INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS
Ingeniería Indusria! E!e"ri"idad Indusria! # Tra$a%&' PONCE DE LEÓN CEJA ALAN de 2015 Secuencia 3IM61 Boleta 200600!2" 200600!2" Me#a 2
Peri&d&( )ar*&+%u!i& ',-.
Contenido Pare - RESISTENCIA
/
Cara"erísi"as T0"ni"as Genera!es
/
Ti1&s De De Resisen"ias Resisen"ias
.
C&dig& De C&!&res Para Resisen"ias
2
Varia$!es
3
Resisen"ias A%usa$!es
-,
Le4 De O5)
-,
P&en"ia
--
As&"ia"i6n De Resisen"ias
-'
Resisen"ias En Serie
-'
Resisen"ias En Para!e!&
-7
Resisen"ias N& Linea!es
-/
Pare ' TRANSFORMADOR
-2
Fun"i&na)ien&
-2
Re!a"i6n de Trans8&r)a"i6n
-2
Prin"i1i& de 8un"i&na)ien&
-3
C&rriene de inrus5
-9
Trans8&r) Trans8&r)ad&r ad&r ri8:si"& ri8:si"&
-9
Pares
-9
Ti1&s de de rans8&r)ad&r rans8&r)ad&res es
'-
Seg;n sus a1!i"a"i&nes
'-
Seg;n su "&nsru""i6n
'/
Pare 7
'.
C&nsru""i6n
'.
Fun"i&na)ien& de una $&$ina
'=
Energía a!)a"enada
'=
En "ir"ui&s
'=
En "&rriene a!erna C&)1&ra)ien&s idea! 4 rea!
'2 '3
En "&rriene "&ninua
'3
En "&rriene a!erna
'3
Contenido Pare - RESISTENCIA
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Cara"erísi"as T0"ni"as Genera!es
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2
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Resisen"ias En Serie
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Pare ' TRANSFORMADOR
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Fun"i&na)ien&
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Re!a"i6n de Trans8&r)a"i6n
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Prin"i1i& de 8un"i&na)ien&
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C&rriene de inrus5
-9
Trans8&r) Trans8&r)ad&r ad&r ri8:si"& ri8:si"&
-9
Pares
-9
Ti1&s de de rans8&r)ad&r rans8&r)ad&res es
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Seg;n sus a1!i"a"i&nes
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Pare 7
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C&nsru""i6n
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Fun"i&na)ien& de una $&$ina
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Energía a!)a"enada
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En "&rriene "&ninua
'3
En "&rriene a!erna
'3
C&)1&ra)ien& a !a inerru1"i6n de! "ir"ui&
7,
An:!isis de ransi&ri&s
77
Pare / CAPACITORES
7/
Fun"i&na)ien&
7/
Energía a!)a"enada
7.
Carga 4 des"arga
7.
En "&rriene a!erna
7=
As&"ia"i&nes de "&ndensad&res
7=
C&ndensad&res >aria$!es
72
C&)1&ra)ien&s idea! 4 rea!
73
C&)1&ra)ien& en "&rriene "&ninua
73
C&)1&ra)ien& en "&rriene a!erna
73
Ti1&s de de die!0"ri"& ui!i*ad&s ui!i*ad&s en "&ndensad&res "&ndensad&res
/-
Us&s
//
Pare / POTENCIA CC Y CA
//
P&en"ia en "&rriene "&ninua
//
P&en"ia en "&rriene a!erna
/.
C&)1&nenes de !a inensidad
/=
P&en"ia a1arene
/=
P&en"ia a"i>a? P&en"ia )edia "&nsu)ida & 1&en"ia a$s&r$ida
/2
P&en"ia Rea"i>a Indu"i>a
/2
P&en"ia Rea"i>a Ca1a"ii>a
/3
P&en"ia de "argas rea"i>as e in+rea"i>as
/9
P&en"ia ri8:si"a
/9
Pare . LA GUERRA DE LAS CORRIENTES
.,
@is&ria
.,
C&rriene "&ninua 4 a!erna
.-
Tes!a Tes!a >s Edis&n Edis&n
.-
Pa$te 1 %ESIS&ENCIA Sabemos que desde el punto de vista de la corriente eléctrica existen básicamente dos tipos de materiales, materiales, en función función de la mayor mayor o menor facilidad facilidad con la que esta circula a través través de ellos: Conductores y aislantes
Se !!a)a Resisen"ia E!0"ri"a a !a &1&si"i6n ue &8re"e un )aeria! a! 1as& de !a "&rrieneB L&s "&)1&nenes ue en e!e"r6ni"a se e)1!ean 1ara ue "u)1!an esa )isi6n se den&)inan si)1!e)ene Resisen"iasB Se raa de un "&)1&nene 1asi>&? es de"ir n& genera inensidad ni ensi6n en un "ir"ui&? 1er& sus 1r&1iedades se a1!i"an 1ara "&nr&!ar una ensi6n & "&rriene e!0"ri"aB Su "&)1&ra)ien& "&)1&ra)ien& se rige 1&r !a !e4 de O5)B O'(?? 4 se re1resena 1&r !a !era ) La unidad de )edida de resisen"ia es e! O'(
Su valor lo conocemos por el código de colores, también puede ir impreso en cuerpo de la resistencia directamente. Una ve fabricadas su valor es fi!o. S"#$%&%S
Ca$acte$*#tica# &+cnica# ,ene$ale# A) Resis Resisten tencia cia nomin nominal. al.--
*s el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación.
U'"()(
B) Tolerancia.-
(iferencia entre las desviaciones superior e inferior. Se da en tanto por ciento. 'os da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor de la tolerancia es grande podemos decir que la resistencia es poco precisa, sin embargo cuando di c+o valor es ba!o la resistencia es más precisa. C) Potencia nominales.-
otencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir deterioro. &os valores normaliados más utiliados son: -/, -0, -1, -, 1, 0, 2, 3, -4 y 14 5.
&i-o# De %e#i#tencia# Fijas:
1 Aglomeradas
2–3 Pelícla de Car!"n o #et$lica
% Bo!inadas
1. Aglomeradas:
$arras compuestas de grafito y una resina aglomerante. &a resistencia var6a en función de la sección, longitud y resistividad de la mecla. 2. &e 'elícla de car!"n:
Se enrolla una tira de carbón sobre un soporte cil6ndrico cerámico.
3. &e 'elícla met$lica:
*l proceso de fabricación es el mismo que el anterior pero la tira es una pel6cula metálica. &os metales más utiliados son Cromo, #olibdeno, 5olframio y 7itanio. Son resistencias muy estables y fiables. 4. Bo!inadas:
7ienen enrolladas sobre un cilindro cerámico, un +ilo o cinta de una determinada resistividad. Se utilian las aleaciones de 'i8Cr8)l y para una mayor precisión las de 'i8Cr. (isipan grandes potencias. &os modelos más importantes son: Cementados, vitrificados y esmaltados .
4
&os valores normaliados para resistores de aglomerado, pel6cula de carbón y pel6cula metálica, +asta una potencia de 15 son los siguientes: 1
1(2
1(
Utiliando *!emplos:
1(*
un
2(2
factor
2(+
3(3
multiplicador
• -,/ x -4444 9 -/44 Ω = 1Κ8 ó 1,8 ΚΩ
3(,
%(+
comprendido
(
entre
(*
4,-
*(2
y
-444444.
• 3,3 x -4 9 Ω
•
;,/ x -444444 9 ;/44444 9 ;#/ ó ;,/ # Ω
Codi.o De Colo$e# Pa$a %e#i#tencia# *l valor en o+mios de las resistencias de propósito general se obtiene de interpretar un código de colores que estas llevan formando bandas alrededor de su cuerpo. Cada color representa un n
&a primera banda es el primer d6gito o cifra significativa del valor de la resistencia. &a segunda banda es el segundo d6gito o cifra significativa del valor de la resistencia. &a tercera banda corresponde al multiplicador de Cero.
&a cuarta banda representa la tolerancia del valor le6do de la resistencia. =ay resistencias de precisión que tienen una quinta banda. 7ambién, se pueden tener más bandas de acuerdo a ciertas indicaciones de uso, etc.
/i0alencias de los colores: 1a 2a Banda digito)
3a Banda
cira o
%a Banda tolerancia) mlti'licador de 4 )
Ne.$o
4
4
Ma$$/n
-
-
Rojo
1
1
1>
5aranja
>
Amarillo
0
0
0>
6erde
2
2
A7l
;
;
ioleta
3
8ris
/
Blanco
?
->
&orado
8-
2>
Plateado
81
-4>
9in color
14>
a$iale# Son resistencias que permiten que su valor se puede variar. Se dividen en otenciómetros y resistores a!ustables. 'ormalmente el terminal central corresponde al cursor o parte móvil del componente, mientras que entre los extremos se encuentra la resistencia. Potenci"metros:
Se utilian manipular la se@al que +ay en un circuito, a través de un e!e que generalmente comunica al exterior del gabinete Avolumen de u n equipo de m
otenciómetro de pel6cula de carbón
otenciómetro de +ilo
S6mbolos del potenciómetro
Potenci"metros #lti0elta:
*n algunas aplicaciones en las que se necesita una alt6sima precisión en el a!uste, no basta con la que ofrecen los otros tipos de potenciómetros. ara esas aplicaciones existen los potenciómetros #ultivuelta. *stán formados por un cilindro resistivo de cierta longitud sobre el que deslia longitudinalmente el cursor, movido por un +usillo o tornillo sin fin actuado por el mando exterior. racias a esta disposición se consigue que con cada vuelta la variación de la resistencia sea muy lenta, con lo que se logra una mayor precisión.
%e#i#tencia# Au#tale# Son resistencias que permiten ser calibradas para fi!ar alg
re8Set una vuelta
re8Set multivuelta
Le De O'( &a intensidad de corriente que circula por un circuito eléctrico, es directamente proporcional al volta!e o tensión aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece dic+o circuito al paso de la corriente eléctrica.
&as expresiones matemáticas que cumplen con esta definición son:
;6
6 ; . R
R;6<
(onde es la intensidad o corriente, 6 es la tensión y R la resistencia, siendo sus unidades las siguientes:
Am'er
A
ntensidad
6olt
6
Tension
=>m
Resistencia
&os m
#agnitd
?nidad
#@lti'los
#egao+m A#ΩB 9 -4 Ω R Resistencia
;
=>m
)
Diloo+m ADΩB 9 -4 Ω
9!m@lti'los
#iliamper Am)B9-4 ) ; ntensidad
#icroamper Au)B9-4
Am'er A)
) #ilivolt AmEB9-4 6 ; Tension
6olt 6)
#icrovolt AuEB9-4
E E
Potencia &a potencia se define como el producto entre la tensión aplicada a un circuito eléctrico y la intensidad que es absorbida por este. Su unidad de medida es el vatio, y se representa por la letra 5 A5attB. Am'er
A
ntensidad
6olt
6
Tension
Potencia
Resistencia
=>m
A
P;?. Si tenemos en cuenta sustituimos en la obtener las siguientes
?6 P
;
P4
√ PR
4%
además la ley de %=#, y expresión anterior, podemos fórmulas:
6;
%P
%I P4I
4%
P4I
R;
P; %I
4I VP
I
A#ociaci/n De %e#i#tencia# &as resistencias se pueden conectar entre s6, de manera que podemos obtener las siguientes asociaciones posibles: )sociación de resistencias en serie, asociación en paralelo ó bien asociaciones entre ambas, mixtas. ) continuación pasamos a detallar cada una de e llas.
%e#i#tencia# En Se$ie Cuando se tienen N resistencias conectadas en serie la resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias. *sto es:
RT; R1 R2 R3 ... R5 *!emplo de Fesistencias en Serie 7enemos una bater6a de 10E (C a cuyos terminales se conectan en Serie: una resistencia F- de -44 F, una resistencia F1 de -44 F, y una tercera resistencia F de 04 F. GCuál es la resistencia 7otal o equivalente que se le presenta a la bater6aH 7enemos que RT; R1 R2 R3 , por lo que reemplaando los valores tenemos: RT; -44I-44I04 9 104 F
*sto quiere decir que la resistencia 7otal o equivalente que la bater6a JveJ en sus terminales es de 104 F.
%e#i#tencia# En Pa$alelo &a resistencia total de N n
*!emplo de Fesistencia en paralelo: *n este caso tenemos una tensión de ?E y tres resistencias de -4D Ω conectadas en paralelo, para calcular su valor total sera: RT9 - A--4444 I --4444 I --4444B 9 A4,444- I 4,444- I 4,444- 9 4,444B K -4,444 9 3333(33
Cuando se tienen dos resistencias
=ay un tercer caso: Si se tienen U'"C)#*'7* dos resistencias y estas son "U)&*S, o sea del mismo valor ó+mico la forma de calcular el valor dado por ambas en paralelo es dividiendo del valor de una de ellas sobre 1. or e!emplo: si se tienen dos resistencias de -4 o+ms en paralelo se obtendrá una resistencia final de 2 %+ms: RT ; 14 < 2 ;
RT R- ' 6 RT R' '
%e#i#tencia# No Lineale# D&R &a resistencia de estos tipos de componentes var6a en función de la lu que recibe en su superficie. )s6, cuando están en oscuridad su resistencia es alta y cuando reciben lu su resistencia disminuye considerablemente. &os materiales que intervienen en su construcción son Sulfuro de Cadmio, utiliado como elemento sensible a las radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las &(F que traba!an en el margen de las radiaciones infrarro!as. *stos materiales se colocan en encapsulados de vidrio o resina. Su uso más com
S6mbolos de la &(F
)specto f6sico real de las fotocélulas o &(F
&as caracter6sticas técnicas se estudian teniendo en cuenta la variación de su resistencia en función de la lu que reciben en su superficie en lux.
5TC *s un componente, al igual que la 7C, que varia su resistencia en función de la temperatura. )s6, cuando reciben una temperatura mayor que la de ambiente disminuye su valor ó+mico y cuando es ba!a o de ambiente aumenta.
S6mbolo de la '7C
"dentificación por bandas de colores
)specto f6sico real de una '7C
Suelen construirse con óxido de +ierro, de cromo, de manganeso, de cobalto o de n6quel. *l encapsulado de este tipo de resistencia dependerá de la aplicación que se le vaya a dar. or ello nos encontramos '7C de disco, de varilla, moldeado, lente!a, con rosca para c+asis... &os fabricantes identifican los valores de las '7C mediante dos procedimientos: serigrafiado directo en el cuerpo de la resistencia, y mediante bandas de colores, seme!ante a las resistencias y siguiendo su mismo código, teniendo en cuenta que el primer color es el que está más cercano a las patillas del componente seg
PTC *n este componente un aumento de temperatura se corresponde con un aumento de resistencia. Se fabrican con titanato de bario. Sus aplicaciones más importantes son: en motores para evitar que se quemen sus bobinas, en alarmas, en 7E y en automóviles Atemperatura del aguaB. *l concepto de los encapsulados de las 7C se rige por los mismos criterios que una '7C, siendo sus aspectos muy parecidos a los mismos. Su curva caracter6stica se realia entre dos parámetros, la resistencia y la temperatura. &a identificación de los valores de estos dispositivos se realia mediante fran!as de colores en el cuerpo de los mismos que +acen referencia a un determinado tipo. ara deducir sus caracter6sticas se recurre a los catálogos de los fabricantes.
&os márgenes de utiliación de las '7C y 7C están limitados a valores de temperatura que no sobrepasan los 044LC.
S6mbolo de la 7C
"dentificación por banda de colores )specto f6sico real de una 7C
6&R &a propiedad que caracteria esta resistencia consiste en que disminuye su valor ó+mico cuando aumenta bruscamente la tensión. (e esta forma ba!o impulsos de tensión se comporta casi como un cortocircuito y cuando cesa el impulso posee una alta resistividad. Sus aplicaciones aprovec+an esta propiedad y se usan básicamente para proteger contactos móviles de contactores, reles, interruptores.., ya que la sobre intensidad que se produce en los accionamientos disipa su energ6a en el varistor que se encuentra en paralelo con ellos, evitando as6 el deterioro de los mismos, además, como protección contra sobre tensiones y estabiliación de tensiones, adaptación a aparatos de medida...
S6mbolo de la E(F
)specto f6sico real de una E(F
Se utilian en su construcción carburo de silicio, óxido de inc, y óxido de titanio.
•
Pa$te 2 &%ANS7O%MADO% Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. &a potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal Aesto es, sin pérdidasB, es igual a la que se obtiene a la salida. &as máquinas reales presentan un peque@o porcenta!e de pérdidas, dependiendo de su dise@o y tama@o, entre otros factores. *l transformador es un dispositivo que convierte la energ6a eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energ6a alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. *stá constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un n
7unciona(iento *ste elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuera electromotri alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flu!o magnético variable en el n
%elaci/n de &$an#8o$(aci/n &a relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada. &a relación entre la fuera electromotri inductora A 'B, la aplicada al devanado primario y la fuera electromotri inducida A sB, la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al n
&a relaci"n de transormaci"n m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los n
(ónde: A6'B es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, A 6sB es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, A 'B es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e A sB es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.
*sta particularidad se utilia en la red de transporte de energ6a eléctrica : al poder efectuar el transporte a altas tensiones y peque@as intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Noule y se minimia el costo de los conductores. )s6, si el n
*l producto de la diferencia de potencial por la intensidad ApotenciaB debe ser constante, con lo que en el caso del e!emplo, si la intensidad circulante por el primario es de -4 amperios, la del secundario será de solo 4,- amperios Auna centésima parteB.
P$inci-io de 8unciona(iento *l principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teor6a del electromagnetismo resumida en las ecuaciones de #axOell.
Co$$iente de in$u#' &a corriente de inrus+ o corriente transitoria de magnetiación es una corriente varias veces la corriente nominal que se produce al momento de conectar el transformador a la red. uede ser de -4 veces la corriente nominal +asta -44 veces en casos raros.
&$an#8o$(ado$ t$i89#ico *xisten muc+os tipos de transformadores, entre los cuales el transformador trifásico tiene una importancia indudable. *ste tipo de transformador se ocupa tanto en generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, as6 como también en transmisión por l6neas de transmisión y en distribución en donde se transporta la energ6a eléctrica a volta!es menores +acia casas, comercio e industria. 7odos los transformadores desde la generadora +asta la entrada de nuestros +ogares o industrias son transformadores trifásicos. Un transformador trifásico consta de tres fases desplaadas en -14 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna. 'o es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua, puesto que para que exista un volta!e E debe +aber una variación del flu!o. E 9 ' dPdt donde ' es el n
Pa$te# l n@cleo
*l n
Bo!inas
&as bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del n
*l cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecánico que puede ser girado manualmente para cambiar la raón de transformación en un transformador, t6picamente, son 2 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la raón en más o menos el 2>. or e!emplo esto ayuda a subir el volta!e en el secundario para me!orar un volta!e muy ba!o en alguna barra del sistema. RelE de so!re'resi"n
*s un dispositivo mecánico que nivela el aumento de presión del transformador que pueden +acerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. *xisten el relé de presión s
Contiene las conexiones eléctricas para el control, relés de protección eléctrica, se@ales de control de válvulas de sobrepresión +acia dispositivos de protección. Conigraciones
&as bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o 7. Se pueden +acer transformadores trifásicos de tres formas distintas: -. Conectando tres transformadores monofásicos 1. '
=ay diferentes tipos de ventilación en un transformador. &a ventilación puede ser por: •
Convección natural A'B.
•
Eentilación forada AQB.
*l refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos: •
)ceite A% del inglés Oil B.
•
)gua A5, del inglés Water B.
•
as AB.
&a nomenclatura que designa la ventilación es del tipo RR, donde RR indica el tipo de refrigerante, y el la ventilación usada. Seg
%')'
•
%')Q
•
%'5Q
•
%Q)Q
&i-o# de t$an#8o$(ado$e# Se.:n #u# a-licacione# Transormador ele0ador
Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energ6a eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Noule. (ebido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energ6a eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dic+as tensiones para adaptarlas a las de utiliación. &a mayor6a de los dispositivos electrónicos en +ogares +acen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan. *ste es el caso de las fuentes de alimentación de equipos de audio, video y computación. Transormadores 0aria!les
7ambién llamados JEariacsJ, toman una l6nea de tensión fi!a Aen la entradaB y proveen de tensión de salida variable a!ustable, dentro de dos valores. Transormador de aislamiento
roporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o se@al JflotanteJ. Suele tener una relación -:- entre las tensiones del primario y secundario. Se utilia principalmente como medida de protección, en equipos que traba!an directamente con la tensión de red y también para acoplar se@ales procedentes de sensores le!anos, en equipos de electromedicina y donde se necesitan tensiones flotantes. Transormador de alimentaci"n
ueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. ) veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcana una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de +umos y gases que conlleva el riesgo de incendio. *stos fusibles no suelen ser reemplaables, de modo que +ay que sustituir todo el transformador.
2 Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.
4Transformador diferencial de variación l ineal (LVDT. Transormador tri$sico
7ienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. 3Transformador !l"#ac$ ueden adoptar forma de estrella A B Acon +ilo de neutro o noB moderno. o delta 8triángulo8 A GB y las combinaciones entre ellas: G-G, G , -G y -. =ay que tener en cuenta que a
*s un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida Aba!a autoinducciónB destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCF, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia. Transormador de línea o Flyback
*s un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los tele0isores con TRC ACF7B para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión +oriontal. Suelen ser peque@os y económicos. )demás suele proporcionar otras tensiones para el tubo Afoco, filamento,
etc.B. )demás de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muc+os transformadores, tiene la caracter6stica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios. Transormador dierencial de 0ariaci"n lineal
*l transormador dierencial de 0ariaci"n lineal A&E(7 seg
*s un tipo de transformador de l6nea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de #)7 directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más peque@os repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente ba!a. &a salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. Transormador de im'edancia
*ste tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y l6neas de transmisión Atar!etas de red, teléfonos, etc.B y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la ba!a de los altavoces. Si se coloca en el secundario una impedancia de valor , y llamamos n a 5s<5', como s;-'
*s un tipo especial de transformador en el que el n
í!rido o !o!ina >í!rida
*s un transformador que funciona como una +6brida. (e aplicación en los teléfonos, tar!etas de red, etc. Baln
*s muy utiliado como balun para transformar l6neas equilibradas en no equilibradas y viceversa. &a l6nea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador. Transormador electr"nico
*stá compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tama@o. 7ambién pueden formar parte de circuitos más comple!os que mantienen la tensión de salida en un valor prefi!ado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada. Transormador de recencia 0aria!le
Son peque@os transformadores de n
*ntre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. &os transformadores de medida a6slan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normaliación en la construcción de co ntadores, instrumentos y relés.
Se.:n #u con#t$ucci/n Atotransormador
*l primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado
Transormador con n@cleo toroidal o en0ol0ente
*l n
*l n
*n aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin n
Transormador de n@cleo en0ol0ente
*stán provistos de n
ara ciertas aplicaciones +an aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flu!o magnético para transportar la energ6a entre el p rimario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristal pieoeléctrico. 7ienen la venta!a de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de led y 7Q7 usados en computación y en televisión.
Pa$te 3 BOBINAS Un inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energ6a en forma de campo magnético.
Con#t$ucci/n Un inductor está constituido normalmente por una bobina de conductor , t6picamente alambre o +ilo de cobre esmaltado. *xisten inductores con n
&e0anado indctor: *s el con!unto de espiras destinado a producir el flu!o magnético, al
ser recorrido por la corriente eléctrica. •
Clata: *s una piea de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada
a unir los polos de la máquina. •
Pie7a 'olar: *s la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entre+ierro,
incluyendo el n
5@cleo: *s la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.
•
J'ansi"n 'olar: *s la parte de la piea polar próxima al inducido y que bordea al
entre+ierro. •
Polo aJiliar o de conmtaci"n: *s un polo magnético suplementario, provisto o no, de
devanados y destinado a me!orar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia. 7ambién pueden fabricarse peque@os inductores, que se usan para frecuencias muy altas, con un conductor pasando a través de un cilindro de ferrita o granulado.
7unciona(iento de una oina Sea una bobina o solenoide de longitud l , sección S y de un n
Si el flu!o magnético es variable en el tiempo, se genera en cada espira, seg
) la expresión se le denomina Coeficiente de autoinducción, , el cuál relaciona la variación de corriente con la f.e.m. inducida y, como se puede ver, depende de la geometr6a de la bobina y del n
Ene$.*a al(acenada &a bobina almacena energ6a eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye. #atemáticamente se puede demostrar (!i". 5.3.#) que la energ6a , almacenada por una bobina con inductancia , que es recorrida por una corriente de intensidad , viene dada por:
En ci$cuito# (e la formulación f6sica de la bobina se +a extra6do la expresión:
Suponiendo una bobina ideal, Afigura -B, sin pérdidas de carga, aplicando la segunda &ey de Dirc++off , se tiene que:
*s decir, en toda bobina eléctrica dentro de un circuito se produce en ella una ca6da de tensión:
(espe!ando la intensidad:
Si en el instante t 9 4, la bobina está cargada con una corriente $ , ésta se puede sustituir por una bobina descargada y una fuente de intensidad de valor i A4B 9 $ en paralelo. &a corriente por la bobina y por tanto el flu!o no pueden variar bruscamente ya que si no la tensión deber6a +acerse infinita. or eso al abrir un circuito en donde se +alle conectada una bobina, siempre saltará un arco de corriente entre los bornes del interruptor que da salida a la corriente que descarga la bobina. Cuando el inductor no es ideal porque tiene una resistencia interna en serie, la tensión aplicada es igual a la suma de la ca6da de tensión sobre la resistencia interna más la fuera contra8 electromotri autoinducida.
En co$$iente alte$na *n corriente alterna, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente eléctrica que recibe el nombre de reactancia indcti0a, pulsación A
, cuyo valor viene dado por el producto de la
B por la inductancia, :
Si la pulsación está en radianes por segundo AradsB y la inductancia en +enrios A=B la reactancia resultará en o+mios. (e acuerdo con la ley de %+m circulará una corriente alterna que se verá retrasada ?4L A respecto a la tensión aplicada. Asociaciones comnes
Figra 2. )sociación serie general.
Figra 3. )sociación paralelo general.
B
)l igual que las resistencias, las bobinas pueden asociarse en serie Afigura 1B, paralelo Afigura B o de forma mixta. *n estos casos, y siempre que no exista acoplamiento magnético, la inductancia equivalente para la asociación en serie vendrá dada por:
ara la asociación en paralelo tenemos:
ara la asociación mixta se procederá de forma análoga que con las resistencias. Si se requiere una mayor comprensión del comportamiento reactivo de un inductor, es conveniente entonces analiar detalladamente la J&ey de &enJ y comprobar de esta forma cómo se origina una reactancia de tipo inductiva, la cual nace debido a una oposición que le presenta el inductor o bobina a la variación de flu!o magnético.
Co(-o$ta(iento# ideal $eal En co$$iente continua Una bobina ideal en corriente continua se comporta como un cortocircuito Aconductor idealB, ya que al ser i At B constante, es decir, no var6a con el tiempo, no +ay autoinducción de ninguna f.e.m.
Una bobina real en régimen permanente se comporta como una resistencia cuyo valor ;aB será el de su devanado.
Afigura
*n régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con bobina, suceden fenómenos electromagnéticos que inciden sobre la corriente.
En co$$iente alte$na
Figra %. (iagrama cartesiano de las tensiones y corriente en una bobina.
)l conectar una C) senoidal v A t B a una bobina aparecerá una corriente i A t B, también senoidal, esto es, variable, por lo que, como se comentó más arriba, aparecerá una fuera contraelectromotri, 8e
At B, cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v A t B. or tanto, cuando la corriente i A t B aumenta, e At B disminuye para dificultar dic+o aumentoM análogamente, cuando i A t B disminuye, e A t B aumenta para oponerse a dic+a disminución. *sto puede apreciarse en el diagrama de la figura 0. *ntre 4L y ?4L la curva iA t B es negativa, disminuyendo desde su valor máximo negativo +asta cero, observándose que e A t B va aumentando +asta alcanar su máximo negativo. *ntre ?4L y -/4L, la corriente aumenta desde cero +asta su valor máximo positivo, mientras e A t B disminuye +asta ser cero. (esde -/4L +asta los ;4L el raonamiento es similar al anterior.
Figra . (iagrama fasorial.
(ado que la tensión aplicada, v A t B es igual a 8e A t B, o lo que es lo mismo, está desfasada -/4L respecto de e A t B, resulta que la corriente iA t B queda retrasada ?4L respecto de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, una bobina , como la de la figura -, a la que se aplica una tensión alterna de valor:
Figra .: Circuitos equivalentes de una bobina real en CC, aB, y en C), bB y cB.
(e acuerdo con la ley de %+m circulará una corriente alterna, retrasada ?4L A tensión aplicada Afigura 2B, de valor:
B respecto a la
(onde
. Si se representa el valor efica de la corriente obtenida en forma polar:
operando matemáticamente:
or lo tanto, en los circuitos de C), una bobina ideal se puede asimilar a una magnitud comple!a sin parte real y parte imaginaria positiva:
*n la bobina real, +abrá que tener en cuenta la resistencia de su bobinado, F &, pudiendo ser su circuito equivalente o modelo, el que aparece en la figura ;bB o ;cB dependiendo del tipo de bobina o frecuencia de funcionamiento, aunque para análisis más precisos pueden utiliarse modelos más comple!os que los anteriores.
Co(-o$ta(iento a la inte$$u-ci/n del ci$cuito
&a alimentación carga el inductor a través la resistencia. *xaminemos el comportamiento práctico de un inductor cuando se interrumpe el circuito que lo alimenta. *n el dibu!o de derec+a aparece un inductor que se carga a través una resistencia y un interruptor. *l condensador dibu!ado en punteado representa las capacitancias parásitas del inductor. *stá dibu!ado separado del inductor, pero en realidad forma parte de él, porque representa las capacidades parásitas de las vueltas del devanado entre ellas mismas. 7odo inductor tiene capacidades parásitas, incluso los devanados especialmente concebidos para minimiarlas como el devanado en Jnido de abe!asJ.
*l interruptor se abre. &a corriente solo puede circular cargando las capacidades parásitas. ) un cierto momento
el interruptor se abre. Si miramos la definición de inductancia:
Eemos que, para que la corriente que atraviesa el inductor se detenga instantáneamente, ser6a necesario la aparición de una tensión infinita, y eso no puede suceder. or esa raón la corriente continua circulando a través de las capacidades parásitas de la bobina. )l principio, el
*n el instante
el interruptor de abre de!ando la inductancia oscilar con las capacidades parásitas.
'os encontramos con un circuito &C que oscilará a una pulsación:
(onde es el valor equivalente de las capacidades parásitas. Si los aislamientos del devanado son suficientemente resistentes a las altas tensiones, y si el interruptor interrumpe bien el circuito, la oscilación continuará con una amplitud que se amortiguará debido a las pérdidas dieléctricas y resistivas de las capacidades parásitas y del conductor del inductor. Si además, el inductor tiene un n
almacenada en la bobina +abrá pasado a las capacidades parásitas . Si estas son peque@as, la tensión puede ser muy grande y pueden producirse eléctricos entre vueltas de la bobina o entre los contactos abiertos del in terruptor. )unque los arcos eléctricos sean frecuentemente perniciosos y peligrosos, otras veces son
Si la tensión es grande pueden producirse arcos en el interruptor o en la bobina. &o que sucede cuando el arco aparece depende de las caracter6sticas eléctricas del arco. las caracter6sticas de un arco dependen de la corriente que lo atraviesa. Cuando la corriente es grande Adecenas de amperiosB, el arco está formado por un camino espeso de moléculas y átomos ioniados que presentan poca resistencia eléctrica y una inercia térmica que lo +ace durar. *l arco disipa centenas de vatios y puede fundir metales y crear incendios. Si el arco se produce entre los contactos del interruptor, el circuito no estará verdaderamente abierto y la corriente continuará circulando. &os arcos no deseados constituyen un problema serio y dif6cil de resolver cuando se utilian altas tensiones y grandes potencias.
*n el instante se produce un arco que dura +asta el instante . ) partir de ese momento, la inductancia oscila con las capacidades parásitas. *n punteado la corriente y la tensión que +abr6a si el arco no se produ!ese. Cuando las corrientes son peque@as, el arco se enfr6a rápidamente y de!a de conducir la electricidad. *n el dibu!o de la derec+a +emos ilustrado un caso particular que puede producirse,
pero que solo es uno de los casos posibles. =emos ampliado la escala del tiempo alrededor de la apertura del interruptor y de la formación del arco. (espués de la apertura del interruptor, la tensión a los bornes de la inductancia aumenta Acon signo contrarioB. *n el instante , la tensión es suficiente para crear un arco entre dos vueltas de la bobina. *l arco presenta poca resistencia eléctrica y descarga rápidamente las capacidades parásitas. &a corriente, en lugar de continuar cargando las capacidades parásitas, comiena a pasar por el arco. =emos dibu!ado el caso en el cual la tensión del arco es relativamente constante. &a corriente del inductor disminuye +asta que al instante sea demasiado peque@a para mantener el arco y este se apaga y de!a de conducir. &a corriente vuelve a pasar por las capacidades parásitas y esta ve la oscilación contin
An9li#i# de t$an#ito$io# *l diodo sirve de camino a la corriente del inductor cuando el transistor se bloquea. *sto evita la aparición de altas tensiones entre el colector y la base del transistor. &a regla es que, para evitar los arcos o las sobretensiones, +ay que proteger los circuitos previendo un pasa!e para la corriente del inductor cuando el circuito se interrumpe. *n el diagrama de la derec+a +ay un e!emplo de un transistor que controla la corriente en una bobina Ala de un relé, por e!emploB. Cuando el transistor se bloquea, la corriente que circula en la bobina carga las capacidades parásitas y la tensión del colector aumenta y puede sobrepasar fácilmente la tensión máxima de la unión colector8base y destruir el transistor. Colocando un diodo como en el diagrama, la corriente encuentra un camino en el diodo y la tensión del colector estará limitada a la tensión de alimentación más los 4,; E del diodo. *l precio funcional de esta protección es que la corriente de la bobina tarda más en disminuir y eso, en algunos casos, puede ser un inconveniente. Se puede disminuir el tiempo si, en lugar de un diodo rectificador, se coloca un diodo ener o 7ransil. 'o +ay que olvidar que el dispositivo de protección deberá ser capa de absorber casi toda la energ6a almacenada en el inductor.
Pa$te ; CAPACI&O%ES Un capacitor es un dispositivo pasivo, utiliado en electricidad y electrónica, capa de almacenar energ6a sustentando un campo eléctrico. *stá formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total Aesto es, que todas las l6neas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otraB separadas por un material dieléctrico o por el vac6o. &as placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. )unque desde el punto de vista f6sico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energ6a mecánica latenteM al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento JcapaJ de almacenar la energ6a eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energ6a que cede después durante el periodo de descarga.
7unciona(iento &a carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. *n el Sistema internacional de unidades se mide en Qaradios AQB, siendo - faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una d.d.p. de - voltio, estas adquieren una carga eléctrica de - culombio. &a capacidad de - faradio es muc+o más grande que la de la mayor6a de los condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro8 WQ 9 -4 8;, nano8 nQ 9 -48? o pico8 pQ 9 -4 8 -1 8faradios. &os condensadores obtenidos a partir de supercondensadores A*(&CB son la excepción. *stán +ec+os de carbón activado para conseguir una gran área relativa y tienen una separación molecular entre las JplacasJ. )s6 se consiguen capacidades del orden de cientos o miles de faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el relo! Dinetic deSeiXo, con una capacidad de - de faradio, +aciendo innecesaria la pila. 7ambién se está utiliando en los prototipos de automóviles eléctricos. *l valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente fórmula:
*n donde: : Capacitancia o capacidad : Carga eléctrica almacenada en la placa -. : (iferencia de potencial entre la placa - y la 1. 'ótese que en la definición de capacidad es indiferente que se considere la carga de la placa positiva o la de la negativa, ya que
)unque por convenio se suele considerar la carga de la placa positiva. *n cuanto al aspecto constructivo, tanto la forma de las placas o armaduras como la naturalea del material dieléctrico son sumamente variables. *xisten condensadores formados por placas, usualmente de aluminio, separadas por aire, materiales cerámicos, mica, poliéster , papel o por una capa de óxido de aluminio obtenido por medio de la electrólisis.
Ene$.*a al(acenada Cuando aumenta la diferencia de potencial entre sus terminales, el condensador almacena carga eléctrica debido a la presencia de un campo eléctrico en su interiorM cuando esta disminuye, el condensador devuelve dic+a carga al circuito. #atemáticamente se puede obtener que la energ6a , almacenada por un condensador con capacidad , que es conectado a una diferencia de potencial
, viene dada por:
Qórmula para cualesquiera valores de tensión inicial y tensión final:
(onde
es la carga inicial.
*s la carga final.
*s la tensión inicial.
*s la tensión final.
*ste +ec+o es aprovec+ado para la fabricación de memorias, en las que se aprovec+a la capacidad que aparece entre la puerta y el canal de los transistores #%S para a+orrar componentes.
Ca$.a de#ca$.a )l conectar un condensador en un circuito, la corriente empiea a circular por el mismo. ) la ve, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, de!a de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en paralelo, la carga empiea a fluir de una de las placas del condensador a la otra a través de la resistencia, +asta que la carga es nula en las dos placas. *n este caso, la corriente circulará en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando. Carga
&escarga
(onde: E At B es la tensión en el condensador. Ei es la tensión o diferencia de potencial eléctrico inicial At94B entre las placas del condensador. Ef es la tensión o diferencia de potencial eléctrico final Aa régimen estacionario tK90FCB entre las placas del condensador. " At B la intensidad de corriente que circula por el circuito. %C es la capacitancia del condensador en faradios multiplicada por la resistencia del circuito en
%+mios, llamada constante de tiempo.
En co$$iente alte$na *n C), un condensador ideal ofrece una resistencia al paso de la electricidad que recibe el nombre de reactancia capacitiva, & C, cuyo valor viene dado por la inversa del producto de la pulsación A B por la capacidad, C:
Si la pulsación se expresa en radianes por segundo AradsB y la capacidad en faradios AQB, la reactancia resultará en o+mios. (e acuerdo con la ley de %+m, la corriente alterna que circule por el condensador se adelantará ?4L A
B respecto a la tensión aplicada.
A#ociacione# de conden#ado$e#
)sociación serie general.
)sociación paralelo general. &os condensadores pueden asociarse en serie, paralelo o de forma mixta. *n estos casos, la capacidad equivalente resulta ser para la asociación enserie:
para la asociación en 'aralelo:
*s decir, el sumatorio de todas las capacidades de los condensadores conectados en paralelo. *s fácil demostrar estas dos expresiones, para la primera solo +ay que tener en cuenta que la carga almacenada en las placas es la misma en ambos condensadores Ase tiene que inducir la misma cantidad de carga entre las placas y por tanto cambia la diferencia de potencial para mantener la capacitancia de cada unoB, y por otro lado en la asociación en JparaleloJ, se tiene que la diferencia de potencial entre ambas placas tiene que ser la misma Adebido al modo en el que están conectadosB, as6 que cambiará la cantidad de carga. Como esta se encuentra en el numerador A
B la suma de capacidades será simplemente la suma algebraica.
7ambién vale recordar que el cálculo de la capacidad equivalente en paralelo es similar al cálculo de la resistencia de dos dispositivos en serie, y la capacidad o capacitancia en serie se calcula de forma similar a la resistencia en paralelo.
Conden#ado$e#
(onde: *s la permitividad del vac6o Y /,/20-/3/-3... Z -4 [-1 Q\m[ *s la constante dieléctrica o permitividad relativa del material dieléctrico entre las placasM A es el área efectiva de las placasM
d es la distancia entre las placas o espesor del dieléctrico. ara tener condensador variable +ay que +acer que por lo menos una de las tres
Co(-o$ta(iento# ideal $eal
*l condensador ideal Afigura -B puede definirse a partir de la siguiente ecuación diferencial:
(onde C es la capacidad, u A t B es la función diferencia de potencial aplicada a sus terminales e iA t B la corriente resultante que circula.
Co(-o$ta(iento en co$$iente continua Un condensador real en CC A(C en inglésB se comporta prácticamente como uno ideal, es decir, como un circuito abierto. *sto es as6 en régimen permanente ya que en régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con condensador, suceden fenómenos eléctricos transitorios que inciden sobre la d.d.p. en sus bornes.
Co(-o$ta(iento en co$$iente alte$na
Fig. 2: (iagrama cartesiano de las tensiones y corriente en un condensador.
)l conectar una C) sinusoidal v At B a un condensador circulará una corriente i A t B, también sinusoidal, que lo cargará, originando en sus bornes una ca6da de tensión, 8v c At B, cuyo valor absoluto puede demostrarse que es igual al de v A t B. 7odo lo anterior, una ve alcanado el régimen estacionario. )l decir que por el condensador ]circula^ una corriente, se debe puntualiar que, en realidad, dic+a corriente nunca atraviesa su dieléctrico. &o que sucede es que el condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de v A t B, por lo que la corriente circula externamente
entre sus armaduras. *sto +ace referencia a la corriente de conducción pero, en el interior del dieléctrico podemos +ablar de la corriente de desplaamiento.
Fig. 3: (iagrama fasorial.
*l fenómeno f6sico del comportamiento del condensador en C) se puede observar en la figura 1. *ntre los 4L y los ?4L iA t B va disminuyendo desde su valor máximo positivo a medida que aumenta su tensión de carga v c At B, llegando a ser nula cuando alcana el valor máximo negativo a los ?4L, puesto que la suma de tensiones es cero Av c At BI vAt B 9 4B en ese momento. *ntre los ?4L y los -/4L vAt B disminuye, y el condensador comiena a descargarse, disminuyendo por lo tanto v c At B. *n los -/4L el condensador está completamente descargado, alcanando iA t B su valor máximo negativo. (e los -/4L a los ;4L el raonamiento es similar al anterior. (e todo lo anterior se deduce que la corriente queda adelantada ?4L respecto de la tensión aplicada. Considerando, por lo tanto, un condensador C, como el de la figura -, al que se aplica una tensión alterna de valor:
(e acuerdo con la ley de %+m circulará una corriente alterna, adelantada ?4L A tensión aplicada Afigura 0B, de valor:
(onde
B respecto a la
. Si se representa el valor efica de la corriente obtenida en forma polar:
Figra %. Circuitos equivalentes de un condensador en C).
operando matemáticamente:
or lo tanto, en los circuitos de C), un condensador ideal se puede asimilar a una magnitud comple!a sin parte real y parte imaginaria negativa:
*n el condensador real, +abrá que tener en cuenta la resistencia de pérdidas de su dieléctrico, % C, pudiendo ser su circuito equivalente, o modelo, el que aparece en la figura 0aB o 0bB dependiendo del tipo de condensador y de la frecuencia a la que se traba!e, aunque para análisis más precisos pueden utiliarse modelos más comple!os que los anteriores.
&i-o# de diel+ct$ico utili=ado# en conden#ado$e#
Condensadores electrol6ticos axiales.
Condensadores electrol6ticos de tantalio.
Condensadores cerámicos, JS#( Amonta!e superficialBJ y de JdiscoJ.
Condensador variable de una vie!a radio )#.
Condensadores modernos. •
Condensadores de aire . Se trata de condensadores, normalmente de placas paralelas,
con dieléctrico de aire y encapsulados en vidrio. Como la permitividad eléctrica relativa es la unidad, sólo permite valores de capacidad muy peque@os. Se utilió en radio y radar, pues carecen de pérdidas y polariación en el dieléctrico, funcionando bien a frecuencias elevadas. •
Condensadores de mica . &a mica posee varias propiedades que la +acen adecuada para
dieléctrico de condensadores: ba!as pérdidas, exfoliación en láminas finas, soporta altas temperaturas y no se degrada por oxidación o con la +umedad. Sobre una cara de la lámina de mica se deposita aluminio, que forma una armadura. Se apilan varias de estas láminas, soldando los extremos alternativamente a cada uno de los terminales. *stos condensadores funcionan bien en altas frecuencias y soportan tensiones elevadas, pero son caros y se ven gradualmente sustituidos por otros tipos. •
Condensadores de 'a'el . *l dieléctrico es papel parafinado, baqueliado o sometido a
alg
Condensadores atorregenera!les. &os condensadores de papel tienen
aplicaciones en ambientes industriales. &os condensadores autorregenerables son condensadores de papel, pero la armadura se realia depositando aluminio sobre el papel. )nte una situación de sobrecarga que supere la rigide dieléctrica del
dieléctrico, el papel se rompe en alg
Condensadores electrolíticos . *s un tipo de condensador que utilia un electrolito, como
su primera armadura, la cual act
Condensadores de alminio . *s el tipo normal. &a cuba es de aluminio y el
electrolito una disolución de ácido bórico. Qunciona bien a ba!as frecuencias, pero presenta pérdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de alimentación y equipos de audio. # tili7ado en entes de alimentaci"n conmtadas.
•
Condensadores de tantalio AtántalosB. *s otro condensador electrol6tico, pero
emplea tantalio en lugar de aluminio. Consigue corrientes de pérdidas ba!as, muc+o menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener me!or relación capacidadvolumen. •
Condensadores !i'olares 'ara corriente alterna) . *stán formados por dos
condensadores electrol6ticos en serie inversa, utiliados en caso de que la corriente pueda invertirse. Son inservibles para altas frecuencias. •
Condensadores
•
Condensadores de 'oliestireno también conocidos com
*stá formado por láminas delgadas de poliéster sobre las que se deposita aluminio, que forma las armaduras. Se apilan estas láminas y se conectan por los extremos. (el mismo modo, también se encuentran condensadores de policarbonato ypolipropileno. de
'oliEster o #lar .
registrada de SiemensB. %tro tipo de condensadores de plástico, muy utiliado en radio, por disponer de coeficiente de temperatura inverso a las bobinas de sinton6a, logrando de este modo estabilidad en los circuitos resonantes. •
Condensadores cer$micos. Utilia cerámicas de varios tipos para formar el dieléctrico.
*xisten diferentes tipos formados por una sola lámina de dieléctrico, pero también los +ay formados por láminas apiladas. (ependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando +asta las microondas. •
Condensadores
síncronos .
*s un motor s6ncrono que se comporta como un
condensador. •
&ielEctrico 0aria!le. *ste tipo de condensador tiene una armadura móvil que gira en torno
a un e!e, permitiendo que se introduca más o menos dentro de la otra. *l perfil de la
armadura suele ser tal que la variación de capacidad es proporcional al logaritmo del ángulo que gira el e!e. •
Condensadores de ajste . Son tipos especiales de condensadores variables. &as
armaduras son semicirculares, pudiendo girar una de ellas en torno al centro, variando as6 la capacidad. %tro tipo se basa en acercar las armaduras, mediante un tornillo que las aprieta.
>#o# &os condensadores suelen usarse para: •
$ater6as, por su cualidad de almacenar energ6a.
•
#emorias, por la misma cualidad.
•
Qiltros.
•
Quentes de alimentación.
•
)daptación de impedancias, +aciéndolas resonar a una frecuencia dada con otros componentes.
•
(emodular )#, !unto con un diodo.
•
%sciladores de todos los tipos.
•
*l flas+ de las cámaras fotográficas.
•
7ubos fluorescentes.
•
Compensación del factor de potencia.
•
)rranque de motores monofásicos de fase partida.
•
#antener corriente en el circuito y evitar ca6das de tensión.
Pa$te ; PO&ENCIA CC ? CA Potencia en co$$iente continua Cuando se trata de corriente continua ACCB la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dic+os terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. or esta raón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. *sto es,
A-B
(onde " es el valor instantáneo de la intensidad de corriente y E es el valor instantáneo del volta!e. Si " se expresa en amperios y E en voltios, estará expresada en Oatts AvatiosB. "gual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para ", E y . Cuando el dispositivo es una resistencia de valor F o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcu larse como,
A1B Fecordando que a mayor corriente, menor volta!e.
Potencia en co$$iente alte$na Cuando se trata de corriente alterna A)CB sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Si a un circuito se aplica una tensión sinusoidal de forma
con velocidad angular
y valor de pico
*sto provocará, en el caso de un circuito de carácter inductivo Acaso más com
desfasada un ángulo
respecto de la tensión aplicada:
(onde, para el caso puramente resistivo, se puede tomar el ángulo de desfase como cero. &a potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:
#ediante trigonometr6a, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:
sustituyendo los valores del pico por los eficaces:
Se obtiene as6 para la potencia un valor constante,
y otro variable con el tiempo,
. )l primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.
Co(-onente# de la inten#idad
Qigura -.8 Componentes activa y reactiva de la intensidadM supuesto inductivo AiquierdaB y capacitivo Aderec+aB. Consideremos un circuito de C. ). en el que la corriente y la tensión tienen un desfase _. Se define componente activa de la intensidad, "a, a la componente de ésta que está en fase con la tensión, y componente reactiva, "r, a la que está en cuadratura con ella Avéase Qigura -B. Sus valores son:
*l producto de la intensidad, ", y las de sus componentes activa, "a, y reactiva, "r, por la tensión, E, da como resultado las potencias aparente ASB, activa AB y reactiva A`B, respectivamente:
Potencia a-a$ente
Qigura 1.8 Felación entre potencia activa, aparente y reactiva. &a potencia comple!a de un circuito eléctrico de corriente alterna Acuya magnitud se conoce como potencia aparente y se identifica con la letraSB, es la suma AvectorialB de la potencia que disipa dic+o circuito y se transforma en calor o traba!o Aconocida como potencia promedio, activa o
real, que se designa con la letra y se mide en vatios A5BB y la potencia utiliada para la formación de los campos eléctrico y magnético de sus componentes, que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energ6a Aconocida como potencia reactiva, que se identifica con la letra ` y se mide en voltiamperios reactivos AvarBB. *sto significa que la potencia aparente representa la potencia total desarrollada en un circuito con impedancia . &a relación entre todas las potencias aludidas es
.
*sta potencia aparente ASB no es realmente la J
Potencia acti
Fesultado que indica que la potencia activa se debe a los elementos resistivos.
Potencia %eacti
correspondiendo a la potencia que var6a entre cero y el valor AUmáx"máxB1 tanto en sentido positivo como en negativo. or dic+a raón, para la condición indicada resulta que 9 4 y por existir como
*l desfasa!e angular de la corriente A"B respecto de la tensión AUB es de ?4L, tal como se puede apreciar en este diagrama de un circuito inductivo puro. 'ótese como la sinusoide correspondiente a la otencia A 9 U"B es positiva en las partes en que tanto " como U son positivas o negativas, y cómo es negativa en las partes en que ya sea U o " es positiva y la otra negativa. *n circuitos inductivos puros, pese a que no existe potencia activa alguna igual se manifiesta la denominada Jotencia reactivaJ de carácter inductivo que vale:
Siendo _ 9 ?4L A(ado que la corriente atrasa con respecto de la tensiónB
&a potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce traba!o y se dice que es una potencia desvatada Ano produce vatiosB, se mide en voltiamperios reactivos AvarB y se designa con la letra `. ) partir de su expresión,
&o que reafirma en que esta potencia se debe
Potencia %eacti
&as alternancias de dic+a onda encierran áreas positivas correspondientes a los per6odos en que las placas del capacitor reciben la carga de la redM significando los per6odos negativos el momento de descarga del capacitor, que es cuando se devuelve a la red la totalidad de la energ6a recibida. *n esta potencia también la suma algebraica de las áreas positivas y negativas es nula dado que dic+a áreas son de igual y opuesto valor. &a potencia activa vale cero, y por existir como
Siendo _ 9 ?4L A&a tensión atrasa respecto de la corrienteB
(iagrama de un circuito puramente capacitivo en el cual la tensión atrasa ?4L respecto de la corriente. *n los circuitos capacitivos puros no existe potencia activa, pero si existe la potencia reactiva de carácter capacitivo que vale:
Potencia de ca$.a# $eacti
Potencia t$i89#ica &a representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico equilibrado Alas tres tensiones de fase tienen idéntico valor y las tres intensidades de fase también coincidenB está dada por la ecuación:
Siendo la intensidad de l6nea y la tensión de l6nea Ano deben emplearse para esta ecuación los valores de faseB. ara reactiva y aparente:
Pa$te 5 LA ,>E%%A DE LAS CO%%IEN&ES &a uerra de las corrientes fue una competencia económica producida en los a@os -//4, por el control del incipiente mercado de la generación y distribución de energ6a eléctrica. eorge 5esting+ouse y 7+omas *dison se convirtieron en adversarios, debido a la promoción de la corriente continua, de *dison y N. . #organ para la distribución de energ6a eléctrica y que a su ve estaba en contra de la corriente alterna defendida por 5esting+ouse y 'iXola 7esla
i#to$ia &a electricidad era la palabra
T)omas *lva +dison, nventor estadounidense " empresario, impulsó el desarrollo de una red de energa de corriente continua.
mágica a fines del s. R"R. (esde las tentativas iniciales de $en!am6n QranXlin o de #ic+ael Qaraday +asta la tecnolog6a del telégrafo, las aplicaciones para la electricidad crec6an continuamente. (espués de la *xposición #undial de ar6s en -//- y de la presentación de la lámpara de *dison, los nuevos sistemas de iluminación eléctricos se convirtieron en el logro tecnológico más importante del mundo. &a electricidad pod6a sustituir el vapor para +acer funcionar los motores. *ra una segunda revolución y, en /0eorge 1esting)ouse, emprendedor estadounidense e ingeniero, apo"ó económicamente al desarrollo de una sencilla red de corriente alterna #asándose en las patentes de 2i$ola Tesla.
ciudades europeas y americanas, las centrales eléctricas se multiplicaban basadas en el dise@o de earl Street, la central que Vdison estableció en -//1 en 'ueva orX. Que la primera instalación para la producción eléctrica comercial del mundo y aunque era una planta enorme para su época, pod6a producir y distribuir electricidad +asta, aproximadamente, 4 +a de #an+attan.
&a demanda de electricidad pronto condu!o al deseo de construir centrales eléctricas más grandes y de llevar la energ6a a mayores distancias. )demás, la rápida distribución de motores eléctricos industriales provocó una fuerte demanda por un volta!e diferente a los --4 E usados para la iluminación.
Co$$iente continua alte$na *l sistema de *dison, que utiliaba la corriente continua ACCB, era poco adecuado para responder a estas nuevas demandas. *l problema del transporte era a
&e#la <# Edi#on 5esting+ouse *lectric Es eneral *lectric *dison se alarmó por la aparición de la tecnolog6a de 7esla, que amenaaba sus intereses en un campo que él mismo +ab6a creado. 'iXola 7esla terminó cediendo las patentes a 5esting+ouse para que continuara con sus proyectos de energ6a alterna misma que se utilia +oy en dia. *dison y 7esla se enfrentaron en una batalla de relaciones p
