Corriente Alterna
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w w w . i n a c a p . c l E L E C T R I C I D A D CORRIENTE ALTERNA Profesor: Pedro Farías.
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E L E C T R I C I D A D
CORRIENTE ALTERNA
Profesor: Pedro Farías.
w w w . i n a c a p . c l
La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos o HERTZ por segundo posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo.
w w w . i n a c a p . c l
En Chile la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América la tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz. La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o alternadores ubicados en plantas termoeléctricas, hidroeléctricas o centrales atómicas.
w w w . i n a c a p . c l
Generador Elemental de
Corriente Alterna
El funcionamiento del generador de CORRIENTE ALTERNA, se basa en el principio general de inducción de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un CAMPO MAGNETICO.
w w w . i n a c a p . c l
Este generador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo.
w w w . i n a c a p . c l
Así, en el generador mostrado en la Figura, el inductor está constituido por el rotor (R), dotado de cuatro piezas magnéticas, las que para simplificar son imanes permanentes, cuya polaridad se indica, y el inducido con bobinas de alambre cubriendo las zapatas polares.
w w w . i n a c a p . c l
w w w . i n a c a p . c l
Se puede invertir la dirección de rotación, la detención significa una parada real del movimiento, en este caso, el voltaje inducido sería cero.
w w w . i n a c a p . c l
w w w . i n a c a p . c l
DIFERENTES FORMAS DE
CORRIENTE ALTERNA
De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:
Rectangular o pulsante (A)
Diente de sierra (C)
Sinusoidal o senoidal (D)
w w w . i n a c a p . c l
COMPONEN UNA ONDA SINUSOIDAL:
Se llama también valor de pico o valor de cresta.
Pico o cresta:
Nodo o cero:
Valle :
Punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.
w w w . i n a c a p . c l
Período:
Tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente.
Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide.
El período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio de la siguiente fórmula:
T = 1 / F
w w w . i n a c a p . c l
Frecuencia
Es la cantidad de ciclos por segundo o HERTZ (Hz) que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del período y matemáticamente se representa así:
F = 1 / T
w w w . i n a c a p . c l
DONDE:
V = Pico “-” o Valle
T = Período
w w w . i n a c a p . c l
Corriente Alterna Senoidal:
ventajas:
La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica. Mediante la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de C. A.
Las ondas periódicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armónicos.
w w w . i n a c a p . c l
Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energía eléctrica.
Su transformación en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilización de transformadores.
w w w . i n a c a p . c l
Valor eficaz:
Su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período
w w w . i n a c a p . c l
En textos técnicos este valor
(valor eficaz) se conoce como:
R M S
(Root Mean Square, valor cuadrático medio)
w w w . i n a c a p . c l
De hecho en matemáticas a veces es llamado valor cuadrático medio de una función. En el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez y claridad se represente con la letra mayúscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:
w w w . i n a c a p . c l
CONCEPTO DE ENERGÍA
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.
Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una ampolleta de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.
w w w . i n a c a p . c l
De acuerdo con la definición de la física,
“la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”.
En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento
(en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a
un circuito eléctrico cerrado.
La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa con la letra “J”.
w w w . i n a c a p . c l
POTENCIA ELÉCTRICA
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.
La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.
w w w . i n a c a p . c l
La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en volt ( V ) aplicada por el valor de la intensidad ( I ) de la corriente que lo recorre, expresada en ampere. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula:
w w w . i n a c a p . c l
Si observamos la fórmula P = V · I, veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se representa a continuación.
1 watt = 1 volt · 1 ampere
w w w . i n a c a p . c l
Potencia de consumo
La unidad de consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt-hora (vatio-hora), o en kilowatt-hora (kW-h) para medir miles de watt.
Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y el hogar, en lugar de facturar el consumo en watt-hora, lo hacen en kilowatt-hora (kW-h). Por ejemplo, tenemos encendidas dos lámparas (ampolletas) de 500 watt c/u durante una hora, el reloj registrador del consumo eléctrico (medidor) registrará 1 kW-h consumido en ese período de tiempo, que se sumará a la cifra del consumo anterior.
w w w . i n a c a p . c l
w w w . i n a c a p . c l
Transformador Eléctrico
Es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito a otro bajo el principio de inducción electromagnética.
La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes sin cambiar la frecuencia.
w w w . i n a c a p . c l
Transformador Eléctrico
Cuando el valor de la tensión eléctrica se eleva para obtener una tensión mayor, al transformador se le denomina elevador.
Si por el contrario, el valor de la tensión se reduce y entrega a otro menor, el transformador se conoce como reductor.
w w w . i n a c a p . c l
w w w . i n a c a p . c l
El transformador lo podemos encontrar
en muchos lugares como:
En las centrales hidroeléctricas
En los cargadores de pilas
En las fuentes de alimentación de computadores, etc.
Su tamaño es variable, pueden ser muy pequeños o ser enormes y pesar más de 500 Toneladas.
w w w . i n a c a p . c l
Uno de los usos más importantes del transformado es el transporte de la electricidad. En las centrales eléctricas el generador está conectado al primario de un transformador elevador. En el secundario, se obtiene una tensión muy elevada que se lleva a las líneas de transporte por resultar más económico. De este modo se reducen al mínimo las pérdidas que en forma de calor, tendrían lugar por efecto Joule. Por otra parte, consideraciones como el aislamiento y su seguridad en el empleo obligan a distribuir la energía a los consumidores a voltajes más bajo con corrientes más altas. Esto se lleva a cabo en los centros de distribución, a través de transformadores reductores de tensión.
w w w . i n a c a p . c l
Podemos apreciar una aplicación común y recurrente para un transformador reductor, en este caso se trata de una transformador que tiene una tensión de entrada de 220VAC entregando una salida de 110VAC.
TRANSFORMADOR
REDUCTOR
w w w . i n a c a p . c l
TRANSFORMADOR
ELEVADOR
Se aprecia el conjunto de ventiladores del radiador, usado para disipar las grandes cantidades de calor cuando se encuentra en operación. En la parte superior están los tanques usados para compensar y controlar el nivel de fluido (aceite) que se encuentra dentro de la unidad, el cual varia su viscosidad al someterse a altas temperaturas.
w w w . i n a c a p . c l
VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA: Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna tenemos las siguientes: Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de transformadores. Se transporta a grandes distancias con poca pérdida de energía. Es posible convertirla en corriente directa con facilidad. Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica. Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener que los de corriente directa.
w w w . i n a c a p . c l
Pedro Farías
E L E C T R I C I D A D
CORRIENTE ALTERNA
Profesor: Pedro Farías.
w w w . i n a c a p . c l
La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos o HERTZ por segundo posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo.
w w w . i n a c a p . c l
En Chile la corriente alterna que llega a los hogares es de 220 volt y tiene una frecuencia de 50 Hz, mientras que en la mayoría de los países de América la tensión de la corriente es de 110 ó 120 volt, con una frecuencia de 60 Hz. La forma más común de generar corriente alterna es empleando grandes generadores o alternadores ubicados en plantas termoeléctricas, hidroeléctricas o centrales atómicas.
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Generador Elemental de
Corriente Alterna
El funcionamiento del generador de CORRIENTE ALTERNA, se basa en el principio general de inducción de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un CAMPO MAGNETICO.
w w w . i n a c a p . c l
Este generador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo.
w w w . i n a c a p . c l
Así, en el generador mostrado en la Figura, el inductor está constituido por el rotor (R), dotado de cuatro piezas magnéticas, las que para simplificar son imanes permanentes, cuya polaridad se indica, y el inducido con bobinas de alambre cubriendo las zapatas polares.
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w w w . i n a c a p . c l
Se puede invertir la dirección de rotación, la detención significa una parada real del movimiento, en este caso, el voltaje inducido sería cero.
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DIFERENTES FORMAS DE
CORRIENTE ALTERNA
De acuerdo con su forma gráfica, la corriente alterna puede ser:
Rectangular o pulsante (A)
Diente de sierra (C)
Sinusoidal o senoidal (D)
w w w . i n a c a p . c l
COMPONEN UNA ONDA SINUSOIDAL:
Se llama también valor de pico o valor de cresta.
Pico o cresta:
Nodo o cero:
Valle :
Punto donde la sinusoide alcanza su mínimo valor.
w w w . i n a c a p . c l
Período:
Tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente.
Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide.
El período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio de la siguiente fórmula:
T = 1 / F
w w w . i n a c a p . c l
Frecuencia
Es la cantidad de ciclos por segundo o HERTZ (Hz) que alcanza la corriente alterna. Es el inverso del período y matemáticamente se representa así:
F = 1 / T
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DONDE:
V = Pico “-” o Valle
T = Período
w w w . i n a c a p . c l
Corriente Alterna Senoidal:
ventajas:
La función seno está perfectamente definida mediante su expresión analítica y gráfica. Mediante la teoría de los números complejos se analizan con suma facilidad los circuitos de C. A.
Las ondas periódicas no senoidales se pueden descomponer en suma de una serie de ondas senoidales de diferentes frecuencias que reciben el nombre de armónicos.
w w w . i n a c a p . c l
Se pueden generar con facilidad y en magnitudes de valores elevados para facilitar el transporte de la energía eléctrica.
Su transformación en otras ondas de distinta magnitud se consigue con facilidad mediante la utilización de transformadores.
w w w . i n a c a p . c l
Valor eficaz:
Su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período
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En textos técnicos este valor
(valor eficaz) se conoce como:
R M S
(Root Mean Square, valor cuadrático medio)
w w w . i n a c a p . c l
De hecho en matemáticas a veces es llamado valor cuadrático medio de una función. En el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez y claridad se represente con la letra mayúscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:
w w w . i n a c a p . c l
CONCEPTO DE ENERGÍA
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.
Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una ampolleta de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.
w w w . i n a c a p . c l
De acuerdo con la definición de la física,
“la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”.
En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento
(en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a
un circuito eléctrico cerrado.
La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa con la letra “J”.
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POTENCIA ELÉCTRICA
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.
La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.
w w w . i n a c a p . c l
La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en volt ( V ) aplicada por el valor de la intensidad ( I ) de la corriente que lo recorre, expresada en ampere. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula:
w w w . i n a c a p . c l
Si observamos la fórmula P = V · I, veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se representa a continuación.
1 watt = 1 volt · 1 ampere
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Potencia de consumo
La unidad de consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt-hora (vatio-hora), o en kilowatt-hora (kW-h) para medir miles de watt.
Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y el hogar, en lugar de facturar el consumo en watt-hora, lo hacen en kilowatt-hora (kW-h). Por ejemplo, tenemos encendidas dos lámparas (ampolletas) de 500 watt c/u durante una hora, el reloj registrador del consumo eléctrico (medidor) registrará 1 kW-h consumido en ese período de tiempo, que se sumará a la cifra del consumo anterior.
w w w . i n a c a p . c l
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Transformador Eléctrico
Es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual transfiere la energía eléctrica de un circuito a otro bajo el principio de inducción electromagnética.
La transferencia de energía la hace por lo general con cambios en los valores de voltajes y corrientes sin cambiar la frecuencia.
w w w . i n a c a p . c l
Transformador Eléctrico
Cuando el valor de la tensión eléctrica se eleva para obtener una tensión mayor, al transformador se le denomina elevador.
Si por el contrario, el valor de la tensión se reduce y entrega a otro menor, el transformador se conoce como reductor.
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w w w . i n a c a p . c l
El transformador lo podemos encontrar
en muchos lugares como:
En las centrales hidroeléctricas
En los cargadores de pilas
En las fuentes de alimentación de computadores, etc.
Su tamaño es variable, pueden ser muy pequeños o ser enormes y pesar más de 500 Toneladas.
w w w . i n a c a p . c l
Uno de los usos más importantes del transformado es el transporte de la electricidad. En las centrales eléctricas el generador está conectado al primario de un transformador elevador. En el secundario, se obtiene una tensión muy elevada que se lleva a las líneas de transporte por resultar más económico. De este modo se reducen al mínimo las pérdidas que en forma de calor, tendrían lugar por efecto Joule. Por otra parte, consideraciones como el aislamiento y su seguridad en el empleo obligan a distribuir la energía a los consumidores a voltajes más bajo con corrientes más altas. Esto se lleva a cabo en los centros de distribución, a través de transformadores reductores de tensión.
w w w . i n a c a p . c l
Podemos apreciar una aplicación común y recurrente para un transformador reductor, en este caso se trata de una transformador que tiene una tensión de entrada de 220VAC entregando una salida de 110VAC.
TRANSFORMADOR
REDUCTOR
w w w . i n a c a p . c l
TRANSFORMADOR
ELEVADOR
Se aprecia el conjunto de ventiladores del radiador, usado para disipar las grandes cantidades de calor cuando se encuentra en operación. En la parte superior están los tanques usados para compensar y controlar el nivel de fluido (aceite) que se encuentra dentro de la unidad, el cual varia su viscosidad al someterse a altas temperaturas.
w w w . i n a c a p . c l
VENTAJAS DE LA CORRIENTE ALTERNA: Entre algunas de las ventajas de la corriente alterna tenemos las siguientes: Permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión por medio de transformadores. Se transporta a grandes distancias con poca pérdida de energía. Es posible convertirla en corriente directa con facilidad. Al incrementar su frecuencia por medios electrónicos en miles o millones de ciclos por segundo (frecuencias de radio) es posible transmitir voz, imagen, sonido y órdenes de control a grandes distancias, de forma inalámbrica. Los motores y generadores de corriente alterna son estructuralmente más sencillos y fáciles de mantener que los de corriente directa.
w w w . i n a c a p . c l
Pedro Farías
