LEY DE OHM EN CIRCUITOS RLC E IMPORTANCIA DEL ALGEBRA FASORIAL

En la experiencia de circuitos RLC en serie y paralelo se trato de comprobar las leyes de Kirchhoff en circuitos eléctricos RLC, estudiando los comportamientos de los elementos que almacenan energía ya sea de forma de campo eléctrico o campo magnético (condensadores e inductores respectivamente).

Para esto se hace el montaje de dos circuitos, y se procede a la anotación de medidas para luego comparar los resultados con los obtenidos por ley de Ohm o por división de tensión, con el fin de calcular XC y XL estando en serie o en paralelo los circuitos.

Leyes de Kirchhoff, voltaje, corriente Corriente, ley de ohm, división de voltaje, circuitos en paralelo y en serie.

El amplio uso y el desarrollo creciente que ha experimentado la electricidad en nuestra sociedad puede explicarse atendiendo a dos razones fundamentales:

La electricidad constituye el medio más eficaz para transmitir otras formas de energía (mecánica, química, térmica….) a grandes distancias y de forma casi instantánea.

La electricidad puede utilizarse en cantidades pequeñas muy controladas. De esta forma las señales eléctricas nos sirven para codificar, intercambiar, realizar procesosy procesar información. 

Esta es la razón de interés primordial en la ingeniería eléctrica de nuestros días.La historia de la electricidad es relativamente corta y, enrealidad, las aplicaciones más interesantes de los grandesdescubrimientos eléctricos se han empezado a desarrollar tan solo desde finales del siglo XIX. Estas aplicaciones, que han ido apareciendo conforme se han hecho progresos en la ciencia eléctrica, pueden dividirse en dos grandes grupos: los sistemas de energía y los sistemas de información.

 FUNDAMENTOS TEORICOS

Un circuito es una red con componentes (resistencias, inductores, capacitores, fuentes interruptores, semiconductores, etc.) interconectados entre sí. Este tiene al menos una trayectoriacerrada. Existen dos tipos principales de configuración paracircuitos que son: en serie y paralelo los cuales pueden aplicar para sistemas resistivos y capacitivos.

 La 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.

Circuito RLC serie. Ángulos de fase

En un circuito RLC en serie la corriente (corriente alterna) que pasa por la resistencia, el condensador y la bobina es la misma y...

La tensión Vac es igual a la suma fasorial de la tensión en la resistencia (Vr) y la tensión en el condensador (Vc) y la tensión en la bobina VL.

Vac = Vr+Vc+VL(suma fasorial)

La impedancia total del circuito anterior es: ZT = R + XL + XC (suma vectorial) ó

R + j(XL - XC) ó R + jX

donde:XC = reactancia capacitivaXL = reactancia inductivaR = valor del resistorX = la diferencia de XL y XC. (Si X es positivo predomina el efecto inductivo. Si X es negativo predomina el efecto capacitivo.

La corriente en el circuito se obtiene con la Ley de Ohm:

I = V/Z = Vac/ZT = Vac/( R + jX)1/2

y el ángulo de fase es: 0 = arctan (X/ R)

Ángulos de fase en un circuito RLC

Analizando los tutoriales circuitos RC en serie y circuitos RL en serie, se puede iniciar el análisis de los ángulos de fase de un circuito RLC.

El proceso de análisis se puede realizar en el siguiente orden:

1. Al ser un circuito en serie, la corriente I es la misma por todos los componentes, por lo que la tomamos como vector de referencia

2. VR (voltaje en la resistencia) está en fase con la corriente, pues la resistencia no causa desfase.

3. VL (voltaje en la bobina) adelanta a la corriente I en 90º

4. VC (voltaje en el condensador) atrasada a la corriente I en 90º

5. Los vectores VL y VC se pueden sumar pues están alineados.

6. Vac (voltaje total) se obtiene de la suma vectorial de VR y (VL – VC).

Ver el gráfico del lado derecho

Nota: El signo menos delante de VC en el punto 6 se debe a que esta tensión tiene dirección opuesta a VL. En el diagrama se supone que VL es mayor que VC, pero podría ser lo contrario.

Un caso especial aparece cuando VL y VC son iguales. (VL = VC). En este caso VR = Vac.

La condición que hace que VC y VL sean iguales se llama condición de resonancia, y en este caso aún cuando en el circuito aparece una capacidad y una inductancia, este se comporta como si fuera totalmente resistivo. Este caso aparece para una frecuencia especial, llamada frecuencia de resonancia. (f0)