Circuito eléctrico

Circuito eléctrico

Un circuito eléctrico está formado por:

1. Fuente de energía eléctrica. Puede ser una batería química, un alternador, un dínamo, etc.
2. Carga es un dispositivo que debe funcionar utilizando energía eléctrica. Puede ser una resistencia calefactora, un motor, una lámpara, etc.
3. Conductores que permitan la circulación de corriente eléctrica por la carga, por la fuente y por los conductores.

[pic 1]

En todo circuito eléctrico existen los siguientes parámetros:

1. Tensión: Es la que provoca la circulación de corriente eléctrica. Entre 2 puntos del circuito eléctrico por los que circula corriente desde uno hasta el otro, existe necesariamente una fuerza que impulsa las cargas eléctricas por los conductores, por el dispositivo de consumo y por el generador para establecer el circuito eléctrico. La tensión se mide en Volt mediante instrumentos llamados voltímetros.
2. Intensidad de la corriente: Es la cantidad de cargas eléctricas que circula en un segundo por determinado punto del circuito eléctrico. La intensidad de la corriente se mide en Amper mediante instrumentos llamados amperímetros.
3. Impedancia: Es el parámetro que limita la intensidad de la corriente. Es función de los siguientes 3 parámetros que limitan la intensidad de la corriente:

Impedancia (Ohm) = Tensión (Volt) / Intensidad (Amper)

Resistencia: Todos los materiales poseen esa característica que depende de sus dimensiones físicas, de la resistividad del material y de la temperatura a la cual se encuentran. En conjunto determinan este parámetro. La liberación de calor está relacionada con este parámetro.

               Resistencia  = Resistividad X Largo / Sección

Ejemplo: calcular la resistencia de un conductor de cobre.

Resistividad: 0,0178 ohm x mm cuad. / metro

Largo: 100 metros

Sección: 1,5 milímetros cuadrados

Resultado: La resistencia es 1,186 Ohm

Ley de Ohm: Establece la relación existente entre:

Tensión

Intensidad de la corriente

Impedancia. En corriente continua no existen variaciones por lo tanto la impedancia es igual a la Resistencia

              Tensión (Volt) = Intensidad (Amper) x Impedancia (Ohm)

              Intensidad (Amper) = Tensión (Volt) / Impedancia (Ohm)

              Impedancia (Ohm) = Tensión (Volt) / Intensidad (Amper)

Corriente alternada: Se genera en un alternador, que es un dispositivo que transforma energía mecánica en eléctrica. Las variaciones de tensión producidas se pueden representar en un gráfico con una curva llamada sinusoide.

[pic 2]

Observando ese gráfico podemos determinar algunos puntos característicos:

Tensión de pico: Es el valor máximo que el generador entrega en un instante.

Ciclo: Se dice que se cumplió cuando el valor llega al mismo valor anterior y con el mismo sentido de variación.

Periodo: Es la duración de un ciclo.

Frecuencia: Es la cantidad de ciclos en un segundo.

Valor eficaz verdadero (RMS) de la tensión: Es el valor de tensión que aplicado a una resistencia provoca la misma potencia calorífica que una tensión continua del mismo valor.

Ejemplo. Si las variaciones son correctamente sinusoidales y el valor eficaz verdadero es 220 Volt, la tensión de pico debe ser:

220V x 1,41 = 310V

POTENCIA ACTIVA

Es una medida eléctrica que define la cantidad de energía eléctrica que el aparato transforma en trabajo o calor en la unidad de tiempo.

Potencia (Watt) = Tensión (Volt) x Intensidad (Amper) x coseno de fi

FACTOR DE POTENCIA ( COSENO DE FI)

En corriente alternada, las variaciones de la intensidad de la corriente pueden ser coincidentes con las variaciones de la tensión o no, según se trate de diferentes artefactos eléctricos (resistencias, capacitores o bobinas).

Cuando las variaciones de tensión o intensidad de la corriente siguen una gráfica sinusoidal en función del tiempo, se las puede representar por un vector giratorio (fasor).

El  ángulo formado por el fasor que representa la tensión y el que representa la intensidad de la corriente se lo denomina con la letra griega fi.[pic 3]

Si el ángulo fi fuese cero la intensidad estaría en fase con la tensión y la potencia eléctrica sería la máxima obtenible de esa tensión y esa corriente. Este es el caso de cargas resistivas que transforman toda la energía eléctrica en calor.

Al intercalar en el circuito bobinas o capacitores se produce un desfasaje de la tensión en relación a la intensidad motivado en que estos dispositivos acumulan energía eléctrica y luego la devuelven al generador provocando una circulación inútil de corriente que provoca calentamiento en los conductores.

Cuando se combinan resistencias, capacitores y bobinas en un mismo circuito la corriente resultante posee un ángulo determinado en relación a la tensión lo que determina que parte de la corriente es la que desarrolla trabajo y la otra parte es la que circula inútilmente.

Para determinar las relaciones entre las intensidades de corriente se representan estas en un diagrama vectorial tomando como base la tensión.

Observamos que las cargas Inductivas provocan un retraso en las variaciones de la corriente en relación a las variaciones de la tensión. Los capacitares provocan un adelanto y las cargas resistivas que entregan calor y las cargas mecánicas que entregan energía mecánica provocan que las variaciones se encuentren en fase. Las cargas capacitivas provocan un adelanto de las variaciones por lo que se utilizan capacitares para compensar el efecto de las cargas inductivas.

Todo defasaje (inductivo o capacitivo) provoca una disminución del tiempo en que la potencia activa es positiva y, en el resto del tiempo es negativa, lo que significa que el aparato devuelve a la compañía parte de la energía consumida y el medidor la descuenta.

Si deseamos calcular la potencia en cada instante de tiempo debemos multiplicar la tensión por la intensidad de la corriente y observaremos que la potencia instantánea es variable a una frecuencia 100 ciclos por segundo.

POTENCIA ACTIVA

Es una medida eléctrica que define la cantidad de energía eléctrica que el aparato transforma en trabajo o calor en la unidad de tiempo.

Potencia (Watt) = Tensión (Volt) x Intensidad (Amper) x coseno de fi

MEDICIÓN DE POTENCIAS

[pic 4]

La corriente que se encuentra en fase con la tensión o la que no se encuentra en fase pero que posee una de sus componentes en fase con la tensión, determinan la potencia activa.

Potencia Activa (Watt) = Tensión (Volt) . Intensidad (Amper) . coseno de fi

Ejemplo                               2772W = 220V x 18A x 0,7

POTENCIA APARENTE

La potencia que se obtiene sin considerar el desfasaje entre la tensión y la intensidad se la denomina potencia aparente.

Potencia Aparente (VA) = Tensión (Volt) . Intensidad (Amper)

Ejemplo                          3960VA = 220V x 18A                  

POTENCIA REACTIVA

La corriente que se encuentra desfasada 90º en relación a la tensión y o la que no se encuentra con ese desfasaje pero que posee uno de sus componentes desfasados 90 grad en relación con la tensión, determina la potencia reactiva.

Potencia Reactiva (VAr) = Tensión (Volt) . Intensidad (Amper) . seno de fi

Para determinar esta potencia se puede realizar un cálculo gráfico representando las potencias por rectas de una medida equivalente.

[pic 5]

En el gráfico se observa que si la potencia reactiva disminuye, entonces, disminuye la potencia aparente. Si disminuye la potencia aparente debe disminuir la intensidad de la corriente ya que la tensión de alimentación (220V) no puede disminuir. Entonces es obligatorio disminuir esa potencia reactiva para evitar exceso de calentamiento de los conductores de todo el circuito. Si esa potencia reactiva se debe a la existencia de bobinas en el circuito es necesario anularla con una potencia igual instalando capacitares.

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