EME VIRTUAL CURSO DE INSTALACIONES ELCTRICAS INDUSTRIALES Corriente

EME VIRTUAL CURSO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES Corriente Alterna

Conceptos Básicos

CONCEPTOS BÁSICOS: § Antes de comenzar con el estudio de la corriente alterna, debemos recordar que la energía eléctrica se forma a partir de la circulación de cargas eléctricas (electrones) en un conductor conectado a una carga (equipo o aparato que genera un consumo eléctrico) y esta circulación depende de tres parámetros básicos, La “tensión eléctrica”, la “Intensidad de corriente Eléctrica” y la “Resistencia Eléctrica”.

CONCEPTOS BÁSICOS: §Tensión eléctrica: §Esta se mide en volts (V) y es la encargada de empujar los electrones libres en un conductor eléctrico en una dirección conforme a su polaridad, mientras mayor es el valor de la tensión, mayor es la circulación de los electrones( el desplazamiento de cargas se mueve de negativo a positivo de una batería o fuente).

CONCEPTOS BÁSICOS: CONDUCTOR SIN POLARIZAR ( SIN TENSIÓN) CONDUCTOR POLARIZADO ( CON TENSIÓN)

CONCEPTOS BÁSICOS: §La energización de un circuito eléctrico se puede lograr mediante fuentes de alimentación, que pueden ser de corriente continua o alterna. Baterías : Fuente de alimentación de corriente Continua.

CONCEPTOS BÁSICOS: §La energización de un circuito eléctrico se puede lograr mediante fuentes de alimentación, que pueden ser de corriente continua o alterna. Fuente de alimentación de corriente Alterna (Generador de C. A).

CONCEPTOS BÁSICOS: §Cuando la tensión que alimenta la carga es continua, ( usando una batería por ejemplo) la dirección de los electrones es en un solo sentido, desde el polo negativo al positivo, viéndolo gráficamente seria lo siguiente:

CONCEPTOS BÁSICOS: DIRECCIÓN DE LOS ELECTRONES FIJA REPRESENTACIÓN DE LA TENSIÓN CON RESPECTO AL TIEMPO ( NO CAMBIA)

CONCEPTOS BÁSICOS: §Cuando la tensión que alimenta la carga es Alterna( alimentada por un generador de C. A. ), entonces la dirección de los electrones varía debido a que la fuente cambia continuamente su polaridad, gráficamente sería lo siguiente:

CONCEPTOS BÁSICOS: DIRECCIÓN DE LOS ELECTRONES VARIABLE REPRESENTACIÓN DE LA TENSIÓN CON RESPECTO AL TIEMPO ( CAMBIA CONTINUAMENTE)

CONCEPTOS BÁSICOS: §En resumen, la tensión genera el movimiento de los electrones, en caso de ser continua o directa (C. C. o C. D. ), los electrones se mueven en un sentido fijo, en caso del ser alterna (C. A. ) los electrones cambian de sentido constantemente.

CONCEPTOS BÁSICOS: §Corriente Eléctrica: §A la cantidad de electrones que circulan por un conductor se le denomina intensidad de corriente eléctrica o simplemente corriente, y se mide en Amperes (A), esta depende de la cantidad de tensión aplicada, mientras mayor sea la tensión, mayor será la corriente.

CONCEPTOS BÁSICOS: §Resistencia Eléctrica: §Esta es la encargada en un circuito eléctrico de oponerse a la corriente eléctrica (circulación de electrones) y es una característica física que poseen tanto los conductores como las cargas (motores, focos, etc), se mide en Ohms (Ω) y mientras mayor es su valor, menor es la corriente.

CONCEPTOS BÁSICOS: §La Resistencia Eléctrica y la impedancia: §Cuando la carga es alimentada en corriente alterna, entonces a la resistencia se le llama impedancia, y esta posee características un poco mas complejas que la resistencia, ( esto se verá mas adelante).

Características de la Corriente Alterna

CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA: §Como vimos, la corriente alterna cambia continuamente de dirección, pero este cambio no lo hace de forma abrupta, ya que incrementa su valor de forma paulatina hasta un pico máximo y luego baja hasta cero para tomar valores negativos, también llegando a un valor máximo negativo, y volviendo a cero para comenzar otra vez.

CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA: §A este proceso se le llama ciclo, y a su vez tiene dos semiciclos (medios ciclos) un semiciclo positivo y un semiciclo negativo). Semiciclos + Ciclo

CARACTERÍSTICAS DE LA CORRIENTE ALTERNA: §Frecuencia: §Es el número de ciclos que se producen en un segundo y se simboliza con la literal “f” y su unidad es el cps ( ciclo por segundo) también llamado Hertz (Hz).

Tipos de cargas en Corriente Alterna

TIPOS DE CARGAS EN C. A. En CA existen tres tipos de cargas : �Cargas Resistivas �Cargas Inductivas �Cargas Capacitivas

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Para comprender como se comportan dichas cargas en C. A, debemos saber que así como tenemos una onda senoidal que representa a la tensión Eléctrica (Volts) en alterna, también se tiene una onda que representa la Intensidad Corriente Eléctrica ( Amperes).

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Cuando ambas ondas están en sintonía, o dicho de forma correcta, “en fase”, se comportan de la misma forma cumpliendo con la ley de Ohm, ya que como es sabido, esta ley indica que ambas son proporcionales, de manera que cuando una incrementa su valor, la otra también, y viceversa.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Esto sucede cuando las cargas son de tipo Resistivas, entonces la corriente y la tensión se pueden representar de la siguiente forma:

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Cargas Resistivas:

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Como se puede observar en la gráfica, la tensión y la corriente van en fase, y las cargas que se caracterizan por este efecto son generalmente : �Lámparas Incandescentes. �Hornos, y otras fuentes que solo generan calor por medio de resistencias de caldeo.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Cargas Inductivas: �Cuando se conectan cargas inductivas aparece un desfase entre la corriente y la tensión, quedando la onda de corriente atrasada (aparece después) con respecto a la de la tensión.

TIPOS DE CARGAS EN C. A.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Todas las cargas inductivas provocan un retraso de la corriente con respecto al voltaje, Las cargas inductivas se oponen al cambio de sentido de la corriente. Esta oposición se llama reactancia inductiva, la cual se simboliza con la literal XL y la podemos determinar mediante la siguiente expresión:

TIPOS DE CARGAS EN C. A.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. • Entre las cargas mas importantes que se consideran inductivas tenemos: • Transformadores. • Motores. • Balastros.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. • La reactancia inductiva solo se opone a los cambios de corriente, esto es, a la variación de la misma, la que se da en la corriente alterna, por lo mismo el fenómeno de la inductancia no se presenta en corriente Directa.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Cargas Capacitivas: �Cuando se conectan cargas Capacitivas aparece un desfase entre la corriente y la tensión, quedando la onda de corriente adelantada (aparece antes) con respecto a la de la tensión.

TIPOS DE CARGAS EN C. A.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. �Todas las cargas capacitivas provocan un retraso de la corriente con respecto a la tensión , Las cargas capacitivas se oponen al cambio de sentido de la corriente. Esta oposición se llama reactancia capacitiva, la cual se simboliza con la literal XC y la podemos determinar mediante la siguiente expresión:

TIPOS DE CARGAS EN C. A.

TIPOS DE CARGAS EN C. A. Entre las cargas mas importantes que se consideran capacitivas tenemos: �Equipos de electrónica �Banco de capacitores para la reducción del factor de potencia. .

TIPOS DE CARGAS EN C. A. • La reactancia capacitiva solo se da en la corriente alterna, en corriente directa, los efectos de los capacitores en paralelo no afectan la calidad de la corriente eléctrica.

Análisis de una carga Real en C. A.

ANÁLISIS DE UNA CARGA REAL EN C. A: • Los tipos de carga anteriormente vistos no existen de forma pura. • Generalmente en C. A. las cargas son una combinación de las tres cargas vistas anteriormente, dando como resultado un desfasaje entre la tensión y la corriente conforme a esta combinación indicado por el ángulo φ :

ANÁLISIS DE UNA CARGA REAL EN C. A: • Normalmente una carga en C. A. tiene una parte resistiva y otra inductiva, y en algunos casos otra capacitiva. • Las cargas capacitivas anulan los efectos de las cargas inductivas. • Anular los efectos de las cargas inductivas con el uso de cargas capacitivas trae como consecuencia la reducción del ángulo de desfasaje entre la tensión y la corriente. • Normalmente una inductancia en C. A. (transformadores, motores, balastras, etc. ) se consideran para el análisis como cargas inductivas puras en serie con cargas resistivas puras.

Concepto de Impedancia

CONCEPTO DE IMPEDANCIA (Z) • La impedancia en su forma mas simple se puede definir como la “oposición total que un circuito de CA ofrece a la corriente eléctrica”, y se mide en ohms. • La impedancia resulta del efecto combinado de resistencias y reactancias. • La resistencia se opone al paso de la corriente • La reactancia, compuesta por inductancias y capacitancias (bobinas y capacitores) se opone a la variación de la corriente. • La reactancia total en un impedancia la podemos calcular como:

CONCEPTO DE IMPEDANCIA (Z)

CONCEPTO DE IMPEDANCIA (Z) RELACIÓN ENTRE LA RESISTENCIA, LA REACTANCIAS Y LA IMPEDANCIA (R-L-C) • El siguiente triangulo nos demuestra de forma gráfica la relación entre la impedancia (Z), la reactancia (X) y la resistencia (R): Ángulo de desfasaje entre la tensión y la corriente que produce la impedancia

CONCEPTO DE IMPEDANCIA (Z) IMPEDANCIA DE UN CIRCUITO RLC EN SERIE: • Como se dijo anteriormente , la impedancia es la oposición total que representa un circuito de CA al paso de la corriente eléctrica, , producida por una resistencia, una bobina y un capacitor en sus reactancias, su expresión matemática es la siguiente:

CONCEPTO DE IMPEDANCIA (Z) IMPEDANCIA DE UN CIRCUITO RLC EN SERIE: Donde: Z = Impedancia del circuito en Ω R = Resistencia en Ω XL = Reactancia inductiva en Ω XC =Reactancia capacitiva en Ω

Potencia en C. A.

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: Debido a los efectos que provocan las diferentes cargas en C. A. (R, L, y C) podemos tener tres tipos de potencia: Potencia Aparente (S) Potencia Activa, Real o Útil (P) Potencia Reactiva (Q)

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: POTENCIA APARENTE:

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: POTENCIA APARENTE:

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: POTENCIA ACTIVA:

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: POTENCIA ACTIVA: Este tipo de potencia son generadas por cargas puramente resistivas, como por ejemplo lámparas incandescentes, hornos industriales, etc.

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: POTENCIA REACTIVA:

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: POTENCIA REACTIVA: La potencia reactiva tiene sus unidades en voltamperes reactivos (VAR). El exceso de este tipo de potencia trae como consecuencia un bajo factor de potencia , lo que trae problemas con respecto a la calidad de la energía, y multas por parte de la compañía de suministro de energía eléctrica.

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA: TRIÁNGULO DE POTENCIAS: Las tres potencias (S, P, y Q) se relacionan de forma parecida a lo visto anteriormente para la impedancia, dando como resultado también un triángulo: Ángulo de desfasaje entre la tensión y la corriente. El mismo que produce la impedancia que generó la potencia aparente.

Factor de Potencia

FACTOR DE POTENCIA (FP) El factor de potencia es un número cuyo rango está entre el “ 0” y el “ 1” , por el cual se puede identificar que tan desfasada está la corriente de la tensión en C. A. Por lo mismo un bajo factor de potencia significará un alto desfasaje, y un alto factor (cercano a uno) nos dará un desfasaje casi nulo. Ejemplos : Fp= 0, 6 => φ= 53. 13 º Fp= 0, 95 => φ = 18. 19º También se lo puede definir como el factor que nos permite calcular el porcentaje de la potencia aparente que se transforma en útil o activa, y se calcula como el coseno del ángulo de desfasaje entre la tensión y la corriente. Ó

FACTOR DE POTENCIA (FP) La potencia reactiva en exceso produce que exista un bajo factor de potencia, y este tipo de potencia aumenta cuando las maquinas están trabajando en vacío, dando factores de potencia que van desde 0. 5 a 0. 7. En una instalación industrial las maquinarias en su mayoría consumen potencia reactiva, (motores , transformadores, balastros, etc) , pero el consumo de la misma dependerá del régimen de trabajo de las mismas, ya que no siempre están trabajando en valores cercanos al 100 % de la carga, produciendo entonces un fp variable. Por esto ultimo las placas de características de motores y equipos parecidos nos dan el dato del factor de potencia promedio.

FACTOR DE POTENCIA (FP) EFECTOS QUE ORIGINA UN BAJO FACTOR DE POTENCIA (FP): El factor de potencia bajo además de provocar multas con respecto a la compañía suministradora del servicio eléctrico, produce un alto consumo de corriente conforme el factor de potencia baja, para entender esto ultimo propondremos el siguiente ejemplo: Suponga que en una instalación eléctrica se tiene una carga por alimentar de 3000 w a 127 V. Determine la corriente que consumen dicha carga si el factor de potencia es: cosφ = 1 cosφ = 0. 8 cosφ = 0. 5

FACTOR DE POTENCIA (FP) EFECTOS QUE ORIGINA UN BAJO FACTOR DE POTENCIA (FP):

FACTOR DE POTENCIA (FP) EFECTOS QUE ORIGINA UN BAJO FACTOR DE POTENCIA (FP): Resulta que a medida que el factor de potencia disminuye la corriente en el sistema aumenta, mientras que por otro lado , si se trabaja con un factor de potencia cercano a la unidad la corriente será menor. De acuerdo al análisis realizado anteriormente, el principal problema que provoca un bajo factor de potencia , es el aumento significativo de corriente en el sistema, este aumento en la corriente del sistema trae como consecuencia, mayores pérdidas por efecto joule, y mayores caídas de tensión.