jueves, 17 de noviembre de 2011
MATERIAL PARA EL ULTIMO EXAMEN
Módulo de Fundamentos y de Circuitos Analógicos sobre La corriente alterna, indicción, impedancia, capacitancia y problemas resueltos y propuestos para estudiar para el ultimo examen.El temario esta completo resuelvan los problemas como nota adicional, entreguelos a la hora del examen.
PRESENTACION EN POWER POINT
CORRIENTE ALTERNA
La teoría de esta máquina se basa también en el principio de la inducción electromagnética
Denominada normalmente a-c, es la que se obtiene de una máquina rotatoria llamada
Alternador o Generador de a-c.
Del orden del 90% de la energía que se genera como corriente alterna, y de aquí que la
mayoría de los sistemas de energía sean de este tipo.
Las características de los circuitos a-c difieren de algunos aspectos de las de los
sistemas de d-c y estas nuevas características las explicaremos a continuación.
CARACTERÍSTICAS DE LOS CIRCUITOS Circuitos de d-c. A causa de la diferencia en las características de voltaje e intensidad
entre las corrientes alterna y continua es necesario introducir algunos términos
nuevos en el estudio de los circuitos de a-c.
En la figura se muestra la diferencia en las características de corriente y voltaje.
El voltaje y corriente indicados por un voltímetro y un amperímetro son los mismos
para cada circuito, es decir 110V y 5A. El voltaje en el circuito d-c es 110V en todo
momento y la corriente 5A, como se indica en la figura (a).
Toda la oposición al flujo de corriente se debe a la resistencia del circuito, y la Ley de
Ohm, I = E/R, E = IR y R = E/I se aplica a todos los circuitos d-c.
La potencia consumida por el circuito d-c puede calcularse por
P = EI, P = I2R o P = E2/R
Circuitos de a-c. Las condiciones del circuito de a-c mostradas en la figura (b) indican
que el voltaje y corrientes eficaces son los mismos que para el circuito de d-c
mostrados en la figura (a).
Mientras esto ocurre, es también evidente que la corriente y el voltaje alternativos
están continuamente cambiando de magnitud.
Hay que hacer notar que la corriente sigue su ciclo al mismo tiempo que el voltaje
sigue el suyo. Se dice entonces que tienen la misma fase o que están en fase.
Esta condición de estar en fase se describe más exactamente con esta afirmación:
Las dos ondas parten de cero y crecen simultáneamente alcanzando cada una su
máximo en el mismo instante; descienden a la vez, pasan por cero y cambian su
polaridad al mismo tiempo; alcanzan sus valores negativos máximos
simultáneamente, y decrecen hasta cero para completar sus ciclos juntas.
Con la corriente y el voltaje en fase, el circuito sigue las mismas leyes que se aplican al
circuito d-c.
El estudio de la inductancia y capacitancia ha mostrado que es posible por las
condiciones de aquellas que la onda de corriente no esté en fase con la onda de
tensión.
Teles condiciones se dan en los circuitos de a-c más a menudo que las de corriente en
fase.
Para estudiar circuitos de a-c es necesario tener en cuenta estas condiciones.
Cuando la corriente y el voltaje no están en fase, solo puede aplicarse una de las leyes
mencionadas anteriormente; esto es, P = I2R; las otras no pueden usarse.
nInducción
nReactancia
nReactancia inductiva
nImpedancia
nCapacitancia
nReactancia capacitiva
nImpedancia
INDUCCIÓN Es la propiedad de un circuito que hace que se oponga a cualquier cambio en la
intensidad de la corriente.
Cuando se aplica un voltaje alterno a la bobina de la figura, pasa por ella una corriente
alterna y, por lo tanto, su intensidad cambia continuamente.
Unidad de la Inductancia
Es el henrio; en honor del científico americano Joseph Henry. Un circuito tiene una
inductancia de un henrio cuando un cambio en la corriente de un amperio por
segundo induce un voltaje medio de un voltio. El símbolo la representa es la letra
mayúscula L.
La inductancia se puede calcular por la ecuación
L = 1.26 N2µa
108I
donde
L = inductancia de la bobina, henrios
N = número de vueltas
µ = permeabilidad del núcleo, cm2
l = longitud del núcleo, cm
Los efectos de la inductancia en un circuito de a-c son dos: crear una oposición al flujo de corriente y originar un retardo o atraso en la intensidad REACTANCIA
En los circuitos de d-c, la única oposición al flujo de la corriente es la resistencia.
En los circuitos a-c se deben considerar dos factores adicionales, que son la
reactancia inductiva y la reactancia capacitiva.
Cuando un circuito de a-c contiene solamente resistencias, la corriente y el voltaje
están en fase.
Si un circuito de a-c contiene reactancia inductiva, reactancia capacitiva o ambas,
la corriente y el voltaje no estarán en fase, excepto en el caso de resonancia.
REACTANCIA INDUCTIVA
El estudio de la inductancia muestra que un cambio en el campo magnético
induce un voltaje en tal sentido que se opone a cualquier cambio en la intensidad
de la corriente.
Esta da lugar a que la intensidad sea más baja que si no estuviera presente la
inductancia, y la inductancia debe, por tanto, introducir una oposición al flujo de
corriente.
Esta oposición se llama Reactancia Inductiva y se expresa en ohmios; su símbolo
es XL.
Sobre el valor de la reactancia inductiva influyen dos factores, uno es la
inductancia del circuito y el otro la velocidad a que cambia la corriente.
-La inductancia de un circuito depende de sus características físicas, o sea
de sus dimensiones, número de vueltas y propiedades magnéticas de su
núcleo.
-La velocidad a que cambia la corriente es directamente proporcional a la
frecuencia de la fuente de energía a la que se conecta.
El efecto de una reactancia inductiva es doble: 1) ofrece una oposición al flujo de
corriente; 2) produce un retraso de la corriente al voltaje.
Con una inductancia perfecta, esta es que tenga ninguna resistencia, la corriente
se retrasa 90° eléctricos respecto al voltaje, y no puede extraerse ninguna energía
de la línea, porque la bobina almacena energía en el campo magnético durante un
semiciclo y devuelve esta energía a la línea en el siguiente medio ciclo.
El efecto de una reactancia inductiva es doble: 1) ofrece una oposición al flujo de
Corriente; 2) produce un retraso de la corriente al voltaje.
Con una inductancia perfecta, esta es que tenga ninguna resistencia, la corriente
se retrasa 90° eléctricos respecto al voltaje, y no puede extraerse ninguna energía
de la línea, porque la bobina almacena energía en el campo magnético durante un
semiciclo y devuelve esta energía a la línea en el siguiente medio ciclo.
El efecto de una reactancia inductiva es doble: 1) ofrece una oposición al flujo de
corriente; 2) produce un retraso de la corriente al voltaje. c
Con una inductancia perfecta, esta es que tenga ninguna resistencia, la corriente
se retrasa 90° eléctricos respecto al voltaje, y no puede extraerse ninguna energía
de la línea, porque la bobina almacena energía en el campo magnético durante un
semiciclo y devuelve esta energía a la línea en el siguiente medio ciclo.
El efecto de estos dos factores se combinan en la ecuación
XL = ωL = 2πfL
XL = ωL = 2πfL
Donde XL = Reactancia Inductiva, ohmio
f = Frecuencia, cps
L = Inductancia, henrios
ω = Frecuencia angular
Si se supone que un circuito solo tiene inductancia, la corriente tomada
por una inducción perfecta será igual al voltaje dividido por su
reactancia inductiva, o sea:
I L = EL / XL
IMPEDANCIA
Si se va a tener en cuenta la resistencia, su efecto óhmico debe combinarse con el
de la reactancia inductiva.
El efecto óhmico combinado se llama impedancia.
Se representa con el símbolo Z.
Cuando en un circuito se toman en consideración la resistencia y la reactancia
inductiva, la intensidad es igual al voltaje dividido por la impedancia, o sea
I = E/Z
donde
I = intensidad de la corriente en el circuito, A
E = voltaje del circuito, V
Z = impedancia del circuito, ohmios
CAPACITANCIA
O capacidad es la propiedad de un circuito por la que se opone a cualquier
cambio en el voltaje.
Esta definición se puede comparar con la de inductancia, que es la propiedad de
un circuito por la que se opone a cualquier cambio de intensidad.
O capacidad es la propiedad de un circuito por la que se opone a cualquier
cambio en el voltaje.
Esta definición se puede comparar con la de inductancia, que es la propiedad de
un circuito por la que se opone a cualquier cambio de intensidad.
Mientras que la intensidad la origina el campo magnético y se opone a cualquier
cambio en la intensidad, la capacitancia la origina el campo electrostático y se
opone a cualquier cambio de voltaje.
Esta se presenta prácticamente en todos los circuitos a-c; en algunos casos es
deseable, mientras que en otros no.
Esta se consigue con un dispositivo llamado condensador.
Se tiene un condensador en cuanto se sitúan dos conductores próximos entre sí,
pero separados por un aislante que se denomina dieléctrico.
Los condensadores se hacen generalmente de hojas delgadas de aluminio, y el
dieléctrico es una pieza muy delgada o película de un material aislante.
Unidad de Capacitancia
La unidad de capacitancia es el faradio, denominado así en honor a Michael
Faraday, uno de los primeros científicos.
Un circuito tiene una capacidad de un faradio cuando un voltaje que cambia a
razón de 1V por segundo origina una intensidad media de 1 A.
El símbolo que lo representa es la letra C.
La capacitancia se puede calcular por la ecuación
C = 8.85KA
108l
Donde
C = capacidad en µf
K = constante dieléctrica
A = área de una placa, cm2
t = espesor del dieléctrico, cm
Con el fin de tener un área grande en la superficie de las placas con unas
dimensiones razonables del condensador, se hacen condensadores de placas
múltiples y enrolladas.
La capacidad de un condensador que tiene N placas es
C = 8.85KA(N – 1)
108t
REACTANCIA CAPACITIVA
Es la oposición que un condensador ofrece al flujo de corriente alterna.
Cuando se conecta un condensador a una fuente de a-c, la oposición sl flujo de
corriente se presenta permanentemente.
Se expresa en ohmios y su símbolo es Xc.
En su valor influyen dos factores:
1.- La capacidad del circuito que depende de las características físicas del
condensador (o circuito) y
2.- La velocidad a que cambia el voltaje, que es proporcional a la frecuencia de la
fuente de energía.
El efecto de estos dos factores se indica mediante la ecuación
XC = 1 .
2πfC
donde
XC = reactancia capacitiva, ohmios
f = frecuencia, cps
C = capacitancia, faradios
IMPEDANCIA
Si se considera la resistencia del condensador, su efecto óhmico debe
combinarse con el de la reactancia capacitiva.
El efecto óhmico combinado se denomina impedancia.
Se representa por el símbolo Z.
Matemáticamente es igual a
Z = √ (R2 + XC2)
donde
Z = impedancia del circuito, ohmios
R = resistencia del circuito, ohmios
XC = reactancia capacitiva del circuito, ohmios
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