Sesión 09 Generación de La Corriente - 02

 

SESIÓN 07:

GENERACIÓN DE ENERGÍA: - Corriente continua (CC) (AC) - Corriente Alterna (AC Ing. Edwin Gamboa Flores Electricidad y Electrónica Industrial 2019-I

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente eléctrica. Existen varios tipos de corriente; es decir, decir, la carga puede variar con el tiempo de diversas maneras

•

  Una Una

cor orri rien entte

corr corrien iente te qu que e en el tiempo.

dir direc ectta

(cd) (cd) es un una a

pe perm rman anec ece e

cons consta tant nte e

•

  Una Una cor orri rien entte

alt altern erna

(ca) (ca) es un una a

corrient corr iente e que varía senoidalmente senoidalmente con el tiempo.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente eléctrica. Las instalaciones eléctricas generalm generalmente ente uti utiliz lizan an corrie corrient nte e alt altern erna a como como fuent fuente e de energía para alimentar a las diferentes diferentes cargas conectadas a ellas. Las magnitudes el eléc éctri trica cass más más út útile iless pa para ra eval evalua uarr su co comp mpor orta tami mien ento to

so son: n:

valo valorr

efic eficaz az,,

verdadero valor eficaz, tipos de potencia y las características de las cargas resistivas, induct ind uctiva ivass y cap capaci acitiv tivas, as, por lo que es importante entender su comportamiento.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente eléctrica. La señal eléctrica, denominada corriente alterna, puede puede indic indicar ar una tensión tensión o una corrie corrient nte e e inclusive inclu sive una potencia potencia eléctrica. eléctrica. Grá Gráficam ficamente ente,, una señal eléctrica eléctrica de corrie corriente nte alterna, sobre un nivel pr preestablecido eestablecido es aquella que tiene una fo forma rma de onda onda que cam cambia bia altern alternati ativam vamen ente te entre positivo y negativo respecto a ese nivel; para par a tener una exp explicac licación ión más clara es prec preciso iso dis isti tin nguir guir

lo loss

re rect ctan angu gula larr

y

térm términ ino os on onda da tria triang ngul ular ar,,

la que que

sen eno oid idal al,, má máss

nos nos

in inte tere resa sa es la on onda da seno senoid idal al de co corr rrie ien nte alterna.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Componentes de una corriente alterna

Para Par a desc describir ribir las magnitude magnitudess de una corriente corriente alterna alterna es necesario necesario emplear emplear los sigu siguiente ientess conc concepto eptos: s:

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Componentes de una corriente alterna

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Componentes de una corriente alterna

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Componentes de una corriente alterna La frecue frecuenci ncia a están estándar dar comerc comercial ial usa usada da en Perú es de 60 Hz El motivo es en que cada vez vez que la corrie corrient nte e cam cambia bia de senti sentido do se reduce

a

cero

y

p or

lo

tanto,

momentá mom entáneam neament ente e se apag apaga a la lámp lámpara ara que está alimentado en este instante. Sin Sin em emba barg rgo o, la lámp lámpar ara a se apag apaga a y se en enci cien ende de 12 120 0 ve vece cess po porr ca cada da se segu gund ndo o de tiempo (una vez cada medio ciclo) y como el ojo

humano

no

puede

reaccionar

lo

bastante bast antemen mente te rápid rápido o para detectar esto y por lo tan tanto to,, recib recibe e la im impre presió sión n de que la lámpara permanece encendida todo el tiempo.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Valores Valor es característicos de las magnitudes alternas

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Valores Valor es característicos de las magnitudes alternas

 

Ejemplo 01. Si la tensión pico de un circuito es de 100 V; el valor eficaz o RMS es:

conectado a una fuente de señal alterna de 100 V producirá “Esto significa que un resistor conectado producirá el

mismo calor que si se colocara en una fuente de 70,7 V de señal continua” continua”..

Este es e ell valor más importan importante, te, ya q que ue ccuando uando se hab habla la ordin ordinari ariame amente nte de cierto ciertoss valore valoress de tensión o corri tensión corriente ente,, se está está hacien haciendo do referen referencia cia al valor eficaz. Así cuando se habla de 110 V, 220 V, 380 ó 440 V (tensiones más usadas en nuestro medio) med io) se hace ref referen erencia cia ex exclusiv clusivamen amente te a los valores eficaces.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Introducción al electromagnetismo. El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta de que en la naturaleza existen existen materiales que eran capaces de atraer al hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son:

 Atraen al hierro, hierro, y otros metales como cobalto, níquel y sus aleaciones.

Orientan sus moléculas en la misma dirección.

Crean dos polos opuestos en sus extremos, y de ellos salen líneas de  fuerza que van de uno uno al otro.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Introducción al electromagnetismo. El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta de que en la naturaleza existen existen materiales que eran capaces de atraer al hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son:

Cuando enfrentamos dos polos de distinto tipo se atraen. Cuando enfrentamos dos polos del mismo tipo se repelen.

Los polos norte y sur no se pueden separar. Si se  parte un trozo del del material, cada trozo trozo vuelve a ser un imán con polo norte y sur.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Introducción al electromagnetismo. El ser humano hace mucho tiempo se dio cuenta de que en la naturaleza existen existen materiales que eran capaces de atraer al hierro, como la magnetita. Algunas de las propiedades que tiene son:

- Sus propiedades atraviesan objet objetos os como papel, madera, plásticos, e etc. tc. - Si frotamos un objeto de acero con un imán, el objeto adquiere las propiedades magnéticas del imán y se comporta como tal.

Los imanes tienen un campo magnético que los rodea odea,, es muy muy fác ácil il obse observ rvar arlo lo si deja dejamo moss limaduras de hierro cerca del imán que se sitúan sobre las líneas de fuerza del mismo.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Introducción al electromagnetismo. Hace más de dos mil quinientos años, los chinos ya conocían estas propiedades y crearon la primera brújula al concebir la tierra como un enorme imán. Con ella podían conocer la orientación del norte y del sur en cualquier lugar lugar.. El polo norte magnético corresponde con el sur geográfico, y el polo sur magnético corresponde con el polo norte geográfico.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Introducción al electromagnetismo. Tamb ambién ién se obser observó vó qu que e el paso paso de la corrie corriente nte eléc eléctric trica a por un condu conducto ctorr cre creaba aba un cam campo po mag magnét nético ico alr alrede ededor dor del con condu ducto ctorr siguie siguiend ndo o la re regla gla de la mano mano der derech echa. a. A este este campo campo mag magné nétic tico o generado generad o eléctricamente se le llama  electromagnetismo.

Si este conductor lo cerramos formando espiras, los campos magnéticos de todas las espiras se suman en el interior de la bobina, produciendo un campo magnético mayor.

 

GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA Introducción al electromagnetismo. Este proceso es reversible, es decir, si en el interior de una bobina hacemos que varíe un campo magnético, conseguiremos conseguir emos que circule corriente por la bobina. El comportamie comportamiento nto de la bobina es como el de un imán eléctrico.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL)

Se denomina   energía eléctrica  a la forma de energía ener gía que tiene un campo campo elé eléctrico ctrico y una diferencia diferenc ia de potencial potencial entre dos puntos, puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto po porr medi medio o de un cond conduc ucto torr el eléc éctr tric ico. o. La energ ene rgía ía eléctr eléctrica ica puede puede trans transfo forma rmars rse e en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica, energía térmica, etc.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) Si hacemos girar una espira en el interior de un campo magnético, se inducirá en cada conductor una fuerza electromotriz inducida de valor:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL)

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) Sistemas de alimentación empleados

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) Generación de CA trifásica Haciendo girar una espira en un campo magnético se puede conseguir una corriente alterna senoidal (monofásica). Si en vez de una única espira hacemos girar tres espira esp irass a 120º 120º (360 (360º/3) º/3) unas unas de otr otras, as, se co consi nsigu guen en tres tres ten tensio siones nes alt altern ernas as senoidales de igual frecuencia y amplitud pero desfasadas 120º entre sí:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) Generación de CA trifásica

Para sacar las tensiones al exterior sería necesario un sistema de anillos rozantes y escobillas colectoras que a las tensiones usuales, de 10 a 20 kV kV,, gene genera ran n ci cier erto toss pr prob oble lema mass eléc eléctr tric icos os y me mecá cáni nico cos. s. En los los alternadores modernos se sitúan las bobinas en el estator dotando al rotor rotor de un pot potent ente e electr electroim oimán án que, que, al ser ser alim alimen entad tado o por una corriente continua, genera el campo magnético. Se evita de esta forma el complejo sistema de anillos colectores.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) Generación de CA trifásica Existen dos formas básicas de conexión de estas bobinas a las líneas exteriores:

conexión en estrella y conexió conexión n en triángulo

Tensión simple o de fase:  Cada bobina del alternador trifásico se comporta como un generador gener ador monofási monofásico, co, generando generando entre entre sus terminales terminales una tensión tensión denom denominada inada simple o de fase.

Tensión compuesta o de línea:   De cada borne 1, 2 y 3 de la figura sale un conductor de línea. A la tensión entre dos líne líneas as se le de deno nomi mina na comp compue uest sta a o de línea. En el caso de la conexión estrella puede ex exis isti tirr un cu cuar arto to cond conduc ucto torr   NEUTRO (saliendo del borne 0). Las tensiones de un una a línea línea al ne neut utro ro coin coinci cide den n con con las las tens tensio ione ness en cada cada bo bobi bina na,, siend siendo o po porr tanto tensiones tanto fase.  tensiones de fase.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA Los tipos de carga carga se dife diferenc rencian ian por su com comporta portamien miento to de las ondas de tens tensión ión y corrien corriente te a trav través és de ella. En el siguiente siguiente gráfico observamos la onda de corriente atrasada de la onda de tensión en 90 grados, a ello se le define como desfase o desfasaje. Las cargas que a continuación se definirán se caracterizarán caracterizarán por su adelanto o retrazo de la corriente respecto a la tensión.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

RESISTENCIA Es la oposición que presenta un componente al paso de la co corr rrie ient nte. e. Se le ca cara ract cter eriz iza a po porq rque ue toda toda la energía que recibe la convierte en calor. Por ejemplo, las lámparas de incandescencia, planchas, calentadores de agua, hornillas de cocina, etc., se les denominan cargas resistivas. Estoss tipos de cargas Esto cargas se caracter caracterizan izan porqu porque e la onda de tens tensió ión n y la on onda da de co corr rrie ient nte e está están n en fas ase, e, según se muestra en la figura:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

REACTANCIAS Se denomina reactancia a la forma de oposición que presenta la corriente en circuitos circuitos de corriente alterna, difer diferenciándose enciándose por el desf desfase ase que que exp experi erime ment nta a

la

tensió tensión n y corri corrien ente. te.

Existen Exis ten dos tipos de react reactancia ancia,, la inductiva inductiva pres presente entess en los induct inductore oress (motor (motores) es) y la capaci capacitiv tiva a pre presen sentes tes en los condensadores, condensador es, se les denomina denomina ccargas argas Inductivas.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

INDUCTANCIA (L) Es la propiedad de un circuito eléctrico a oponerse a cualquier cambio de corriente en él. Un conduc conductor tor recto tiene una indu inductanc ctancia ia rela relativam tivamente ente pequ pequeña, eña, p pero ero ssii el mismo mismo se enrol enrolla la en fo forma rma de bobina bobina su induct inductanc ancia ia aume aumenta nta y al mis mismo mo tiempo tiempo aumen aumenta ta la resistencia. Por otra parte, si aumenta aumenta la frecuencia (f) de la corriente, la resistencia resistencia inductiva tamb también ién aumenta. Los co con nducto uctorres arr arrol olla lado doss

en

form orma

de

sole soleno noid ide es

o

bob obin inas as son

las las

qu que e

present pre sentan an las may mayore oress inductanci inductancias. as.

Su unidad es el HENRY (H) El efecto inductivo que se produce en una bobina, provoca un desfasaje de atraso de 90° de la corriente con respecto a la tensión.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

REACTANCIA INDUCTIVA ( ) Según Segú n la ley de Lenz, un inductor inductor se opone opone a cam cambio ioss en la co corrie rrien nte. te. Co Com mo la corriente alterna cambia constantemente, constantemente, el indu induccto torr

se

opon one e

a

estos tos

cam cambio ioss

disminuyendo disminuyen do lla a corriente. Viene Vien e a ser la oposición oposición que pr present esenta a una inductancia inductan cia al paso de la corriente corriente alterna alterna (CA) y se expresa en ohmios Ω). La fr frec ecue uenc ncia ia li limi mita ta la ampl amplit itud ud de la corriente en un valor igual a:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

REACTANCIA INDUCTIVA ( )

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

CAPACITANCIA (C) Es la propiedad de un circuito eléctrico que le permite almacenar energía eléctrica, por medio de un campo electrostático, electrostático, para liberarlo posteriormente posteriormente.. Un condensa condensador dor o capacitan capacitancia cia consta consta de dos láminas conductoras conductoras separadas separadas por un material eléctrico. El condensador de modo semejante a la resistencia y a la bobina, ofrece resistencia a la corriente alterna, pero diferente a las corrientes de distintas frecuenc frecuencias ias (f) La unidad de la capacitancia es el faradio (F) El submúltiplo comúnmente utilizado ese el microfar microfaradio adio (uf). El efecto capacitivo que se produce en un condensador condensador,, provoca un desfasaje de adelanto de 90° de la corriente respecto a la tensión.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

REACTANCIA CAPACITIVA ( ) Oposición

que

presentan

los

co conde ndens nsado adore ress al flujo flujo de cor corrie riente nte alterna, se expresa en ohms (Ω).. La corriente corri ente alterna en un condensa condensador dor provoc pro voca a que sus pla placas cas se cargue carguen n originando origi nando que la corrie corriente nte eléctrica eléctrica diminuya, es decir, se oponga al flujo de la corriente.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

REACTANCIA CAPACITIVA ( ) En la siguiente figura se observa la onda de tensión y corriente:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

IMPEDANCIA (Z) La impe impedanci dancia a es la oposición oposición total q que ue pr presen esenta ta un ccircu ircuito ito al paso paso de la corr corriente iente altern alterna. a. Su un unidad idad de de medida es la “Z”  y se expresa en Ohmios ( Ω). Es un valor vectorial ccompuesto ompuesto en en su parte real por un valor de resistencia y en su parte imaginaria por un valor de reactancia y se calcula de la siguiente manera:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

IMPEDANCIA (Z)

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE CARGAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA

=

() +( )

=

() +( )

=

() +( − )

 

Ejemplo 02. Hallar la impedancia del siguiente siguiente circuito:

 = 10 100 Ω

=

() +( )

=

() +()

=

    =   .  Ω

   = 50 50 Ω

La impedancia Z se puede obtener obtener también en función a la tensión aplicada y a la l a intensidad del circuito:

 

Ejemplo 03. Hallar la impedancia del siguiente siguiente circuito:

 = 40 40 Ω

=

() +( )

=

() +()

=

 =  Ω

   = 30 30 Ω

La impedancia Z se puede obtener obtener también en función a la tensión aplicada y a la l a intensidad del circuito:

https://www.youtube.com/watch?v=pSWc6nh0h9s  

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE POTENCIA EN CIRCUITOS DE CORRIENTE AL ALTERNA TERNA

POTENCIA ACTIVA (P) Es la que efectivamente se aprovecha como potencia útil en el eje de un motor (potenci (pot encia a mecánica), mecánica), la que sse e transfo transforma rma en calo calorr en la resis resistenci tencia a de un calefactor (potencia térmica), luz en una lámpara (potencia luminosa), etc. La potencia activa se expresa en watt (W). Las ecuaciones que se aplican son:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE POTENCIA EN CIRCUITOS DE CORRIENTE AL ALTERNA TERNA

POTENCIA REACTIVA (Q) Es la q que ue generan generan los camp campos os m magné agnéticos ticos de los motor motores, es, tran transfo sformado rmadores, res, reac reactore toress o balastos balastos de las lámparas de descarga, etc.; intercambian con la red sin significar un consumo de potencia activa en forma directa. Es la energía que no se emplea emplea en algo útil y el calor p producido roducido en los motores y bobinas , son casos de potencia disipada en forma de calor calor.. La potencia reactiva se expres expresa a en volt-ampere reactivo (VAR). Las ecuaciones que se aplican son:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) TIPOS DE POTENCIA EN CIRCUITOS DE CORRIENTE AL ALTERNA TERNA

POTENCIA APARENTE (S) La potencia aparente de un circuito eléctrico de corriente alterna, es la suma de la energía que disipa dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus componentes. La potencia aparente se expresa en volt-ampere (VA). Las ecuaciones que se aplican son:

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) Factor de Potencia Es el Coseno del ángulo que forman la intensidad de fase y la tensión de fase . Este ángulo será igual al de la iimpedancia mpedancia conectada. conectada.

FACTOR DE POTENCIA (COS   Ф), tamb tambié ién n es la rela relaci ción ón entr entre e la po pote tenc ncia ia activa activa y la potenc potencia ia apare aparente nte,, rep repre resen senta ta el por porce centa ntaje je de la potenc potencia ia aparente que se transforma en potencia mecánica, térmica o luminosa.

 

PRODUCCIÓN DE CORRIENTE ALTERNA (SENOIDAL) Factor de Potencia

TRIANGULO DE POTENCIAS

El fa fact ctor or de po pote tenc ncia ia es un una a me medi dida da qu que e permit per mite e cal calcu cular lar la po poten tencia cia apa aparen rente te que es transformada en potencia eficaz.

 

Ejemplo 04. Calcule la corriente que consume un motor, cuyos datos de placa se muestran a continuación: continuación:

RECORDAR

Si el motor funciona con un una a ef efic icie ienc ncia ia de 76%, 76%, entonces:

 

  =  ×  ×  × 

 =  ×  

 

=

×.×.

 

 = .  

 

Ejemplo 05.

 as e

CÁLCULOS PARA LA CARGA 01

  eutro

  =  ×  ×  CARGA 01

CARGA 02

P = 2 kW F.P. = 1

P = 1 kW F.P. = 0.8

=

Ahora calculamos la potencia activa, reactiva y aparente:

  =   

 

 =

 

    ×

  →    = .     =  ×  ×    =    × .    ×

 

    =    × .    × 

=

    

 

Ejercicios Propuestos: 1. 2. 3. 4.

  

→     =      =     

5.  

Generación y distribución de la energía por medio de una central