Cargas inductivas y capacitivas Un pa pará rámet metro ro pa para ra de dete term rmin inar ar el éx éxitito o de la in inst stal alac ació ión n el eléc éctr tric ica a es pre preci cisa same mente nte el funcionamiento eficaz de la carga; mismo que será calificado por el usuario, al que debemos ofrecer seguridad, y la carga, a la que hay que suministrarle aspectos como tensión, corriente y frecuencia, esenciales para un buen desempeo! Necesidades de la carga
"sta se puede definir como aquel a quel dispositivo que requiere energ#a eléctrica para funcionar! $i con la instalación eléctrica no se satisfacen sus necesidades, la carga no tiene razón de ser! %ntonces se me&ora, se cambia o se traslada la carga a otro punto! 'e nada sirve cumplir todas las normas, si la carga no funciona satisfactoriamente! (or tanto, antes de disear, construir y mantener una instalación eléctrica es primordial conocer las necesidades y comportamiento de la carga en condiciones normales y ante la variación de los parámetros eléctricos de tensión, corriente, frecuencia y forma de onda, as# como las condiciones ambientales a las que quedará expuesta! (artiendo del principio de la conservación de la energ#a, los equipos y dispositivos que utilizan energ#a eléctrica tienen la función de transformarla en otro tipo, por lo que encontraremos aparatos eléctricos )cargas* que convierten la energ#a eléctrica en otro tipo de energ#a como puede pue de ser ser++ ene energ# rg#a a cal calor# or#fica fica )re )resis sistenc tencias ias*, *, lum lumino inosa sa )lá )lámpa mparas* ras*,, mec mecánic ánica a )mo )motor tores* es*,, magnética )electroimanes*, campo eléctrico )capacitores*! Clasificación de las cargas
1. Comportamiento electrotécnico 1.1. Carga resistiva
Convierte la energ#a eléctrica en calor#fica! %s frecuente que al hablar de una resistencia la relacionemos con la (ecuación 1), en la cual se lee que la resistencia depende de la tensión y de la corriente! Como expresión matemática es cierta, pero como concepto puede estar le&os
de la realidad, ya que la resistencia depende principalmente del material y de sus caracter#sticas f#sicas (ecuación 3). a corriente s# depende de la tensión y de la corriente (ecuación 2). -l aplicar una tensión alterna sinusoidal, se tendrá una corriente en fase con la tensión )parte del mismo punto y llega al mismo punto al mismo tiempo*! a potencia que sale de la fuente se obtiene con el producto de la tensión ).* y la corriente )/*, misma que es transformada por la resistencia en calor o en traba&o! 'onde
)(*
es
la
potencia que la carga convierte en calor o traba&o y )$* la potencia que sale de la fuente, que para esta carga resistiva ambas potencias son iguales, de ah# el factor de potencia!
1.2. Carga capacitiva
a potencia que toma la carga en el primer medio ciclo de la fuente de corriente alterna la convierte en campo eléctrico, que en el siguiente medio ciclo regresa la potencia a la fuente! %s decir, que el capacitor se carga y descarga )tom a potencia de la fuente, la usa y la regresa, pero no la consume*!
%n este caso no se habla de una resistencia )0*, sino de una reactancia capacitiva )1c*, la cual depende de sus caracter#sticas f#sicas y de la frecuencia )ec! 2 y 3*! a corriente depende de la tensión ).* y de la reactancia capacitiva )1c* )ec! 4*, pero no se podr#a decir que la reactancia depende de la tensión y de la corriente )ec! 5*! $i se eleva la tensión de ésta, también se eleva la reactancia y permanece constante!
a carga toma una potencia aparente )$*
de la fuente, para consumirla, pero que posteriormente la regresa )6*, como potencia reactiva a la fuente, de tal forma que la carga no consume nada )(78*! %ntonces al dueo, y a la fuente, no le conviene que la potencia se use y no se consuma y esté via&ando de ida y vuelta, desde la fuente hasta la carga, originando pérdidas en los conductores y transformadores!
1.3. Carga inductiva
a potencia, que toma la carga en el primer medio ciclo de la fuente de corriente alterna, la convierte en campo magnético variable que, de acuerdo con las leyes de 9araday y enz, producen una tensión en la bobina que se opone a la fuente que la produce! 'e tal forma que en el siguiente medio ciclo regresa la potencia a la fuente! -l igual que en e l capacitor, la inductancia )bobina* toma potencia de la fuente, la usa y posteriormente la regresa y no la consume! %n este caso, en lugar de la resistencia )0*, se tiene una reactancia inductiva )1l*, la cual depende del n:mero de espiras )*, de la frecuencia )f* y del flu&o )* )ec! <8 y <<*! a corriente depende de la tensión ).* y de la reactancia inductiva )1l* )ec! <=*, pero no se podr#a decir que la reactancia depende de la tensión y de la corriente )ec! >*, pues si se eleva la tensión, la corriente también se eleva y la reactancia permanece constante! 'e la misma manera que una carga
capacitiva, la carga inductiva toma una potencia aparente )$* de la fuente, aparentemente para consumirla, pero que posteriormente la regresa )6*, como potencia reactiva a la fuente, desplazada <38? con respecto a la potencia reactiva capacitiva! 1.4
Carga
mixta
as cargas, desde el punto de vista electrotécnico, pueden estar formadas por la combinación
de elementos resistivos, capacitivos e inductivos! Como sucede en un motor, se puede representar como la combinación de un elemento resistivo y un elemento inductivo! %n este caso se tiene una impedancia )@* formada por 0 y
1l, ba&o este modelo la corriente depende de la tensión y la impedancia! %n este caso la corriente se atrasa a un ángulo )*, dando origen a las potencias+ aparente )$*, real )(* y reactiva )6*! %n las cargas resistivas, capacitivas e inductivas se ha presentado la ecuación del factor de potencia )fp*! "sta generalmente se define como el coseno del ángulo que hay entre la tensión y la corriente, que en muchos de los casos para la práctica no se puede analizar su significado! %s más conveniente expresarlo como la relación entre ( y $, y no dir#a que tan grande es la potencia real )A* con respecto a la potencia aparente ).-*! o ideal ser#a que toda la potencia utilizada se consuma, teniendo un factor de potencia igual a
todos los elementos necesarios para transportar la energ#a eléctrica se disean con base en la potencia aparente )$*! 'e tal forma que una carga con un factor de potencia de 58 por ciento representa que la potencia activa o real es del 58 por ciento con respecto a la aparente, y sólo se paga la energ#a y potencia real )B y Ah*, y se utiliza el ciento por ciento )potencia aparente*! (or esta razón la compa#a suministradora pone un l#mite y da un costo por cada iloBattDhora, referido a un factor de potencia de >8 por ciento! $i se tiene un factor de potencia mayor, se genera una bonificación, y si se tiene un factor de potencia menor, se tendrá una penalización!
2. Comportamiento de la forma de onda de la corriente con respecto a la forma de onda de la tensión 2.1. Cargas lineales
Cualquier carga descrita
en el punto < )resistiva, capacitiva, inductiva o mixta* conectada a una fuente de tensión alterna! a corriente que se origina tiene la misma forma de onda que la tensión, y para cualquier valor de tensión le corresponde un valor de corriente, cuya relación ).iD/i* es constante, por lo que a este tipo de cargas se les conoce como cargas lineales! 2.2. Cargas no lineales
$i entre la fuente
de tensión alterna y la carga se interpone un dispositivo eléctrico )diodo, $C0, Eriac* que controle el paso de corriente originaria y ésta no tuviera la misma forma de onda que la tensión y, además, no se garantiza que la relación, para cualquier valor instantáneo ).iD/i*, fuera constante, en el ciclo positivo, en el caso de tener un diodo, la tensión y la corriente tendr#an la misma forma de onda, pero en la parte negativa habr#a tensión y no corriente! $e tienen $C0 o
Eriac cuando se controla el ángulo en el que el dispositivo de&a pasar la corriente! a forma de onda de la corriente tendrá una forma que dista a la de tensión, y la relación ).iD/i* no proporcionará un valor constante! $i en un circuito se tienen
conectadas cargas lineales y no lineales, donde la corriente total es la suma de cada una, la corriente total tendrá una forma distorsionada! -l tener una corriente con una forma de onda no sinusoidal, el matemático Foseph 9ourier demuestra que esta onda se puede descomponer, y una onda sinusoidal con frecuencia igual a la que tiene la tensión )fundamental f8* más GnH formas de ondas sinusoidales con frecuencias m:ltiplos de la fundamental, se les llama armónicas!
as cargas no lineales originan armónicas que afectan
principalmente a la instalación y a las cargas que se encuentran cerca de ellas; en muy poca medida, a los transformadores y generadores de la empresa suministradora! (or ende, se dice que las armónicas son generadas y afectadas por las cargas! 3.
De
acuerdo
con
la
potencia
tensión
'ependiendo del comportamiento de la corriente ante una variación de tensión, las cargas son de impedancia constante o de potencia constante! 3.1.
Cargas
de
impedancia
constante
%n este tipo de cargas la relación .D/ se mantiene constante, de tal forma que si var#a la tensión, también lo harán la corriente y la potencia en la misma proporción ).- o A*! Un e&emplo de este tipo de cargas es una resistencia, si se incrementa la tensión, se incrementa la corriente, as# como la potencia! %&emplo+ 07<88 ohm, .<7<=8 ., /7 <=8D<887 A! CARACTERÍSTICAS
TENSIÓN CON RESPECTO A LA NOMINAL
FRECUENCIA CON RESPECTO A LA NOMINAL
110%
90%
105%
95%
Par motor (T)
Aumeta !1
"#$m#ue 19
"#$m#ue 10
Aumeta 11
&e'o#a a$#r*#a
Aumeta 1
"#$m#ue 1+5
Aumeta 5
"#$m#ue 5
E,##e#a a -'ea ar.a
Aumeta / -uto$ %
"#$m#ue !
L#.ero aumeto
L#.era #$m#u#*
Fator e -ote#a a -'ea ar.a
"#$m#ue / -uto$ %
Aumeta1 -uto %
L#.ero aumeto
L#.era #$m#u#*
Corr#ete arra2ue
Aumeta 101!
"#$m#ue 101!
"#$m#ue 5 -uto$ %
Aumeta 5
Corr#ete om#a'
"#$m#ue
Aumeta 10 -uto$ %
L#.era #$m#u#*
L#.ero aumeto
E,eto$ e 'a 3ar#a#* e te$#* ,reue#a e motore$ tr#,4$#o$ e orr#ete a'tera
3.2. Cargas de potencia constante
Lay cargas que requieren una potencia constante, como en el caso de un motor que tiene en la flecha un peso para mover! $i la tensión nominal disminuye un <8 por ciento, la corriente
aumentará el mismo porcenta&e con el fin de mantener la potencia necesaria para mover el peso! $i la tensión aumenta un <8 por ciento, la corriente disminuye a 4! %n este caso la corriente no disminuyó en la misma proporción que la tensión! %sto se debe a que las bobinas del motor son de impedancia constante, y al aumentar la tensión, las pérdidas en los devanados también lo hicieron!
