curso operador -electricidad

7/17/2019 Curso operador -electricidad

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CNCI, Noviembre 2005

Electricidad

Grupos Electrógenos Electricidad pág. 1 de 34




Tabla de Contenid o

Objetivo 1: Fundamentos de la electricidad. ................................................................................. 4Propiedades eléctricas de los materiales .................................................................... 4

Factores que afectan la resistencia ............................................................................. 5 Voltaje, corriente y resistencia..................................................................................... 7

Circuitos eléctricos....................................................................................................... 7

Resistencia total en circuitos de CD serie y paralelo................................................... 9

Leyes de Kirchoff....................................................................................................... 10

Objetivo 2: Magnetismo, electromagnetismo e inducción electromagnética............................... 13Magnetismo ............................................................................................................... 13

Términos y conceptos................................................................................................ 13

Electromagnetismo .................................................................................................... 14 Circuito magnético ..................................................................................................... 15 Voltaje inducido ......................................................................................................... 16 Inducción electromagnética ....................................................................................... 18

Objetivo 3: Circuitos monofásicos de CA. ................................................................................... 22Generación del voltaje alterno ................................................................................... 22 Ciclo, período y frecuencia ........................................................................................ 23 Propiedades de un circuito de CA que determinan la corriente ................................ 24

Potencias y factor de potencia................................................................................... 25 Objetivo 4: Circuitos trifásicos. .................................................................................................... 27

Generación de las ondas sinusoidales trifásicas....................................................... 28 Secuencia de fase ..................................................................................................... 29 Relación entre voltajes y corrientes en una conexión estrella................................... 30 Carga balanceada ..................................................................................................... 30 Función del conductor del neutro en los sistemas estrella ........................................ 30 Relación entre voltajes y corrientes en una conexión delta....................................... 31

Potencias trifásicas.................................................................................................... 31 Objetivo 5: Corrección del factor de potencia ............................................................................. 33

Factor de potencia ..................................................................................................... 33 Corrección del factor de potencia mediante la conexión de bancos de capacitores . 34





Introducción

El sostenimiento y desarrollo de la sociedad actual depende en medida extrema de la energíaeléctrica. El alumbrado, el teléfono, las comunicaciones y otros que abarcan una compleja yextensa gama de tipos, las máquinas eléctricas que mueven casi la totalidad de los disímilesmecanismos de las industrias, los regadíos de los campos, el transporte, y por supuesto, elconsumo doméstico, entiéndase radio, televisión, alumbrado, cocinas eléctricas, refrigeradores,dependen de la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, de la forma máseficiente posible.

Por las características de nuestro país se ha hecho necesaria la instalación de un númeroconsiderable de Grupos Electrógenos (GE) en diferentes puntos de la isla. Todo lo anterior haprovocado que sea conveniente conocer en unos casos y dominar en otros, algunosconocimientos teóricos básicos de electricidad que abarcaremos en los objetivos que aparecenen este módulo.

En dependencia de cuánto Ud. sea capaz de dominar los aspectos contenidos en el presentemódulo, así será capaz de desempeñar con éxito las funciones de su puesto de trabajo.





Objetivo 1: Fundamentos de la electricidad.

Para demostrar que Ud. domina este objetivo, deberá ser capaz de:

1. Describir las propiedades eléctricas de los materiales.2. Describir los factores que afectan la resistencia.3. Definir Voltaje, Corriente y Resistencia.4. Definir la Ley de Ohm.5. Definir circuito serie, paralelo y serie-paralelo.6. Calcular la resistencia total en circuitos de CD serie y paralelo.7. Definir las Leyes de Kirchhoff.

Propiedades eléctri cas de los materiales

La estructura atómica de un material consta de un núcleo formado por protones (carga positiva)y neutrones (carga neutra o sin carga) alrededor del cual giran electrones (carga negativa) endiferentes órbitas.En estado normal, el átomo tiene la misma cantidad de protones que electrones, es decir, lamisma cantidad de cargas positivas que negativas, por lo que en su conjunto tiene carga neutra.

Los electrones de la órbita más externa se denominan electrones de valencia y son los másdébilmente atados al núcleo. La cantidad de estos varía entre 1 y 7.

Como consecuencia de la pobre atracción que ejerce el núcleo sobre el electrón de la últimaórbita, el electrón puede fácilmente salir de esta órbita y moverse hacia otro átomo. Una vezque el electrón sale de la órbita de valencia se convierte en un electrón libre hasta que seacapturado por otro átomo.

Elementos con un solo electrón de valencia lo retienen muy débilmente, por lo que lo ceden conrelativa facilidad. Por el contrario, elementos con 8 electrones de valencia los retienen muyfuertemente.

En dependencia de la cantidad de electrones libres que posea un material, así será su habilidadpara conducir la corriente eléctrica.

Conductores

Si el material tiene muchos electrones libres, entonces tendrá alta conductancia y conducirápropiamente un flujo de electrones. Materiales con alta conductancia tienen baja resistencia.

Los materiales son clasificados en “buenos” y “malos” conductores en dependencia del númerode electrones libres por centímetro cúbico. Buenos conductores tienen aproximadamente 7 x1022 electrones libres por centímetro cúbico (una cantidad respetable). Materiales consideradosmalos conductores tendrán solamente 7 x 10 20 electrones libres por centímetro cúbico. Aunquela cantidad de electrones se mantiene alta, es suficientemente baja para clasificar al materialcomo mal conductor. La mayoría de los materiales conductores poseen de 1 a 3 electrones devalencia.





Todos los metales pueden utilizarse como conductores eléctricos pero su facilidad de conducirdependerá del número de electrones libres por unidad volumétrica.

El oro y la plata son los mejores conductores pero está limitado su uso debido a su precio. Losmetales más comúnmente usados para conductores son el cobre y el aluminio. Su resistividades razonablemente baja al igual que sus precios.

Otros metales conductores se utilizan para usos específicos. Por ejemplo el tungsteno se utilizapara los filamentos de los bombillos incandescentes, mientras el nicrom se utiliza en lafabricación de elementos de calefacción eléctrica.

Aislantes

Los materiales aislantes se caracterizan por poseer un número bajo de electrones libres porunidad volumétrica. Un buen material aislante debe tener solamente cerca de 1 x 1011 electrones libres por centímetro cúbico el cual es casi 1 millón de millón de veces menor que elde un material clasificado como conductor.

Los electrones orbítales en los materiales aislantes se encuentran mas firmemente unidos alnúcleo que en el caso de los conductores, lo cual provoca que se requiera un mayor nivel deenergía para sacarla fuera de la órbita. El flujo de electrones es bajo en estos materiales. Lamayoría de los materiales clasificados de aislantes poseen de 5 a 8 electrones de valencia.

Materiales tales como el vidrio, goma, mica, plástico, aceite, papel, asbestos, algodón, seda yaire son usados como materiales aislantes. La selección dependerá de las condiciones deinstalación tales como temperatura del ambiente, nivel de voltaje y los requisitos de protecciónfísica de la instalación.

Rigidez dieléctrica

Otro término que se emplea para material aislante es dieléctrico. El término se utilizausualmente en la expresión de rigidez dieléctrica de un material. Materiales aislantes tienen suselectrones firmemente unidos al núcleo, pero si se aplica suficiente energía (voltaje) a dichoselectrones, estos pueden ser forzados a salir fuera de sus órbitas. Esta energía o voltaje puedeprovocar que el material aislante se comporte como un conductor.

El nivel de voltaje requerido para que esto suceda se conoce como la rigidez dieléctrica delmaterial.

Cuando se eleva el voltaje aplicado a un aislante (o dieléctrico) se alteran las órbitas de loselectrones hasta que los electrones se liberan. Cuando esto ocurre se trata de una ruptura delaislante. Esto ocurre así cuando aparecen daños en la instalación eléctrica.

Factores que afectan la resistencia

Longitud

Conocemos que la corriente es un flujo de electrones. También sabemos que los conductoresofrecen cierta resistencia al paso de la corriente. La resistencia de un conductor depende de sulongitud, mientras más largo sea el conductor existe la posibilidad que el flujo de electrones seaafectado por los átomos del material del conductor. Si un conductor es doble de largo que otro





entonces ofrece el doble de posibilidades a los electrones en movimiento de chocar con loselectrones de otros átomos, entorpeciéndose el flujo normal de los electrones. Por lo tanto unconductor del doble de largo tendrá el doble de resistencia.

Conclusión : La resistencia es directamente proporcional a la longitud del conductor.

Sección transversal.Un conductor que posea un diámetro mayor tendrá un número mayor de electrones libresdisponibles por unidad de longitud. Por lo tanto los electrones podrán moverse más fácilmente através del conductor. Un conductor de diámetro mayor ofrecerá similarmente una resistenciamenor al flujo de electrones.

Conclusión : La resistencia es inversamente proporcional a sección transversal.

Tipo de material

Precisamente se ha establecido que todos los elementos tienen estructuras atómicas diferentes,lo cual implica diferentes cantidades de electrones libres por unidad de volumen del material. Unconductor con un mayor número de electrones libres por unidad de volumen ofrecerá menorresistencia al flujo de electrones.

Conclusión : La resistencia depende del tipo de material del conductor.

TemperaturaCuando se aumenta la temperatura de la mayoría de los materiales se incrementa también laactividad de electrones libres. El incremento de la actividad provoca un mayor número decolisiones de los electrones dentro del interior del material lo cual generalmente provoca unadisminución del flujo de electrones. Como resultado se obtiene un incremento de la resistenciapara la mayoría de los materiales conductores. El incremento de la resistencia puede sercalculado para un cambio un grado en la temperatura y esta relación se denomina coeficientede temperatura para el material.

Cuando la resistencia se incrementa con aumento de la temperatura, se obtiene un coeficientede temperatura positivo. Si la resistencia decrece, el material poseerá un coeficiente detemperatura negativo.

Se observa a partir de esta tabla que la resistencia del constatan apenas varía con el cambio detemperatura. La resistencia del hierro por el contrario se incrementa considerablemente con elaumento de la temperatura.

Conclusión : La resistencia es afectada por la temperatura del conductor.

Resumiendo podemos plantear que la resistencia esta afectada por cuatro factores:

- Longitud.- Sección transversal.- Material.- Temperatura.





Voltaje, corriente y resistencia

Voltaje:

Es la distribución desbalanceada de cargas eléctricas entre dos puntos de un circuito eléctrico.La unidad es el volt (V).

Corriente eléctrica:

Es el flujo de portadores de carga eléctrica entre dos puntos que se encuentran a diferentevoltaje. En los conductores metálicos, los portadores de carga son los electrones libres. Launidad de medida es el ampere (A).

Resistencia:

Es la oposición al paso de la corriente eléctrica. Su unidad de medida es el ohm ( Ω).

Ley de Ohm

Cuando una carga con una resistencia R se conecta a una fuente de voltaje V, circulará unacorriente. El valor de dicha corriente se puede calcular por medio de la Ley de Ohm:

VI = R

Circuitos eléctricos

Al sistema de conductores por el cual puede pasar la corriente eléctrica se le denomina circuito.Al punto de unión de varios conductores se le denomina nodo y a la trayectoria seguida por lacorriente eléctrica entre dos nodos vecinos se le denomina rama.Los circuitos eléctricos pueden compararse con las redes hidráulicas que llevan y distribuyen elagua en nuestras casas.

Los circuitos de acuerdo a la forma en que se conectan los consumidores pueden clasificarsede tres maneras:

1. Circuito serie.

2. Circuito paralelo.

3. Circuito serie – paralelo.Circuito serie

Un circuito serie es aquel en el cual existe sólo un camino para la circulación de la corriente.Cuando dos o más dispositivos se encuentran conectados en serie, circula la misma corriente através de todos ellos.





En la figura anterior, los dispositivos X, Y y Z están conectados en serie. Si una corriente de 6 Acircula por el dispositivo X, entonces esos 6 A tendrán que circular por los dispositivos Y y Z.

En cualquiera de los puntos (A, B, C ó D) que se conecte un amperímetro en el circuito,marcará el mismo valor de corriente.

Es costumbre identificar la corriente con el nombre del dispositivo por donde la misma circula.Nos referiremos a la corriente que circula por el resistor R1 como I1 y a la que circula por el R2 como I2. A la corriente a menudo se le llama corriente total o IT. En un circuito serie la corrientede alimentación o IT es la misma corriente que circula a través de cada resistor.

Matemáticamente planteado, en el circuito serie de la figura anterior se cumple que:

IT = I1 = I2 = I3

Nótese que cuando se abre en algún punto un circuito serie, el voltaje en el punto abierto seráigual al voltaje suministrado.

Circuito paralelo

La mayoría de los dispositivos eléctricos tales como motores, lámparas, televisores, etc. seconectan básicamente en paralelo a algunos puntos del sistema de distribución.

Los circuitos paralelos pueden ser descritos como circuitos que tienen más de una vía para lacirculación de la corriente.

En la figura anterior, la corriente IT se dividirá en el punto A. Una parte de la corriente (I1)circulará a través R1 y la otra parte de la corriente (I2) circulará a través de R2.

Note que este circuito paralelo tiene dos ramas por las que circulará corriente. Un circuitoparalelo siempre tiene dos o más ramas.





En el punto B, estas dos corrientes se combinarán otra vez para convertirse en I T. También sepuede decir que cuando dos o más dispositivos están conectados directamente en paralelo, encada uno estará aplicado el mismo voltaje (o habrá la misma caída de voltaje).

Esto significa que la caída de voltaje de A a B será igual a la caída de voltaje de C a D. Noteque aunque el punto A y el punto C se encuentran en diferentes posiciones, están sometidos almismo potencial eléctrico. Lo mismo sucede con los puntos B y D.En la figura anterior, si se conecta un voltímetro entre los puntos A y B, la lectura será el voltajede R1 y R2. Por esta razón, se puede decir que R 1 y R2 están conectados directamente enparalelo.

Note que la resistencia total de un circuito paralelo SIEMPRE será menor que el menor valor deresistencia de rama.

De lo anterior se puede concluir que cuando se añaden resistores en paralelo, la resistenciatotal del circuito disminuye, lo que provoca el aumento de la corriente total de la línea.

Circuitos serie – paraleloEn la esfera eléctrica se trabajará con algunos circuitos que no son simples circuitos series oparalelos. A menudo estos circuitos son una combinación de estos dos tipos y se conocen comocircuitos serie – paralelo.

Recuerde que los resistores en serie tienen el mismo valor de corriente. Por lo que teniendo encuenta la figura anterior se puede decir que los resitores en serie en el circuito son R 1 con R5 yR3 con R4.

R1 y R5 están en serie, y aunque no estén conectados directamente uno con otro, tienen elmismo valor de corriente (corriente total del circuito).

R3 y R4 tienen el mismo valor de corriente, sin embargo esto no constituye la corriente total delcircuito, porque parte de la corriente total circulará a través de R2.

Resistencia total en circ uito s de CD serie y paralelo

Circuito serie

En un circuito serie la resistencia total será mayor que cualquiera de las resistencias del circuito.Esto es debido a que con cada resistor se ofrece una mayor oposición al flujo de la corriente.





En un circuito resistivo serie, la resistencia total puede ser calculada adicionando simplementetodos los valores de resistencia de dicho circuito, como se muestra:

RT = R1 + R2 + R3 ...

Circuito paralelo

En un circuito paralelo la resistencia total será menor que la resistencia de cualquiera de susramas. Esto es debido a que con cada rama se crea un camino adicional para la circulación dela corriente.

En un circuito resistivo paralelo, la resistencia total puede ser calculada utilizando la fórmularecíproca mostrada a continuación:

1 1 1 1RT

= R1+ R2

+ R3 …

Para hallar RT, la ecuación quedará:

1RT = 1 1 1R1

+ R2+ R3

S los valores de resistencia en todas las ramas son iguales, entonces la fórmula para calcular laresistencia total de un circuito paralelo se simplificaría y quedaría como:

resistencia de una ramaRT = número de ramas

Si el circuito solo tiene dos ramas (R1 y R2), o se desea solo calcular la resistencia total de dosramas solamente, entonces la fórmula para calcular la resistencia total de un circuito paralelo sesimplificaría y quedaría como:

Multiplicación de R1 y R2RT = Suma de R 1 y R2

R1 * R2RT = R1 + R2

Leyes de Kirchof f

Ley de Kirchoff de los voltajes

Para el análisis y comprensión de los circuitos serie es necesario definir el concepto de malla.

Malla: Es un lazo o camino cerrado en un circuito eléctrico y que termina siempre en el mismopunto de partida.





Existe más de una forma de expresar la Ley de Kirchoff de los voltajes, pero sin tener encuenta la forma que se utilice, el resultado será básicamente el mismo: no se puede ni ganar niperder voltaje en un circuito. He aquí tres formas de expresar esta ley:

1. La más simple: En un circuito de una sola malla y una sola fuente de alimentación, la sumade las caídas de voltaje será igual al voltaje de la fuente de alimentación.

2. La suma de las caídas de voltaje en una malla es igual a la suma de las subidas de voltaje(fuentes de voltaje) presentes en ella, o lo que es lo mismo, la suma algebraica (teniendo encuenta el signo) de las caídas y las subidas de voltaje en una malla es igual a cero.

3. La suma de las caídas de voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico es igual al voltajeaplicado entre esos dos puntos.

Ley de Kirchoff de los voltajes en forma de ecuación matemática para la figura anterior:

E = V1 + V2 + V3

Donde el voltaje suministrado “E” es una subida de voltaje y V1, V2 y V3 son caídas de voltaje.

Regla del divisor de voltaje para circuitos serie

La resistencia total en un circuito serie es igual a la suma de todos los resistores en el circuito.Conociendo esto, podemos aplicar la regla para la caída del voltaje en un circuito serie.

La caída de voltaje estará en proporción con el valor de resistencia de cada resistor. Estosignifica que mientras mayor sea la resistencia mayor será la caída de voltaje (directamenteproporcionales).

La caída de voltaje a través de R 1 (VR1) será la razón de R 1 con la resistencia total (RT). Estarazón determina la porción del voltaje total (VT) que se cae a través de R 1 (VR1). Hallar RT es elprimer paso para resolver este problema. La resistencia total en el circuito de la figura anteriores:

RT = R1 + R2 + R3





Hallando la caída de voltaje en R1:

VR1 R1 R1VT

= RT, VR1 = VT * RT

Las caídas de voltaje en R 2 y R3 se determinan siguiendo el mismo procedimiento.

Ley de Kirchoff de las corrientes

En el análisis y comprensión de los circuitos paralelos, es necesario definir los conceptos denodo y rama.

Nodo: Es el punto de un circuito eléctrico donde se unen tres o más caminos o vías para lacirculación de la corriente.

Rama: Se conoce como rama cada camino para la circulación de la corriente que va desde unnodo hasta otro nodo.

La Ley de Kirchoff de las corrientes plantea que la suma de las corrientes que entran a un nodotiene que ser igual a la suma de las corrientes que salen de dicho nodo.

La corriente IT es la que entra al nodo. Las corrientes I 1 e I2 salen del nodo. Utilizando la Ley deKirchoff de las corrientes, entonces:

IT = I1 + I2 Por estar los dos resistores que aparecen en el circuito anterior conectados en paralelo, otraforma de plantear la Ley de Kirchoff de las corrientes podría ser:

La suma de las corrientes de todas las ramas en un circuito paralelo tiene que serigual a la corriente de la línea.





Objetivo 2: Magnetismo, electromagnetismo e inducción electromagnética.


1. Conocer las propiedades y clasificación de los materiales magnéticos.2. Conocer la definición de los términos asociados al magnetismo.3. Explicar la aparición de un campo magnético en un conductor por el cual circula corriente,así como su relación.4. Explicar cómo se produce el voltaje inducido.5. Explicar el fenómeno de la inducción electromagnética.6. Enunciar las Leyes de Faraday y de Lenz.7. Explicar en qué consisten los fenómenos autoinducción e inducción mutua, así como sus

aplicaciones

Magnetismo

El imán es un objeto que es capaz de atraer materiales magnéticos. De alguna forma muchosmateriales son afectados por imanes. Se puede considerar un material magnético a aquel quetiene la propiedad de atraer al hierro o al acero.Los imanes se clasifican en dos categorías: Temporales y permanentes. La clasificación sedetermina por el tiempo que mantienen un efecto magnético.

Los imanes temporales sólo actúan como tales mientras están sujetos a una fuerza magnética.Una fuerza magnética, lo mismo puede ser otro imán que una corriente eléctrica en undevanado.

En la industria eléctrica, los imanes temporales se utilizan en dispositivos tales como relés,arrancadores magnéticos de motores, etc.

Los imanes permanentes se encuentran en estados naturales en forma de un mineral llamadomagnetita y tienen poco valor en la industria.

En un imán en forma de barra o de herradura la capacidad de atraer otros materiales por amboslados del imán, es mayor. Estas partes son llamadas polos magnéticos. Los polos magnéticosconstituyen las líneas de fuerza que salen y entran al imán.

Cuando un material se magnetiza, se establece un campo de fuerza alrededor de él. Estecampo consiste en líneas de fuerza magnéticas invisibles, que con frecuencia se le denominanflujo, las mismas son de norte a sur del imán. Estas líneas de fuerza realmente no viajan, ellasexisten como lazos cerrados.

Las líneas de fuerza toman la vía más fácil, dejan el polo norte y entran en el sur. Los polosdiferentes se atraen entre sí porque las líneas tienden a tomar la vía más corta posible. Lospolos iguales se repelen.

Términos y co nceptos

Flujo magnético: Son las líneas de fuerza alrededor del imán.





Densidad del flujo Es la cantidad de líneas de fuerza por centímetros cuadrados.

Reluctancia: Es la resistencia de un material al paso del flujo magnético.

Magnetismo remanente: Es la cantidad de magnetismo que se mantiene o continúa presente enun material luego de que la fuerza magnetizante sea eliminada.

Retentividad: Es la capacidad de un material de retener el magnetismo después que la fuerzamagnetizante haya sido retirada.

Permeabilidad: Es la capacidad de un material de conducir las líneas de fuerza magnéticas si secompara con el aire.

Saturación: Es cuando cualquier incremento en la fuerza magnetizante no produce unincremento en el magnetismo del material.

Electromagnetismo

Cuando circula corriente por un conductor, se establece un campo magnético alrededor delmismo, estas líneas de fuerza magnéticas forman círculos concéntricos al conductor.

La intensidad del campo magnético alrededor del conductor por donde circula corriente esdirectamente proporcional a la cantidad de corriente que fluye por el mismo. Cuando seinterrumpe la corriente que circula por el conductor, las líneas de fuerza magnéticas que lorodean desaparecen.

La dirección del campo de estos lazos cerrados se puede determinar utilizando la regla de lamano derecha para conductores. Sostenga el conductor con la mano derecha con su dedopulgar en dirección al flujo de la corriente (de “+” a “-“). El resto de los dedos señalará la

dirección de las líneas de fuerza alrededor del conductor.

Anteriormente aprendimos que las líneas de fuerza magnéticas salen del polo norte y entran alpolo sur del imán.

Si un conductor se coloca en forma de lazo, como en un devanado, la dirección de la corrienteen cada vuelta será la misma, los campos individuales se combinarán como se muestra en lafigura siguiente.





La polaridad del campo de fuerza alrededor de un devanado está determinada por la direcciónde la corriente en las vueltas.

Sostenga el devanado con la mano derecha, rodee el devanado con los dedos, los extremosindicarán la dirección del flujo de la corriente y el pulgar mostrará el polo norte tal y comoaparece en la figura anterior.

Existen básicamente tres factores que afectan la fuerza de un electroimán.1. La cantidad de corriente en un devanado.2. El número de vueltas que tiene el devanado.3. El tipo de núcleo (o circuito magnético).

Circuito magnético

Un circuito magnético es un lazo compuesto de uno o varios materiales que permiten el paso delas líneas de fuerza de un campo magnético.

Cuando se selecciona un material para el núcleo de un dispositivo electromagnético, este debetener una baja retentividad, esto significa que el material pierda su magnetismo tan pronto comose interrumpa la corriente que circula por el devanado y debe tener alta permeabilidad, es decirque permita con facilidad el paso de las líneas de fuerza.

En el núcleo de un dispositivo electromagnético ocurren las llamadas pérdidas de hierrocompuestas por las pérdidas de las corrientes de torbellino y por histéresis.

Pérdidas por histéresis

Para magnetizar un material es necesario que los dominios magnéticos dentro del materialestén alineados. Se necesita potencia (watts) para lograr dicho alineamiento. Si el dispositivofunciona con corriente alterna, la polaridad magnética cambiará constantemente porque ladirección de la corriente cambiará en concordancia con la frecuencia.





Estos cambios de polaridad de los dominios magnéticos provocan fricción y desprendimiento decalor . Este calor es conocido como pérdida por histéresis.

La reducción de las pérdidas por histéresis se garantiza utilizando acero al silicio en el núcleo.La adición de acero al silicio permite que los dominios magnéticos se muevan con menosfricción en el material del núcleo.

Pérdidas por corriente de torbellino o parásita

Cuando un material conductivo, tal como el núcleo de hierro de un dispositivo electromagnético,está sometido a un campo magnético variable, se inducirán voltajes en el núcleo. Comoresultado, circularán corrientes por el interior del material del núcleo, llamadas corrientes detorbellino.

Como pérdida por corrientes de torbellino se conoce a la generación de calor debido a lacirculación de las corrientes de torbellino.

Con el objetivo de reducir las pérdidas por las corrientes de remolino, el núcleo se fabrica deláminas finas aisladas. Cada lámina de acero se aísla de la otra con una capa de laca. Por serlas corrientes de remolino corrientes eléctricas, el flujo de corriente entre las láminas se reduceal mínimo.

Saturación de un núcleo electromagnético

Según aumenta la corriente en un electroimán con núcleo de hierro, aumentará el magnetismo,hasta que se alineen la mayoría de los dominios magnéticos del núcleo. Cuando esto sucede, elnúcleo está saturado y ningún aumento de la corriente del núcleo producirá un aumentosignificativo en el magnetismo del mismo.

Voltaje inducid o

Cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético (o cuando el campo se mueverespecto al conductor) se crea un movimiento relativo entre ambos que hará que aparezca unvoltaje en el conductor. Este voltaje se conoce como fuerza electromotriz inducida (FEM).

Ley de Faraday

La ley de Faraday se refiere a la cantidad de voltaje que se induce cada vez que existamovimiento relativo entre un conductor y un campo magnético.





La Ley de Faraday plantea que la cantidad de voltaje o FEM inducida en

un conductor es proporcional a la razón con la que varia el número de

líneas de fuerza (razón de cambio del flujo) del campo magnético al cual

está sometido.

Aplicación de la regla de mano derecha de Fleming.

Ya conocemos que siempre que exista movimiento relativo entre un conductor y un campomagnético se inducirá en él un voltaje.

Para la aplicación de la regla de la mano derecha, extienda el pulgar hacia arriba, el dedo índicehacia delante y el dedo del medio perpendicular a la palma de la mano De esta forma todosformarán entre sí un ángulo de 90°. Los otros dedos van recogidos. En esa posición, coloque lamano en una posición tal que el pulgar señale la dirección del movimiento del conductor y eldedo índice señale la dirección de las líneas de fuerza del campo de norte a sur. El dedo delmedio indicará el sentido de la circulación de la corriente. De la misma forma, podremosdeterminar la dirección de una magnitud conociendo las otras dos y aplicando correctamente laregla de la mano derecha.

La polaridad del voltaje inducido será como se muestra en la figura anterior. Cuando analicemosel diagrama, es importante recordar que la fuente es el conductor que se mueve entre los polos.Por ello, la corriente en el conductor que se mueve dentro del campo magnético circulará de – a+ y por el circuito externo circulará según el convenio establecido de + a –.

Factores que afectan el voltaje inducido

Existen tres factores que afectan el valor del voltaje de inducción. Los mismos son:

1. La densidad del flujo magnético.2. El número de vueltas del conductor dentro del campo magnético.





3. La velocidad con la que se mueve el conductor respecto al campo magnético.

Este movimiento puede producirse por un conductor móvil dentro de un campo constantefijo, el movimiento de un campo magnético constante que afecta un conductor estático o laacción de un campo magnético variable (CA) sobre un conductor estático.

Inducción electromagnética

Ley de Faraday

La Ley de Faraday de Inducción plantea que siempre que exista un movimiento relativo entre unconductor y un campo magnético, se inducirá en aquél un voltaje.

Autoinducción

También, se ha planteado previamente que siempre que la corriente varíe en un conductor,variará el campo magnético que se establece alrededor del mismo. En este paso combinaremosestos dos planteamientos.

Si un conductor se enrolla en forma de bobina, como se muestra en la figura anterior, y elinterruptor se cierra, la corriente comenzará a circular por la bobina. En el instante en que elinterruptor se cierra, la corriente en la bobina comenzará a aumentar rápidamente desde cerohasta alcanzar un valor estable determinado por el voltaje de alimentación y por la resistenciade la bobina (Ley de Ohm).

Examinando la figura anterior, en la vuelta “A” el incremento de la corriente hará que el campomagnético alrededor de la misma se vaya fortaleciendo y expandiendo. Esta expansión delcampo magnético llegará a abarcar a la vuelta “B”. En estas condiciones existirá un movimientorelativo entre el campo magnético y el conductor en la vuelta “B” y por ello aparecerá en él unvoltaje inducido. Esta situación se hará extensiva a todas las vueltas de la bobina, es decir, laexpansión del campo magnético alrededor de cada vuelta inducirá un voltaje en las vueltasadyacentes.

Este proceso es conocido como AUTOINDUCCION y ocurre cuando un cambio de corriente enel circuito provoca que se induzca un voltaje en el propio circuito.





Cuando la corriente en la bobina alcanza su valor estable, el campo magnético del conductordejará de expandirse y no continuará induciéndose voltaje en el circuito.

Ley de Lenz

La Ley de Lenz plantea que una FEM inducida provocará una corriente que fluirá en unadirección tal que su efecto magnético se opondrá a la causa que produce dicha FEM. Es decir,el campo magnético creado tendrá una dirección opuesta al campo que produce la FEMinducida.

Si existen dos conductores perpendiculares al papel (como en la figura siguiente) y por elconductor de la izquierda circula una corriente que sale de la página (como lo indica el .) y estacorriente aumenta, entonces el campo magnético de ese conductor se expandirá y llegaría a“cortar” al conductor de la derecha, como se muestra:

Corriente enaumento:

Se expande elcampo

Dirección de las líneasmagnéticas

Movimiento relativo delconductor respecto al campo

Tenemos ahora un “movimiento relativo” entre el campo magnético del conductor de laizquierda y el conductor de la derecha, por lo que se inducirá en él un voltaje que aumentarásegún aumente la corriente en el conductor de la izquierda.

La “dirección” de este voltaje inducido se puede determinar aplicando la regla de la manoderecha de Fleming.

Note que como el campo se expande hacia la derecha, relativamente a él el conductor semueve hacia la izquierda.

Coloque el dedo pulgar en la dirección del movimiento relativo y el índice en la dirección delcampo magnético. El dedo del medio entonces indicará que el voltaje inducido tratará deprovocar una corriente entrando en la página (como se indica con el +).

Si aplicamos la ley de la mano derecha al conductor de la derecha, hallaremos que la direcciónde giro de las líneas de fuerza magnética es contraria a la del conductor de la izquierda. Laslíneas de fuerza del campo creado colisionan y dispersan el campo magnético en la zona delconductor de la derecha trayendo consigo su debilitamiento, como se muestra en la figurasiguiente:





Podemos decir entonces que el campo magnético creado por el voltaje inducido que aparecepor el aumento de la corriente que circula por el conductor de la izquierda es en direcciónCONTRARIA y de oposición al campo que provocó ese voltaje inducido. El mismo efecto seproduce para la disminución de la corriente.

Factores que afectan el voltaje inducido

Se ha planteado con anterioridad que la cantidad de voltaje inducido es directamenteproporcional a la razón con la que un conductor corta o es cortado por las líneas de fuerzamagnéticas.

En este caso, nos estamos refiriendo a dos conductores estacionarios y a un campo magnéticoque cambia. Este campo variable es creado por las variaciones de la corriente en el conductor.

Si la razón de cambio de la corriente en el conductor (o bobina) es alta, entonces la cantidad devoltaje inducido será alta. Si se enrolla el conductor en forma de bobina, entonces el campomagnético variable alrededor de cada vuelta interactuará con todas las vueltas de la bobinaaumentando la cantidad de voltaje inducido.

Inducción mutua

Recordemos que la autoinducción tiene lugar cuando la variación de la corriente en un circuitoprovoca un voltaje que se induce en el mismo circuito.

La inducción mutua ocurre cuando un cambio en la corriente de un circuito provoca un voltajeinducido en otro circuito.

Veamos esto en el diagrama siguiente aplicado a las dos bobinas enrolladas en el mismocircuito magnético (núcleo).

Cuando el interruptor se abre y se cierra, la corriente en el devanado primario variará y causaráun campo magnético variable. Como la bobina superior está sujeta a este campo magnéticovariable, se inducirá un voltaje en la bobina secundaria.





Aplicaciones de la inducción mutua

Como se ha planteado, el voltaje inducido (auto o mutuo) sólo ocurre cuando la corriente varía.Si se conecta una bobina a una fuente de corriente directa, entonces la corriente en el circuitosolamente variará cuando se abra o se cierre el circuito. Esto ocurre en las bobinas deencendido de los automóviles.Si una de las bobinas se conecta a una fuente de corriente alterna donde el voltaje varíaconstantemente, entonces también constantemente se estará induciendo un voltaje en la otrabobina.

La cantidad de voltaje secundario lo determinará el número de vueltas del devanado primario ysecundario. Este es el principio básico del transformador.





Objetivo 3: Circuitos mo nofásicos de CA.


1. Explicar cómo se realiza la generación del voltaje alterno.2. Enunciar los conceptos de ciclo, período y frecuencia.3. Explicar las propiedades de un circuito que determinan la corriente y definir sus conceptos.4. Explicar el efecto de un inductor en un circuito de CA.5. Explicar el efecto de un capacitor en un circuito de CA.6. Dominar el uso de los triángulos de impedancia y de potencia.7. Enunciar las ecuaciones de las potencias.8. Definir factor de potencia y sus ecuaciones.9. Establecer las relaciones entre las potencias y el factor de potencia.

Generación del voltaje alterno

Cuando un conductor corta las líneas de fuerza de un campo magnético, en este se induce una fuerzaelectromotriz, que es el voltaje, este planteamiento es la Ley de Lenz. Este voltaje inducido tendrá unvalor que dependerá de los tres factores siguientes:

1. El flujo por polo del campo magnético.2. La velocidad de movimiento del conductor.3. El ángulo con que el conductor corta las líneas de fuerza.

Si el flujo por polo (fuerza del campo) se incrementa, la velocidad de corte se incrementa, lo quedará como resultado una fem inducida mayor.

Si la velocidad del conductor aumenta, la velocidad de corte aumenta, lo que dará como resultado unafem inducida mayor.

La figura siguiente muestra que si el ángulo de corte aumenta, (hasta un máximo de 90°respecto a la dirección del flujo), la velocidad de corte aumentará también, lo que dará comoresultado una fem inducida mayor.





Resumiendo, la fem inducida aumentará si aumenta la densidad del flujo, la velocidad del conductor oel ángulo de corte de las líneas de fuerza.

Cuando un conductor rota a través de un campo magnético, como se muestra en la figura

siguiente (a), el voltaje generado (fem) y la corriente resultante tendrán una forma de ondasinusoidal (b). Nótese como el voltaje (o corriente) varía con el tiempo. Éste comienza en cero,se incrementa hasta un valor máximo positivo, luego regresa al cero, se incrementa hasta unvalor negativo máximo, vuelve a cero y el ciclo se repite de nuevo. Esto da lugar a una ondaperiódica de forma sinusoidal.

Ciclo, período y frecuencia

Ciclo: Es la porción de una onda periódica que se repite en el tiempo se conoce como ciclo.

Período (p): Es la duración en segundos de un ciclo.

Frecuencia (f): Es el número de ciclos en un intervalo de tiempo dado, generalmente 1 segundo. Suunidad de medida es el hertz.

La frecuencia y el período de una onda periódica son inversamente proporcionales. Nótese quesi el intervalo de tiempo (tiempo para completar un ciclo) aumenta, entonces la frecuencia





disminuye. Por lo tanto, si el tiempo requerido para 1 ciclo es de 0,5 segundos entonces lafrecuencia es igual a 2 ciclos por segundo. Sin embargo, si el período de tiempo aumenta a 1segundo la frecuencia disminuye a 1 ciclo por segundo.

Propiedades de un circui to de CA que determinan la corr iente

Un circuito eléctrico alimentado con un voltaje alterno se caracteriza por tres propiedades: resistencia,inductancia y capacitancia. La resistencia es, en términos generales, la principal oposición a lacorriente en los circuitos de corriente directa; mientras que los efectos de inductancia y capacitanciasólo se presentan cuando el voltaje y la corriente cambian de valor.

Resistencia

Aunque la resistencia sigue oponiéndose a la corriente en los circuitos de corriente alterna, debeprestársele una mayor atención a los efectos de la inductancia y la capacitancia dada la naturalezacambiante del voltaje y de la corriente. Los efectos combinados de la resistencia, la inductancia y lacapacitancia determinan las características de un circuito de CA.

La resistencia de CA es la combinación del valor óhmico más la resistencia aparente creada por lascuatro pérdidas que surgen en un circuito de CA: histéresis y perdidas por corrientes de torbellino(pérdidas de hierro), pérdidas de dieléctrico y pérdidas debido al efecto pelicular o superficial. Estoscuatro factores se suman al valor óhmico o de CD de la resistencia y ellos cinco juntos conllevan alvalor de la resistencia efectiva o de CA.

Inductancia

Una bobina en un circuito de CA se opone continuamente a los cambios de corriente quecontinuamente ocurren en un circuito de CA y por ello la limita. Este efecto limitador o deoposición tiene un nombre especial.

Debido a su carácter reacio al cambio y a que es inductiva, se le llama reactancia inductiva.Esta oposición es directamente proporcional a la inductancia del circuito y provoca que lacorriente se atrase con respecto al voltaje.

La reactancia inductiva (X L): Puede ser enunciada como la oposición a la circulación de lacorriente creada por la inductancia de un circuito de CA.

Capacitancia

Cuando un capacitor se conecta a un circuito de CA, los cambios que se producen en el voltajehacen que este se cargue y descargue constantemente. Mientras el voltaje aplicado cambia, el

voltaje en el capacitor cambia también y su polaridad será tal, que se opondrá a estos cambiosde voltaje. Esto traerá como resultado un voltaje neto menor, el cual dará como resultado unacorriente menor.

Este tipo de oposición es inversamente proporcional a la capacitancia del circuito y se conocecomo reactancia capacitiva.

Reactancia capacitiva (X C): Es la oposición al flujo de la corriente que crea un capacitor en uncircuito de CA.





En resumen:

- La inductancia afecta la corriente en un circuito de CA debido a su oposición a cualquiercambio de corriente.

- La capacitancia afecta la corriente en un circuito de CA debido a su oposición a cualquiercambio de voltaje.

La reactancia total de un circuito de CA (X T): Es la combinación del efecto que sobre lacorriente tienen la reactancia inductiva y la reactancia capacitiva del circuito.

Impedancia

Cuando observamos un circuito de CA se puede ver que hay tres propiedades que estánasociadas: resistencia, inductancia y capacitancia. Estas tres conforman una oposición total alflujo de la corriente en un circuito de CA que se denomina impedancia la cual también seexpresa en ohms.

La impedancia (Z): Es la combinación de la oposición a la circulación de la corriente en uncircuito de CA debido a la resistencia y a la reactancia de ese circuito.

Potencias y factor de pot encia

Como ya hemos visto, la oposición total a la corriente (ZT) en circuitos de CA es la combinaciónde la resistencia y de la reactancia inductiva. Debido a que cada una de estas limita la corrientede diferentes modos, la impedancia no es simplemente la suma aritmética de sus valores.

Un modo conveniente para calcular la impedancia es eluso del triángulo de impedancia, el cual contiene R a lo

largo de la horizontal y XL verticalmente. Lacombinación de R y XL es la hipotenusa, querepresenta a Z.

Z puede determinarse en tres formas: por medio de la representación a escala de los valores deR y XL, por el Teorema de Pitágoras o usando las funciones trigonométricas. Nosotrosusaremos indistintamente el Teorema de Pitágoras y las funciones trigonométricas, pero detodos modos es una buena idea y un buen hábito construir un triángulo de impedanciarazonablemente exacto que nos ayude a visualizar los valores del circuito y que nos brinde elmodo de chequear nuestros cálculos.

Potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente

La potencia activa (P) en un circuito de CA se disipa en los elementos resistivos. Su unidad demedida es el watt (W) y puede calcularse como:

P = IR * VR ó P = IR2 * R ó P = V2 / R.





La potencia reactiva (Q) se almacena y se libera en los elementos reactivos del circuito de CA(capacitancias e inductancias). Su unidad de medida es el VAR y puede calcularse como:

Q = IX * VX ó Q = (IX)2 * X ó Q = (VX)2 / X

La potencia aparente (S) es el resultado de la oposición combinada de la resistencia y lareactancia en el circuito. Su unidad de medida es el VA y puede calcularse como:

S = IT * VT ó S = IT2 * Z ó S = VT2 / Z

Triángulo de potencia

Se puede trazar ahora un triángulo dondeP sea la base, Q sea la altura y S lahipotenusa.

Factor de potencia

El factor de potencia (FP) se puede definir como el coseno del ángulo (θ) formado entre elcateto de la base y la hipotenusa del triángulo de impedancia o de potencia. Por lo tanto, puedecalcularse como:

P RFP = cos θ = S = Z

Relaciones entre las potencias y el factor de potencia

La potencia aparente está asociada a la capacidad total de un generador o transformador,independientemente del tipo de circuito que esté alimentando y es un valor establecido por elfabricante del generador o transformador.

La potencia activa es la potencia que realiza trabajo, es decir, la potencia útil que se aprovecha,por lo tanto, mientras más cercana esté P a S mayor utilización se estará haciendo delgenerador o transformador. Esto ocurre cuando Q tiene un valor mínimo. También esto ocurrecuando el ángulo del factor de potencia es más cercano a cero, y por tanto, su coseno es máscercano a 1. Por el contrario, una pobre utilización de la potencia generada ocurre cuando Q esgrande y P pequeña, en cuyo caso el ángulo del factor de potencia crece y el factor de potenciadisminuye.

En resumen, cuando S se aprovecha en su totalidad, Q = 0, θ = 0 y el FP = 1. Cuando S seaprovecha con una eficiencia adecuada, P es cercana a S, θ está por debajo de los 37° y el FPoscila entre 0.8 y 0.9, mientras que una baja eficiencia es cuando P es mucho menor que S, θ es mayor de 50° y el FP es menor de 0.7.

Por ello el mejoramiento (incremento) del factor de potencia conlleva a una mejor utilización dela potencia generada y por tanto a la disminución de las pérdidas, lo que se traduce en unamayor eficiencia en el uso de la energía.





Estos son los dos tipos fundamentales de conexiones en sistemas trifásicos. La conexión en Ygeneralmente tiene 4 hilos o conductores, mientras que la conexión en ∆ generalmente tienetres hilos o conductores.

El sistema ∆ de 4 hilos, a pesar de estar ya en desuso, aún es común encontrarlo en nuestropaís.

Generación de las ondas sinusoidales trif ásicas

Un generador trifásico en su forma más simple consiste en tres enrollados o bobinas,desplazadas geométricamente 120°, envueltas en un campo magnético. Cada vez que unabobina corta las líneas magnéticas de fuerza se induce un voltaje.

Cuando una bobina se mueve 90° respecto a las líneas magnéticas de fuerza el voltaje inducidoes máximo. Cuando una bobina se mueve paralela respecto a las líneas magnéticas de fuerzael voltaje inducido es cero. Estos son los dos casos extremos.

Cuando el ángulo de corte de las líneas de fuerza magnética está entre 0° y 90° el voltajeinducido estará también entre su valor mínimo y máximo.

Cuando las bobinas giran se generan tres voltajes como se muestra en la figura siguiente:





Secuencia de fase

El orden por el que los voltajes en un sistema trifásico se siguen unos a otros se llamasecuencia de fase de los voltajes. Esta se determina tomando como referencia un observadorexterno, como se muestra:

La secuencia positiva o normal es contraria a la rotación de las manecillas del reloj (ABC). Larotación a favor de las manecillas del reloj nos daría la secuencia de fase inversa o negativa(ACB).

La secuencia de fase de un circuito trifásico puede cambiarse mediante dos formas:

1. Invirtiendo el sentido de giro del generador trifásico.2. Intercambiando las conexiones de dos de cualquiera de los tres conductores de línea en la

parte externa del generador.

La secuencia de fase puede determinarse usando:

- Un osciloscopio.- Un secuencímetro o indicador de secuencia de fase.





Relación entre voltajes y corrientes en una conexión estrella

La figura muestra tres bobinasmonofásicas conectadas a 120°entre ellas.El terminal “N” de cada bobina seconecta a un punto común paraformar un sistema trifásico enestrella.

Como puede apreciarse en la figura anterior, en una conexión estrella existen tres voltajes defase denominados VAN, VBN y VCN que se miden entre cada terminal de línea y el puno de uniónN o neutro, y otros tres voltajes denominados voltajes de línea VAB, VBC y VCA medidos entre dos

terminales de línea cualquiera.La relación entre ellos es que para una conexión estrella se cumple que un voltaje de línea (V L)es raíz de tres veces mayor que el voltaje de fase (V F).

VL = √ 3 * VF Con relación a las corrientes, en los sistemas trifásicos se le llama corriente de línea a lacorriente que circula por la línea o terminal de salida del generador, y corriente de fase a la quecircula por cada bocina del generador o por cada circuito monofásico que compone el circuitotrifásico.

En el caso de la conexión estrella, la corriente de línea es la misma que la corriente de fase, porlo que:

IL = IF.

Carga balanceada

Una carga trifásica balanceada es aquella que cumple con los dos requisitos siguientes:

1. Tiene igual impedancia por fase.2. Tiene igual factor de potencia por fase.

El primer requisito puede establecerse como que las corrientes de fase tienen igual magnitud(suponiendo iguales voltajes de fase), ya que la impedancia en cada fase determinará lamagnitud de las corrientes de fase.

Función del conduct or del neutro en los si stemas estrella

Similarmente en una carga trifásica conectada en estrella la función del neutro es manteneriguales los voltajes de las fases. Cuando el sistema (carga) se vuelve desbalanceado se





requieren cuatro conductores para mantener iguales los voltajes de fase. Esto se conoce comoun sistema trifásico Y de cuatro conductores o hilos.

Un neutro abierto en un sistema trifásico Y de cuatro conductores que alimenta una cargadesbalanceada tendría como resultado:

- Los voltajes de fase serán desiguales y serán proporcionales a las impedancias de fase.- No se cumple la relación de magnitud de raíz de tres entre los voltajes de línea y de fase.

A modo de resumen, podemos decir que en un circuito en estrella desbalanceado, el neutro nosólo lleva la corriente de desbalance (suma fasorial de las corrientes de fase), sino que ademásgarantiza que los voltajes de fase se mantengan iguales.

Relación entre voltajes y corrientes en una conexión delta

Esta conexión usualmente se representa como sigue:

Como puede apreciarse en la figura anterior, en una conexión delta los voltajes de fase soniguales a los voltajes de línea, o sea:

VL = VF.

En el caso de la conexión delta SOLO PARA CARGAS BALANCEADAS se cumple que:

IL = √ 3 * IF Para cargas desbalanceadas, la corriente de línea deberá calcularse como la suma fasorial de

las dos respectivas corrientes de fase.

Potencias trifásicas

La potencia activa total (PT) de un circuito trifásico se calcula como la suma de las P de cadafase, es decir, P T = PA + PB + PC.





La potencia reactiva total (QT) de un circuito trifásico se calcula como la suma de las Q de cadafase, es decir, Q T = QA + QB + QC.

La potencia aparente total NO es la suma de las potencias aparentes de cada fase, sino que secalcula por medio de la siguiente ecuación:

ST = √ PT + QT Si el sistema trifásico es balanceado, entonces las potencias pueden calcularse además como:

PT = √ 3 * VL * IL * cos θ ó PT = 3 * PF

QT = √ 3 * VL * IL * sen θ ó QT = 3 * QF

ST = √ 3 * VL * IL ó ST = 3 * SF

El factor de potencia total en un sistema balanceado se calcula como:

PTFPT = ST





Objetivo 5: Corrección del factor de potencia.


1. Definir factor de potencia total y cómo este se aplica a los sistemas trifásicos.2. Explicar cómo los capacitores corregirán el factor de potencia total de un circuito.

Factor de potencia

El factor de potencia de un circuito es la relación entre la potencia activa (watts) y la potenciaaparente del circuito (volt-amperes). La relación está dada así: el factor de potencia es igual a lapotencia activa divida entre la potencia aparente:

WFP = VA

El ángulo del factor de potencia se usa para obtener el coseno de esta relación y por tanto elfactor de potencia se conoce generalmente como coseno de theta (cos θ).

En circuitos trifásicos, el factor de potencia total solo es tal cuando el circuito es balanceado,pues cuando no lo es pueden existir diferentes factores de potencia por fase. Por ello, se trataráúnicamente con circuitos trifásicos balanceados donde los valores de corriente y voltaje son losmismos en cada fase.

Volts – amperes = √ 3 * VLínea * ILínea

Watts = √ 3 * VLínea * ILínea * cos θ

Salta a la vista una pregunta: ¿por qué molestarse en corregir el factor de potencia de uncircuito?

Hay dos razones importantes por las que se corrige el factor de potencia:

Reducir el costo de la energía

El Sistema Electroenergético Nacional (SEN) suministra energía a sus consumidores deacuerdo a su demanda. Esta demanda incluye la componente reactiva (VARS) que no seregistra en los metros de demanda activa (kilowatt) o metros de energía. Para cumplir con estasdemandas hay que emplear generadores de mayor potencia, líneas de transmisión,transformadores, etc. lo que trae como resultado un incremento en los costos.

Consecuentemente, algunas empresas tienen una cláusula para el factor de potencia según susmagnitudes nominales, lo que le permite facturar en base a un porcentaje de la demanda depotencia aparente (kVA) máxima en vez de la demanda de potencia activa (kW).

Incrementar la capacidad del circuito

La componente reactiva de la potencia usada por los circuitos inductivos consiste en unacorriente reactiva multiplicada por el voltaje de línea. La componente reactiva total (y la





corriente) se incrementan cuando el número de dispositivos inductivos (motores ytransformadores, fundamentalmente) aumenta en el circuito.

Cuando se mejora el factor de potencia se reduce la cantidad de corriente reactiva queprimeramente fluía a través de las líneas de transmisión, los transformadores, alimentadores,paneles y cables, disminuyendo con ello las pérdidas en tales equipos.

Los equipos correctores del factor de potencia se instalan tan cerca como sea posible de losterminales de las cargas inductivas. Esto reduce la potencia reactiva que tiene que entregar elsistema y lo libera para entregar potencia activa.

La corrección del factor de potencia se realiza por dos métodos:

1. Adición de capacitores. Ya sea generalmente para mejorar el factor de potencia de laplanta o específicamente para corrección del factor de potencia de cargas individuales,como pueden ser motores.

2. Motores sincrónicos, ya sea con carga o sin carga. Sobreexcitando un motor sincrónico,puede operarse con factor de potencia en adelanto, lo cual producirá VARs en adelanto.Un motor sincrónico (sin carga), se conoce como condensador sincrónico.

Corrección del factor de potencia mediante la conexión de bancos de capacitores

La razón del uso de capacitores para el mejoramiento del factor de potencia está en el hecho deque la mayoría de las cargas de CA son de naturaleza inductiva. Con la conexión decapacitores se introduce una potencia reactiva Q capacitiva cuyo efecto es contrario a la Qinductiva, y por tanto el resultado es una disminución de la Q total del circuito y por ende unadisminución del ángulo del factor de potencia.

Se debe señalar que el mejoramiento del factor de potencia, es decir la disminución de la Qtotal del circuito ocurre sólo desde el punto de conexión de los capacitores hacia la fuente, pueslas características de la carga permanecen invariables.

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