INGENIERÍA ELÉCTRICA I Conocer cuales son las principales dimensionales de la ingeniería elctrica (V, A, Ohm, etc) El Coulomb: La magnitud de la carga eléctrica que posee un cuerpo. Se determina por el número de electrones en relación con el número de protones que hay en el mismo. Su símbolo es una Q y la unidad para expresarlo es el Coulomb C. 1 Coulomb equivale a 6.242*1018 electrones. Campo electroestático: la característica fundamental de una carga eléctrica es su capacidad para generar fuerza, la cual se manifiesta dentro del campo electroestático que rodea todo objeto cargado. Cuando dos objetos de polaridad opuesta se acercan, el campo electroestático se concentra en la región que se encuentra entre ellos. Si colocamos un electrón en el punto A de este campo, será repelido por la carga negativa (cargas distintas se repelen mientras que cargas iguales se atraen), y atraído por la positiva. Por consiguiente ambas cargas tenderán a mover el electrón en la dirección de las líneas de fuerza entre dos objetos. La formula para calcular la fuerza es la siguiente:

2

21kQrepulsión) o (

r

QatracciónF =

Donde r es la distancia entre las dos cargas y k = constante = 9.0*109. Al aumentar la distancia entre el núcleo y los electrones de los orbitales, la fuerza de atracción disminuye, debido a las fuerzas más débiles de atracción, se necesitará menos energía para retirar un electrón de una subcapa exterior que de otra interior. Al igual que es más fácil retirar un electrón cuando las capas exteriores están incompletas y además poseen pocos electrones. Para calcular el número de electrones en una capa se utiliza la formula 2n2 donde n es el número de la capa. Diferencial de potencial: debido a la fuerza de su campo eléctrico, una carga eléctrica tiene capacidad de efectuar un trabajo al mover a otra carga por atracción o repulsión. La capacidad para realizar un trabajo se llama potencial. Cuando dos cargas no son iguales debe haber entre ellas una diferencia de potencial. Las sumas de diferencias de potencial entre todas las cargas del campo electroestático recibe el nombre de fuerza electromotriz (fem). Su unidad básica es el volt.

QVab

abWvolt)( =

Donde W es el trabajo realizado. Corriente: el movimiento o flujo de electrones se denomina corriente. Para producirla, los electrones deben moverse por efecto de una diferencia de

potencial. Se representa por I, su unidad básica es el Ampere. Donde t es el tiempo en segundos.

tI

Q=

Flujo de corriente: la corriente es un agrupamiento de electrones desde el punto de la carga negativa –Q, en un extremo del conductor, que se mueve a través de este y que regresa a la carga positiva +Q, en el otro extremo. La dirección del agrupamiento de electrones es el trayecto que va desde el lado negativo de la batería y que regresa de nuevo al lado positivo pasando por el conductor. Corrientes y voltajes continuos y alternos: la corriente continúa cc a veces también llamada corriente directa, es la corriente que se mueve en un circuito o conductor únicamente en una dirección. La razón de que la corriente sea unidireccional es que la fuente de voltaje tales como celdas y baterías mantiene la misma polaridad en su voltaje de salida. El voltaje que proporcionan estas fuentes se llama voltaje de corriente continua. Conocer la cadena de distribución de la electricidad. Corriente alterna (ca), invierte o alterna periódicamente su polaridad. Por consiguiente la corriente alterna resultante también invierte periódicamente su dirección. Diagramas eléctricos • Diagrama esquemático: es una manera simplificada de dibujar un circuito

eléctrico y generalmente los circuitos se representan de esta manera. Un diagrama esquemático es el que muestra por símbolos gráficos, las conexiones eléctricas y las funciones de las diferentes partes del circuito.

• Diagrama unifilar: muestra las partes componentes de un circuito mediante líneas sencillas y símbolos gráficos apropiados. Las líneas representan conductores que conectan los componentes del circuito real. Los diagramas unifilares se usan generalmente para representar sistemas eléctricos complejos, sin incluir los conductores individuales a las diferentes cargas.

• Diagrama de bloques: sirve para mostrar la relación existente entre los distintos componentes o etapas de la operación de un circuito, desde su entrada hasta la salida. Los bloques se dibujan en forma de cuadrados o rectángulos y se unen con líneas sencillas. En los extremos de las líneas se colocan puntas de flecha que indican la dirección del recorrido de la señal desde la entrada hasta la salida.

• Diagramas de alambrado: llamado también de conexiones se usa para indicar las conexiones de los alambres de una manera sencilla, fácil de seguir. Este muestra los componentes de un circuito de manera gráfica, los componentes se identifican por medio de su nombre. Indica también la posición relativa de los componentes en el espacio dado.

Circuito eléctrico: cuenta por lo menos de 4 partes: fuente de fuerza electromotriz, conductores, una carga, medio de control. Un circuito eléctrico completo o cerrado es una trayectoria carente de interrupciones para la corriente que proviene de una Fem, llega a la carga y regresa a la fuente. Un circuito se llama incompleto o abierto si hay interrupciones en el circuito que impide que el recorrido sea completo. Resistencia: es la oposición al flujo de la corriente, lo cual transforma la energía eléctrica en calor. Para aumentar la resistencia de un circuito, se usan componentes eléctricos llamados resistores. La resistencia de cualquier material con un área uniforme de su corte transversal se determina por los cuatro factores siguientes: material, longitud, área de la sección transversal y temperatura. Para calcular la resistencia se utiliza la siguiente ecuación:

A

Rl

ρ=

R esta en ohms, l es la longitud, A es el área de la sección de corte transversal, ρ es la resistividad característica del material a 20 grados centígrados. Existen varios tipos de resistores: • Resistores fijos: es el que contiene un solo valor de resistencia y permanece

constante en condiciones normales. Los principales son: carbono, el elemento resistivo es principalmente grafito o alguna forma de carbono sólido cuidadosamente elaborado para proporcionar la resistencia deseada. Alambre enredado o devanado, el elemento resistivo es alambre de níquel-bronce devanado en una barra de cerámica. El conjunto se cubre con algún material cerámico o con un esmalte especial. Al límite real de la resistencia de un resistor se le denomina tolerancia. La potencia nominal de un resistor (llamado wattaje) indica cuanto calor puede disipar el resistor sin que sufra daño. Por lo general los resistores fijos se codifican por medio de colores, por lo genera tienen cuatro bandas: la primera y segunda banda indican el primero y segundo dígito, la tercera banda es el número de ceros que van después del segundo digito y la cuarta banda es la tolerancia.

• Resistores variables: se usan para cambiar o variar cantidad de resistencia en un circuito y reciben el nombre de potenciómetros o reóstatos. Los potenciómetros consisten por lo general de elementos de composición de carbono, mientras que el elemento resistivo de un reóstato está hecho generalmente de alambre y se usan para corrientes muy grandes. Los potenciómetros pueden utilizarse para variar el valor del voltaje aplicado a un circuito. El valor especificado para un resistor variable es la resistencia del elemento resistivo estacionario completo, desde un extremo de una terminal a otra.

Coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura: se denomina por α, indica que tanto varía la resistencia con un cambio en la temperatura; una α con valor positivo indica que R aumenta con la temperatura, un α igual a cero

significa que R es una constante y que no varía al cambiar la temperatura y un α negativo significa que R disminuye al aumentar la temperatura. Ley de Ohm: establece la relación entre la corriente, el voltaje y la resistencia. RIV *= Potencia eléctrica (watts): la potencia eléctrica P usada en cualquier parte del circuito es igual a la corriente I en esa parte multiplicada por el voltaje V dividida entre los extremos de esa parte del circuito. VIP *= Eficiencia: Índice de salida para introducir potencia que ofrece información inmediata acerca de las características de conversión de energía de un sistema.

%100*0

iP

Pn =

Cortacircuito: dispositivo de dos terminales diseñado para asegurar que los niveles de corriente no excedan niveles de seguridad. Si se atora puede volver a instalarse con un interruptor o un botón de reinstalación. Fusible: dispositivo de dos terminales cuyo único objetivo es el de asegurar que los niveles de corriente en un circuito no excedan niveles de seguridad. Energía eléctrica: energía y trabajo son esencialmente lo mismo y se expresan en unidades idénticas. Sin embargo, la potencia es diferente puesto que es la velocidad con que se realiza el trabajo. Circuito en serie: el circuito en serie es un circuito en el que sólo hay un camino por el que fluye la corriente. Dos elementos están en serie si tienen sólo un punto común que no esta conectado a un tercer elemento. En el circuito en serie la corriente es la misma en todas las partes del circuito. Los voltajes que encontramos en un circuito en serie se llaman caídas de voltaje. Su efecto es reducir el voltaje que esta disponible para aplicarse al resto de los componentes del circuito. La suma de las caídas de voltaje en cualquier circuito en serie siempre es igual al voltaje que se le aplica al circuito.

0

...321

=∑

++++=

V

RRRRR nT

Ley de tensiones de Kirchhoff (LKV): dice que la suma algebraica de las subidas y caídas de tensión en torno a un circuito cerrado es cero. Se asigna un signo más a un aumento de potencial y signo menos a una caída.

Polaridad de las caídas de voltaje: cuando entre las terminales de una resistencia existe una caída de voltaje, un extremo debe ser más positivo o más negativo que el otro. La polaridad de la caída de voltaje está determinada por la dirección convencional de la corriente desde un potencial positivo o un potencial más negativo. Otro manera de enfocar la polaridad entre dos puntos consiste en decir que el que está más cerca de la terminal positiva de la fuente de voltaje es más positivo: al igual que para la terminal negativo. Conductores: Un conductor es un material que tiene muchos electrones libres. El cobre, la plata y el aluminio son tres materiales que son buenos conductores eléctricos; por lo general, la mayoría de metales son buenos conductores. La función del alambre conductor es la de conectar una fuente de voltaje aplicada a una carga resistiva con caída de voltaje IR, mínima en el conductor de manera que la mayor parte del voltaje aplicado produzca corriente en el resistor de la carga. Dimensiones de los alambres: Consideramos tres aspectos importantes • Conforme el número de calibre crece de 1 a 40, el diámetro y la sección

disminuyen. Un mayor número de calibre significa tamaños menores del alambre.

• El área de la sección circular se duplica por cada tres tamaños de calibre • Mientras mayor sea el número de calibre y más delgado sea el alambre, mayor

es la resistencia del alambre para cierta longitud arbitraria. En las aplicaciones de alambrado doméstico se usa alambre del No. 14 al No. 12.

Circuitos en paralelo: en estos circuitos dos o más componentes están conectados entre las terminales de la misma fuente de voltaje. La corriente de las ramas puede ser distinta, pero los voltajes en las terminales de las ramas son los mismos. Cuando se conectan resistencias en paralelo, la resistencia total es siempre menor que la resistencia de cualquier rama individual. La resistencia total en paralelo esta dada por la formula:

salidaentrada

nT

II

RRRRR

∑=∑

++++= /1.../1/1/1/1 321

Ley de corrientes de Kirchhoff (LKC): indica que la suma algebraica de las corrientes que entran y salen de un nodo es cero. (Un nodo es una unión de dos o más ramas o derivaciones). Circuitos abiertos y cortocircuitos: al abrir cualquier parte del circuito es como si tuviera una resistencia extremadamente grande que evita el flujo de corriente por el circuito. Un cortocircuito, en cualquier parte del el circuito es como si tuviera una resistencia extremadamente pequeña. Resulta un flujo sumamente grande a través del cortocircuito.

Conductancias en paralelo: conductancia es lo opuesto a resistencia. Mientras más pequeña sea la resistencia mayor será la conductancia. El símbolo de la conductancia es G y su unidad es el siemens. G = 1/R Potencia en los circuitos en paralelo: puesto que la potencia disipada en la resistencia de una rama debe provenir de la fuente de voltaje, la potencia total es igual a la suma de los valores individuales de la potencia de cada rama. También es igual a la corriente total del circuito por el voltaje. Corriente de malla: una malla es cualquier trayectoria cerrada en un circuito. No importa que el recorrido tenga una fuente de voltaje. Al resolver el circuito mediante corriente de malla, primero debemos decidir las trayectorias que serán las mallas. Luego se asigna una corriente de malla a cada una. Por conveniencia generalmente se suponen las corrientes de malla va en dirección de las manecillas del reloj. Luego se aplica las leyes de Kirchhoff para el voltaje. Voltajes de nodos: se escriben las ecuaciones de las corrientes en los nodos para satisfacer la ley de Kirchhoff de las corrientes. Al resolver las ecuaciones de los nodos podemos calcular los voltajes desconocidos de los nodos. Un nodo es una conexión común de dos o más componentes. Baterías Celda voltaica: una pila química o voltaica es una combinación de materiales que se usan para convertir energía química en eléctrica. La pila química consiste en dos electrodos de distinta especie de metal o de compuesto metálico y un electrolito, que es una solución capaz de conducir una corriente eléctrica. Se forma una batería cuando se conectan dos o más celdas. El electrolito de una batería puede ser líquido o una pasta. Si un electrolito es no líquido, con frecuencia se denomina a la celda húmeda. Si el electrolito está en forma de pasta, se hace referencia a la pila o celda seca. Celdas en serie o en paralelo: cuando las celdas se conectan en serie, el voltaje total de la batería de celdas es igual a la suma de los voltajes de cada celda individual. Cuando las celdas se colocan en serie, la terminal positiva de una celda se conecta a la terminal negativa de la otra. La corriente que pasa por esta batería de celdas en serie es la misma que pasa para una celda, porque la misma corriente circula por todas las celdas en serie. Para obtener una corriente mayor, la batería tiene las celdas en paralelo. Cuando las celdas se colocan en paralelo, todas las terminales positivas se conectan entre si y todas las terminales negativas tienen un punto en común. Cualquier punto del lado positivo puede servir como terminal positiva de la batería y cualquier punto del lado negativo puede usarse como terminal negativa. La salida de voltaje de una batería de tres celdas en paralelo es la misma que para una sola celda, pero la corriente es tres veces mayor que para una celda. Celdas primarias y secundarias: las celdas primarias son las que no pueden recargarse o alcanzar buenas condiciones después que el voltaje de salida baja

demasiado. Las celdas secundarias, son recargables. Durante el proceso de recarga, los compuestos o elementos químicos que proporcionan la energía eléctrica regresan a su condición original. La recarga, se efectúa al hacer circular corriente directa por la pila en la dirección opuesta a la de la corriente que proporciona la celda a un circuito. Una batería se recarga conectándola a un cargador de baterías de igual polaridad. Tipos de baterías • Baterías de plomo y ácido: en estas baterías cada celda tiene dos grupos de

placas de plomo; un grupo es la terminal positiva y el otro es la negativa. Tanto las placas positivas como las negativas están conectadas por una placa conductora. Las placas positivas o negativas están alternadas o entrelazadas, de manera que haya una placa positiva seguida de una negativa. Entre las laminas hay algunas de materia aislante, llamadas separadores, que se hacen de madera porosa, madera perforada o fibra de vidrio. La placa positiva se trata químicamente par que se forme peróxido de plomo y el electrodo negativo consiste en un plomo poroso esponjoso. Los dos grupos de separadores se colocan en un recipiente con una solución diluida de ácido sulfúrico y agua. En los automóviles, la batería se conecta a un aparato llamado alternador, mientras el motor del auto funciona a una velocidad razonable, el alternador carga la batería y al mismo tiempo proporciona la corriente necesaria para que opere el automóvil.

• Celda de carbono y zinc: el carbono en forma de barra se coloca en el centro de la terminal positiva. La cubierta de la celda se hace de zinc, que es el electrodo negativo. Entre el electrodo de carbono y la cubierta de zinc se encuentra el electrolito, una mezcla química pastosa. La celda está sellada para evitar que el líquido de la celda se evapore

• Celda alcalina: se llama así porque tiene un electrolito alcalino de hidróxido de potasio. Estas tienen el electrodo negativo de zinc y el positivo de dióxido de manganeso.

• Celda de Níquel-Cadmio: El electrodo negativo es de hidróxido de níquel y el electrodo positivo es el óxido de cadmio. La batería de níquel y cadmio es la única batería seca que es un verdadero acumulador con una reacción química reversible, lo cual permite recargarla muchas veces.

• Celdas de Edison: es una celda secundaria más ligera y más resistente que la celda de plomo y ácido. Tiene una placa positiva de níquel e hidrato de níquel y una placa negativa de hierro.

• Celda de mercurio: hay dos tipos, una forma plana con forma de botón, mientras que el otro es una forma cilíndrica que se parece a una batería normal de lámpara.

Características de las baterías • Resistencia interna: una batería es un generador de voltaje de CC. En una

celda química la resistencia del electrolito entre los electrodos es la responsable de la mayor parte de la resistencia interna de la celda.

• Densidad relativa: la densidad relativa de cualquier líquido es el cociente que se compara su peso con el peso de un volumen igual de agua. Mientras mayor sea la densidad relativa, menor la resistencia interna de la celda y mayor será la posible corriente de carga.

• Capacidad: se especifica en Ampere-horas (Ah). La capacidad de un acumulador determina cuánto tiempo operará a una velocidad de descarga dada.

• Vida de almacenaje: es el período durante el cual se puede almacenar la batería sin que se pierda más de aproximadamente el 10% de su capacidad original.

Redes Delta-Estrella • Estrella-Estrella: este tipo de conexión permite disponer del neutro tanto en el

devanado de alta como en el devanado de baja, lo cual nos permite interconectar el neutro de un transformador con el neutro de un generador y de la carga si es el caso.

• Delta-Delta: en caso de avería de uno de los componentes de este tipo de red, este puede ser separado del conjunto sin afectar el funcionamiento del sistema trifásico.

• Estrella-Delta: se aplica para reducir el voltaje • Delta-Estrella: se utiliza para elevar la tensión Superposición: el teorema de la superposición establece que en una red con dos o más fuentes, la corriente o el voltaje para cualquier componente es la suma algebraica de los efectos producidos por cada fuente actuando independientemente. Para usar una sola fuente, los demás se eliminan del circuito por medio de un corto circuito o un circuito abierto. Para poder suponer o combinar corrientes y voltajes, los componentes deben ser lineales o bilaterales. Lineal es que obedecen la ley de ohm, bilateral significa que la corriente es de mismo valor para polaridades opuestas del voltaje de la fuente. Teorema de Thévenin: es un método para convertir un circuito complicado en un circuito equivalente sencillo. El teorema de Thévenin afirma que cualquier red lineal compuesta de fuente de voltaje y resistencias al considerarse entre dos puntos arbitrarios de red, puede ser sustituida por una resistencia equivalente en serie con una fuente equivalente. Teorema de Norton: se usa para simplificar un circuito en términos de corrientes en lugar de voltajes. Para el análisis con corrientes, se puede utilizar este teorema para reducir un circuito sencillo en paralelo y una fuente de corriente, la cual alimenta una corriente de línea total que se divide entre las ramas en paralelo. El teorema de Norton afirma que cualquier red conectada a las terminales a y b puede ser sustituida por una sola fuente de corriente In, en paralelo con una resistencia única Rn.

Puente de Wheatstone: sirve para rectificar, de ca a cc. Consta de diodos que marcan la dirección de la corriente y de un condensador. Corriente alterna Generación de un voltaje alterno: un voltaje de ca cambia continuamente en magnitud y periódicamente su polaridad. La rotación de una espira en un campo magnético produce un voltaje de ca. Una revolución completa de la espira es un ciclo. Considérese la posición de la espira a cada cuarto de vuelta durante un ciclo. Primero la espira se mueve paralela al flujo magnético por consiguiente no corta líneas de fuerza; el voltaje inducido es cero. Luego la espira corta el campo en 90º para producir un voltaje máximo. Luego el conductor se mueve otra vez paralelo al campo y no corta el flujo. A estos pasos se les llaman medio ciclo de la revolución y se llama alternación. La espira nuevamente vuelve a cortar el flujo pero en dirección opuesta a la anterior, por consiguiente la polaridad es negativa. Por ultimo la espira regresa a su posición original. Como los ciclos de voltaje corresponden a una rotación de la espira describiendo un círculo, las partes del círculo se expresan como ángulos. Onda senoidal: la forma de onda de voltaje se llama onda senoidal. El valor instantáneo del voltaje en cualquier punto de la onda senoidal se expresa como V = VmSenθ. Frecuencia y periodo: el número de ciclos por segundo se llama frecuencia, se indica por el símbolo f y se expresa en hertz. El tiempo que se requiere para completar un ciclo se llama periodo. Se indica por el símbolo T y se expresa en segundos. La frecuencia y el periodo son recíprocos. Cuanto mayor sea la frecuencia menor será el periodo. La longitud de la onda λ es la longitud de la onda completa o ciclo completo. El ángulo de fase entre dos formas de onda de la misma frecuencia es la diferencia angular en cualquier instante. Fasores: para compara los ángulos de fase o las fases de voltajes o corrientes alternas, es conveniente usar diagramas de favores correspondientes a las formas de onda del voltaje y de la corriente. Un favor es una cantidad que tiene magnitud y dirección. El fasor varia con el tiempo, esto lo diferencia del vector. Cuando dos ondas están en fase el ángulo de fase es cero. El ángulo de fase es la distancia angular entre dos puntos correspondientes de las ondas. Valores característicos del voltaje y la corriente: valor pico es valor máximo de la corriente y el voltaje. Se le aplica tanto el pico al positivo como al negativo. Se puede especificar el valor pico a pico, que es el doble del valor pico cuando los picos positivos y los negativos son simétricos. El valor promedio es el promedio aritmético de todos los valores de una onda senoidal durante medio ciclo. El medio ciclo se utiliza para obtener el promedio por que el valor promedio para un ciclo es cero. La raíz cuadrada media (rms) o valor efectivo es 0.707 veces el valor pico. Para circuitos de corriente alterna la ley de ohm es aplicable

Inducción: la capacidad que tiene un conductor de inducir voltaje en si mismo cuando cambia la corriente es su autoinducción o simplemente, inductancia. El símbolo de la inductancia es L y su unidad es el henry. La inductancia mutua se le llama a la capacidad de inducir voltaje al otro conductor, cuando pasa un cambio de corriente por la bobina inductora y viceversa. Bobinas: son elementos que pueden inducir voltaje en otros conductores al paso de corriente por ellas, sus características son las siguientes: • La inductancia aumenta con el número de vueltas N del alambre en torno al

núcleo. El aumento de la inductancia es proporcional al cuadrado del número de vueltas.

• La inductancia aumenta con la permeabilidad relativa µR del material del núcleo.

• Al aumentar el área encerrada por cada vuelta, también aumenta la inductancia.

• La inductancia disminuye al aumentar la longitud de la bobina. Las bobinas en serie o paralelo se tratan de igual forma que los circuitos en serie y en paralelo de los circuitos de CC. Pérdidas del núcleo: las pérdidas del núcleo magnético se deben a pérdidas por corrientes parásitas o por histéresis. Las corrientes parásitas fluyen en trayectorias circulares en el interior del material del núcleo y se disipan como calor producido en el núcleo. La perdida es igual a IR2, en el que R es la resistencia de la trayectoria interior del núcleo. Cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente alterna que pasa por la inductancia, más grande serán las corrientes parásitas y mayor será la perdida por ellas. La pérdida por histéresis, resultan de la potencial adicional necesaria para invertir el campo magnético con una corriente alterna en los materiales magnéticos. Las pérdidas por histéresis son generalmente menores que las perdidas por corrientes parásitas. Reactancia inductiva: la reactancia inductiva X es la oposición a la corriente alterna debida a la inductancia del circuito. La unidad de reactancia inductiva es el ohm. Circuitos inductivos • Sólo inductivos: si se aplica un voltaje a un circuito que sólo contiene

inductancia la corriente alterna resultante que pasa por la inductancia, se atrasará con respecto al voltaje que pasa por los extremos de la inductancia, en 90º

• RL en serie: en este caso la corriente que pasa por la bobina está atrasada con respecto al aplicado a la inductancia en 90º

• Impedancia: la impedancia es la oposición total al flujo de corriente, expresada en ohms, su símbolo es la letra Z.

• RL en paralelo: en este caso la corriente de la rama inductiva, esta atrasada 90º con respecto al voltaje aplicado.

Capacitor: o condensador es un dispositivo eléctrico que consiste de dos planes conductoras de metal separadas por un material aislante llamado dieléctrico. Un capacitor almacena carga en dieléctrico. Capacitancia: en términos eléctricos la capacitancia es la capacidad de almacenar carga eléctrica. La capacitancia es igual a la carga que pueda almacenar un capacitor dividida por el voltaje aplicado entre las placas (C = Q/V). La unidad de capacitancia es el farad (F). La propiedad de un dieléctrico que describe su capacidad de almacenar energía eléctrica se llama constante dieléctrica. Los capacitores comeciales se denominan según su dieléctrico. La mayoría son capacitares de aire, mica, papel o cerámica, o bien del tipo electrolítico. Los capacitares en serie se tratan como los circuitos en paralelo de CC y los circuitos en paralelo se tratan como circuitos en serie de CC. El voltaje máximo que se le puede aplicar a un capacitor se llama el voltaje de operación y no debe excederse. Reactancia capacitiva: la reactancia específica X es la oposición al paso de la corriente debido a la capacitancia del circuito. Circuitos capacitivos • Capacitancia únicamente: si se aplica un voltaje alterna a un circuito que sólo

contiene capacitancia, la corriente resultante que pasa por la capacitancia, estará adelantada al voltaje en la capacitancia en 90º.

• RC en serie: igual que los circuitos inductivos, la combinación de una resistencia y una reactancia capacitiva se llama impedancia. En estos casos el voltaje de la impedancia se atrasa en 90º con respecto a la corriente de la misma.

• RC en paralelo: cada rama tiene su propia corriente. La corriente de la rama capacittiva se adelanta 90º al voltaje aplicado.

Curva de magnetización BH: La curva BH se utiliza para mostrar cuánta densidad de flujo B se obtiene al aumentar el valor de la intensidad de campo H. La permeabilidad µ de una material magnético es el cociente de B entre H. Con B en la densidad del flujo,

FACTOR DE POTENCIA.

Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S, o bien como el coseno del ángulo que forman los fasores de la intensidad y el voltaje, designándose en este caso como cosφ, siendo φ el valor de dicho ángulo. De acuerdo con el triángulo de potencias de la figura :

Ambas conclusiones nos llevan a un mayor coste de la instalación alimentadora. Esto no resulta práctico para las compañías eléctricas, puesto que el gasto es mayor para un f.d.p. bajo. Es por ello que las compañías suministradoras penalizan la existencia de un f.d.p. bajo, obligando a su mejora o imponiendo costes adicionales.

• Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia, una mayor demanda de intensidad, lo que implica la necesidad de utilizar cables de mayor sección.

• La potencia aparente es tanto mayor cuanto más bajo sea el f.d.p., lo que origina una mayor dimensión de los generadores.

Histéresis: cuando la corriente de una bobina se invierte miles de veces por segundo, la histéresis puede ocasionar una considerable pérdida de energía. Histéresis significa retrasarse o quedarse atrás; es decir, el flujo magnético en un núcleo de hierro se atrasa con respecto a los incrementos o decrementos de la fuerza magnetizadora. El ciclo de histéresis es una serie de curvas que muestran las características de un material magnético. La corriente en direcciones opuestas +H y -H. De manera análoga las polaridades opuestas de la densidad del flujo se indican como +B y –B. La corriente empieza en cero central, cuando el material no está magnetizado. Los valores positivos de H incrementan B hasta la saturación

+Bmáx. Luego H, disminuye a cero, pero B disminuye a Br a causa de la histéresis. Entonces se invierte la corriente que produjo la magnetización original de manera que H se vuelve negativo. B disminuye a cero y continúa hasta -Bmáx. Después de disminuir el valor de –H, B se reduce a –Br, cuando H es cero. Con un ciclo de histéresis. La curva no regresa a cero en el centro debido a la histéresis. El valor de +Br o –Br, que es la densidad de flujo residual después de anularse la fuerza magnetizadora (H=0), se llama remanencia o magnetismo remante o residual del material magnético. El valor de –Hc, que es la fuerza magnetizadora que debe aplicarse en la dirección opuesta para que la densidad de flujo se reduzca a cero (B=0), se llama fuerza coercitiva del material. Cuanto mayor sea el área encerrada por el ciclo de histéresis, mayor será la pérdida por histéresis. Circuitos magnéticos: Un circuito magnético puede compararse con una corriente eléctrica en la que una fem produce flujo de corriente. El número de ampere-vuelta NI de la fuerza magnetomotriz (fmm) produce un flujo magnético φ. Por lo tanto la fmm se compara con la fem o el voltaje y el flujo con se compara con la corriente. Reluctancia R: es la oposición a la producción de flujo en un material, corresponde a la resistencia eléctrica. Su símbolo es R, la reluctancia es inversamente proporcional a la permeabilidad. El entrehierro es el espacio de aire entre los polos de un electroimán. Como el aire tiene una reluctancia grande, el tamaño del entrehierro afecta el valor de R. Cuanto más pequeño sea el entrehierro, más intenso será el campo en esa región. Como el aire no es magnético y por consiguiente, es incapaz de concentrar las líneas magnéticas, un entrehierro más amplio solo proporcionaría más espacio para que las magnéticas se dispersen. La ley de Ohm de los circuitos magnéticos: Es lo equivalente a I = V/R es φ = fmm/R Ley de Faraday del voltaje inducido: el valor del voltaje inducido depende del número de vueltas de una bobina y la rapidez con la que el conductor corta las líneas de fuerza o el flujo magnético; puede moverse el conductor o el flujo. Ley de Lenz: el voltaje inducido tiene una polaridad que se opone al cambio que causa la inducción. Cuando fluye una corriente producida por el voltaje inducido, esta da origen a un campo magnético alrededor del conductor tal que el campo magnético del conductor reacciona con el campo magnético externo. Si el campo externo aumenta, el campo magnético del conductor producido por la corriente inducida será en la dirección opuesta. Si el campo externo disminuye, el campo magnético del conductor estará en la misma dirección sirviendo así de apoyo al campo externo. Transformadores: el transformador es un dispositivo que transforma energía eléctrica, con una tensión e intensidad determinada, en energía eléctrica con

tensión e intensidad distintas o iguales a la actual. En esencia, un transformador está constituido por dos circuitos eléctricos acoplados magnéticamente, de tal manera que la influencia de un circuito sobre otro se hace a través de un flujo magnético siendo por tanto la ley de inducción de Faraday el fundamento básico del funcionamiento del transformador. Transformador ideal: el transformador básico consiste en dos bobinas eléctricamente aisladas y enrolladas sobre un núcleo común. La energía eléctrica se transfiere de una bobina a otra por medio del acoplamiento magnético. La bobina que recibe la energía de la fuente de case llama devanado primario. La que proporciona energía a una carga de material magnético se llama devanado secundario. Relación de voltajes: el voltaje de las bobinas de un transformador es directamente proporcional al número de vueltas de cada una de ellas. Cuando el voltaje del secundario es mayor que el voltaje del primario, el transformador se llama elevador. Cuando el voltaje del secundario es menor que el primario, el transformador se llama reductor. Relación de corriente: la corriente de la bobina de un transformador es inversamente proporcional al voltaje de cada una de ellas. Relación de impedancias: un circuito transfiere la máxima cantidad de potencia a otro cuando las impedancias de los circuitos son iguales o están acopladas. Si los dos circuitos tienen impedancias diferentes, se puede usar un transformador para acoplar las impedancias entre los dos circuitos. Al construir los devanados del transformador de manera que tenga determinada relación de vueltas para satisfacer cualquier requisito de acoplamiento de impedancias. Auto transformador: es un tipo especial de transformador de potencia que consiste de un solo devanado. Conectando derivaciones en diferentes puntos a lo largo del devanado se pueden obtener diferentes voltajes. La simplicidad del auto transformador lo hace económico y compacto sin embargo, no proporciona aislamiento eléctrico entre los circuito primario y secundario. Pérdidas en el transformador: las pérdidas en el núcleo son causadas por histéresis y por las corrientes parásitas. Condición sin carga o en vació: si el devanado secundario de un transformador se deja en circuito abierto, la corriente en el primario es muy baja y se identifica como corriente sin carga o corriente en vació. La corriente sin carga produce el flujo magnético y mantiene las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas en el núcleo. La corriente sin carga consta de dos componentes: la componente de la corriente de magnetización y la componente de pérdida en el núcleo. La corriente magnetizadora se atrasa 90º al voltaje aplicado en el primario mientras que la componente de pérdidas en el núcleo siempre esta en fase con el voltaje primario.

El voltaje primario y el secundario se encuentra 180º fuera de fase. La corriente en vacío también es conocida como corriente de excitación. Motores y generadores de corriente continúa Motor: un motor es una máquina que convierte la energía eléctrica en energía mecánica giratoria. Los motores mueven maquinas lavadoras, secadoras, ventiladores y gran parte de la maquinaria que se encuentra en la industria. Generador: es una máquina que convierte energía mecánica giratoria en energía eléctrica. La energía mecánica puede ser proporcionada por una caída de agua, vapor, viento o por un motor de gasolina, diesel o eléctrico. Componentes: las partes principales de los motores y generadores de corriente continua son esencialmente las mismas. • Armadura: en un motor, la armadura recibe corriente de una fuente eléctrica

externa, la cual hace que la armadura gire. En un generador, la armadura gira por una fuerza mecánica externa. El voltaje que se genera en la armadura se conecta a un circuito externo. Como la armadura gira también se llama rotor.

• Conmutador: una maquina de cc tiene un conmutador para convertir corriente alterna que fluye en su armadura en corriente continua en sus terminales (en el caso del generador), el conmutador consiste de segmentos de cobre, de los cuales hay un par por cada bobina de la armadura. Cada segmento del conmutador está aislado de los demás con mica. Los segmentos están montados sobre el eje de la armadura y aislados de éste y del hierro de la armadura. En el bastidor de la máquina, se montan escobillas estacionarias de manera que hagan contacto con segmentos opuestos del conmutado.

• Escobillas: son conectores de grafito estacionario que se montan con un resorte para que resbalen o rocen el conmutado en el eje o flecha de la armadura y la carga externa.

• Devanado del campo: este electroimán produce el flujo que corta la armadura. En un motor, la corriente para el campo es proporcionada por la misma fuente que alimenta la armadura. En un generador, la corriente que produce el campo puede provenir de una fuente externa llamada excitatriz o de salida de su propia armadura.

Generador simplificado de corriente continúa cc: un generador simplificado de cc consiste en una bobina de armadura con una especie de alambre. La bobina corta el campo magnético para producir voltaje. Si se tiene una trayectoria completa (circuito cerrado), la corriente circulará de la escobilla de la izquierda a la derecha. Al principio la escobilla hace contacto con el conmutador 1 mientras que el segmento 2 del conmutador hace contacto con la escobilla 2. Cuando a armadura gira medida vuelta en el sentido de las manecillas del reloj, se invierten los contactos entre los segmentos del conmutador y las escobillas. En ese momento el segmento 1 hace contacto con la escobilla 2 y el segmento 2 hace contacto con la escobilla 1. Debido a la acción del conmutador, el lado de la

bobina de la armadura que está en contacto con cualquiera de las escobillas 1 y 2 siempre tienen la misma polaridad y el circuito externo de la carga se le entrega una corriente continua pulsante. Devanado de la armadura: las bobinas de las armaduras que se usan en las máquinas de grandes cc, generalmente son arrolladas en su forma final antes de ponérseles en la armadura. Los lados de la bobina preformada se colocan en las ranuras del núcleo laminado de la armadura. Existen dos maneras en las que se pueden conectar las bobinas, en devanado o en arrollamiento de lazo o superpuesto y en devanado ondulado o en serie. El arrollamiento de lazo o superpuesto simple, los extremos de cada bobina se conectan a segmentos adyacentes del conmutador, de esta manera todas las bobinas quedan conectadas en serie. En un devanado superpuesto o de lazo doble hay dos grupos separados de bobinas y cada grupo conectado en serie. Los dos grupos de bobinas están conectados entre si por medio de las escobillas. Similarmente un arrollamiento superpuesto triple consiste en tres grupos distintos de bobinas conectados en serie. El devanado alternado proporciona una salida de bajo voltaje con una corriente nominal alta. En un devanado ondulado o en serie, los extremos de la bobina están conectados a segmentos del conmutador separados por una distancia del doble del ancho que los polos. En lugar de cortocircuitar una sola bobina, una escobilla cortocircuita un pequeño grupo de bobinas en serie. El área del generador en la que no se puede inducir voltaje, en una bobina de la armadura se llama plano conmutador o plano neutro. Éste se encuentra a la mitad entre los polos norte y sus adyacentes. Las escobillas siempre se colocan de manera que cortocircuiten las bobinas de la armadura que pasan por el plano neutro mientras que, al mismo tiempo, se toma la salida de otras bobinas. El devanado ondulado produce un voltaje alto con una corriente nominal baja. Excitación del campo: los generadores de cc reciben su nombre del tipo de excitación del campo que se utilice. Cuando el campo del generador es alimentado “excitado” por una fuerte distinta de cc, como una batería se llama generador de excitación separada. Cuando un generador suministra su propia excitación se llama generador autoexcitado. Si su campo se conecta en paralelo con el circuito de la armadura, se llama generador en derivación. Cuando el campo esta en serie, se llama generador compuesto o combinado. Los generadores combinados pueden estar conectados en derivación corta, con el campo en derivación en paralelo solo con la armadura, o en derivación larga, con el campo en derivación en paralelo con la armadura y el campo en serie. Cuando el campo en serie se conecta de manera que su fmm actúa en la misma dirección que la del campo de derivación, se dice que el generador es compuesto acumulativo. Los reóstatos de un campo son resistencias ajustables que se colocan en los circuitos de campo para variar el flujo del campo y por consiguiente la fem generada por el generador. El generador combinado se usa con más frecuencia que los otros tipos de generadores porque pueden diseñarse de manera que tenga una gran variedad de características.

Cuando se reemplaza el conmutador con un anillo conductor continuo se tendría un generador de ca. El voltaje inducido a través de un conductor esta determinado por:

810*60

−=SP

ec

φ

Donde P = número de polos, φ es el flujo por polo (líneas de), S es la velocidad rotacional en rpm. Para un rotor de Z conductores con a trayectorias paralelas el voltaje de cd generado está determinado por:

cg ea

ZE =

Donde Z es el número de conductores y a = P Pérdidas de una máquina de corriente continua: las pérdidas de los generadores y en los motores son causadas por pérdidas en el cobre de los circuitos eléctricos y las pérdidas mecánicas debidas a la rotación de la máquina. Las perdidas incluyen: • Pérdidas en el cobre 1. Pérdidas de potencia en la armadura 2. Pérdidas en el campo: que pueden ser perdidas del campo de derivación y del

campo en serie. • Pérdidas mecánicas o rotacionales 1. Pérdidas en el hierro: que pueden ser pérdidas por las corrientes parásitas y

por histéresis 2. Pérdidas por fricción: que pueden ser por: fricción de las chumaceras o

cojinetes, fricción de las escobillas y pérdidas por rozamiento o fricción con el aire.

Aparecen pérdidas en el cobre porque se usa potencia cuando se hace que pase corriente por una resistencia. Al girar la armadura en el campo magnético, la fem inducida en las partes de hierro produce corrientes parásitas cuya circulación calienta el hierro y lo que representa energía desperdiciada. También resultan pérdidas por histéresis cuando se magnetiza un material magnético primero en una dirección y luego en dirección contraria. Motor de corriente continúa Principio del motor: su función es la de producir una fuerza giratoria, llamada par motor que produce rotación mecánica. Dirección de rotación de la armadura: para determinar la dirección de rotación de los conductores de la armadura se usa la regla de la mano izquierda. La regla de la mano izquierda para motores es la siguiente: colóquense los dedos índice, medio y pulgar mutuamente perpendiculares, apúntese con el índice en la dirección del campo y con el dedo medio en la dirección de la corriente en el conductor, el pulgar apuntará en la dirección en la que el conductor trata de

moverse. Un motor de una sola bobina es impractico por tener puntos muertos y porque el par ejercido es pulsante. Se obtiene buenos resultados al usar un número grande de bobinas, como un motor de cuatro polos, se invierte por acción del conmutador de un polo hacia un plano neutro, la corriente se invierte por acción del conmutador. De esta manera los conductores bajo un polo dado llevan corriente en la misma dirección todo el tiempo. Par motor: o torca ejercida por un motor es proporcional a la intensidad del campo magnético y la corriente en la armadura. Velocidad de un motor: la velocidad se especifica por el número de revoluciones del eje en cierto tiempo y se expresa en unidades de revoluciones por minuto (rpm). Una reducción en el flujo del campo magnético de un motor produce un aumento en la velocidad del motor, inversamente un aumento en el flujo del campo hace que la velocidad del motor disminuya. Como la velocidad del motor varía con la excitación del campo, una manera adecuada de controlar la velocidad es variando el flujo del campo mediante ajustes de la resistencia en el circuito del campo. Si un motor puede mantener una velocidad casi constante para diferentes cargas, decimos que el motor tiene una buena regulación de voltaje (RV)

%100*FL

FLNL

S

SSRV

−=

Donde SNL es la velocidad sin carga o vacío y SFL es la velocidad a plena carga. Para calcular la fuerza que actúa en los conductores se determina mediante:

910* −= BILF Donde F es en libras, B son líneas por pulgada cuadrada, I esta en amperes y L en pulgadas. Tipos de motores • Motor en derivación: es el tipo de motor de cc, más común. Se conecta de la

misma manera que el generador en derivación. Sus curvas características velocidad de carga y par carga muestran que la velocidad disminuye ligeramente al aumentar la corriente en la armadura. La velocidad básica es a carga plena,

• Motor en serie: el campo de este motor está en serie con la armadura. La velocidad varía desde una velocidad muy alta con carga ligera a una velocidad menor a plena carga. El motor en serie es apropiado para arrancar con cargas pesadas porque una corriente alta en la armadura desarrolla un par alto y funciona a velocidad baja. La velocidad del motor en serie, sin carga, aumentara hasta que el motor se destruya. Los grandes motores en serie se conectan directamente a su carga en lugar de usar bandas y poleas.

Requisitos de arranque de los motores: los motores tiene dos requisitos para el arranque:

• Tanto el motor como las líneas de alimentación deben estar protegidas contra el paso de una corriente excesiva durante el periodo de arranque colocando resistencias externas en serie con el circuito de la armadura

• El par de arranque del motor debe hacerse tan grande como sea posible para que el motor alcance su velocidad máxima en un mínimo tiempo.

Alternadores: los generadores de corriente alterna también se denominan alternadores. Casi toda la energía eléctrica para uso doméstico e industrial es entregada por alternadores de las plantas generadoras. Un alternador sencillo consta de: • Un intenso campo magnético constante • Conductores que giran en el campo magnético • Una manera de lograr una conexión continúa con los conductores al girar. El campo magnético es producido por el paso de la corriente por la bobina de campo estacionaria, o estator. La excitación de la bobina del campo es proporcionada por una batería o alguna fuente de cc. La armadura, o rotor, gira inmerso en el campo magnético. Para una sola espira o vuelta de alambre del rotor, cada extremo se conecta en el anillo colector, los cuales están aislados del eje. Cada vez que el rotor realiza una revolución completa, se produce un ciclo completo de corriente alterna. En la práctica un alternador tiene enrollados varios centenares de vueltas en las ranuras del rotor. Dos escobillas se empujan con resorte contra los anillos colectores para lograr la conexión permanente entre la corriente alterna inducida en el rotor o bobina de la armadura y circuitos externos. El generador de ca de tamaño pequeño, tiene generalmente un campo estacionario y armadura giratoria. Una desventaja de esta distribución es que los anillos colectores y las escobillas de contacto están en serie con la carga. Si las partes se ensucian o se desgastan, el paso de la corriente puede interrumpirse. Sin embargo, si la excitación de cc del campo se conecta al rotor, las bobinas previamente estacionarias tendrán en ellas una corriente alterna inducida. Puede conectarse una carga entre las bobinas sin que haya necesidad de contactos móviles en el circuito. La excitación del campo se alimenta al campo giratorio por medio de las escobillas y de los anillos colectores. Otra ventaja de este generador con el campo giratorio y la armadura estacionaria es la mayor facilidad de aislar los campos en el estator comparado con el aislamiento de las bobinas del campo giratorio. La cantidad de voltaje que produce un generador de ca depende de la intensidad del campo y de la velocidad del motor. Como la mayoría de los generadores operan a velocidad constante, la magnitud de la fem depende de la excitación del campo. La referencia de la fem depende del número de polos del campo y de la velocidad a la que opere el generador. La regulación de un generador de ca es el porcentaje de aumento en el voltaje entre sus terminales al reducirse la carga desde la corriente nominal a plena carga hasta cero manteniendo constante la velocidad y la excitación. Conexión de generadores en paralelo: la mayoría de las plantas generadoras tiene varios generadores de ca operando en paralelo para aumentar la potencia

disponible. Antes de que puedan conectarse dos generadores en paralelo, los voltajes entre sus terminales deben ser iguales, sus voltajes estar en fase y sus frecuencias ser iguales. Cuando satisfacen esas condiciones decimos que los dos generadores operan en sincronía. La operación de ponerlos en sincronía se llama sincronización. Características nominales: los datos de la placa de identificación de un generador típico de ca incluyen el nombre del fabricante, número de serie y de modelo, velocidad (rpm), número de polos, frecuencia de salida, número de fase y máximo voltaje de alimentación: capacidad de voltaje máximo de salida, corriente en la armadura y en el campo por cada fase y máxima elevación de la temperatura. Pérdidas: son similares a las de un generador de cc incluyen la pérdida en el cobre de la armadura, la pérdida en el cobre por excitación del campo y las pérdidas mecánicas. Motores de inducción polifásicos Principio de operación: el motor de inducción es el tipo de motor de ca más usado por su construcción sencilla y resistente y sus buenas características de operación. Consiste de dos partes: el estator y el rotor, El estator se conecta a la fuente de alimentación de ca. El rotor no se conecta eléctricamente a la fuente. El tipo más importante de motor de inducción polifásico es motor trifásico. Cuando el devanado del estator recibe energía de una fuente trifásica se crea un campo magnético giratorio. Al pasar el campo a través de los conductores del rotor se induce una fem en estos conductores y hace que por ellos circule corriente. Los conductores del rotor, por los cuales pasa corriente en el campo del estator, están sometidos entonces a un par motor que hace girar el rotor. Motor de jaula de ardilla y rotor devanado: los motores de inducción trifásicos se califican en dos tipos: de jaula de ardilla y rotor devanado. Ambos tienen la misma construcción del estator pero difieren en la construcción del rotor. El núcleo del estator se construye de laminaciones ranuradas de chapa de acero. Los devanados están distribuidos en las ranuras del estator para formar los tres diferentes juegos de polos. El rotor de un motor de jaula de ardilla tiene un núcleo laminado con conductores colocados paralelos al eje incrustando en ranuras en el perímetro del núcleo. Los conductores del rotor no están aislados del núcleo. En cada extremo del rotor están cortocircuitados por anillos continuos externos. Si no estuvieran presentes las laminaciones los conductores y sus anillos extremos parecerían una jaula giratoria de ardilla. El rotor devanado se arrolla con un devanado aislado similar al devanado del estator. Los devanados de la fase del rotor se conectan a los tres anillos colectores montados en el eje del motor. El devanado del rotor no se conecta a la fuente. Los anillos colectores y las escobillas sólo proporcionan la manera de conectar un reóstato externo en el circuito del rotor.

Velocidad y deslizamiento: la velocidad del campo magnético giratorio se llama velocidad síncrona del motor. Debe notarse que existe la misma relación entre la frecuencia, el número de polos y velocidad de rotación de un generador de ca. Un motor de inducción no puede funcionar a la velocidad sincronía porque el rotor estaría en reposo con respecto al campo giratorio y no se induciría fem en él. La velocidad del rotor debe ser ligeramente menor que la velocidad sincronía para que en el se induzca una corriente que permita la rotación del rotor. La diferencia entre la velocidad del rotor y la velocidad síncrona se llama deslizamiento y se expresa como un porcentaje de la velocidad síncrona. Frecuencia del rotor: es igual a la frecuencia del estator multiplicada por el porcentaje de deslizamiento. Par motor: el par motor de un motor de inducción depende de la intensidad de la iteración de los campos del rotor y estator y de las relaciones de fases entre ellos. La variación del par con el deslizamiento muestra que al crecer el deslizamiento desde cero hasta aproximadamente un 10%, el par aumenta linealmente con el deslizamiento. Al crecer la carga y el deslizamiento más allá del valor nominal o de plena carga del par, el par alcanza un valor máximo aproximadamente un 25% de deslizamiento. Este valor máximo del par se llama par motor máximo del motor. Se aumenta la carga más allá del valor máximo par, el motor pronto se detendrá. Conforme el rotor acelera, el par aumenta hasta su valor máximo y después disminuye al valor necesario para mover la carga del motor a una velocidad constante. Motores sincrónicos: al igual que los motores de inducción, los motores sincrónicos tienen devanados en el estator que produce un campo magnético giratorio. Pero a diferencia del motor de rotor se sincroniza con el campo magnético giratorio y gira con él a la misma velocidad. Si se sacara de sincronía con el campo giratorio del estator, no se produciría par motor y el motor se detendría. Como un motor sincrónico produce par motor únicamente cuando funciona a velocidad sincrónica, no arranca por sí solo, y por tanto, requiere algún accesorio adicional para alcanzar la velocidad sincrónica. Arranque de motores sincrónicos: un motor de este tipo puede ser arrancado haciéndolo girar por medio de un motor de cc con el eje común. Ya que el motor haya alcanzado la velocidad sincrónica, se aplica corriente alterna a los devanados del estator. El motor de cc funciona pues, como un generador de cc y proporciona la excitación de cc al campo del rotor. Entonces se puede acoplar la carga del rotor. Los motores sincrónicos se arrancan más a menudo por medio de un devanado de jaula de ardilla incrustado en la cara opuesta de los polos del rotor. Motor monofásico: estos motores se llaman así porque sus devanados se conectan directamente a una fuente monofásica y se clasifican en motores conmutadores de inducción o sincrónicos según el método que se use para arrancarlos.

• Motor conmutador: motor en serie c.a. y motor de repulsión. • Motor de inducción: están los motores de fase dividida (motor de capacidad

de arranque, motor de capacitor), motor de inducción de arranque por repulsión y motor de polo sombreado.

• Motor sincrónico. Sistemas trifásicos: en un sistema trifásico (3φ) es la combinación de tres sistemas de una fase o monofásico. En un sistema 3φ balanceado, la potencia proviene de un generador de ca que produce tres voltajes distintos pero iguales, cada uno de los cuales esta 120º fuera de fase con los otros dos. Aunque en los sistemas eléctricos suelen emplearse circuitos monofásicos la mayor parte de la generación y distribución de corriente alterna es 3φ. Los monofásicos con las mismas características de potencia y voltaje pueden usarse con carga monofásica. Además, los equipos de 3φ son de menor tamaño, más ligeros y más eficientes que la maquinaría de 1φ con la misma capacidad nominal. Las tres fases de un sistema 3φ pueden conectarse de dos maneras: • Conectando las tres terminales comunes de cada fase se conectan entre si a

una sola terminal marcada N por neutro, y las otras tres terminales se conectan a la línea del 3φ, el sistema está conectado en Y o estrella.

• Si las tres fases se conectan en serie para formar un circuito cerrado, el sistema esta conectado en delta.

Hidroeléctricas: es en donde se obtiene energía eléctrica utilizando para ello el movimiento del agua. En la central se realiza la transformación de la energía del agua, en ella se montan las maquinas y las instalaciones suplementarias para el servicio que son de considerable importancia en centrales que atienden a redes de transmisión. Las instalaciones de una central comprenden tres partes: la de máquinas hidráulicas, la de los mandos y la de las conexiones. En una central hidroeléctrica la toma de agua del río se hace por medio de una presa, con lo que, además, se conduce el agua desde la raíz del remanso hasta la toma con un mínimo de pérdidas de nivel. Con la construcción de la presa no solamente se realiza, pues, la toma, sino que también se gana un nivel. Las máquinas hidráulicas se emplean para despojar en lo posible al agua de su energía y transformarla más o menos completamente en energía mecánica. La energía de agua se presenta en varias formas: potencial, cinética y de presión, y si se considera al agua como líquido perfecto se puede transformar sin pérdidas cada una de estas energías, según la ley de Bernoulli, en cualquier otra. Las máquinas hidráulicas pueden clasificarse en ruedas hidráulicas y turbinas. Las ruedas hidráulicas estuvieron muy generalizadas en otros tiempos, pero su velocidad era pequeña e inconstante, ahora se usan las turbinas. Energía eolica: energía producida por el viento. El recurso energético eólico es muy variable tanto en el tiempo como en su localización Energía geotérmica: las plantas geotérmicas aprovechan el calor generado por la tierra. A varios kilómetros de profundidad en tierras volcánicas los geólogos han encontrado cámaras magmáticas, con roca a varios cientos de grados

centígrados. Además en algunos lugares se dan otras condiciones especiales como son capas rocosas porosas y capas rocosas impermeables que atrapan el agua y vapor de agua a altas temperaturas y presión y que impiden que éstos salgan a la superficie. Si se combina estas condiciones se produce un yacimiento geotérmico. Una vez que se dispone de pozos de explotación se extrae el fluido geotérmico que consiste en una combinación de vapor, agua y otros minerales. Este se conduce hacia la planta geotérmica donde debe ser tratado. Medidores eléctricos: medidores eléctricos, instrumentos que miden magnitudes eléctricas, como intensidad de corriente, potencial, energía, resistencia eléctrica, capacidad e inductancia. El resultado de estas medidas se expresa en una unidad eléctrica estándar. Medidores de corriente: • Galvanómetro: está compuesto por el amperímetro y el voltímetro. En un

galvanómetro un imán crea un campo magnético que genera una fuerza medible cuando pasa corriente por una bobina cercana. El amperímetro desvía la corriente por una bobina a través de una derivación y mide la intensidad de la corriente que fluye por el circuito, al que se conecta en serie. El voltímetro, en cambio, se conecta en paralelo y permite medir diferencias de potencial. Para que la corriente que pase por él sea mínima, la resistencia del voltímetro tiene que ser muy alta, al contrario que en el amperímetro.

• Electrodinamómetros: es una variante del galvanómetro y puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fina y la móvil se invierte en el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.

• Medidores de aleta de hierro: otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por la que pasa corriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación de la aleta móvil.

• Medidores de termopar: para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión del termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro convencional. Entre los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo está unido a un puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada de amperios.

Medidores de voltaje: El instrumento más utilizado para medir el voltaje es el galvanómetro. Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior o medidores similares con una fuerte resistencia en serie. Los demás métodos de medición del voltaje utilizan los tubos de vacío y circuitos electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el voltímetro de tubo de vació. En la forma más simple de este tipo de voltímetro se rectifica una corriente alterna en un tubo de diodo y se mide la corriente rectificada con un galvanómetro convencional. Otros voltímetros de este tipo utilizan las características amplificadoras de los tubos de vacío para medir voltajes muy bajos. El osciloscopio de rayos catódicos se emplea también para hacer mediciones de voltaje, ya que la inclinación del haz de electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o electrodos del tubo. Otros tipos de mediciones Puentes de wheatstone: es un circuito que está formado por tres resistencias conocidas y una desconocida, conectadas a una fuente de corriente continua y a un galvanómetro. Variando el valor de una de las resistencias conocidas, el puente se puede ajustar a cualquier valor de la resistencia desconocida, que se calcula a partir de los valores de las otras resistencias. Vatímetros: la potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatímetro, un instrumento parecido al electro dinamómetro. El vatímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que la atraviese toda la intensidad del circuito, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la intensidad como del voltaje y se puede calibrar directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la intensidad de la corriente. Contadores de servicio: el contador de servicio es un dispositivo que mide la energía total consumida en un circuito eléctrico doméstico. Es parecido al vatímetro, pero se diferencia de éste en que la bobina móvil se reemplaza por un rotor. El rotor, controlado por un regulador magnético, gira a una velocidad proporcional a la cantidad de potencia consumida. El eje del rotor está conectado con engranajes a un conjunto de indicadores que registran el consumo total en vatios por hora.

Energía trifásica es superior a la monofásica son :

1. La potencia en KVA (Kilo Volts Ampere) de un motor trifásico es 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. Corriente directa vrs corriente alterna:

Corriente alterna frente a continua

La razón del amplio uso de la corriente alterna viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la corriente continua.

La energía eléctrica viene dada por el producto de la tensión, la intensidad y el tiempo. Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica depende de la intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta altos valores (alta tensión), disminuyendo en igual proporción la intensidad de corriente. Con esto la misma energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas por causa del efecto Joule y otros efectos asociados al paso de corriente tales como la histéresis o las corrientes de Foucault. Una vez en el punto de consumo o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido para su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.

La corriente continua (CC en español, en inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección (es decir, los terminales de mayor y de menor potencial son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad.

Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila por parte del científico italiano Conde Alessandro Volta. No fue hasta los trabajos de Thomas Alva Edison sobre la generación de electricidad en las postrimerías del siglo XIX, cuando la corriente continua comenzó a emplearse para la transmisión de la energía eléctrica. Ya en el siglo XX este uso decayó en favor de la corriente alterna (propuesta por el inventor Nikola Tesla, sobre cuyos desarrollos se construyó la primera central hidroeléctrica en las Cataratas del Niágara) por sus menores pérdidas en la transmisión a largas distancias, si bien se conserva en la conexión de redes eléctricas de diferente frecuencia y en la transmisión a través de cables submarinos.

También se está extendiendo el uso de generadores de corriente continua mediante células solares -buscando un menor impacto medioambiental del uso de la energía solar frente a las soluciones convencionales (combustible fósil y energía nuclear)-.

Conversión de corriente alterna en continua

Rectificación de la tensión en corriente continua.Este proceso, denominado rectificación, se realiza mediante dispositivos llamados rectificadores, basados en

el empleo de tubos de vacío y actualmente, de forma casi general, mediante diodos semiconductores o tiristores

Polaridad

Generalmente los aparatos de corriente continua no suelen incorporar protecciones frente a un eventual cambio de polaridad, lo que puede acarrear daños irreversibles en el aparato. Para evitarlo, y dado que la causa del problema es la colocación inadecuada de las baterías, es común que los aparatos incorporen un diagrama que muestre cómo deben colocarse; así mismo, los contactos se distinguen empleándose convencionalmente un muelle metálico para el polo negativo y una placa para el polo positivo. En los aparatos con baterías recargables, el transformador – rectificador tiene una salida tal que la conexión con el aparato sólo puede hacerse de una manera, impidiendo así la inversión de la polaridad.

En los casos de instalaciones de gran envergadura, tipo centrales telefónicas y otros equipos de telecomunicación, donde existe una distribución centralizada de corriente continua para toda la sala de equipos se emplean elementos de conexión y protección adecuados para evitar la conexión errónea de polaridad.

La polaridad de la circulación de la corriente continua, se establece por convenio desde el polo positivo hacia el polo negativo. No obstante el movimiento de electrones (cargas negativas) se produce desde el polo negativo al positivo. Y cada vez que se mueve un electrón deja un hueco positivo, que atrae a otro electrón. Este flujo de huecos, es el que se produce en sentido positivo a negativo.

Corriente alterna

Se denomina corriente alterna (abreviada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal (figura 1), puesto que se consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. Sin embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna. En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y recuperación de la información codificada (o modulada) sobre la señal de la CA.