Voltio El voltio o volt es la unidad derivada del SI para el potencial

Voltio
El voltio o volt es la unidad derivada del SI para el potencial
eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en
honor de Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica,
la primera batería química. Es representado simbólicamente por V.
El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de
un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio
utiliza un vatio de potencia.
El voltio también puede ser definido como la diferencia de
potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un
trabajo de 1 julio para trasladar del uno al otro la carga de 1
culombio:
1 V = 1 W·A-1 = 1 J·C-1 = 1 m2·kg·s-3·A-1.
El instrumento de medición para medir voltaje es el voltímetro.
Tensión eléctrica
La tensión eléctrica, diferencia de potencial o voltaje es una
magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un
circuito cerrado. La tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual
al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para
transportarla desde el punto A al punto B. Igual que el potencial, en
el Sistema Internacional de Unidades la diferencia de potencial se mide en
voltios (V).
La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y
depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B
en el campo; se expresa por la fórmula:
donde:
VA - VB es la diferencia de tensión,
E es la Intensidad de campo en newton/coulomb,
r es la distancia en metros entre los puntos A y B.
Figura 1: Polaridad de una diferencia de potencial.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen
mediante un conductor, se producirá un flujo de corriente eléctrica.
Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se
trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y,
en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará
cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (Ley de Henry).
Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.
Cuando por dos puntos de un circuito puede circular una corriente
eléctrica, la polaridad de la caída de tensión viene determinada
por la dirección convencional de la misma, esto es, del punto de
mayor potencial al de menor. Por lo tanto, si por la resistencia R de
la figura 1 circula una corriente de intensidad I, desde el punto A
hacia el B, se producirá una caída de tensión en la misma con la
polaridad indicada y se dice que el punto A es más positivo que el
B.
Otra de las formas de expresar la tension entre dos puntos es en
funcion de la intensidad de corriente y la resistencia existentes
entre ellos, asi se obtiene uno de los enunciados de la ley de ohm
que dice:
Ley De Ohm [editar]
"La intensidad de la corriente es directamente proporcional al
voltaje e inversamente proporcional a la resistencia en todos los
circuitos o elementos eléctricos"
Circuito mostrando la Ley de Ohm: Una fuente eléctrica con una
diferencia de potencial V, produce una corriente eléctrica I cuando pasa a través
de la resistencia R
La ley de Ohm, es una propiedad específica de ciertos materiales.
La relación
es un enunciado de la ley de Ohm. Un conductor cumple con la ley
de Ohm sólo si su curva V-I es lineal; esto es si R es
independiente de V y de I. La relación
sigue siendo la definición general de la resistencia de un
conductor, independientemente de si éste cumple o no con la ley de
Ohm. La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un dispositivo
es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e
inversamente proporcional a la resistencia del mismo, según expresa la
fórmula siguiente:
En donde, empleando unidades del Sistema internacional:
I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Ω).
Enunciado [editar]
En un conductor recorrido por una corriente eléctrica, el cociente
entre la diferencia de potencial aplicada a los extremos del
conductor y la intensidad de la corriente que por él circula, es una
cantidad constante, que depende del conductor, denominada
resistencia.
La ley enunciada verifica la relación entre voltaje y corriente en
un resistor.
Ohmio
El ohmio (en inglés ohm) es la unidad de resistencia eléctrica en el Sistema
Internacional de Unidades. Se representa con la letra griega Ω (omega
mayúscula). Su nombre se deriva del apellido del físico alemán Georg
Simon Ohm, autor de la Ley de Ohm.
Se define a un ohmio como la resistencia eléctrica que presenta
una columna de mercurio de 106,3 cm de altura y 1 mm² de sección
transversal a una temperatura de 0 °C.
Según la Ley de Ohm, un ohm es la resistencia eléctrica que presenta
un conductor al paso de una corriente eléctrica de un amperio, cuando la
diferencia de potencial entre sus extremos es de un voltio.
Vatio
El vatio o watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades.
Su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s) y es
una de las unidades derivadas. Expresado en unidades utilizadas en
electricidad, el vatio es la potencia producida por una diferencia de
potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).
La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en
vatios, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran
potencia se expresa en kilovatios (kW) que equivale a 1000 vatios.
Un kW equivale a 1,35984 CV (Caballos de vapor).
Las siguientes ecuaciones relacionan dimensionalmente el vatio con
las Unidades básicas del Sistema Internacional:
ESISTENCIA ELÉCTRICA - LEY DE OHM:
En su recorrido a través de un conductor y de un aparato
eléctrico, los electrones encuentran diferentes obstáculos que se
oponen a que los mismos fluyan libremente. Este fenómeno recibe el
nombre de resistencia eléctrica, medida en ohmios. En un cuerpo
conductor esta resistencia es muy baja; y en un cuerpo aislante
esta resistencia es muy elevada. Si queremos calcular cual es la
resistencia de un cuerpo debemos aplicarle un cierto voltaje y ver
cuanta corriente eléctrica deja pasar (es decir cuantos amper
pasan).
Para saber cuantos Ohms tiene un cuerpo debemos dividir el voltaje
por la corriente:
RESISTENCIA = VOLTAJE / CORRIENTE
que expresado en unidades da:
OHM = VOLT / AMPER
POTENCIA ELÉCTRICA - LEY DE WATT:
Si a un determinado cuerpo le aplicamos una fuente de alimentación
(es decir le aplicamos un Voltaje) se va a producir dentro del
cuerpo una cierta corriente eléctrica. Dicha corriente será mayor
o menor dependiendo de la resistencia del cuerpo. Este consumo de
corriente hace que la fuente este entregando una cierta potencia
eléctrica; o dicho de otra forma el cuerpo esta consumiendo
determinada cantidad de potencia. Esta potencia se mide en Watt.
Por ejemplo una lámpara eléctrica de 40 Watt consume 40 watt de
potencia eléctrica. Para calcular la potencia se debe multiplicar
el voltaje aplicado por la corriente que atraviesa al cuerpo. Es
decir:
POTENCIA = VOLTAJE x CORRIENTE
que expresado en unidades da:
WATT = VOLT x AMPER
Watt
El vatio o watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional
de Unidades. Su símbolo es W.
Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el vatio es la
potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y
una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).
La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en
vatios, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran
potencia se expresa en kilovatios (kW) que equivale a 1000 vatios.
Un kW equivale a 1,35984 CV (Caballos de vapor).
Volts
El voltio o volt es la unidad derivada del SI para el potencial
eléctrico, fuerza electromotriz y el voltaje. Recibe su nombre en
honor de Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica,
la primera batería química. Es representado simbólicamente por V.
El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de
un conductor cuando una corriente con una intensidad de un amperio
utiliza un vatio de potencia.
Son unidades de medición de la corrinete electrica.
FUNDAMENTOS:
VOLTAJES TRIFÁSICOS:
La generación y transmisión de potencias eléctrica son más
eficientes en sistemas polifásicos que emplean combinaciones de dos,
tres o más voltajes sinusoidales. Además los circuitos y las maquinas
polifásicas poseen ciertas ventajas únicas. Por ejemplo, la potencia
transmitida en un circuito trifásico es constante o independiente
del tiempo en vez de pulsante, como en un circuito monofásico. Así
mismo, los motores trifásicos arrancan y funcionan mucho mejor que
los monofásicos. La forma más común de un sistema polifásico utiliza
tres voltajes balanceados de igual magnitud y desfasados en 120
grados.
Un generador de CA elemental consta de un magneto giratorio y un
devanado fijo. Las vueltas del devanado se distribuyen por la
periferia de la maquina.
El voltaje generado en cada espira del devanado esta ligeramente
desfasado del generado por él más próximo, debido a que la densidad
máxima de flujo magnético la corta un instante antes o después. Si
el primer devanado se continuara alrededor de la maquina, el
voltaje generado en la ultima espira estaría desfasado 180 grados
de la primera y se cancelarían sin ningún efecto útil. Por esta
razón, un devanado se distribuye comúnmente en no más de un tercio
de la periferia; los otros dos tercios se pueden ocupar con dos
devanados mas, usados para generar otros dos voltajes similares.
Un circuito trifásico genera distribuye y utiliza energía en forma
de tres voltajes, iguales en magnitud y simétricos en fase. Las
tres partes similares de un sistema trifásico se llaman fases.
Como el voltaje en la fase A alcanza su máximo primero, seguido
por la fase B y después por la C se dice que la rotación de fases
es ABC. Esta es una convención arbitraria; en cualquier generador,
la rotación de fases puede invertirse, si se invierte el sentido
de rotación
SEMICONVERTIDORES TRIFÁSICOS:
Los semiconvertidores trifásicos se utilizan en aplicaciones
industriales hasta el nivel de 120KW, en los que se requiere de
una operación de un cuadrante. Conforme aumenta el Angulo de
retraso se reduce el factor de potencia de este convertidor,
aunque es mejor que el de los convertidores trifásicos de media
onda.
Gráfica completa que muestra las formas de onda en los componentes
del rectificador trifásico cuando el disparo se hace para a =90º:
Gráfica completa que muestra las formas de onda en los componentes
del rectificador trifásico cuando el disparo se hace para a ≤p /3:
Con la ayuda de los convertidores trifásicos, en este caso de
media onda; la potencia entregada puede mejorar de forma
significativa, según algunas fuentes; este arreglo puede ser útil
hasta rangos de 120KW.
El valor rms y por lo tanto, la potencia, depende como era de
esperarse del ángulo en el cual se dispara cada tiristor, variando
en un ángulo de 0 a 1800.
Para tener un control "lineal" del brillo del bombillo, es prudente
dar el pulso en igual desfase de 1200 con respecto, con respecto al
impulso de la siguiente fase, al haber descoordinaciones en las
señales de control, puede afectar el valor rms en forma no gradual.
Por ultimo es necesario tener en cuenta, que para aplicaciones de
alta potencia y de mediana potencia, es importante obtener una
señal de control con un ancho de pulso reducido, ya que si el
disparo del mismo se prolonga, puede ocasionar calentamiento del
dispositivo.
NATURALEZA Y APLICACIONES
La tensión trifásica , es esencialmente un sistema de tres
tensiones alternas ,acopladas, ( se producen simultáneamente las 3
en un generador), y desfasadas 120º entre si (o sea un tercio del
Periodo).
Estas tensiones se transportan por un sistema de 3 conductores (3
fases), o de cuatro (tres fases + un neutro). Por convención las
fases se denominan R , S, T, y N para el conductor neutro si
existe.
Sistema de tres tensiones trifásicas
Este sistema de producción y transporte de energía , en forma
trifásica, desde el generador a los receptores esta universalmente
adoptado, debido a que presenta economía en el material de los
conductores, para la misma potencia eléctrica transmitida, y
además permite el funcionamiento de motores eléctricos muy simples
duraderos y económicos, de campo rotatorio, como los motores
asíncronos de rotor en cortocircuito (motores de "jaula de
ardilla"), que son los empleados en la mayoría de las aplicaciones
de baja y mediana potencia.
Los receptores monofásicos, se conectan entre dos conductores del
sistema de 3 o 4 conductores, y los motores y receptores
trifásicos, a las 3 fases simultáneamente.
En el caso de un edificio de viviendas, por ejemplo, se reparten
las cargas de cada planta entre las distintas fases, de forma que
las 3 fases queden aproximadamente con la misma carga (sistema
equilibrado)
Los transformadores para la corriente trifásica son análogos a los
monobásicos, salvo que tienen 3 devanados primarios y 3
secundarios.
GENERADORES Y CONEXIONES ESTRELLA Y TRIANGULO
Los generadores constan esencialmente de tres devanados (fases) ,
o sea disponen de 6 bornes , dos por cada fase, y las bornas
activas de salida se denominan U , V, W, y van conectados a los
conductores activos R, S, T
Generador trifásico con tres devanados estatóricos
conexiones de un alternador trifásico
Según se observa en la figura, las conexiones del generador pueden
efectuarse en estrella ( mayor tensión entre fases) , o en
triangulo (menor tensión entre fases). Cuanto mayor es la tensión
en los conductores activos, menor es la intensidad para igualdad
de potencia transportada por la línea, y menor por tanto la
sección necesaria de los conductores .
conexiones en estrella y en triangulo
Las tensiones normalizadas para la distribución a los usuarios
finales para aplicaciones generales, son de 220V y 380V . (la
tensión de 125 V está a extinguir) Ambas dos tensiones, se pueden
transportar utilizando las 3 fases y el neutro, conectando el
generador en estrella.
Por composición vectorial de las tensiones se observa que la
tensión de fase
380V = 31/2 x 220 V = 1,73 x 220V
Análogamente, por composición vectorial puede demostrarse que la
corriente que pasa por el conductor neutro si las cargas aplicadas
a cada fase son iguales, es nula. De ahí el interés en distribuir
en lo posible las cargas por igual entre todas las fases
TENSIONES E INTENSIDADES EN LAS LINEAS Y EN LAS FASES
En general, es mas fácil medir las intensidades en las líneas que
en las fases. Además , es necesario saber la intensidad de línea
ya que ésta es la que condiciona la sección del conductor de la
misma
Con carga simétrica en cada fase, se cumple
1-CONEXIÓN DE RECEPTORES EN ESTRELLA
composición vectorial de tensiones en conexión estrella
intensidad de fase =intensidad de línea
tensión de fase =tensión de estrella
Tensión de linea=1,73 x tensión de fase
2-CONEXIÓN DE RECEPTORES EN TRIANGULO
composición vectorial de tensiones e intensidades en conexión
triangulo
Tensión de línea = tensión de fase
Intensidad de linea= 1,73 Intensidad de fase
POTENCIAS EN UN SISTEMA TRIFASICO EQUILIBRADO
Como cada una de las 3 fases del devanado o resistencia del
receptor está sometida a la tensión de fase Uf y circula una
intensidad de fase If , la potencia total aparente es:
S= 3x Uf . If
Pero como es mas fácil medir los valores de línea, generalmente se
calcula la potencia en función de estos valores:
Siendo U la tensión de línea e I la intensidad de línea;
Potencia aparente (la que carga la línea) S = 1,73 U x I
Potencia activa (la útil) P= 1,73 U x I x cos j
Potencia reactiva (inútil) Q= 1,73 U x I x sen j
Siendo el ángulo de retraso de la intensidad respecto a la
tensión, debido a las inductancias de los receptores. cos j = XL/ Z
(reactancia inductiva /impedancia).
CURSO CEPEDE
1. 2. ¿Qué es la energia trifásica?
2. 3. Tres lineas monofasicas
3. 4. Variables electromagneticas
4. 5. Diferencias entre la energia trifasica y la monofásica
5. 6. Normas internacionales
6. 7. La función del neutro en una instalación trifasica o industrial
7. 8. La función del neutro
8. 9. Análisis de circuitos trifásicos
9. 10. Las Cargas y tensiones del balanceadas
10.11. Características naturales
11.12. Leyes Basicas que nos permiten el control de la corriente alternada
12.13. ¿Cómo nos beneficiamos de las leyes o ''Herramientas'' de control?
13.14. Las energias activas y reactivas
14.15. Factor de potencia
Comenzando con lo prometido, amigos, de la energia
electromagnética, los invito, a iniciar, un nuevo camino del
conocimiento, iniciando el escalamiento, de una montaña,, con
múltiples obstáculos, que junto aprenderemos, a superar, por lo
cual, se transformara, en experiencia, que nos llevara, al
conocimiento, y control de la energia eléctrica, de mayor
potencia, como es la trifasica. En realidad, si te matriculaste,
en los primeros dos cursos básicos, gratuitos de CEPEDE
CAPACITACION, ya tenes el conocimientos, de que es la energia
eléctrica trifásica, ya que son, en realidad, tres lineas
monofásicas.
Como podemos observar, en el grafico, hay una linea imaginaria,
que separa dos sectores, que forman el sistema de lineas
trifasicas:
1. El sector reductor, y distribuidor, donde esta el
transformadors reductor, cuyas bobinas L1, L2, L3, NOS ENTREGAN
LAS TRES FASES, RST, y un neutro.
2. Sector de aplicacion, que es donde la empresa nor entrega los
cuatros conductores, a traves de medidores, a la entrada de la
instalacion.
Hasta, aqui, la responsabilidad, la calidad, de la energia, y el
mantenimiento, es responzabilidad esclusiva de la empresa
provedora.
Desde el sistemas de medidores, hacia el interior de la instalacion,
la responzabilidad, es esclusiva del propietario.
Si la instalacion es importante, mayor
de 20 KVA, la empresa
puede entregar, una tension, media, de arriba los 15 Kv, y luego
la elaboracion,la reduccion, a 380, 220, se encarga el usuario.
Este esquema, como vemos tiene varios tableros principales a la
salidas de cada medidor, por lo que representa, la alimentacion,
para una instalacion indstrial, pero nos sirve como ejemplo para
aclarar el concepto de tableros.
En una linea, de entrada tenemos soloun tablero principal, y esta
puede ser cualquierintalaxion trifasica, que podemos distribuir en
tres lineas monofasicas.
3. Tres lineas monofasicas
Como vemos, la trifasica, podemos decir, que es la monofásica, que
ya conocemos `´triplicada´´, por lo cual, tendremos todas las
energías monofásicas multiplicada por tres.
Es decir, si usamos las tres junta para el mismo trabajo, o carga,
tendremos triple potencia, en el campo que ante teníamos las
variables de una sola fase.
Por ejemplo, EN MONOFASICA, tenemos:
1.
Una corriente activa
2. Una corriente reactiva positiva o inductiva, que genera el
CEM, que podemos transformar, en energia mecanica o HP, por medio
de un motor.
3. Una corriente reactiva negativa, o Capacitiva, que como
sabemos compensa, la reactiva positiva.
4.
Una Impedancia ( Z ),que permite regular la corriente.
5.
Una fase, entre corriente y tension.
La proteccion, es de un solo diferencial.
Es decir, si tenemos conectados a la alimentacion trifasicas, tres
lineas monofasicas. tendremos que colocar tres diferenciales, a la
entrada, uno cada fase, y luego cada linea tendra su tablero
secundarios, de la que se tendra el control de todas las sub
lineas.
Como vemos, a partir de ahora, cada instalacion, conectada a cada
fase, se comporta como una monofasica cualquiera de las ya
estudiadas.
Pero en este caso, la empresa proveedora, nos entrega una linea de
tres fase, por lo cual nos factura el consumo total, de las tres,
por lo que la facturacion, depende de la diferencia, de consumo de
cada una.
Si fuera monofasica, tendriamos solo tres energias, dos reactivas,
y una activa, controlada por un solo medidor, por lo cual con
hacer, las dos reactivas, iguales, en sus modulos, como son
positivo y negativos, se compensan, se transforman entre si, y no
afecta a la instalacion.
Si representaramos, las variables, de las distintas energias, de
iuna instalacion monofasica, con vectores, tendriamos solo tres, a
90 grado entre si.
En cambio, en trifasica, tenemos todos tres elementos de cada uno
de los anteriores, por lo cual, podemos realizar múltiples
combinaciones, incluidas todas las de monofásicas, multiplicada
por tres.
La proteccion respecto a tierra, la podemos realizar, con un
diferencial TRIFASICO,o tres monofásicos, según la carga aplicada.
Además tenemos la opción de usar las tres fasesen la misma
aplicación, o trabajo, o carga, por lo que triplicaremos la
potencia, con mas rendimiento, que la misma potencia conectada en
monofásica, es decir mayor tension. Y menor intensidad de
corriente, por lo cual meno perdida por caloría. No olvidemos que
la potencia transformada en calorías, depende de:
W = 0,24 . R . I2
. t (seg).
Si, la corriente, para la misma potencia que monofásica, por
ejemplo, es 2 veces menor, las perdidas por calorías, se reducen 4
veces, porque la intensidad I, es al cuadrado.
Este es el principal, motivo para usar la energia trifasica,
cuando la carga exige, mucha intensidad de corriente, al trabajar
con doble fase, se trabaja con doble tension de fase ( 380 volt,
en lugar de 220), por lo cual disminuye la corriente en la misma
proporción, y con eso la caída por temperatura.
Ademas como las tres, fases RST, usan un solo Neutro, con cuatro
conductores, tenemos el equivalente a los seis, que tendrian tre
lineas monofasicas, independiente.
Es decir, si tendríamos tres fases independientes, necesitaríamos
6 conductores, para la misma potencia, o sea R-N1 - S-N2 - T-N3monofásica, en cambio usando el neutro común a todas las fases,
tenemos que tener solo cuatro conductores, RST, la fases, y N el
neutro, ya `´ahorramos´´ 2 conductores.
Además, si aplicamos, la misma carga, a las tres fases, tampoco
circula corriente por el neutro, por lo que tendremos en uso con
corriente eléctrica, solo los tres conductores de fase RST, por
ejemplo:
El problema, es precisamente, ese, si las tre cargas monofasicas,
no son iguales, es decir no estan en fase, tenemos 6 vectores,
tres cada fase, para controlar por medio de una sola resultante.
Como ya habrás podido apreciar, porque es mas económico cuando la
potencia es grande, emplear energia trifasica, que Ademas podemos
usar las tres fases, en forma monofásica, equilibrando las tres
cargas, por lo que en el neutro, pasa solo la corriente, del
desequilibrio.
Es decir, la trifasica, permite al técnico instalador, una
creatividad, que depende personalmente de cada uno, y se cumple el
dicho, de CEPEDE CAPACITACION TECNICA PERSONALIZADA, que la
transmite, a todos sus alumnos: Que el conocimientos, para el
control de la energia electromagnética, se puede aprender, pero la
aplicación, la puesta en practica, del conocimiento, ES UN ARTE,
depende de las ideas personales de cada uno, siempre respectando
las normas.
4. Variables electromagneticas
Creo que ya tenemos el concepto básico, de los fenómenos
electromagnéticos, y variables, que podemos encontrar, en una
instalación trifasica, por lo que adelante, subimos otro escalón.
Como vemos, tenemos mas opciones, de madiciones, para facilitar el
control, y siempre tendremos las distintas variables que podemos
medir, mutiplicadas por tres.
Por eso, le da mas opciones, al tecnico, en distribuir las
distintas cargas, pomos decir aplicar su creatividad, para que
cada instalacion, tenga como resultado, impresa su personalidad.
No olvidemos nunca, que cualquiera sea la creatividad, para
obtenerlo, tenemos que tener en cuenta los siguiente puntos de la
normas IRAM.
1.
El conductor es de cobre, y no puede generar en el PVC, mas
de 70 grados, durante el trabajo nominal.
2.
La caída de potencial, máxima de cada linea monobásica, no
puede superar el 3 % de la tension de entrada.
3.
La caída total de las tres fases trifásicas RST, es
normalizada como máximo el 5 %.
Aquí a primera vista, parece algo incongruente, solo el 5 % de
CDT, en el sector trifasico, ya que si sumaran las tres lineas
monofásica, nos daría, un 9 %, , pero recordemos, que las tres
monofásicas, están compuestas por 6 conductores, ( tres neutros),
cada una controlada individualmente por un diferencial.
En cambio , las RSTN, trifásicas, tienen solo 4 conductores, por
lo que la disminución de caída, de tension, o CDT, es
inversamente a la raíz de tres o sea, 1,73 , es decir:
·
Caída total tres lineas monofásicas =
·
=
Caída total 3 lineas trifásicas (4 cond.) =
5, 2 volt
·
9 volt
9
/
1, 73
Caída total un linea monofásica ( 2 cond. ), = 3 %.
Aquí también queda demostrado, porque la trifasica es mas
económica, que la misma potencia, en monofásica, y es porque
circula menor corriente, ya que esta tambien, esta afectada en
relación, a la raíz de 3, o sea 1,73
Ademas. por el neutro solo circula la corriente diferencia de
algunas fases, por lo que puede ser de menor seccion.
5. Diferencias entre la energia trifasica y la monofásica
Capítulo anterior: 4 - Variables electromagneticas
Capítulo siguiente: 6 - Normas internacionales
Algunas de las diferencias, entre usar una fase, o las tres, en
una instalación, ya la conocemos, pero profundizando el análisis,
tambien podemos ver que, la principal razón, no es solo la
económica, sino hay varias tambien importante.
por parte de la compañía de luz a la población, por eso toda L a
principal aplicación para los circuitos trifásicos se encuentra en
la distribución de la energía eléctrica las distribuciones, son
trifásicas, ya que esta demostrado, en forma TECNICA, científica,
y practica, que la mejor manera de producir, transmitir y consumir
energía eléctrica era usando circuitos trifásicos.
Algunas de las razones por las que la energía trifásica es
superior a la monofásica son :
1.
es
La potencia en KVA (Kilo Volts Ampere) de un motor trifásico
aproximadamente 150% mayor que la de un motor monofásico.
2.
En un sistema trifásico balanceado los conductoresnecesitan
ser el 75% del tamaño
que necesitarían para un sistema
monofásico con la misma potencia en VA.
3.
Por lo que
esto ayuda a disminuir los costosy por lo
tanto a justificar el tercer cable requerido.
4.
La potencia proporcionada por un sistema monofásico cae
tres veces por ciclo.
5.
La potencia proporcionada por un sistema trifásiconunca cae
a cero por lo
que la potencia enviada a la carga es siempre la
misma.
6.
Si rotamos un campo magnético a través de una bobinaentonces
se produce un voltaje monofásico como se ve a
continuación:
7.
En cambio, si colocamos tres bobinas separadas por ángulos
de 120° se estarán produciendo tres voltajes con una diferencia de
fase de 120° cada uno.
Conceptos necesarios para comprender los circuitos trifásicos
Conceptos importantes
Para comprender como funcionan los circuitos trifásicos es
necesarios primero conocer cómo se denominan las partes que lo
componen así como todos los conceptos relacionados.
Sin un claro entendimiento de todo esto se pueden ocasionar
confusiones a la hora de resolver un problema con circuitos
trifásicos.
Voltajes trifásicos balanceados
Para que los tres voltajes de un sistema trifásico estén
balanceados deberán tener amplitudes y frecuencias idénticas y
estar fuera de fase entre sí exactamente 120°.
Importante:
En un sistema trifásico balanceado la suma de los voltajes es
igual a cero, como veremos luego, todas las resultantes, son
igual, a cero, si el sistema, esta en equilibrio.
Va + Vb + Vc = 0
Circuito trifásico balanceado
Si las cargas se encuentran de manera que las corrientes
producidas por los voltajes balanceados del circuito también están
balanceadas entonces todo el circuito está balanceado.
Voltajes de fase
Cada bobina del generador puede ser representada como una fuente
de voltaje senoidal, como estas estan desfasadas entre si 120
grados, si las sumamos durante el tiempo de un ciclo,
practicamente, no hay instantes sin energias reactivas, por lo que
la potencia aparente, es mas estable.
Esto es util, especialmente, cuando conectamos motores,
trifasicos, 3 / 220, o 3 / 380 volt, cuando las tres fases estan
cargadas, iguales.
Ahora se nos presenta un problema, ya que tenemos tres fases
iguales en todo, a cual tomamos como base, como referencia, para
ver cual esta adelantada, y cual atrasada?. Vamos a tratar de
visualizar con algo físico, lo que ocurre con la fases, para ver
cual es mejor tomarla como `´patrón´´ base, para decir que el
sistema es equilibrado. Imaginemos que vos con dos amigos, esta
subiendo una escalera, automatica,
y vos estas en un escalón
( Fase a) del ejemplo, y un amigo esta adelante dos escalones,(
Fase c), y el otro esta atrasado dos escalones. Este sistema el
que consideramos, que las tres fases, RST, esta en equilibrio, y
por el neutro, no circula corriente, ya que tiene dos fuerzas
opuesta que se anulan entre si, es decir no hay electrones libres,
son todos átomos, y eléctricamente, si lo retiramos del circuito,
las tres fases, ni se enteran, y la potencia de trabajo seria
máxima.
Es decir, si el instante que la fase R, esta en el eje x, tenemos,
la fase S, atrasada 120 grados. y la fase T, adelantada 120
grados, de manera quela resultante seria cero, o sea el sistema en
equilibrio.
El problema se presenta, cuando las tres fases, están aplicadas,
con cargas individuales, ya aquí l corriente en el neutro, no son
iguales, por lo que lo necesitamos, para mantener el sistema
estable, ya que en el neutro, circula la diferencia.
. Normas internacionales
Habíamos, dicho en el capitulo anterior, con el ejemplo de la
escalera, que la lógica, indicaba, tomar como base, como estable,
cuando la distancia, es igual entre los tres. Si tomamos el del
medio como base, (fase a), uno estará adelante tirando para
arriba, a la fase a, ósea la fase c, y el otro estará abajo, en
escalón anterior , haciendo fuerza contraria , o sea fase b. Si la
distancia es igual, y las fuerzas son iguales, la escalera ira
subiendo los tres, pero los tres no se pueden mover, es decir
están en equilibrio, y si no referimos a las tres fases RST, no
hay corriente por el neutro. Internacionalmente, se trato
técnicamente, esta posibilidad, teniendo en cuenta, que el sentido
positivo es el considerado, de derecha a izquierda, es decir
contrario a las agujas del reloj, pero el sentido se lo llamo
secuencias de fase. Secuencia de fase positiva
Por convención se toma siempre como voltaje de referencia al
voltaje de fase a.
Cuando el voltaje de fase b está retrasado del voltaje de fase a
120° y el voltaje de fase c está adelantado al de fase a por 120°
se dice que la secuencia de fase es positiva.
En esta secuencia de fase los voltajes alcanzan su valor pico en
la secuencia a-b-c.
Los voltajes de a, b y c representados con fasores son los
siguientes:
En esta secuencia de fase los voltajes alcanzan su valor pico en
la secuencia a-b-c.
Los voltajes de a, b y c representados con fasores son los
siguientes:
en donde Vm es la magnitud del voltaje de la fase a.
Como vemos, si sumáramos los ángulos positivos y negativo, se
anularían entre si, y nos quedaría la fase, a, que consideramos
ángulo cero grados, es decir en fase, tension y corriente
resultante. Este sistema, lo usaremos para controlarla, llamado
factor de potencia.
Si esta fase es la rsultante de la energia aplicada al motor, este
girara en un sentido, con la fase positiva, pero que pasa si una
de las fases cambia su posición ¿.?.
Secuencia de fase negativa
En la secuencia de fase negativael voltaje de fase b está
adelantado 120° al de la fase a. y el voltaje de fase c está
atrasado 120° al de la fase a.
Es, podemos decir que la fase a, quedo como estaba, pero las de b,
y c, invirtieron posición, en este caso la fase total viro un
ángulo hacia el lado opuesto, por lo que el motor, invertiría el
sentido.
Esto es precisamentelo lo que realizamos, por medio de
contactores, para invertir, el sentido de marcha, invertimos dos
fase entre si.
El contactor es un interuptor trifasico, de gran potencia,
controlado por el campo electromagnetico, de la bobina, por medio
de una tension, aplicada a los contactos V.
7. La función del neutro en una instalación trifasica o industrial
Como ya sabemos, la energia electrica trifasica, nos permite a
cada uno de nosotros, poder expresar su creatividad, tu ''marca
personal'', en cada instalacion. Cuando se trata de potencias,
especialmente con motores, en los planos, podemos encontrar dos
sectores bien diferenciados, de todo el plano: 1.Sector de
Potencia, donde esta el motor 2.Sector de mando o maniobra donde
estan representados los contactor, y la secuencia de
funcionamiento. Pero como este puede manejar mucha potencia, el
control del mismo, todas sus funciones, se realizan todas por
medio automático, y a distancia, por medio de contactores, se
controla el arranque, y la inversion de giro. Por ejemplo, el
grafico siguiente, es el sector de potencia.
Pero que pasa con el neutro, que no figura en el grafico, de
potencia?. Es que este grafico, es de potencia, representa las
conexiones de las tres fases, al motor, en forma balanceada, por
lo que el neutro no se usa. Pero si lo necesitamos para el sector
de control o mando, que es donde son controlados los contactores,
con una fase y neutro, uotras tensiones, desde donde podemos
controlar en forma manual o automatico, al de potencia.
Ademas, como lo podemos usar, al neutro,
estabilidad del sistema?. Neutro
para mantener la
Normalmente los generadores trifásicos están conectados en Y para
así tener un punto neutro en común a los tres voltajes.
Raramente se conectan en delta ( sin neutro), los voltajes del
generador ya que en conexión en delta los voltajes no están
perfectamente balanceados provocando un voltaje neto entre ellos y
en consecuencia una corriente circulando en la delta, no tienen
conductor a tierra.
En el grafico anterior, podemos ver, varios niveles de
tensiones,las mas altas, están mas cerca de los centros
generadores, ( husinas electricas, como Chocon, Salto, Yacireta
ect), y las mas bajas, están en los centro reductores, de alto
consumo, como grande edificios, talleres, fabricas, ect.
La entrada a estos transformadores, es sin neutro, la salida
siempre es con neutro,ya es decir, las conexiones de los bobinados
de los transformadores, o transformador, siempr están conectados,
en Ypara tener la posibilidad de usar tambien parte de las
energías trifásicas que recibimos, como monofasicas.
Partes de los circuitos trifásicos, en la industria, reciben la
energia trifasica, pero e media tension, sin neutro, y luego por
medio de estación, reductora, propia, la reducen por medio de
transformadores, a tres fases de 380, y 220, volt, es decir con
neutro. Por lo tanto podemos preguntarnos, porque necesitan el
neutro, y que función cumple? A pesar que ya hablamos, algo de la
aplicacion del neutro, en la estabilidad, de la generacion, y en
el control, este es indispenzables, si o si, en las instalaciones
monofasicas, que se pueden derivar de las trifasicas.
La función del neutro
Capítulo anterior: 7 - La función del neutro en una instalación trifasica o industrial
Capítulo siguiente: 9 - Análisis de circuitos trifásicos
La que conocemos a primer análisis, es para tener 220 volt, pero
en cambio, la función principal, del neutro, es la seguridad del
entorno, y la estabilidad, del campo eléctrico, del transformador,
y de las instalaciones, que estarán conectadas. Nosotros, sabemos
que somos conductores, y si formamos parte de algún circuito, o
campo eléctrico, o electromagnético fuerte, puede inducir en
nuestro cuerpo corriente peligrosas, para nuestra salud, y
inclusive, nuestra vida. Por eso, para limitar estas energías del
campo eléctrico, el neutro, o punto común, de las tres fases, se
conecta a tierra, en centro reductor, y luego, para mas
estabilidad, meno caídas, se le conecta un conductor que
agregado, el de fase, llega como monofásica, a nuestras casa
talleres ect.
Es decir, entre nosotros, que estamos apoyados en la tierra, y el
neutro que tambien esta conectado a tierra, en el centro
distribuidor, solo esta la tension que provoca la corriente, que
circula por el por la carga conectada. Cundo cortamos la llave de
una carga, por ejemplo una luz, desconectamos la fem, desde la
llave, y no hay corriente, el el recorrido, desde un polo de la
llave, lámpara y neutro. Por esos las normas nos obligan, a
colocar las llaves, unipolares, siempre en el conductor de fase,
para evitar, que quede energia eléctrica en la lámpara y cable, ya
que sabemos, que todos los metales, son conductores, si están en un
campo eléctrico, o electromagnético. Como esta corriente es
alternada, o sea variable, siempre tenemos campo electromagnético,
mientras haya fem, por lo que la energia sale de conductor,
atravesando el aislante, y se expande en el campo, alrededor del
conductor, de esta forma: Por lo el conductor, neutro conectado, a
tierra, deriva las energias electromagneticas, que se pudieran
inducir en los conductores, que esten en ese campo. De esta
manera, si la energia eléctrica, llega solo hasta un borne de la
llave, desde allí, por la lámpara y neutro no hay CEM, no hay
campo eléctrico, es decir no hay iones, sino solo átomos. Ademas,
para completar, la proteccion, todas las instalaciones, tienen una
linea de tierra, independiente del neutro, protejida por el
diferencial, que permite, que ningun cuerpo conductor, puede
cargarse, a una corriente, que supere los 30mA. Tambien, por
seguridad, la corriente que puede pasar por el neutro, tambien
esta limitada por las normas electricas, IRAM, a internacionales,
para que la máxima caída sea alrededor de 24 volt, por lo que si
tenemos contacto con el neutro, por la resistencia en general de
nuestro cuerpo, no produzca daños irreparables. Actualmente los
centros modernos de distribución, que envían la energia a nuestros
domicilio, tienen todo el control computad o, y todas las
variaciones, de consumo de cada red monofásica, es controlada, por
lo que si tenemos energia fuera de control, es censada,
detectada, y agregado mayor costo de facturación.
Imagínate la potencia que puede `´manejar´´ una instalación
reductora, similar, el CE, y el CEM, que tiene que haber, por eso
solo la pueden controlar personal profesional, en media tensión
MT.
Análisis de circuitos trifásicos
Capítulo anterior: 8 - La función del neutro
Capítulo siguiente: 10 - Las Cargas y tensiones del balanceadas
Ya que en un circuito trifásico balanceado las tres fases tienen
voltajes con la misma magnitud pero desfasados, y las tres líneas
de transmisión, así como las tres cargas son idénticas, lo que
ocurre en una fase del circuito ocurre exactamente igual en las
otras dos fases pero con un ángulo desfasado.
Gracias a esto, si conocemos la secuencia de fase del circuito,
para resolverlo (encontrar sus voltajes y corrientes) basta con
encontrar el voltaje de una sola fase y después encontrar las de
las otras fases a partir de esta.
Potencia: la potencia consumida en un elemento cualquiera de un
circuito, es la velocidad, con que la energia eléctrica, es
convertida en otra forma de energia, por ejemplo:
1.
Eléctrica, en caloría,
2.
Eléctrica en mecanica
3.
Eléctrica en
química ect..
4.
La POTENCIA Eléctrica; Es la energia eléctrica, consumida en
unidad de tiempo, en realidad, la energia eléctrica, no es
consumida, es transformada, siempre en otros tipos de energías,
algunas útiles, que las podemos controlar, y otra no las podemos
controlar, o no lo hacemos, por los alto costos.
Los generadores eléctricos generan, y entregan potencia aparente,
o sea volt y amperes ( VA ), que como sabemos, ya desde
monofásicas, esta formada por tres tipos de potencias:
1.
Potencia Activa,que es la que usamos para transformarla en
luz, y calor. Esta como sabemos, esta en el interior, del
conductor, aislada eléctricamente, con PVC, mientras este, se
mantenga inferior, a la temperatura, ionizante, alrededor de los
70 °C según la calidad del mismo.
2.
Potencia reactiva positiva, o inductiva, es la energia que no
se transforma, en trabajo, sino en campo electromagnético, (CEM),
que necesitan los motores, para transformarla en movimiento, de
masas.
Potencia Reactiva negativa, o Capacitiva , esta energia, podemos
decir, que es la que compensa las fuerzas reactivas del CEM, para
mantener el campo, la carga, y la instalación estables.
Podemos decir tambien, que, prácticamente, que cuando la energia
reactiva positiva, pierde velocidad, se almacena, en el sector de
la Capacitiva.
Las maquinas eléctrica consumen esa potencia, eléctrica, en watt,
es decir la potencia activa, la transforman, en potencia mecánica
en el eje de la maquina, y calor por la fricción.
La reactiva, positiva, no se consume sino la utilizan para
transformarlas en CEM, como ya conocemos, en FEM, que sumadas en
trifásicas, producen el giro del motor.
10. Las Cargas y tensiones del balanceadas
Hasta aquí hemos razonado suponiendo que el sistema es trifásico,
simétrico y equilibrado, esto es lo normal en sistemas de
potencia, donde las cargas son comunes, e iguales, para las tres
fases.
Nuestro sistema trifásico podría ser construido con tres sistemas
monofásicos desfasados 120 grados eléctricos, tendríamos un
sistema de seis conductores, y nuestras cargas podrían no ser
equilibradas (tres sistemas monofásicos).
Conectando los generadores en un punto común si las cargas son
equilibradas, las corrientes (de frecuencia fundamental, de 50, o
60 ciclos, o Hz), en los conductores de retorno suman cero, el
sistema es balanceado.
Por lo que, la corriente en el conductor es muy pequeña, el
conductor de retorno puede ser de sección mínima o directamente
eliminarse, ya que solo por el mismo, circularía la corriente
fuera del balaceo, de las fases, o sea la diferencia.
Por ejemplo, si las cargas individuales, de cada fases, tienen una
cargas de 25 Amperes cada una, por el neutro no hay circulación de
corriente.
En cambio, si una de ellas tiene meno, 5 amperes, ( o sea 20 A ),
o mas de 5 A, ( es decir 30), en el neutro solo circulara, 5
amperes, y el sentido, lo da la polaridad de la fase desbalanceada
Si se presenta desequilibrio en las cargas, y no hay neutro, se
forzara la suma de corrientes de fases a ser cero, entonces se
modificaran las tensiones sobre las cargas para cumplir esta
condición, ya que las energías buscan un balance
Por ley de ohm, sabemos que para la misma potencia, si baja la
corriente, de una fase, Tiene que aumentar la tension, y en cambio
si aumenta la intensidad, disminuye, para mantener la igualdad de
potencia, y esto nos cambia la magnitud de las tensiones de la
cargas.
POTENCIA ELECTRICA = TENSION
WATT =
VOLT
W =
X
E
X
X
CORRIENTE
AMPERE
I
Por lo que, las cargas tendrán tensiones aplicadas distintas en
cada fase, como si el sistema no fuera simétrico, obsérvese que el
neutro de las cargas presenta tensión respecto del centro estrella
de los generadores.
Si se desea alimentar cargas monofásicas con 3 hilos estas se
deben conectar entre fases, en esta forma la suma de corrientes
sigue siendo cero.
Por razones de seguridad, entre otras, un punto del sistema de
distribución se pone a tierra, nuestro sistema en y, o en
ESTRELLA, tendrá el punto medio, a tierra, si se desea que las
cargas monofásicas estén conectadas, a este punto, tendremos que
colocar un conductor, es decir el llamado Neutro.
Se tienen distintas formas de distribución de energía eléctrica
en baja tensión, repasemos la clasificación de los sistemas
·
Tres fases, cuatro hilos (siendo Y la forma habitualen
nuestro medio)
Tres fases, 3 hilos (aplicable en instalaciones industriales)
Estos sistemas se originan desde una red de media tensión,
estando conectados a través de transformadores (trifásicos o
bancos monofásicos), que reciven la energia en media tension,
(MT ), alrededor de 15 KV, segun la potencia que tiene que
proveer.
·
transformador D / Ypuede originar el sistema trifásico
de 4 hilos o 3 hilos permite conexion, 3 / 220, y tambien 3 / 380
volt. la salida del trasformador reductor, es de 4 hilos, por lo
que es en estrella.
transformador Y / Yaunque equivalente al anterior, puede presentar
algunas dificultades transformador Y / Dpueden originar sistemas
trifásico de 3 hilos, sin neutro, se puede aplicar, para
transportar, energia, por ejemplo de un generador, con solo 3
conductores ( sin posibilidad de tener el neutro), por lo que el
CEM, no es derivado a tierra.
Monofásico alimentado con tensión
línea o fase, con neutro (a tierra - se encuentra en distribución
rural), donde la tierra es estable, y grande distancia, se produce
mucha caída por temperatura, el neutro se toma de la tierra, por
medio de jabalinas.
Tenemos que recordar siempre. Cundo hablamos de corriente
alternada, que en todas las fases, siempre tenemos todas las
variables electromagnéticas iguales, con cualquier circuito, o
carga, que este aplicada,
1.
Tenemos energia activa, con todas sus variables, que si la
representáramos con su vector, este seria el del eje horizontal o
eje x., y ene el eje estarían representados tambien, todas las
demás variables, como: E, W, I, R,
2.
En el eje vertical o (y ), van representada las energia
reactivas, positiva y negativas.
3.
En el eje y, positivo esta representada, la energia reactiva
positiva o inductiva,con todas sus variables, como: Wr ; ZL, XL,
eL, iL, ect.
4.
En el eje y negativo, están expresadas las variables
reactivas negativas. XC, Zc, EC, Ic.
Si recordamos el campo electromagnetico, de un generador, que es
el mismo que podemos encontrar, en los conductores de las fases de
c.a.
Como vemos, solo nos interesa conocer y controlar, el campo donde
las reactancias, comparte el campo, conla resistencias positiva, o
activa, que se representa, en sector del eje x positivo.
Por lo cual, se simplifica el analisis, del campo, ya que solo,
nos quedan dos cuadrantes, o sea 180 grados, o 10 ms, para
aprender a controlar las variables, electromagneticas, del campo.
Si lo representamos, graficamente, este campo, vemos que los dos
cuadrante, que tenemos que aprender a controlarl las energias, uno
es positivo, cuadrante uno, que podemos nombrarlo, como el
GENERADOR, DEL CEM., cuyo pico maximo se alcanza a los 90 grados,
o 5 ms, si la frecuencia, es de 50 Hz, o, 4 ms, si es de 60 Hz.
El otro cuadrante, es el cuarto, que podemos definirlo, como
ALMACENADOR, DE LA ENERGIA del cuadrante, uno, cuando, esta a los
10ms, perdio velocidad, y se transforma en electrica,''encerrada,
o aprisionada'', entre los dos aislante del neutro, y fase.
Por eso, a la energia reactiva negativa, tambien se la denomina
capacitiva, por la capacidad, de recibir, toda la generada, en el
cuadrante uno.
Si observamos, el grafico del campo anterior, nos damos, cuenta,
que si no ''distorsionamos, con distintas cargas, el ciclo'', los
dos cuadrante siempre son iguales, ya que el El MOVIMIENTO ES
SENOIDAL, y siempre esl cuadrante positivo, es igual al negativo.
Es decir, cuando cargamos, la instalacion, con cargas no activas,
sino inductivas, necesitamos aumentar, la energia del cuadrante
GENERADOR,o sea, el UNO, para transformarla en potencia, o FEM,
para algun trabajo, mecanico, o movimientocomo; motor, tubo,
ventilador, ect.
Aqui es donde producimos nosotros, un desfasaque, entre la energia
reactiva positiva( cuadrante uno), y la negativa, (cuadrante
cuatro), este queda mas chico, y no puede almacenar, toda la
energia reactiva positiva, adicional, generada., que mas adelante
veremos como solucionar, este problema, con un '' herramienta ''
llamada factor de potencia.
11. Características naturales
Analizando, mas profundamente, las características, de una fase de
c.a. suponiendo, que las cargas son iguales, para las tres fases,
las corrientes, y sus formas son iguales.
Por lo que, para comprender, como se producen las energías,
reactivas, en un conductor, o desde la salida del generador, si
queremos comprenderlo, tendremos que ir al origen de la generación
de la corriente alternada, siempre, tratando de que sea en forma
visual.
Sabemos, ya, que si el movimiento que empleamos, para mover el
conductor en el campo magnetico, es rotativo, o circular, el
espacio recorrido en el tiempo, es una circunferencia, y si la
extendemos en un semi plano, es una curva senoidal, o sea una
sinusoide, que si la desarrollamos partiendo de cero, en en el
punto donde se cortan los dos ejes, medio ciclo, o vuelta, es
positivo, y el otro medio negativo.
Si la pudiéramos visualizar, gráficamente en un plano como por
ejemplo, en un osciloscopio, esta seria la forma de la corriente
alternada, que llega a nuestras casas, fabricas.
Como vemos, la diferencia, entre c.c. y c.a., es que la continua,
ssimpre tiene una polaridad, en el tiempo, puede cambiar su nivel,
pero no su dirreccion, por lo cual no produce CEM, ya que la
corrinte es constante en el tiempo.
En cambio la corriente alternada ( c.a.), por el tipo de
movimiento, es variable permanente, durante todo el recorrido, o
ciclo, salvo en ccincos puntos, dos son los picos maximos,
positivos (90 grados), y negativo, en 270, ademas en los tres
instante, que la curva cruza por el eje activo x.
Por lo cual, tenemos energias. fuera del conductor, casi
permanente, que la llamamos reactivas, y siempre la activa, en el
interior.
Por eso la corriente, continua, que no tiene reactiva, excepto, al
iniciar, o 90 grados, y cuando se desconecta, el trabajo, los
ultimos, 90 grado, tiene toda la ENERGIA ELECTRICA, EN EL
INTERIOR, COMO ACTIVA, O CE, TRABAJANDO, ( LUZ Y CALOR), por lo es
mas efectivas, en el mismo tiempo tiene mas potencia, aunque
tambien, tiene problemas, mayores, en el transporte, que la
corriente alternada.
Como podemos apreciar, en las primera 5t, o constante de tiempo,
el CEM, va creciendo, y el CE va decreciendo, hasta que en pico
máximo, todo se transforma en CE, en continua, y esta en el
interior del PVC.
Mientras no se produzca otra variación, brusca de la corriente,
siempre es CE, hasta, que desconectemos, la energia, siempre es
campo eléctrico, y para descargarse, toda la energia tambien,
necesita, el mismo tiempo 5t.
El problema, que se producen, desde el origen, de la corriente
alternada, es el tipo de movimiento, que usamos, para mover el
conductor, en el campo magnético, ES CIRCULAR, O ROTATIVO, que
naturalmente `´produce olas´´ que lo podes comprobar con observar,
una batidoras, un lavarropa, un remolino, en el agua, o un
tornado, o tambien cuando vas con el coche en una curva, hay una
fuerza física, natural, llamada técnicamente centrífuga, que
tiende a llevarte hacia fuera.
Lo mismo ocurre con el electrón, que tiene movimiento circular en
su átomo, al liberarlo, sale del mismo, con el movimiento de un
tirabuzón, y como un `´pequeño tornado´´ avanza impulsado por la
fem, en el conductor.
Te imagina si el ''tirabuzón,'' avanzara con una velocidad,
cercana a la de la luz, como lo controlarías ¿´??.
Además, agrégale, otro movimiento circular, que es e que se usa
generalmente en forma universal, para mover el conductor en el
campo magnético, para obtener la fem, o mejor dicho, la tension
que nos entregan, las lineas proveedoras.
Este tipo de movimiento, es ideal, podemos decir que es el único,
que permite obtener una fuerza electromotriz (fem) permanente en
el tiempo, pero nos crea otros problemas, que no tenemos en la
corriente continua, que son las energías reactivas.
Esta bien, que luego, aprenderemos, a usarlas para otros `
´trabajos´´, que no puede realizar la continua, o energia ACTIVA,
pero por ahora, lo consideramos un problema, cuando se va de
control.
Tenemos dos Leyes básicas, que podemos usar `´como herramientas
virtuales´´ que nos permiten el control de las tres energías, que
componen la corriente alternada, que si queremos saber como
controlarlas, tendremos que conocerlas y saber aplicarlas.
12. Leyes Basicas que nos permiten el control de la corriente
alternada
Mientras no se produzca otra variación, brusca de la corriente,
siempre es CE, hasta, que desconectemos, la energia, siempre es
campo eléctrico, y para descargarse, toda la energia tambien,
necesita, el mismo tiempo 5t.
El problema, que se producen, desde el origen, de la corriente
alternada, es el tipo de movimiento, que usamos, para mover el
conductor, en el campo magnético, ES CIRCULAR, O ROTATIVO, que
naturalmente `´produce olas´´ que lo podes comprobar con observar,
una batidoras, un lavarropa, un remolino, en el agua, o un
tornado, o tambien cuando vas con el coche en una curva, hay una
fuerza física, natural, llamada técnicamente centrífuga, que
tiende a llevarte hacia fuera.
Lo mismo ocurre con el electrón, que tiene movimiento circular en
su átomo, al liberarlo, sale del mismo, con el movimiento de un
tirabuzón, y como un `´pequeño tornado´´ avanza impulsado por la
fem, en el conductor.
Te imagina si el tirabuzón, avanzara con una velocidad, cercana a
la de la luz, como lo controlarías ¿´??.
Además, agrégale, otro movimiento circular, que es e que se usa
generalmente en forma universal, para mover el conductor en el
campo magnético, para obtener la fem, o mejor dicho, la tension
que nos entregan, las lineas proveedoras.
Este tipo de movimiento, es ideal, podemos decir que es el único,
que permite obtener una fuerza electromotriz (fem) permanente en
el tiempo, pero nos crea otros problemas, que no tenemos en la
corriente continua, que son las energías reactivas.
Esta bien, que luego, aprenderemos, a usarlas para otros `
´trabajos´´, que no puede realizar la continua, o energia ACTIVA,
pero por ahora, lo consideramos un problema, cuando se van de
control, el problema es tratar que siempre el cuadrante uno sea
igual al cuatro.
Tenemos dos Leyes básicas, que podemos usar `´como herramientas
virtuales´´ que nos permiten el control de las tres energías, que
componen la corriente alternada, que si queremos saber como
controlarlas, tendremos que conocerlas y saber aplicarlas.
1.
LEY DE OHM.
2.
LEY DE Faraday.
Como esta serie de cursos, tiene la misión de que pueda controlar
las energías electromagnéticas, y si te interesa, tambien lo podes
transformas en profesión, puedo pensar, que te estas preguntando,
ya;
Que es una ley electromagnética??.
a.
Toda ley, es proyectada para el mejor desarrollo, de una
comunidad, un centro, una Nación, es decir es obligación
cumplirla, caso contrario, hay puniciones.
b.
En la energia electromagnética, como en otras ciencias,
tambien hay NORMAS, LEYES, ESCUACIONES, FORMULAS, ect, que es para
el beneficio común, la mayor calidad, o el máximo control de las
instalaciones, o circuitos eléctricos, y electromagnéticos, es
decir `´ estamos obligados a cumplirlas y tenerlas en cuenta, en
cada proyecto´´ si no queremos luego sufrir las consecuencias, es
decir puniciones.
c.
NORMAS, LEYES, ect, son legados que nos dejaron `´
GRATUITAMENTE´´, HACE AÑOS, SIGLOS, NUCHOS CIENTÍFICOS, luego de
comprobarlas experimentalmente, y Estas definirla matemáticamente
como formulas, o ecuación, que si las conocemos, y sabemos
aplicarlas, podemos obtener los mismos resultados, sin la
experiencia, de cómo fue originada.
Por eso, todas las ciencias, las profesiones, actualmente,
actualmente, tienes sus Leyes o formulas, que le facilitan el
estudio, el análisis de un proyecto,y para facilitar, aun mas,
para operarios, técnicos, estas leyes están transformadas en
NORMAS, internacionales, si el elemento usado es el mismo ( por
ejemplo Cobre, PVC, Aluminio, ect.), y en otro caso, las normas
son regionales, o por Países, por ejemplo en Argentina, las normas
son IRAM.
Por eso aplicando las normas, prácticamente todos, que hayan
seguidos estos cursos gratuitos, están en condiciones de realizar
una instalación, domiciliaria o monofásica, con solo recordar las
siguiente normas:
·
Toda instalación tiene que tener un tablero de entrada, al
que llega la energia del medidor, y este tablero actualmente,
puede ser reemplazado, por el diferencial, o disyuntor.
·
Desde este tablero, que lo podemos llamar principal, sale
una linea de cómo mínimo 4 mm2 de sección, que llega hasta el
tablero secundario, donde como mínimo. Tiene que haber dos termo
magnéticas ( TM ).
·
Una de esta TM, es la que tiene que controlar, las
sublinea de iluminación, y la sección del conductor, tiene que ser
1,5mm2
·
La otra TM, tiene que controlar, la sublinea, de tomas, y
la sección del conductor, tiene que ser 2,5 mm2 .
Estos valores, de sección, son para instalaciones de categoría
mínima, de 3000 VA, para la MEDIA, DE 6000VA, lo único que
cambia, es l sección, de la linea de entrada, que de 4mm, pasa a
6mm 2, y podes agregar mas TM, de toma e iluminación, no te
parece fácil de hacer?.
Esto es valido, tambien cuando las fases
como ocurre, si la instalación, es mayor
tiene sus propias, protecciones, aunque,
tiene múltiples opciones, permitidas por
monofásicas, son tres,
de 8000VA, cada fase,
un técnico profesional,
las normas.
Además todos estos, datos lo podes encontrar en cualquier catalogo
de normas y tambien las distintas categorías, como:Minima-Media
-Elevada.
Tambien la energia electrica, es transportada desde el centro
generador, para distintas instalaciones.
Como vemos, cada medidor, corresponde a distinos tipos de
instalaciones, de distintas potencias, como podemos ver el simbolo
de doble diagonal, que representa el tablero principal.
Este tablero, es la comunicacion, con los distintos, tableros
secundario, ( una sola diagonal), segun el tipo de instalacion.
13. ¿Cómo nos beneficiamos de las leyes o ''Herramientas'' de
control?
Capítulo anterior: 12 - Leyes Basicas que nos permiten el control de la corriente alternada
Capítulo siguiente: 14 - Las energias activas y reactivas
El momento, que es importante, conocer las LEYES BASICAS, es
cuando necesitamos, producir modificaciones, y en el
mantenimiento, que estas leyes nos dan un principio, una base,
donde apoyarnos, para iniciar el análisis, del problema.
Pero primero, tendremos que seguir conociendo como es este
complejo `´pequeño tornado `´, flujo de electrones que llamamos
corriente alternada, si nos interesa controlarlo, debemos
obligadamente, conocer como se forma.
Sabemos, que en general las instalaciones, monofasicas, son de
varias categorias, que de acuerdo, a su potencia, podemos usar,
lineas monofasicas, o derivarlas de la trifasica.
Como vemos, si recibimos trifasica, tenemos multiple opciones,
para colocar distintas cargas, monofasicas de 220 volt, y
trifasica, de 380.
Primero,
para comprender mejor, como podemos controlar, esos
fenómenos electromagnéticos, tenemos que volver al pricipio,
cuando, conocimos la corriente, y recordar estos datos
principales: a.
El electrón, es el único elemento que se mueveen
el conductor, siempre y cuando, acatemos las normas.
b.
El electrón, es ya una carga eléctrica, es decir tiene un
campo eléctrico, como una red de fuerza a su alrededor.
c.
El campo resultante del ATOMO, es neutro, porque el campo
positivo, producida por los protones, es igual que el negativo, de
todos los electrones.
d.
Por eso, cuando liberamos un electrón, para usarlo para un
trabajo, producimos, un desbalance, en el campo, eléctrico,
interior del átomo, y generamos un campo eléctrico, en toda la
sección del cobre.
Esto ocurre, tanto par la cc, como la ca, es decir, el átomo que
perdió un electrón, crea u campo eléctrico positivo, y lo llamamos
ION POSITIVO, y el átomo que gano un electrón, se transforma en
ION NEGATIVO, estas cargas ademas del electron, son las que forman
el campo electrico ( CE ), y si este es variable, en el tiempo, se
transforma parte de su energia, en campo electro magnetico
( CEM ).
Estos fenómenos, se producen igual para ambas corriente, es decir
tenemos un campo de fuerzas vectoriales, donde se tendrá que
desplazar el flujo de electrones, y lo llamamos, CAMPO ELECTRICO (
CE ).
Tambien sabemos como controlarlo, por medio de un material
aislante ( PVC ), mientras nos mantengamos dentro de las NORMAS
IRAM, en nuestro ejemplo, pero en general son similares.
a.
El problema comienza con la corriente alternada, porque esta,
cambia de polaridad, y pasa por cero, tres veces, en un ciclo, o
periodo, o giro, es decir cada 360 grados, que producen `´bruscas
`´ variaciones, con forma de olas, que adquiere una velocidad de
cambio de nivel energético similar a la luz, que tiene las mismas
propiedades, del imán, o campo magnético natural (CMN),
que casi
ningún material, puede aislar meno el PVC.
Estas energías, que ya no podemos mantener, en el interior del
conductor, del cobre, por el PVC, es lo que conocemos, como
energías reactivas positiva o inductiva, y las energías que
generan, campo electromagnético, ( CEM ), cuya velocidad de
propagación tiende a la de la luz.
Por eso necesitamos, la ayuda de varias leyes, construidas por
extensas practicas, experiencias, de distintos cientificos, cuando
no habia tecnologia, y hasta hoy, nadie consiguio, refutarla, y
por eso, tenemos que aprender a usarlas, y creer , que son para
facilitarno el control, de las distintas energias
electromagneticas.
Es decir, ya tenemos un poco aclarado el panorama, tenemos tres
tipos de energías, siempre en c.a., que no las podemos evitar:
la energia del campo electrico activa, que esta en el interior del
PVC. 2.La energia reactiva positiva del CEM, que sale al exterior.
3.Y la energia reactiva capacitiva, que esta entre los dos PVC.
Esto es la realidad, o la verdad, si queremos la corriente
alternada, que nos permite usar energias naturales, a miles de Km,
de los grandes centros de consumo, tendremos, que aprender, a
controlar estas energias reactivas.
14. Las energias activas y reactivas
Capítulo anterior: 13 - ¿Cómo nos beneficiamos de las leyes o ''Herramientas'' de control?
Capítulo siguiente: 15 - Factor de potencia
Podemos decir desde ahora, que si, la energias reactivas, pueden
ser utilizada, para distintas aplicaciones, pero para eso,
tendremos que comprenderlas, saber como, y porque existen, saber
sus caracteristicas, para poder tenerlas bajo control.
Podemos decir, por lo tanto que las tres energías, que forman la
corriente alterna, son:
1.
La Energia eléctrica, cuyas fuerzas se desarrollan en el
CAMPO ELECTRICO, que tienen poca velocidad, y las podemos
mantener aislada en el interior del conductor, o cobre.
Ejemplo de un campo eléctrico, positivo y negativo, que queda
aislado, en el interior del cobre por el PVC.
La energia electromagnética, cuyas fuerzas tiende a la velocidad
de la luz, se desarrollan en el CAMPO ELECTROMAGNÉTICO, Y SON CASI
IMPOSIBLES, DE AISLAR COMO FEM, pero esto que parece un problema,
en electricidad, en electrónica, la usamos para transportar,
señales electricas.
Como podemos observar, en la figura anterior, las
olas representadas por circulos, alrededor del conductor, son la
energías electromagnéticas, que se escapan, del PVC, y de la
linea de transporte, de energia eléctrica, de c.a., de alta
tension, y estas energías, ionizantes, es decir liberan electrones
en cualquier conductor, a ultra frecuencias, o velocidad, y
producen algo similar, a la radioactividad, de la bomba atómica.
En cambio, las generadas en las instalaciones eléctrica, la
tension es baja, no tiene tanta potencia, ni velocidad, y el campo
electromagnético, que sale al exterior del aislante es menor,
produce perdidas si no es controlado, pero no es radiactivo, y
Ademas, esta controlada la energía que produce, por el
diferencial.
La otra energia reactiva, capacitiva, o negativa,
podemos decir,
que no existe, ya que es la misma positiva, cuando despues de 180
grados, o 10 ms, se transforma en electrica.
Si sabemos almacenarla toda, ya no necesitamos, solicitar, mas
energias reactivas, a la linea, y la instalacion, se comporta como
si fuera de c.c., ya que la devolvemos, cuando desconectamos, los
ultimos 5t, o 5 ms, cualquiera se la potencia de la instalacion.
Pero sino la usamos, y nos mantenemos, en las NORMAS ELECTRICAS,
tenemos la´´ suerte´´ que las dos energías reactivas, positiva y
negativa, se intercambian sus energías, transformando los campos,
de CEM, a CE, y se controlan mutuamente.
Es decir, ya sabemos, cual es el problema, cuando la energia
reactiva generada, inductiva, o positiva, en los primero 5t, no la
podemos retener toda, cuando se transforma en electrica, a los
10ms, luego analizaremo, como encontrarle una solucion.
15. Factor de potencia
Capítulo anterior: 14 - Las energias activas y reactivas
El factor de potencia, tambien denominado, cosceno de Fi, en
realidad, es la relacion, entre la energia activa, y la total
existente, en la instalacion, que llamamos APARENTE, O VA, y es
la que nos factura, la empresa.
Esta fuerzas, FEM, en electricidad, tienen mucha potencia, por
eso, como veremos, en los próximos, cursos, la usaremos, para
producir movimiento de masas, o energia mecanica, cuya unidad es
el HP. Estamos hablando de un motor.
Pero sino la usamos, y nos mantenemos, en las NORMAS ELECTRICAS,
tenemos la´´ suerte´´ que las dos energías reactivas, positiva y
negativa, se intercambian sus energías, transformando los campos,
de CEM, a CE, y se controlan mutuamente.
Como podemos ver, la zona amarilla, es donde se almacena, la
energia reactiva del CEM, cuando al terminar, el medio ciclo
positivo, se transforma en electrica.
Como podes ver, por mas diámetro, que tenga el campo, las
energías, reactivas, positivas y negativas, siempre son iguales,
si las instalaciones, están en normas, y como veremos mas
adelante, tenemos una `´herramienta´´ para controlarla, que se
denomina, FACTOR DE POTENCIA, o cosceno de FI.
a.
Como podemos, ver primero obtenemos el factor de potencia, con
la medición de VA, y conociendo la energia activa.
b. Segundo remplazamos, el factor de potencia calculado, el
actual, en la formula de Watt =VA . Fp y se obtiene el valor de la
energia controlada, actualmente, en watt, podemos decir Wac.
c. Tercero, volvemos a calcular, en la formaula anterior de watt,
pero colocándole factor de potencia, deseado, por ejemplo0,95 Wde
= VA .0,95
d. El próximo paso, es obtener la diferencia, entre los dos
valores, que es la potencia reactiva, que tendremos que colocar,
entre fase, y neutro, para almacenar toda la energia: Wde - Wac =
Wc siendo Wc, la potencia reactiva negativa, o Capacitiva, a
colocar.