La electricidad

INTRODUCCIÓN

La electricidad, en la actualidad es utilizada en todo el mundo. No existe país, región o conglomerado social en la cual esta maravillosa energía no este presente. Solo basta oprimir un botón y toda la tecnología moderna se pone en acción. Para que todo sea fácil, debe de existir un gran respaldo y una buena investigación y un profundo estudio.

La electrotecnia de la corriente es el estudio de las teorías, leyes y prácticas de este tipo de energía que es la más utilizada en todo el mundo.

En forma sencilla, clara y concreta se tocan todos los temas del programa oficial y se guía al alumno en forma lógica hasta finalizar el curso.

El motivo de este trabajo es que los apuntes faciliten el estudio de la materia a todos los alumnos que han elegido esta especialidad.

Además de las ventajas que esta energía tiene:

La corriente alterna presenta ventajas decisivas de cara a la producción y transporte de la energía eléctrica, respecto a la corriente continua:

1-Generadores y motores mas baratos y eficientes, y menos complejos

2-Posibilidad de transformar su tensión de manera simple y barata (transformadores)

3-Posibilidad de transporte de grandes cantidades de energía a largas distancias con un mínimo de sección de conductores ( a alta tensión)

4-Posibilidad de motores muy simples, (como el motor de inducción asíncrono de rotor en cortocircuito)

5-Desaparición o minimización de algunos fenómenos eléctricos indeseables (magnetización en las maquinas, y polarizaciones y corrosiones electrolíticas en pares metálicos)

La corriente continua, presenta la ventaja de poderse acumular directamente, y para pequeños sistemas eléctricos aislados de baja tensión, (automóviles) aun se usa (Aunque incluso estos acumuladores se cargan por alternadores)

Actualmente es barato convertir la corriente alterna en continua (rectificación) para los receptores que usen esta ultima (todos los circuitos electrónicos).

Valores y parámetros de la corriente alterna

• valor máximo de tensión y de corriente. ( Em)

Es el máximo valor que alcanza la forma de onda ya sea positiva o negativa, desde el eje de referencia hasta el punto más alto de la cresta o el punto mas bajo del valle. Se denota por la letra Em si es tensión o Im si corriente.

• Valor de pico de tensión y de corriente.

Es el valor que va desde el máximo positivo hasta el máximo negativo es decir desde la punta más alta de una cresta hasta la parte más baja de un valle. Se identifica por las letras Epp si es la tensión o Ipp si es la corriente. Con relación al valor máximo se tiene la siguiente relación.

Epp = 2 • Em ó Ipp = 2 • Im

• Valor eficaz de tensión y de corriente

El valor eficaz de la tensión o de la corriente es el valor más importante de la C.A. se puede definir como la parte componente del valor máximo que se utiliza, de la C.A por lo anterior se considera que este valor es el mas importante de la corriente alterna.

Se denota por la letra E si es tensión y por la I se es corriente. También se le conoce como valor efectivo de tensión o corriente o valor RMS.

O sea es el valor que es indicado por los instrumentos.

En relación con el valor máximo se tienen las siguientes equivalencias:

E = 0.707 • Em ó I = 0.707 • Im ó V= V_máx/√2

• Valor promedio de tensión y de corriente

El valor promedio de tensión y de corriente se puede determinar como el promedio de todos los valores instantáneos en un semiciclo de la forma de onda. Se denota por las letras Epom si es la tensión o Iprom si es la corriente. En relación con los otros valores máximos de tensión o de corriente se tienen las siguientes igualdades:

Eprom = 0.637 • Em ó Iprom = 0.637 • Im

• Valor instantáneo de tensión y de corriente

El valor instantáneo de tensión y de corriente es aquel que tiene la señal senoidal en cualquier instante se puede considerar que la forma de onda esta formada por infinitos valores instantáneos que se presentan sucesivamente, se denotan por la letra e si es tensión o la letra e si es tensión o la letra y si es corriente, las ecuaciones representativas de estos parámetros son los siguientes aunque posteriormente se analizaran con mayor detalle.

E = Em • sen • Volts ó I = Im • sen • Amp

Consideremos que es una señal de tensión pero es lo mismo para la corriente.

También hay una serie de otros parámetros de la corriente alterna que no se ubican directamente en la forma de onda pero son muy importantes: ciclo, periodo, frecuencia.

Ciclo.- se llama ciclo a toda forma de onda que completa una forma, es decir comienza en un punto de la forma de onda y termina el mismo punto para iniciar otro ciclo.

Periodo.- se determina periodo al tiempo en segundo, que tarda en completarse un ciclo. Se denota por la letra T.

T= periodo en segundos

T = 1/f seg.

Frecuencia.- Se denomina frecuencia al número de ciclos que se realizan en un segundo. Se denota por la letra F y sus unidades son los ciclos/segundo también se le conoce como hertz (Hz).

F = 1/T Hz ;

Inductancia

La inductancia se refiere al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. Un inductor puede utilizarse para diferenciar señales cambiantes rápidas o lentas. Al utilizar un inductor con un condensador, la tensión del inductor alcanza su valor máximo a una frecuencia dependiente de la capacitancia y de la inductancia.

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras (vueltas) se tendrá más inductancia que con pocas.

Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

El Cálculo de la inductancia:

La inductancia de una bobina con una sola capa bobinada al aire puede ser calculada aproximadamente con la fórmula simplificada siguiente:

L (microH)= d² • n² /18 • d + 40•l siendo: L = inductancia (microhenrios);

d = diámetro de la bobina (pulgadas);

l= longitud de la bobina (pulgadas);

n = número de espiras o vueltas.

Como ya se ha dicho, la unidad para la inductancia es el HENRIO.

En una bobina habrá un henrio de inductancia cuando el cambio de 1 amperio/segundo en la corriente eléctrica que fluye a través de ella provoque una fuerza electromotriz opuesta de 1 voltio.

Un transformador o dos circuitos magnéticamente acoplados tendrán inductancia mutua equivalente a un HENRIO cuando un cambio de 1 amperio/segundo en la corriente del circuito primario induce tensión equivalente a 1 voltio en el circuito secundario.

Capacidad

En el estudio de la Electricidad, se denomina Capacidad de un conductor a la propiedad de adquirir carga eléctrica cuando es sometido a una diferencia de potencial con respecto a otro en estado neutro.

La capacidad queda definida numéricamente por la carga que adquiere por cada unidad de potencial.

En el Sistema internacional de unidades la capacidad se mide en Faradios (F), siendo un faradio la capacidad de un conductor que sometido a una diferencia de potencial de 1 voltio, adquiere una carga eléctrica de 1 culombio.

La capacitancia es la capacidad que tienen los conductores eléctricos de poder admitir cargas cuando son sometidos a un potencial. Se define también, como la razón entre la magnitud de la carga (Q) en cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre ellos (V). Es entonces la medida de la capacidad de almacenamiento de la carga eléctrica.

C= Q/V

Cuando se desea obtener una capacitancia se emplea un dispositivo llamado condensador.

El Voltaje es directamente proporcional a la carga almacenada, por lo que se da que la proporción Q/V es constante para un capacitor dado.

La capacitancia se mide en Culombios/Voltio o también en Faradios (F).

La capacitancia es siempre una magnitud positiva.

Reactancia

Se denomina Reactancia a la impedancia ofrecida, al paso de la corriente alterna, por un circuito en el que solo existen inductores (bobinas) o capacidades (condensadores) puras, esto es, sin resistencias. No obstante, esto representaría una condición ideal, puesto que no existen en la realidad bobinas ni condensadores que no contengan una parte resistiva, con lo cual los circuitos en general estarán formados por una composición R-L-C (resistencia, inductor y capacidad).

En el análisis de circuitos R-L-C, la reactancia, representada como (X) es la parte imaginaria del número complejo que define el valor de la impedancia, mientras que la resistencia (R) es la parte real de dicho valor.

Dependiendo del valor de la reactancia se puede decir que el circuito presenta reactancia capacitiva, cuando X<0, reactancia inductiva, cuando X>0 o es puramente resistivo, cuando X=0. Como impedancia, que es en realidad, la reactancia también se mide en ohmios. Vectorialmente, la reactancia inductiva y la capacitiva son opuestas.

La reactancia capacitiva se representa por Xc y su valor complejo viene dado por la fórmula:

X_c= 1/2πfC

En la que:

Xc= Reactancia capacitiva en ohmios

C=Capacidad en faradios

f=Frecuencia en hertzios

La reactancia inductiva se

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