentresi por los que puede circular una corriente eléctrica".
- 6. La corriente eléctrica es un movimiento de electrones, por lo tanto, cualquier circuito debe permitirel pasode loselectronesporloselementosque locomponen.Si quieres saber más sobre qué es,como se generay losfundamentosde lacorriente eléctrica,te recomendamos que visites el siguiente enlace: Electricidad Básica. Aquí nos centraremos en los circuitos eléctricos. El circuito eléctrico elemental. El circuitoeléctrico esel recorrido preestablecidoporel que se desplazanlascargaseléctricas. Circuito elemental Las cargas eléctricasque constituyen una corriente eléctrica pasan de un punto que tiene mayor potencial eléctrico a otro que tiene un potencial inferior. Para mantener permanentemente esa diferenciade potencial,llamadatambién voltaje otensiónentre losextremos de un conductor, se necesitaundispositivollamado generador(pilas,baterías,dinamos,alternadores...) que tome las cargas que llegan a un extremo y las impulse hasta el otro. El flujo de cargas eléctricas por un conductor constituye una corriente eléctrica. Solo habrá paso de electrones por el circuito si el circuito es un circuito cerrado. Los circuitos eléctricos son circuitos cerrados, aunque podemos abrir el circuito en algún momento para interrumpirel pasode lacorriente medianteun interruptor,pulsadoruotroelementodel circuito.
- 7. Ahora vamosa estudiarlos elementos que forman los circuitos eléctricos y los tipos de circuitos que hay. Partes de un circuito eléctrico Los elementos que forman un circuito eléctrico básico son: Generador:producenymantienenlacorriente eléctrica por el circuito. Son la fuente de energía. Pilas y Baterías: son generadores de corriente continua (c.c.) Alternadores: son generadores de corriente alterna (c.a.) Conductores: espor donde se mueve lacorriente eléctricade unelementoaotrodel circuito.Son de cobre o aluminio,materialesbuenos conductores de la electricidad, o lo que es lo mismo que ofrecen muy poca resistencia eléctrica a que pase la corriente por ellos. Hay muchos tipos de cables eléctricos diferentes, en el enlace puedes ver todos. Receptores:son loselementosque transforman la energía eléctrica que les llega en otro tipo de energía.Por ejemplolasbombillastransformalaenergíaeléctricaenluminosaoluz,losradiadores en calor, los motores en movimiento, etc. Elementos de mando o control: permiten dirigir o cortar a voluntad el paso de la corriente eléctrica dentro del circuito. Tenemos interruptores, pulsadores, conmutadores, etc. Elementosde protección: protegenloscircuitosya laspersonascuandohay peligroola corriente es muy elevada y puede haber riesgo de quemar los elementos del circuito. Tenemos fusibles, magneto térmicos, diferenciales, etc. Pilas y baterías: Las pilas y las baterías son un tipo de generadores que se utilizan como fuentes de electricidad. Las baterías, por medio de una reacción química producen, en su terminal negativo, una gran cantidadde electrones(que tienencarganegativa) yensu terminal positivose produce una gran ausencia de electrones (lo que causa que este terminal sea de carga positiva). Ahorasi estabatería alimentauncircuito cualquiera, hará que por éste circule una corriente de electronesque saldrándel terminal negativode labatería,(debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal positivodonde hayuncarenciade electrones, pasando a través del circuito al que está conectado. De esta manera se produce la corriente eléctrica. Potencia Eléctrica La potencia eléctrica podríamos decir que es la cantidad de… dependerá del aparato eléctrico(receptor)al que noestemosrefiriendocuandohablamosde supotencia.Noeslomismo
- 8. la potenciade unalámparaque la potencia de un motor. La fórmula para calcularla será la misma pero el concepto no. Por ejemplo,cuandohablamosde lapotenciaeléctricade unalámparao bombilla,nosreferimosa la cantidad de luz que emite, si hablamos de la potencia eléctrica de un radiador eléctrico hablamosde sucapacidad para dar calor, si es la potencia eléctrica de un motor será la capacidad de movimiento y fuerza del motor, etc. Lógicamente una lámpara con más potencia, dará mas luz, un radiador con más potencia, dará más calor y unmotor con más potencia,tendrámas fuerza de giro. Los 3 fenómenos se producen gracias a la corriente eléctrica y de ahí que los 3 tengan una potencia eléctrica. La potenciaeléctricase mide envatios (w) aunque esmuycomúnverlaenKilovatios(Kw).1.000w es 1Kw de potencia. Para pasar de w a kw solo tendremos que dividir entre 1.000. En la figura anterior la lámpara de 100w luce más que la de 60w por que tiene más potencia. La fórmulade lapotencia, en corriente continua, es P = V x I, potencia es igual a tensión a la que se conecta el receptor, por la intensidad que atraviesa el receptor. Por lo tanto la potencia depende de latensiónyde la intensidad. Si el receptor tiene una resistencia R, podríamos según ley de ohm poner la fórmula de la potencia en función de la V y la R o de la I y la R del receptor. Recuerda que la ley de ohm dice: V = I x R. En lamayoría de losaparatoseléctricospuedes ver su potencia en la placa de características que viene por la parte de atrás y pegada. A veces solo viene la tensión a la que se debe conectar y la intensidadque circulaporel receptor,eneste casoesfácil calcularla, solotienesque multiplicar la V x I como ya explicamos. Aquí tienes un ejemplo: Una potencia de la que se habla mucho es de la potencia contratada en las viviendas. Esta potencia es la máxima que podemos usar a la vez en nuestras casas, es decir si yo tengo una potenciacontratadade 4.600w de potenciaenmi casa, quiere decir que puedo conectar aparatos a la vez cuya suma de sus potencias no exceda de estos 4.600w, que es la contratada. En caso de que fueramayor laempresasuministradoranoscortaría la corriente medianteun ICP (interruptor de control de potencia). Ojo la suma de los conectados todos al mismo tiempo, no la de todos los receptores que hay en mi casa.
- 9. Para saber más sobre la potencia contratada en viviendas visita el siguiente enlace: Potencias Normalizadas, donde podrás ver los tipos de potencias más utilizados, el ICP y las tensiones utilizadas. Ahora ya deberíamos de tener claro el significado de potencia eléctrica. Pasemos a las definiciones técnicas. Teóricamente definiciones de potencia podrían ser: - "La relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo" - "Energía absorbida o entregada por un receptor en un tiempo determinado" - "La capacidad que tiene un receptor eléctrico para transformar la energía en un tiempo determinado". Como vesenestadefinición se habla de transformar la energía, pero esta transformación puede ser energía eléctrica en luminosa, en mecánica, en calorífica, etc., depende del receptor. No te olvides que un receptor eléctrico transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía. Ademásaunque enladefiniciónentralapalabra"tiempo",note fíes,un receptor tendrá siempre la mismapotencia,independientemente del tiempo,loque cambiaráconel tiemposerála energía que consuma. Lógicamente laenergíaconsumidadependerádel tiempoconectadoytambiénde la potencia del receptorque conectemos. Su formula es muy sencilla: E = P x t, energía es igual a la potencia por el tiempo conectado. ¡¡¡Pero la potencia de un receptor es siempre la misma!!! Vamosa vercomo se calculala potenciaencorriente continua(c.c) y en corriente alterna (c.a). Si no tienes claro la diferencia entre un tipo de corriente y la otra sería recomendable, no obligatorio, que antes pases por este enlace: corriente continua y alterna. Calculo de potencia eléctrica Potencia en corriente continua La corriente continuaeslaque tienenlaspilas,lasbateríasy las dinamos. Todo lo que se conecte a estos generadores serán receptores de corriente continua. Ya hemos dicho que para calcular la potencia en c.c. (corriente continua) se hace mediante la fórmula: P = V x I = Tensión x Intensidad.
- 10. Cuandola tensiónse pone enVoltios(V)ylaIntensidaden Amperios (A), la potencia nos dará en vatios (w). Como ves es muy sencillo. Veamos un ejemplo. Calcula la potencia de un timbre que trabaja a una tensión de 12V y por el que circula una intensidad de 2mA. Lo primero poner la V en voltios (ya esta) y la I en amperios (convertimos) 2mA (miliamperios) son 2/1000 Amperios, es decir 0,002ª Ahora solo queda aplicarla fórmula P = 12V x 0,002A = 0,06w. Resuelto. Hagamos otro. Una bombilla que conectamos a 220V tiene una intensidad de 0,45A. ¿Que potencia eléctrica tiene? P = 220V x 0,45A = 100w. Resuelto. Potencia en Corriente alterna Si quieresaprenderaresolvercircuitosenc.a.te recomendamos este enlace:Circuitosde Corriente Alterna,aquísolohablaremosde potencias. La corriente alternaeslaque se generaenlas centraleseléctricas,poresotodoslosreceptores que se conectena losenchufesde lasviviendassonde corriente alterna(c.a). Aquí la potenciaesunpoco más compleja,yaque nosolohayuna potencia,sinoque hay3 diferentes. Tiposde Potencia Potencia Activa = Pa = V x I x coseno ρ se mide en w (vatios) Potencia Reactiva = Q = V x I seno φ; se mide en VAR (voltio amperios reactivos) Potencia Aparente = S = V x I se mide en voltio amperios (VA) Aquí puedes ver el triangulo de potencias para su cálculo y deducir sus fórmulas:
- 11. La potencia activa es la única de las 3 potencia que se transforma en energía útil, es decir es la potencia útil del receptor. La potencia reactiva es una potencia perdida. Esta potencia es una potencia consumida por las bobinas y por los condensadores. Tenemos 2 potencias reactivas, Ql (potencia reactiva inductiva) que será la potencia reactiva consumida por las bobinas para crear campos magnéticos y Qc (potencia reactiva capacitiva) potencia reactiva consumida por los condensadores para crear campos eléctricos. La suma vectorial de ambas será la potencia reactiva total como luego veremos en los ejemplos. Las dos son potencias perdidas, no sin realmente útiles. La potencia aparente es la suma vectorial de las otras dos, es la potencia util más la potencia perdida. Empecemos por la más importante, generalmente la que se conoce como potencia, la potencia activa, y dependiendo del tipo de receptor.
- 12. Ejemplos de la potencia