armónicos en redes eléctricas
TRANSCRIPT
BASICO LINIERO (PRIMERA ETAPA)
“TEMA 2: ELECTRICIDAD
BÁSICA”
OBJETIVO PARTICULAR
Al término del tema el participante interpretara
los conocimientos básicos de la electricidad
Básica.
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CONTENIDO
2.1 INTRODUCCIÓN A LA ELECTRICIDAD
2.2 MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO
2.3 FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD
2.4 VOLTAJE CORRIENTE Y RESISTENCIA
2.5 LEY DE OHM
2.6 POTENCIAS
2.7 CIRCUITO ELÉCTRICO ELEMENTAL
2.8 APARATOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA
2.9 RIESGOS DE CONTACTOS ELÉCTRICOS
2.10 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA SOBRE EL ORGANISMO
2.11 TRANSFORMADOR
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2.1 INTRODUCCION A LA ELECTRICIDAD
La electricidad es una de las fuentes de
energía que existen en el universo. el estudio de
la energía eléctrica se inició con el
descubrimiento hecho por tales de mileto (624-
546 a.c.) al frotar una pieza de ámbar con un
paño de lana. observó que el ámbar, después de
frotarlo, era capaz de atraer pequeñas porciones
de otros cuerpos como pedacitos de papel o
corcho.
En el idioma griego la palabra electrón significa
ámbar, por lo que al fenómeno observado se le
conoce como un fenómeno eléctrico, y a todo el
conjunto de ellos que dan lugar a su análisis y
desarrollo, se le llama electricidad.
DEFINICIÓN DE ELECTRICIDAD
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Indica que todos los efectos de la electricidad pueden explicarse presumiendo
la existencia de la partícula muy pequeña llamada “electrón”. esta teoría afirma
que todos los fenómenos eléctricos obedecen al movimiento de electrones.
Para que los electrones se muevan es necesario que una fuerza o alguna forma
de energía los presione y los obligue moverse, como lo veremos mas adelante.
El “electrón” es la pequeñísima partícula de carga eléctrica negativa que
prácticamente carece de peso y forma parte del “átomo”.
TEORÍA ELECTRÓNICA
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CUANDO LOS ELECTRONES
SE MUEVEN
“LAS COSAS SUCEDEN”
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ÁTOMO
Además de poseer masa y ocupar
un lugar en el espacio, la materia
tiene una naturaleza eléctrica. Esta
se manifiesta de dos formas
diferentes (positiva y negativa)
asociadas a las partículas
elementales que constituyen el
átomo, siendo este, a su vez, la pieza
fundamental de construcción de todo
lo que nos rodea. así, la envoltura
externa del átomo está formada por
electrones que presentan carga
negativa.
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Todo esta hecho de átomos, un “elemento” es una sustancia que no puede
descomponerse por medios químicos ordinarios y la porción más pequeñísima
de un elemento se llama “átomo”.
LOS ELEMENTOS (MATERIA)
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El interior, el núcleo, sin entrar en
disquisiciones sobre su estructura,
tiene carga positiva. gracias a esta
naturaleza eléctrica los diferentes
átomos pueden interactuar entre si
formando estructuras más
complejas que a su vez se agrupan
en otras nuevas originándose, de
este modo, la enorme diversidad
que presenta el universo tal y como
lo conocemos.
Y todo ello porque las cargas de
diferente signo establecen entre
ellas fuerzas de atracción y las del
mismo de repulsión...
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ATRACCIÓN Y REPULSIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
CARGAS DE DISTINTO SIGNO SE ATRAEN
CARGAS DEL MISMO SIGNO SE REPELEN
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Cuando dos átomos se aproximan comienzan a darse entre ellos una serie de
fuerzas de atracción entre el núcleo de uno, sus electrones y los del otro átomo.
Lógicamente, hay también fuerzas de repulsión entre los dos núcleos y entre las
dos cortezas electrónicas.
Si las fuerzas de atracción predominan sobre las de repulsión, existirán
electrones que estarán atraídos por los dos núcleos, de modo que serán
comunes a ambos átomos que permanecen unidos formando una nueva especie
llamada molécula.
Este modo de unirse los átomos mediante compartición de electrones recibe el
nombre de enlace covalente.
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En tiempos antiguos los griegos descubrieron que cierta clase de mineral
encontraron cerca de la ciudad de magnesia, en Asia menor, tenia la
propiedad de atraer y recoger trozos de hierro. a dicho mineral se le nombró
“magnetita” y su propiedad de atracción se le denomina “magnetismo”.
Las rocas que contienen mineral con esta propiedad se denominan “imanes
naturales”.
MAGNETITA
2.2 MAGNETISMO Y ELECTROMAGNETISMO
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El magnetismo de los imanes se concentra en dos puntos, generalmente en
sus extremos. esos puntos se denominan “polos” del imán, siendo uno el
“polo norte” y el otro “polo sur”.
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El campo magnético de un imán puede explicarse mejor diseñado un
espectro representativo de las líneas de fuerza magnética. Estas líneas de
fuerza invisible se les llama “líneas de flujo” y abandonan el imán por un polo
y entran por el otro. la cantidad de líneas de flujo por centímetro cuadrado se
llama “densidad de flujo”
LINEAS DE FUERZA DEL CAMPO MAGNETICO
CAMPO MAGNÉTICO
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El campo magnético invisible de un imán, está representado por líneas de
fuerzas que abandonan el imán por el polo norte y entran por el polo sur y dentro
del imán las líneas corren de sur a norte; de tal manera que toda línea de fuerza
es continua e interrumpida.
Una de las características de las líneas de fuerza magnética es que se rechazan
entre sí sin cruzarse ni tocarse jamás. en este respecto los polos magnéticos se
comportan igual que las cargas estáticas. cargas o polos iguales se rechazan y
cargas o polos diferentes se atraen .
REPULSIÓN Y ATRACCIÓN DE LOS POLOS
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N
ATRACCION
REPULSION
18
Si hacemos pasar una corriente eléctrica por un conductor observamos que la
aguja de la brújula se desvía, indicando la presencia de un campo magnético.
esto se conoce con el nombre de electro-magnetismo.
ELECTRO-MAGNETISMO
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2.3 FORMAS DE PRODUCIR ELECTRICIDAD
Para producir electricidad deberá utilizarse alguna forma de energía que ponga
en movimiento a los electrones.
Hay 6 fuentes básicas de producir electricidad:
FROTAMIENTO
GOLPE
TEMPERATURA
MAGNETISMO
REACCION
QUIMICA
LUZ
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FROTAMIENTO
Las primeras evidencias de las fuerzas eléctricas se observaron al frotar con
paños ciertos cuerpos.
1.- Frota fuertemente, varias veces ,
un lapicero de plástico con un paño de
lana.
2.- Luego colócala sobre pedacitos
de papel.
3.- Comprobaras que el lapicero los
levanta porque ejerce sobre ellos una
fuerza electromagnética.
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PRESIÓN O GOLPE
El choque de dos elementos genera energía.
1.- Toma un martillo y un clavo.
2.- Luego golpear el clavo
desplazándose.
3.- Esto te permitirá ver las chispas
(o sea escape de electrones) que se
producen.
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TEMPERATURA
La unión de dos elementos por soldadura o remache proporciona electricidad al
calentarse. a este dispositivo se lo denomina termocupla.
1.- Soldar dos elementos.
2.- Conectarlos a un voltímetro
(galvanómetro) y acercarle una fuente
de calor.
3.- Observar si la aguja se mueve.
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Los conductores generan en ellos mismos una corriente al moverse en un
campo magnético.
Una máquina destinada a transformar
la energía mecánica en eléctrica es el
dinamo.
Da lugar a una corriente
unidireccional.
MAGNETISMO
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Un dispositivo capaz de producir electricidad a través de la reacción química es
la pila.
La pila genera corriente eléctrica
continua.
Se basa en la acción química de un
electrolítico sobre los electrodos del
mismo ión.
REACCIÓN QUÍMICA
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Se puede obtener a través de una célula fotoeléctrica. la célula fotoeléctrica es
un aparato consistente en un circuito en el cual va intercalada una superficie de
metal alcalino, montada de manera especial.
Hacer incidir la luz sobre la superficie
metálica obteniendo los electrones que
emite esta superficie.
Luego aumentar la intensidad de esa
luz.
Comprobaras que cuando más intensa
es la luz, mayor es la emisión de
electrones, con lo cual el circuito queda
gobernado por las variaciones de
intensidad de la luz.
LUZ
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TIPOS DE CORRIENTES:
DC
Ahora veremos los 2 tipos de electricidad que
conocemos en nuestros días, primero tenemos la dc siglas
que significan corriente directa (direct current), este tipo de
electricidad es aquella cuyo flujo de electrones no cambia
de sentido (de negativo a positivo) y su intensidad es
sensiblemente constante; un ejemplo de esta corriente es
la que proporcionan las baterías o pilas, cuando le
ponemos baterías a un radio éstas tienen que ir en un
orden, ya que si no es así, el radio no funcionará.
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AC
El otro tipo de electricidad es la ac siglas que significan
corriente alterna (alternating current) y es aquella que
tiene cambios o alteraciones de sentido en su flujo cada
semiperíodo (período, tiempo después del cual, se repite
o se reproduce una cosa). es decir, esta electricidad
cambia de sentido a un determinado tiempo, estos
cambios son medidos en ciclos por segundo o hz, en
México, este cambio de sentido se lleva a cabo 60 veces
por segundo o 60 hz, por esto, no importa cómo
conectemos la clavija en el enchufe, ya que el sentido de
la corriente cambia constantemente.
El zumbido que se escucha en un sistema de audio cuando no se está tocando
ningún instrumento, es el sonido de la electricidad (60hz), este zumbido es natural
y bien controlado no produce ninguna molestia. la corriente alterna es muy útil ya
que puede ser enviada a distancias muy grandes sin perder sus cualidades.
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2.4 VOLTAJE, CORRIENTE Y RESISTENCIA
Analizando una corriente eléctrica y una corriente de agua, podemos ver sus
analogías: el agua contenida en un tinaco produce una presión sobre las tuberías
ocasionando un movimiento, que da origen a la corriente del liquido, y la tubería
oponen una resistencia al paso del agua. el flujo de corriente eléctrica requiere de
una presión para producir una fuerza que mueva los electrones, el equivalente en
la electricidad puede ser una pila o un generador.
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El movimiento de electrones en el alambre constituye la corriente eléctrica, este
flujo de electrones es en dirección negativo - positivo y la oposición al flujo de
electrones, producida por el cable o alambre, es conocida como la resistencia.
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A la presión eléctrica, o diferencia de potencial, se le conoce como voltaje (v), su
unidad de medida es el volt (v). al flujo de electrones se le conoce como corriente
eléctrica o intensidad (i), y su unidad de medida es el amperio o amper (a). A la
resistencia al paso del flujo de corriente (r) se le conoce como resistencia y su
unidad de medida es el ohm (w). El poder o potencia, en términos técnicos es: la
rapidez, con la cual, es realizado un trabajo, es decir, es la cantidad de energía
transferida. por ejemplo un elevador que levanta 100kg en 10 segundos tiene una
potencia de 10kg/seg.
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Recordando el ejemplo del tinaco, el trabajo que el agua puede realizar girando
un generador durante un período de tiempo, depende de la presión del agua y del
tamaño del flujo de agua. Imaginando que la presión del tinaco es el voltaje y el
flujo del agua es la intensidad de la corriente eléctrica, tenemos que la potencia es
igual al voltaje (v) por la intensidad (i). La unidad de medida para la potencia es el
watt.
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2.5 LEY DE OHM
La relación matemática que existe entre el voltaje, resistencia y amperaje se
denomina ley de ohm. A continuación se encuentran las fórmulas que permiten
encontrar las relaciones entre estos valores y la potencia. Para utilizar estas
fórmulas sólo tape con el dedo el valor que busque y realice la operación
correspondiente. Por ejemplo, si lo que se busca es el voltaje en relación con la
intensidad y resistencia, primero busque cual de estas fórmulas contiene estas
variables (v, i, r), una vez encontrada, tape el valor de voltaje y realice la operación
siguiente:
Amperaje (i) por resistencia (r).
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Una de las formas más sencillas de poder comprender lo que es la potencia y
energía eléctrica, es viendo primero su significado mecánico, por lo que
iniciaremos estas con el trabajo y la potencia mecánica.
Cada uno de nosotros disponemos de una cierta fuerza, que al hacer uso de ella
(por ejemplo mover un escritorio) motiva que efectuemos un trabajo mecánico la
magnitud de éste trabajo dependerá de la fuerza aplicada y la distancia que
desplacemos el cuerpo sobre el que estamos ejerciéndola.
Por lo tanto un “trabajo mecánico se realiza” cuando mediante una “fuerza” (f) un
cuerpo se desplaza una distancia (d), siendo dado su valor por:
TRABAJO = FUERZA x DISTANCIA
T = F x d
POTENCIA ELÉCTRICA
2.6 POTENCIAS
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Ejemplo 1:
Supongamos que alguno de ustedes se ve precisado a emplear una fuerza de
50 kg, para mover un volkswagen durante 20 mts. A fin de que arranque, el
trabajo que efectuaría sería:
20 MTS.
50 KGS.
TRABAJO = FUERZA x DISTANCIA
= 50KG. x 20 MT
= 1000 KG - MT
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Es importante tener presente que solo se hace trabajo cuando se ejerce una
fuerza sobre un objeto, y como resultado de esto el objeto se mueve una cierta
distancia.
Si el objeto no se mueve, no se ha hecho trabajo, sin que importe la cantidad de
esfuerzo ejercido. Si una persona está sosteniendo un saco de cemento en sus
hombros no está haciendo trabajo, está ejerciendo una fuerza sobre el saco de
cemento, pero esa fuerza no desplaza al saco ninguna distancia.
Trabajo pues, incluye ambas cantidades fuerza y distancia.
Un mismo trabajo puede efectuarse en mucho o poco tiempo, dependiendo de la
“potencia” que se emplee.
POTENCIA ELÉCTRICA
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Por lo tanto. podemos definir la potencia mecánica como la rapidez con que se
hace un trabajo.
POTENCIA = TRABAJO
TIEMPO
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Ejemplo.-
Suponiendo que se encarga a 3 personas
mover un objeto pesado y que una de ellas está
“simulando” que empuja, aquí diríamos que las
tres personas representan la “potencia
aparente” y de ellas solo dos representan la
“potencia efectiva”.
POTENCIA EFECTIVA
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De manera parecida a la
“potencia mecánica” la
“potencia eléctrica”, se define
como la rapidez con que se
hace un “trabajo eléctrico”.
En electricidad la fuerza
aplicada es el “voltaje” y lo que
se desplaza son “electrones”.
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Ejemplo.-
Así como para que por una
tubería circule una corriente de
agua se necesita una presión y
para que produzca un trabajo
tiene que existir un
desplazamiento de agua.
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Ejemplo.-
Para que por un circuito circule una corriente eléctrica se requiere de un voltaje, y
para que produzca un trabajo, tendrá que haber un movimiento de electrones.
Por lo tanto para determinar lo que es “trabajo eléctrico” debemos sustituir la
“fuerza por el voltaje” y la “distancia” por “electrones”.
TRABAJO MECANICO = FUERZA X DISTANCIA
TRABAJO ELECTRICO = VOLTAJE x ELECTRONES
Entonces la potencia eléctrica:
POTENCIA ELÉCTRICA = TRABAJO ELÉCTRICO/TIEMPO
POTENCIA ELECTRICA = VOLTAJE x ELECTRONES
Segundos
Los “electrones” que pasan por segundo se les llama “intensidad de corriente”.
POTENCIA ELÉCTRICA = VOLTAJE X CORRIENTE
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La corriente que producen nuestras maquinas en las plantas es una “corriente
alterna”, esto es, una corriente que en un instante va en un sentido y en otro
instante en sentido opuesto a intervalos de tiempos regulares.
A esta corriente alterna le presentan oposición para su desplazamiento tres tipos
de elementos:
T
I
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1.- Las bobinas ó inductancias en donde la corriente va “atrasada” 90º del voltaje
aplicado.
90O
V
I bobina
+ NOTA: LA
CORRIENTE VA
ATRÁS DEL VOLTAJE
Si calculamos por éste caso el “trabajo útil” obtendremos que es cero, puesto que
la fuerza (voltaje) en el sentido de desplazamiento (electrones) es nula, es decir.
Coseno 90º = 0
Sin embargo, existe un “trabajo aparente” como resultados de multiplicar el voltaje
por los electrones, sin considerar el sentido del desplazamiento.
Por lo tanto, la “potencia útil” es cero y la potencia aparente es (v x i).
En electricidad llamamos:
POTENCIA ÚTIL = POTENCIA ACTIVA
POTENCIA APARENTE = POTENCIA APARENTE
Para el caso de una bobina la potencia aparente recibe también el nombre de
“potencia reactiva inductiva”.
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90º NOTA: LA
CORRIENTE VA
ADELANTE DEL
VOLTAJE.
+
I CAPACITOR
V
Al igual que en las bobinas, aquí el “trabajo útil” es cero y el “trabajo aparente” es
el resultado de multiplicar (voltaje x electrones) ó (v x i) sin embargo, ambas
potencias son iguales puesto que no son aprovechables.
2.- Los capacitores ó capacitores ( ), en los que la corriente va
“adelantada” 90º del voltaje que se le aplica.
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Si calculamos el “trabajo útil” encontramos que es el producto del voltaje por los
electrones, dado que la fuerza (voltaje) es el sentido del desplazamiento, por tanto.
LA POTENCIA ACTIVA = V X I ó TRABAJO ÚTIL
POTENCIA APARENTE = V x I ó TRABAJO APARENTE
POTENCIA ACTIVA = POTENCIA APARENTE
Puesto que para éste no importa en que sentido va la fuerza (voltaje).
3.- Las resistencias, a donde la corriente va en fase con el voltaje.
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IS
I
I
V
+
IC
II
IP
IQ = IC - II
II IC IP
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IP V
I =
IS
IQ
(IP)2 + (IQ)
2
IP = PRODUCE UNA POTENCIA ACTIVA PUESTO QUE VA EN EL MISMO SENTIDO DEL
VOLTAJE.
IP = CORRIENTE ACTIVA
PARA CIRCUITO (MONOFASICO) PP = V x IP PP = POTENCIA ACTIVA
IQ = PRODUCE UNA POTENCIA REACTIVA
PQ = POTENCIA REACTIVA
PARA CIRCUITO (MONOFASICO) PQ = V x IP IQ = CORRIENTE REACTIVA
IP = PRODUCE UNA POTENCIA APARENTE
SUMA VECTORIAL DE TODAS LAS CORRIENTES
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(PP)2 + (PQ)2 =
P
V
I
IS
Q
S S P = POTENCIA ACTIVA
S = POTENCIA APARENTE
Q = POTENCIA REACTIVA
Is = CORRIENTE APARENTE
Ps = POTENCIA APARENTE
POTENCIA APARENTE
“LA POTENCIA APARENTE” ES LA SUMA VECTORIAL DE LA POTENCIA
REACTIVA Y DE LA POTENCIA ACTIVA.
IQ = I x SENO (MONOFASICO)
IA = I x COSENO (MONOFASICO)
POTENCIA REACTIVA = POTENCIA APARENTE x SENO (MONOFASICO)
POTENCIA ACTIVA = POTENCIA APARENTE x COSENO (MONOFASICO)
PARA CIRCUITO (MONOFASICO) Ps = V x Is
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Hemos visto que en electricidad la potencia se divide en los siguientes tres tipos:
1.- Potencia aparente.- Es la potencia total que se demanda en el circuito, sin
considerar que parte de ella efectúa trabajo útil, esta potencia es la suma vectorial
de las potencias activas y reactivas, expresada en (va) ó (kva).
2.- Potencia activa.- Es parte de la potencia aparente que efectúa un trabajo útil,
expresada en (w) ó (kw).
3.- Potencia reactiva.- Es la parte de la potencia aparente que no efectúa un
trabajo útil, expresándose en (var) ó (kvar).
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Ejemplo.-
Supongamos que se tiene conectado un motor trifásico a un circuito de 220v
entre fases, el mal requiere una corriente de 174 amp. A un ángulo 36.8 del
voltaje:
Calcular la potencia aparente activa y reactiva.
PS = √3 VL x IL
PS = 1.73 x 220 x 174
PS = 66000 VA
PS = 66 KVA
PP (POTENCIA ACTIVA PQ (POTENCIA REACTIVA)
PP = PS COSENO PQ = PS x SENO
PP = 66 x COSENO 36.8 PQ= 66 x SEN 36.8
PP = 66 x 0.8 PQ = 66 x 0.6
PP = 52.8 KW PQ = 39.6 KVAR
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A la energía eléctrica la definimos como la capacidad de producir trabajo, o sea:
ENERGÍA = POTENCIA X TIEMPO
Existe diferencia entre potencia y energía. Potencia es solo una proporción a la
cual la energía ha sido usada,
La energía es “potencia por tiempo” . Potencia es una cantidad instantánea; La
energía incluye la función tiempo a que tanto tiempo se ha aplicado potencia.
Observemos que en la realidad la energía es trabajo, puesto que es igual a la
potencia por el tiempo y la potencia es definida como “trabajo entre tiempo” .
por eso hemos definido a la energía como la capacidad de producir trabajo.
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Si la potencia eléctrica la dividimos en tres tipos, la “energía eléctrica” debe
dividirse en los tres mismos tipos:
1.- Energía aparente.- que es la energía total del circulo incluyendo la motivada
por la potencia aprovechable y por la potencia no aprovechable. Su unidad es el
voltamperhora (vah) o el kilovolamperhora (kvah, 1 kvah = 1000 vah), y puede
simbolizarse como “sh” ó bien “kvah”.
2.- Energía activa.- que es la producida por la potencia útil ó potencia
aprovechable. Se expresa en watthoras (wh) ó kilowatthoras, (kwh), pudiendo
representarse como “ph” o como “kwh”.
3.- Energía reactiva.- producida por la potencia no aprovechable, Es expresada
en voltamperhoras reactivos (varh) ó en kilovoltamperhoras reactivos (kvarh),
simbolizándose como “qh” ó “kvarh”.
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El calculo de estas energías es exactamente igual que el de su potencia que la
origina, con la salvedad de que interviene la función tiempo, es decir, que debe
multiplicarse por el intervalo de tiempo que se utilice esa potencia.
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Hemos visto que en los circuitos de corriente alterna no toda la potencia es
aprovechable, sino solo la potencia activa. Con el fin de tener un numero o
cantidad que nos indique para un circuito o una carga el grado de
aprovechamiento de la potencia, se ha ideado un factor llamado factor de
potencia.
S
P
Q
Por lo tanto, podemos definir al factor de potencia como: un número que indica
el grado de aprovechamiento de la potencia.
FACTOR DE POTENCIA = POTENCIA ACTIVA
POTENCIA APARENTE
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Lo que también es igual a factor de potencia = cos. (Monofasica)
F.P. = P
S
F.P. = P x COS (MONOFASICA)
S
Es decir, el factor de potencia es la relación entre la potencia activa y la
potencia aparente, pudiendo también calcularse como el coseno del ángulo entre
el voltaje y la corriente.
El factor de potencia puede tomar valores desde cero hasta uno, o en otros
términos podemos decir que puede valer desde cero por ciento hasta cien por
ciento, su valor depende del tipo que esté alimentado.
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Se muestran los diagramas de voltaje y la corriente para los tres tipos de cargas;
resistencia inductancia y capacitancia indicando su factor de potencia .
TP = COSENO (MONOFASICO) = P ACTIVA
S APARENTE
S
I
V
P
1.- V FP = 100%
CARGA RESISTIVA
2.- CARGA INDUCTIVA COSENO 90º = FP = 0% (INDUCTIVO)
I
3.- CARGA CAPACITIVA COSENO 90º = FP = 0% (CAPACITIVO)
I
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El factor de potencia valdrá cero cuando
no sea posible aprovechar nada de la
potencia (una bobina ó un capacitor), y
valdrá 100% cuando toda la potencia sea
aprovechable (una resistencia).
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Por ultimo mencionaremos un ejemplo típico que es muy utilizado para enseñar
lo que provoca un bajo factor de potencia.
Un vaso de cerveza, en donde parte es líquido y parte espuma. Supongamos
que los kva (potencia aparente) es todo el vaso, los kw (potencia activa) el liquido y
los kvar (potencia reactiva) la espuma . ahora bien al comprar el vaso (kva)
nosotros buscaremos que nos den la menor espuma (kvar) posible, puesto que el
líquido es lo que nos calma la sed y este es el motivo por el que estamos pagando.
Por lo tanto, buscaremos que nos den un vaso de cerveza con buen factor de
potencia.
APARENTE
S = KVA
KVAR = Q REACTIVA
KW = P ACTIVA
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2.7 CIRCUITO ELÉCTRICO ELEMENTAL
Para decir que existe un circuito eléctrico cualquiera, es necesario disponer
siempre de tres componentes o elementos fundamentales:
1.Una fuente (e) de fuerza electromotriz (fem), que suministre la energía
eléctrica necesaria en volt.
2.El flujo de una intensidad (i) de corriente de electrones en ampere.
3.Existencia de una resistencia o carga (r) en ohm, conectada al circuito, que
consuma la energía que proporciona la fuente de fuerza electromotriz y la
transforme en energía útil, como puede ser, encender una lámpara,
proporcionar frío o calor, poner en movimiento un motor, amplificar sonidos por
un altavoz, reproducir imágenes en una pantalla, etc.
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G FUENTE DE
GENERACION
MEDIO DE TRANSPORTE
C CARGA
QUE LO
CONSUMA
CIRCULACION
DE CORRIENTE
¿Que se necesita para que exista flujo de corriente?
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DEFINICIONES:
CORRIENTE ELECTRICA: Es el flujo de electrones o de portadores de carga a través de un medio conductor conectado a un circuito en el que hay una diferencia de potencial.
TENSION ELECTRICA: Es la diferencia de potencial entre dos puntos una con polaridad positiva y otra con polaridad negativa.
POTENCIA ELECTRICA: Es la cantidad de trabajo que una carga puede llevar acabo en cierta cantidad estándar de tiempo.
RESISTENCIA ELECTRICA: Es la oposición que ejercen ciertos elementos al paso de la corriente eléctrica.
61
2.8 APARATOS DE MEDICIÓN ELÉCTRICA
Un multitester no es mas que la
combinación de los tres aparatos de
medición eléctricos fundamentales: el
amperímetro, ohmetro (ohmímetro), y el
voltímetro.
62
EL AMPERÍMETRO
El amperímetro es un instrumento de medición que se utiliza para medir la
corriente eléctrica. Para lograr una medición correcta con un amperímetro éste
debe conectarse en serie con el circuito que se desea medir, por lo tanto debe
cortarse el circuito en la rama por la cual pasa la corriente y colocar el amperímetro
en esa rama. La unidad para medir corriente es el amperio, la cual se representa
con la letra a. La conexión correcta de un amperímetro analógico (o amperímetro
de aguja) se muestra en la figura siguiente:
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EL VOLTÍMETRO
El voltímetro es un instrumento de medición que
se utiliza para medir el nivel de tensión o voltaje de
un circuito. Para lograr una medición correcta con un
voltímetro éste debe conectarse en paralelo con el
circuito que se desea medir, por lo tanto las puntas
del medidor deben conectarse directamente en los
extremos o bornes del elemento del circuito a medir.
La unidad para medir voltaje es el voltio, lo cual se
representa con la letra v.
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EL ÓHMETRO
Para medir la resistencia eléctrica se requiere de un instrumento de medición
llamado óhmetro, el valor de la medición se da en unidades de ohmios y se
representa por la letra griega omega mayúscula ω.
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Para medir la resistencia eléctrica se debe conectar el
multímetro en paralelo y sin ninguna fuente de voltaje o
fuente de potencia, es decir igual a la forma como se
conecta el voltímetro, pero la resistencia deberá estar en
circuito abierto o desconectada de la fuente de
alimentación.
La escala de medición en un ohmetro es opuesta a las
variables de tensión y de corriente, debido a su relación
inversa.
La precisión de un medidor viene indicada por un
número en la parte inferior, pudiendo ser 0.1, 0.3, 0.5, 1,
2, 2.5%, y es el porcentaje de desviación de la medida
del valor real.
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2.9 RIESGOS DE CONTACTOS ELÉCTRICOS
Cuando una corriente que excede los 30m a atraviesa una parte del cuerpo
humano, la persona esta en serio peligro si esa corriente no es interrumpida en un
tiempo muy corto. El grado de peligro de la victima es función de la magnitud de la
corriente, las partes del cuerpo atravesadas por ella y la duración del pasaje de
corriente.
La norma iec 479-1 distingue dos tipos de contactos peligrosos:
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CONTACTO DIRECTO
La persona entra en contacto con un conductor activo, el cual esta funcionando
normalmente.
Contacto directo
Is= corriente que circula por el cuerpo
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CONTACTO INDIRECTO
La persona entra en contacto con una parte conductora, que normalmente no lo
es, pero que accedió a esta condición accidentalmente (por ejemplo, una falla de
aislamiento).
Contacto Indirecto
Id= corriente de falla de aislamiento
Is= corriente que circula por el cuerpo
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Ambos riesgos pueden ser evitados o limitados
mediante protecciones mecánicas (no acceso a
contactos directos) protecciones eléctricas, a través
de dispositivo de corriente residual de alta
sensibilidad que operan con 30ma o menos. Las
medidas de protección eléctrica depende de dos
requerimientos fundamentales:
La puesta a tierra de todas las partes expuestas
que pueden ser conductoras del equipamiento en la
instalación, constituyendo una red equipotencial.
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La desconexión automática de la sección de la instalación involucrada, de
manera tal que los requerimientos de tensión de contacto (uc) y el tiempo de
seguridad sean respetados.
La uc es la tensión (v) que existe (como resultado de una falla de aislación) entre
una parte conductora de la instalación y un elemento conductor (la persona) que
esta a un potencial diferente (generalmente a tierra).
En la practica, los tiempos de desconexión y el tipo de protecciones a usar
depende del sistema de puesta a tierra que posee la instalación)
71
CORAZON: Los latidos se interrumpen de forma transitoria o definitiva.
MUSCULOS INTERCOSTALES: Su espasmo da lugar a problemas respiratorios.
PULMONES: La respiración se detiene o entran líquidos en ellos.
HUESOS: Se pueden salir (luxar) de su posición o fracturarse.
PRECAUCIÓN: El tamaño de la quemadura no es indicativo de gravedad de las
lesiones internas. Se deberá buscar inmediatamente la asistencia medica.
2.10 EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA SOBRE EL ORGANISMO
72
Desde el punto de vista practico, después de que una persona es afectada por
una descarga eléctrica, es imposible determinar cuanta corriente paso a través de
los órganos vitales de su cuerpo.
Si la respiración normal del accidentado se ha interrumpido deberá suministrarse
inmediatamente respiración artificial.
¿ Cuales con las causas que origina un accidente por descarga eléctrica ?
1.- Aislamientos dañados.
2.- Falta del sistema de tierras.
3.- Falta de puesta a tierra de los equipos.
4.- Exceso de confianza en las personas.
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Una corriente de 1 miliampere o menos no produce ninguna sensación ni mal
efecto.
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Una corriente de 1 a 8 miliamperes produce un choque indoloro y el individuo
puede soltar los conductores.
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Una corriente de 8 a 15 miliamperes, produce un choque doloroso pero sin
perdida del control muscular.
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Una corriente de 15 a 20 miliamperes, produce un choque doloroso con perdida
del control de los músculos afectados.
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Una corriente de 20 a 50 miliamperes, produce un choque doloroso y
contracciones musculares muy fuertes.
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Una corriente de 50 a 100 miliamperes, puede causar fibrilación ventricular.
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Una corriente de 100 a 200 miliamperes, mata siempre a la víctima por
fibrilación ventricular.
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Una corriente de 200 o mas miliamperes, produce quemaduras y fuertes
contracciones musculares que oprimen el corazón y mata instantáneamente.
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2.11 EL TRANSFORMADOR
Es un dispositivo que se encarga de
"transformar" el voltaje de corriente alterna que
tiene a su entrada en otro diferente que entrega
a su salida.
El transformador se compone de un núcleo de
hierro sobre el cual se han arrollado varias
espiras (vueltas) de alambre conductor. Este
conjunto de vueltas se llaman bobinas y se
denominan: bobina primaria o "primario" a
aquella que recibe el voltaje de entrada y bobina
secundaria o secundario" a aquella que entrega
el voltaje transformado.
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EL TRANSFORMADOR
- La bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una
corriente alterna.
- Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro.
- Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el
flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.
- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "secundario", se
generará por el alambre del secundario una voltaje habría una corriente si hay una
carga (el secundario está conectado a una resistencia por ejemplo) la razón de la
transformación del voltaje entre el bobinado "primario" y el "secundario" depende
del número de vueltas que tenga cada uno.
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EL TRANSFORMADOR IDEAL
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Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario
habrá el triple de voltaje.
La fórmula:
NÚMERO DE ESPIRAS DEL PRIMARIO (NP) VOLTAJE DEL PRIMARIO (VP)
----------------------------------------------------------- = ----------------------------------------
NÚMERO DE ESPIRAS DEL SECUNDARIO (NS) VOLTAJE DEL SECUNDARIO (VS)
ENTONCES: vs = ns x vp / np
Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de
espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (La potencia
que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por
calor y otras), entonces:
POTENCIA DE ENTRADA (Pi) = POTENCIA DE SALIDA (Ps).
Pi = Ps
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Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar
su potencia usando la siguiente fórmula:
POTENCIA (P) = VOLTAJE (V) X CORRIENTE (I)
P = V X I (WATTS)
Aplicamos este concepto al transformador y...
P(bobinado primario) = P(bobinado secundario) y...
La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es de
que cuando el voltaje se eleve la corriente se disminuya en la misma proporción y
viceversa. Entonces:
Número de espiras del primario (Np) Corriente del secundario (Is)
---------------------------------------------------- = ----------------------------------------
Número de espiras del secundario (Ns) Corriente del primario (Ip)
Así, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip
(corriente en el primario), Np (espiras en el primario) y Ns (espiras en el
secundario) se utiliza siguiente fórmula:
Is = Np x Ip / Ns
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ARCO ELÉCTRICO
Al abrir un circuito en el que esta circulando una corriente se produce un arco
eléctrico.
Arco: brinco de electrones a través del aire. A mayor intensidad de corriente
mayor arco.
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El arco eléctrico no es un invento; se le presentó ya al primer
físico que intentó abrir un circuito recorrido por una corriente
eléctrica.
En efecto, el circuito, siempre inductivo, dota a los electrones de
suficiente energía para salvar la distancia que aparece en la zona
de separación de los conductores.
Normalmente, son estos electrones «pioneros» los que ionizan el
gas, sea el que sea, y la creación de plasma facilita desde el
principio el paso de la corriente.
En estas condiciones podríamos imaginar que la ruptura total es
muy difícil de conseguir a no ser que, un mejor conocimiento de
este fenómeno nos permita descubrir algunas propiedades que nos
van a resultar irreemplazables.
Por suerte, es así: esas propiedades existen.
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La electricidad ha sido el motor del progreso en el
siglo xx y la utilización de ella es una de las mayores
preocupaciones que debemos tener como instaladores
eléctricos, en lo que se refiere a la selección de las
protecciones eléctricas. como nos pudimos dar cuenta
con este trabajo, se ha avanzado mucho en materia de
seguridad, pero existe un gran riesgo difícil de eliminar y
que es el control de la energía liberada por los arcos
eléctricos en los aparatos y equipos eléctricos.
Cuando se realiza una desconexión de un aparato de
maniobra o de protección, sea en forma manual (si se
va a realizar algún trabajo o mantenimiento en la
instalación), o en forma automática (debido a la
operación de la protección), no solo se abren los
contactos del interruptor, sino que también debe ser
apagado el arco eléctrico que se presenta cuando los
contactos se abren.
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Si no se tienen las precauciones necesarias, un arco eléctrico
que tan solo dure 30 [ms], puede provocar grandes desperfectos
en una instalación eléctrica.
Los arcos eléctricos, entre muchas causas, se generan
cuando se reduce el aislamiento entre las partes conductoras a
distinto potencial, lo cual puede ser debido a:
Cargas mecánicas, térmicas o eléctricas muy elevadas
sobretensiones.
Cuerpos extraños en el interior de los equipos de maniobra.
Errores humanos al trabajar bajo tensión.
Las consecuencias de los arcos eléctricos son daños a las
personas (quemaduras, problemas auditivos y oculares, lesiones
por material desprendido), destrucción total o parcial de la
instalación y daños a la infraestructura (por el aumento de
temperatura) y pérdidas económicas por el cese prolongado en
la producción y por los costos en las reparaciones.
¿PREGUNTAS?
¡Gracias por su atención!