Definición resistencia ohmica y
f . Se denomina resistencia óhmica a aquellas resistencias que, a cualquier temperatura dentro de su rango de operación, mantienen una resistencia constante .
Descripción Ampliada Según el material utilizado en su elaboración, una resistencia puede operar dentro de un rango determinado de temperatura. La elección del material depende fundamentalmente de la aplicación que se destine. Las usadas en electrónica, por ejemplo, difícilmente toleran temperaturas más allá de los 80 °C. Otro tipo de resistencias, como las que se utilizan en tostadores u hornos eléctricos operan como mínimo a 600 °C, y (dependiendo siempre del material) llegan a operar 1 200 ó hasta 1400 °C. En una resistencia óhmica, la gráfica de corriente vs. tensión es una recta. La pendiente de esa recta es el valor óhmico de la resistencia. Por lo general, las resistencias óhmicas operan dentro de un rango de temperatura bastante limitado. Las resistencias para electrónica son resistencias óhmicas, por citar un ejemplo. Su coeficiente de temperatura es reducido, y esto, aunado a un coeficiente de temperatura bajo, permite que su resistencia se mantenga esencialmente constante, independientemente de la temperatura a la que trabaje.
Glosario de Eléctrico Un
Aislante
material aislante es aquel que, debido a que los electrones de sus átomos están fuertemente unidos a sus núcleos, prácticamente NO permite sus desplazamientos y, p or lo tanto, tampoco el p aso de la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de t ensión entre dos puntos del mismo.
Amperio
Unidad
de medida de la c orriente eléctrica, que debe su nombre al físico francés André Marie Ampere, y representa el número de cargas (coulombs) por segundo que pasan por u n punto de un material conductor. (1Amperio = 1 coulomb/segundo ).
Alta Tensión
Tensiones
Arco Electrico
Es una especie de descarga eléctrica de alta int ensidad, la cual se forma entre dos electrodos en presencia de un gas a baja presión o al aire libre.
Bobina
Arrollamiento de un cable conductor alrededor de un cilindro sólido o hueco, con l o cual y debido a la especial geometría obtiene importantes características mágneticas.
Cable coaxial
Cable formado por un alambre aislado r odeado de una malla trenzada y con una cubierta exteri or de protección. Con multitud de usos, l a transmisión de T v y datos entre otros.
Corriente Eléctrica
Es el flujo de electricidad que pasa por u n material conductor; sienedo su unidad de medida el amperio. y se representan por la letra I.
Conductor:
Elementos metálicos, generalmente cobre o aluminio, p ermeables al paso de la corriente eléctrica y que, por lo tanto, cumplen la función de transportar la energía de un extremo al otro del cable. Material que opone mínima resistencia ante una corriente eléctrica.
Corriente
Movimiento de electricidad por un conductor. Es el flujo de electrones a tr avés de un conductor. Su intensidad se mide en Amperios (A).
Disyuntor
Interruptor automático por corriente difer encial. Se emplea como dispositivo de protección contra los contactos indirectos, asociado a la puesta a ti erra de las masas de las instalaciones eléctricas..
Energía
Capacidad de los cuerpos o conjunto de éstos para efectuar un t rabajo. Todo cuerpo material que pasa de un estado a otro produce fenómenos físic os que no son otra cosa que manifestaciones de alguna transformación de la energía. Capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. La energía eléctrica se m ide en kilowatioshora (kW/h).
Energía solar
Energía producida mediante el efecto del sol sobre una placa solar. Se usa principalmente en h ogares para calentar agua y para calefacción, y c omo fuente de electricidad, en el caso de aprovechamiento
nominales superiores a 1 Kv, 1.000 voltios
fotovoltaico. Generador Hercio Hz:
Dispositivo electromecánico utilizado para convertir energía mecánica en energía eléctrica p or medio de la inducción electr omagnética. Un
hercio o hertz es la unidad de la frecuencia en las corrientes alternas y en la teoría de las ondas. Es igual a un ciclo por segundo.
Inducción
La inducción electromagnética es la producción de una diferencia e potencia eléctrico (o voltaje) a lo largo de un conductor situado en un campo m agnético cambiante. Es la causa fundamental del funcionamiento de los generadores, motores eléctricos, y l a mayoría de las demás maquinas eléctricas.
Interruptor
Aparato o sistema de poder de corte, d estinado a efectuar la apertura y/o cierre de un circuito eléctrico. Puede ser unipolar, bipolar, tripolar o tetrapolar.
Kilowatio
Es un múltiplo de la unidad de m edida de la potencia eléctrica y representa 1.000 w atios.
Lámpara incandescente:
Fuente de luz, cuyo funcionamiento se basa en el principio de la incandescencia, mediante electricidad aplicada a una resistencia o filamento m etálico.
Luminaria
Aparato que sirve para repartir, filtrar o transformar la luz de las lámparas, y que incluye todas las piezas necesarias para fijar y proteger l as lámparas y para conectarlas circuito de alim entación.
Motor eléctrico
Aparato que permite la transformación de energía eléctrica en energía mecánica, esto se logra, mediante la rotación de un campo m agnético alrededor de unas espiras o bobinado. Unidad
de medida de la Resistencia El éctrica. Equivale a la resistencia al paso de electricidad que produce un material por el cual circula un flujo de corriente de un amperio, cuando está sometido a una diferencia de potencial de un voltio.
Ohmio Potencia
Es el trabajo o transferencia de energía realizada en la unidad de tiempo. Se mide en Watios (W)
Potencia reactiva
Es la que los campos magnéticos de los m otores, de los reactores ó balastos de ilum inación etc. intercambian con la red sin significar un consumo de potencia activa en forma directa.
Punto neutro
Es el punto de un sistem a polifásico que en las condiciones de funcionamiento previstas, presenta la misma diferencia de potencial, con relación a c ada uno de los polos o fases del sistem a.
Resistencia
Cualidad de un material de oponerse al paso d e una corriente eléctrica. La resistencia depende de la longitud del conductor,su material, de su sección y d e la temperatura del mismo.
Resistencia de tierra
Relación entre la tensión que alcanza con respecto a un punt o a potencial cero, una instalación de Puesta a Tierra y la corriente que la recorre.
Tensión
Potencial eléctrico de un cuerpo. La diferencia d e tensión entre dos puntos produce la circul ación de corriente eléctrica cuando existe un conductor que los vincula. S e mide en Volt (V), y vulgarmente se la suele llamar voltaje.
Tensión nominal
Valor convencional de la tensión con la que se denomina un sistema o instalación y para l os que ha sido previsto su funcionamiento y aislamiento.
Transformador
Dispositivo utilizado para elevar o r educir el voltaje. Está formado por d os bobinas acopladas magnéticamente entre sí, más sus conexiones de entrada y salid a.
Voltio ( V )
El voltio se define como l a diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente de un amperio utiliza un Watio de p otencia. Unidad del Sistema Int ernacional.
Vatio ( W )
Es la unidad que mide potencia. S e abrevia W y su nombre se debe al físico inglés James Watt.
LA LEY DE OHM La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:
1. 2.
Tensión o voltaje "E", en volt (V). Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A).
3. Resistencia "R" en ohm (
) de la carga o consumidor conectado al circuito.
Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica"R" y la.circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.
Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia v aría, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de l a tensión o voltaje se mantenga constante. Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o v oltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el v oltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.
Postulado
general de la Ley de Ohm
El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado , es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado , e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.
FÓRMULA MATEMÁTICA GENERAL DE REPRESENTACIÓN DE LA LEY DE OHM
Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm:
VARI ANTE PRÁCT ICA:
Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de fórmulas matemáticas pueden realizar también los cálculos de tensión, corriente y resistencia correspondientes a la Ley de Ohm, de una forma
más fácil utilizando el siguiente recurso práctico:
Con esta variante sólo será necesario tapar con un dedo la letra que representa el valor de la incógnita que queremos conocer y de inmediato quedará indicada con las otras dos letras cuál es la operación matemática que será necesario realizar.
QUÉ ES LA POTENCIA ELÉ CTRICA
CONCEPTO DE ENERGÍA
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de ³energía´, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo. Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una m aquinaria. De acuerdo con la definición de la física, ³la energía ni se crea ni se destruye, se transforma´. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado. La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en ³ joule´ y se representa con la letra ³J´. POTENCIA ELÉCTRICA
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra ³P´. Un
J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. La unidad de medida de la potencia eléctrica ³P´ es el ³watt´, y se representa con la letra ³W´.
O DE LA POTENCIA DE U NA CARGA ACTIVA (RESISTIVA) CÁLC UL La forma más simple de calcular la potencia que consum e una carga activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en volt (V) aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre, expresada en am per. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula:
(Fórmula 1)
El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico monofásico de corriente directa o de corriente alterna estará dado en watt (W). Por tanto, si sustituimos la ³ P´ que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la ³W´ de watt, tenemos también que: P = W, por tanto,
Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente ( I ) que fluye por un circuito conociendo la potencia en watt que posee el dispositivo que tiene conectado y la tensión o voltaje aplicada, podemos despejar la fórmula anterior de la siguiente forma y realizar la operación matemática correspondiente:
(Fórmula 2)
Si observamos la fórmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o di sminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se representa a continuación. 1 watt = 1 volt · 1 ampere
Veamos, por ejemplo, cuál será la potencia o consumo en watt de una bombilla conectada a una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 volt, si la corriente que circula por el circuito de la bombilla es de 0,45 ampere. Sustituyendo los valores en la fórmula 1 tenemos: P=V·I
P = 220 · 0,45 P = 100 watt
Es decir, la potencia de consumo de la bombilla será de 100 W . De igual forma, si queremos hallar la intensidad de la corriente que fluye por l a bombilla conociendo su potencia y la tensión o voltaje aplicada al circuito, podemos utilizar la fórmula 2, que vimos al principio. Si realizamos la operación utilizando los mi smos datos del ejemplo anterior, tendremos:
De acuerdo con esta fórmula, mientras mayor sea la potencia de un dispositivo o equipo eléctrico conectado a un circuito consumiendo energía eléctrica, mayor será la intensidad de corriente que fluye por dicho circuito, siempre y cuando el valor del v oltaje o tensión se mantenga constante. La unidad de consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt-hora (vatio-hora), o en kilowatt-hora (kW-h) para medir miles de watt. Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y el hogar, en lugar de facturar el consumo en watt-hora, lo hacen en kilowatt- hora (kW-h). Si, por ejemplo, tenemos encendidas en nuestra casa dos lámparas de 500 watt durante una hora, el reloj registrador del consumo eléctrico registrará 1 kW-h consumido en ese período de tiempo, que se sumará a la cifra del consumo anterior. Una
bombilla de 40 W consume o gasta menos energía que otra de 100 W. Por eso, mientras más equipos conectemos a la red eléctrica, mayor será el consumo y m ás dinero habrá que abonar después a la empresa de servicios a la que contratamos la prestación del suministro de energía eléctrica. Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se pueden utilizar, indistintamente, una de las dos fórmulas que aparecen a continuación:
En el primer caso, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor de la i ntensidad de
corriente en ampere (A) que fluye por el circuito, multiplicando a continuación ese resultado por el valor de la resistencia en ohm (
) que posee la carga o consumidor conectado al propio circuito.
En el segundo caso obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del voltaje de la red eléctrica y dividiéndolo a continuación por el valor en ohm ( conectada.
) que posee la resistencia de la carga
P laca
colocada al costado de un motor monofásico de corriente alterna, donde aparece, entre otros
El consumo en watt (W) o kilowatt ( kW) de cualquier carga, ya sea ésta una resistencia o un consumidor cualquiera de corriente conectado a un circuito eléctrico, como pudieran ser motores, calentadores, equipos de aire acondicionado, televisores u otro dispositivo similar, en la mayoría de los casos se puede conocer leyéndolo directamente en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.
O DE LA POTENCIA DE CARGAS REACTIVAS (IND U CTIVAS) CÁLC UL Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es necesario tener en cuenta también el valor del factor de potencia o coseno de ³phi´ (Cos ) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir, consumidores de energía eléctrica que para funcionar utilizan una o más bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con l os motores. Las resistencias puras, como la de las bombillas de alumbrado incandescente y halógena, y los calentadores eléctricos que emplean resistencia de alambre nicromo (NiCr), tienen carga activa o resistiva y su factor de potencia es igual a ³1´, que es el valor considerado ideal para un circuito eléctrico; por tanto ese valor no se toma en cuenta a la hora de calcular la potencia de consumo de esos dispositivos. Sin embargo, las cargas reactivas o inductivas, como la que poseen los motores eléctricos, tienen un factor de potencia menor que ³1´ (generalmente su valor varía entre 0,85 y 0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo del equipo en cuestión y de la red de suministro eléctrico varía cuando el factor se aleja mucho de l a unidad, traduciéndose en un mayor gasto de energía y en un mayor desembolso económico. No obstante, tanto las industrias que tiene muchos motores eléctricos de corriente alterna trabajando, así como las centrales eléctricas, tratan siempre que el valor del factor de potencia, llamado también coseno de ³fi´ (Cos ), se acerque lo más posible a la unidad en los equipos que consumen carga eléctrica reactiva. Normalmente el valor correspondiente al factor de potencia viene señalado en una placa m etálica junto con otras características del equipo. En los motores eléctricos esa placa se encuentra situada generalmente en uno de los costados, donde aparecen también otros datos de importancia, como el
consumo eléctrico en watt (W), voltaje de trabajo en volt ( V), frecuencia de la corriente en hertz (Hz), amperaje de trabajo en ampere (A), si es monofásico o trifásico y las revoluciones por minuto -1 (rpm o min ) que desarrolla. La fórmula para hallar la potencia de los equipos que t rabajan con corriente alterna monofásica, teniendo en cuenta su factor de potencia o Cos es la siguiente:
De donde: P .- Potencia en watt (W) V .- Voltaje o tensión aplicado en volt (V) I .- Valor de la corriente en amper (A) Cos .- Coseno de "fi" (phi) o factor de potencia (menor que "1")
Si queremos conocer la potencia que desarrolla un motor eléctrico monofásico, cuyo consumo de corriente es de 10,4 amper (A), posee un factor de potencia o Cos = 0,96 y está conectado a una red eléctrica de corriente alterna también monofásica, de 220 volt (V), sustituyendo estos valores en la fórmula anterior tendremos: P
= 220 10,4 0,96 = 2196,48 watt
Como vemos, la potencia de ese motor eléctrico será de 2 196,48 watt. Si convertimos a continuación los watt obtenidos como resultado en kilowatt dividiendo esa cifra entre 1 000, tendremos: 2196,48 ÷ 1000 = 2,2 kW aproximadamente.
Múltiplos y submúltiplos de la potencia en watt Múltiplos kilowatt (kW)
3
= 10 watt = 1 000 watt kilowatt-hora (kW-h) ± Trabajo realizado por mil watt de potencia en una hora. Un kW-h es igual a 1 000 watt x 3 600 segundos, o sea, 3 600 000 joule (J). Submúltiplos -3
miliwatt (mW) = 10 watt = 0,001 watt -6 microwatt ( W) = 10 watt = 0,000 001 watt Caballo de fuer za (HP) o caballo de Vapor (C.V.)
Los países anglosajones utilizan como unidad de medida de l a potencia el caballo de vapor (C.V.) o Horse Power (H.P.) (caballo de fuerza). 1 H.P. (o C.V.) = 736 watt = 0,736 kW 1 kW = 1 / 0,736 H.P. = 1,36 H.P.
DIFERENTES TIPOS DE RESISTENCIAS De acuerdo con la Ley de Ohm, para que exista un circuito eléctrico cerrado tiene que existir: 1.- una fuente de fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de potencial, es decir, una tensión o voltaje (V) aplicado al circuito; 2.- el flujo de una intensidad de corriente ( I ) fluyendo por dicho circuito; 3.- una carga, consumidor o resistencia conectada al mismo. Sin embargo, un circuito eléctrico puede contener uno o v arios tipos diferentes de resistencias conectadas, entre las que se encuentran:
Resistencia activa (R) Reactancia inductiva o inductancia (XL) Reactancia capacitiva o capacitancia (XC)
Resistencia activa (R)
Es la oposición que ofrecen las bombillas incandescentes y halógenas, los calentadores eléctricos con resistencia de alambre nicromo, las resistencias de carbón de los circuitos electrónicos, etc, al flujo de la corriente eléctrica por un circuito cerrado cualquiera. La resistencia activa representa lo que se denomina una ³carga resistiva´. S ecador
eléctrico manual para el pelo. En su interior se. puede observar una resistencia activa ( R) de alambre.nicromo, que hace función de elemento calefactor.
Reactancia inductiva (XL)
La reactancia inductiva 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 m otores eléctricos, transformadores de tensión o voltaje y otros dispositivos. Esta reactancia representa una ³carga inductiva´ para el circuito de corriente alterna donde se encuentra conectada. Los
motores de corriente alterna constituyen cargas inductivas cuando funcionan conectados a un circuito eléctrico.
Reactancia capacitiva (XC)
La reactancia capacitiva es la oposición o resistencia que ofrecen al flujo de la corriente eléctrica los capacitores o condensadores. Esta reactancia representa una ³carga capacitiva´ para el circuito de corriente alterna donde se encuentra conectada. En la foto de la derecha podemos ver varios capacitores (o condensadores) y filtros conectados en la placa de un circuito electrónico en función de cargas capacitivas
DESFASAJE DE LA CORRIENTE ALTERNA Intensidad de la corriente en fase con el voltaje
La corriente ( I ) que fluye por un circuito eléctrico de corriente alterna, así como la tensión o voltaje (V) aplicado al mismo, se puede representar gráficamente por medio de dos sinusoides, que sirven para m ostrar cada una de las magnitudes. Para un circuito cerrado con una carga resistiva conectada al mismo, tanto la sinusoide de la corriente como la del v oltaje aplicado al circuito, coincidirán tanto en fase como en frecuencia. En un circuito con carga resistiva, las sinusoides de.intensidad "I" y voltaje "V" de la corriente alterna, coinciden.en fase y frecuencia.
Intensidad de la corriente atrasada con relación al voltaje
Cuando la carga conectada en el circuito de corriente alterna es inductiva, como la de los motores y transformadores, por ejemplo, la sinusoide de la corriente ( I ) se atrasa o desfasa en relación c on la tensión o voltaje (V). Es decir, cuando el voltaje ya ha alcanzado un cierto valor en la sinusoide, superior a ³0´ volt, en ese preciso instante y con cierto retraso la intensidad de la corriente comienza a incrementar su valor, a partir de ³0´ ampere. En un circuito de corriente alterna con carga inductiva, la.sinusoide "I" de la intensidad de la corriente, se atrasa con.respecto a la sinusoide "V" de la tensión o voltaje . Tal como se puede observar en las coordenadas de la figura, cuando la sinusoide del voltaje alcanza su valor máximo de 90º, en ese mismo momento y con 90º de retraso con respecto a éste, comienza a crecer el valor de la sinusoide de la intensidad, partiendo de 0º.
Intensidad de la corriente adelantada con relación al voltaje
Si lo que se conecta al circuito de corriente alterna es una carga capacitiva, como un capacitor o condensador, por ejemplo, entonces ocurrirá todo lo contrario al caso anterior, es decir, la sinusoide que representa la intensidad "I" de la corriente se desfasará ahora también, pero en esta ocasión en sentido contrario, es decir, adelantándose a la tensión o v oltaje. Por tanto, en este caso cuando la corriente alcanza un cierto valor en la sinusoide, superior a ³0´ ampere, entonces en ese m omento el voltaje comienza a aumentar su valor partiendo de ³0´ volt. En un circuito de corriente alterna con carga capacitiva, la.sinusoide de la intensidad "I" de la corriente alterna, se
intensidad alcanza su valor máximo de 90º, en ese mismo momento y con 90º de retraso con respecto a ésta, comienza a crecer el valor de la sinusoide del voltaje, a partir de 0º.
DIFERENTES TIPOS DE POTENCIAS Del mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo eléctrico cualquiera en la corriente (I) que fluye por un circuito, en relación con el voltaje o tensión (V), así será el factor de potencia o Cos que tenga dicho equipo. En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencias eléctricas diferentes:
Potencia activa (P) (resistiva) Potencia reactiva (Q) (inductiva) Potencia aparente (S) (total)
Potencia activa o resistiva ( P)
Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de c orriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt (W). Los múltiplos más utilizados del watt son: el kilowatt (kW) y el megawatt ( MW) y los submúltiplos, el miliwatt (mW) y el microwatt ( W). La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna es la siguiente:
De donde: P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W) I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A) Cos = Valor del factor de potencia o coseno de ³fi´
(En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre igual a ³1´, mientras que en los que poseen carga i nductiva ese valor será siempre menor de ³1´).
Potencia reactiva o inductiva (Q)
Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que posea
bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo consumen la potencia activa que suministra la fuente deFEM, sino también potencia reactiva. La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La unidad de m edida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR). La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente:
De donde:
Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR) S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)
Potencia aparente o total (S)
La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico es potencia activa (P). La potencia aparente se representa con la letra ³S´ y su unidad de medida es el v olt-ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es l a siguiente:
De donde:
S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) V = Voltaje de la corriente, expresado en volt I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A) La potencia activa, por ejemplo, es la que proporciona realmente el eje de un motor eléctrico cuando le está transmitiendo su fuerza a otro dispositivo mecánico para hacerlo funcionar.
Midamos en ese caso con un v oltímetro la tensión o voltaje (V) que llega hasta los bornes del motor y seguidamente, por medio de un amperímetro, la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito eléctrico de ese m otor. A continuación multipliquemos las cifras de los dos v alores obtenidos y el resultado de la operación será el v alor de la potencia aparente (S), expresada en volt-ampere (VA) que desarrolla dicho motor y no precisamente su potencia activa (P) en watt (W). La cifra que se obtiene de l a operación matemática de hallar el valor de la potencia aparente (S) que desarrolla un dispositivo será siempre superior a la que corresponde a la potencia activa (P), porque al realizar esa operación matemática no se está tomando en cuenta el v alor del factor de potencia o coseno de ³fi´ (Cos ).
FACTOR DE POTENCIA (I) Triángulo de potencias El llamado triángulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de ³fi´ ( Cos ) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna.
Como se podrá observar en el triángulo de la ilustración, el factor de potencia o coseno de ³fi´ (Cos ) representa el valor del ángulo que se f orma al representar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puede representar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:
El resultado de esta operación será ³1´ o un número fraccionario menor que ³1´ en dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico. Ese número responde al valor de la función trigonométrica ³coseno´, equivalente a los grados del ángulo que se forma entre las potencias (P) y (S). Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un decimal menor que ³1´ (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor de potencia correspondiente al defasaje en grados existente entre la intensidad de la c orriente eléctrica y la tensión o voltaje en el circuito de corriente alterna.
Lo ideal sería que el resultado fuera siempre igual a ³1´, pues así habría una mejor optimización y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría menos pérdida de energía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en l os generadores que producen esa energía. En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es ³1´, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no existe desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión o voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fracción decimal menor que ³1´ (como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cos = 0,95 , por ejemplo, será mucho más eficiente que otro que posea un Cos = 0,85 .
FACTOR DE POTENCIA (II) Valor correspondiente a la función trigonométrica ³coseno´ de diferentes ángulos agudos
Ángulo agudo
Función ³coseno´
15º
0,97
30º
0,87
45º
0,71
60º
0,50
75º
0,26
El dato del factor de potencia de c ada motor es un valor fijo, que aparece generalmente indicado en una placa metálica pegada a su cuerpo o carcasa, donde se muestran también otros datos de interés, como su tensión o voltaje de trabajo en v olt (V), intensidad de la corriente de trabajo en amper (A) y su consumo de energía eléctrica en watt (W) o kilowatt ( kW). Ya vimos anteriormente que la potencia de un motor eléctrico o de cualquier otro dispositivo que contenga bobinas o enrollados se puede calcular empleando la siguiente f órmula matemática:
El resultado de esta operación matemática estará dada siempre en watt (W), por lo que para convertir
en kilowatt (kW) el valor obtenido, será necesario dividir primero la cifra resultante entre 1000. Por otra parte, como el valor de ( P) viene dado en watt, sustituyendo (P) en la fórmula anterior podemos decir también que:
, por tanto
De donde:
W = Potencia de consumo del dispositivo o equipo en watt V = Tensión o voltaje aplicado al circuito I = Valor del flujo de corriente que fluye por el circuito en amper (A) Cos = Factor de potencia que aparece señalado en la placa del dispositivo o equipo
Si conocemos la potencia en watt de un dispositivo o equipo, su voltaje de trabajo y su factor de potencia, y quisiéramos hallar cuántos ampere (A) de corriente fluyen por el circuito (digamos, por ejemplo, en el caso de un m otor), despejando (I) en la fórmula anterior tendremos:
El resultado de esa operación lo obtendremos directamente en ampere (A). En caso que el valor de l a potencia esté dada en kilowatt (kW), podemos utilizar la misma fórmula, pero habrá que multiplicar la cifra correspondiente a los kilowatt por 1000 para convertirlos en watt:
El resultado de esta otra operación matemática será, igualmente, el valor de la corriente que fluye por el
circuito, en ampere (A). Habíamos visto también que una carga capacitiva (compuesta por condensadores o capacitores) conectada a un circuito eléctrico de corriente alterna provoca el adelantamiento de la sinusoide de intensidad de la corriente con relación a la sinusoide de l a tensión o voltaje. Esto produce un efecto de desfasaje entre ambas magnitudes eléctricas, pero ahora en sentido inverso al desfasaje que provocan las cargas inductivas.
Por tanto, cuando en la red de suministro eléctrico de una industria existen muchos motores y transformadores funcionando, y se quiere mejorar el factor de potencia, será necesario emplear bancos de capacitores dentro de la propia industria, conectados directamente a la red principal. En algunas empresas grandes se pueden encontrar también motores de corriente alterna del tipo "sincrónicos" funcionando al vacío, es decir, sin carga, para mejorar también el factor de potencia. Banco
de capacitores instalados en un circuito eléctrico de fuerza, con el fin de. mejorar el coseno de "fi" o factor de potencia en una instalación industrial.
De esa forma los capacitores, al actuar sobre la sinusoide de la corriente, produce el efecto contrario al de la inductancia, impidiendo que la corriente (I) se atrase mucho en relación c on el voltaje (V). Así se tratará de que las sinusoides se pongan en f ase y que el valor del factor de potencia se aproxime lo más posible a ³1´.
