Generación de la corriente alterna

¿QUE ES LA CORRIENTE ALTERNA? Se describe como el movimiento de electrones libres a lo largo de un conductor conectado a un circuito en el que hay una diferencia de potencial. la corriente alterna fluye en tanto existe una diferencia de potencial. si la polaridad de la diferencia de potencial no varía, la corriente siempre fluirá en una dirección y se llama corriente alterna o continua, o simplemente C-C.

CORRIENTE ALTERNA Existe un tipo de corriente alterna que no siempre fluye en la misma dirección, sino que alterna y fluye primero hacia una dirección y luego se invierte y fluye hacia la otra. a este tipo de corriente se le llama corriente alterna o c-a.

PRINCIPIO DE GENERACIÓN DE CORRIENTE ALTERNA El fenómeno de inducción electromagnética fue descubierto por Faraday en el año 1830, llegando a demostrar que "cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético cortando líneas de fuerza, se engendra en el una fuerza electromotriz, que es directamente proporcional al flujo cortado, e inversamente proporcional al tiempo empleado en hacerlo.

Teniendo un imán permanente como inductor estático y un rotor con una espira como inducido tendremos un generador elemental.

Al recibir movimiento, la espira cortará las líneas de fuerza y se producirá una fuerza electromotriz.

Sentido de las Líneas de Fuerza A medida que la espira va girando esta va cortando, las líneas de fuerza, de un ángulo y posición distinta generando una variación en la tensión y produciendo el cambio en el sentido de circulación de la corriente.

En la figura A la espira se mueve paralela a las líneas de fuerza sin generar voltaje en sus extremos.

A medida que la espira avanza esta se va desplazando formando ángulos, generando paulatinamente una tensión en sus extremos; hasta que llega al posición que se ve en la figura B, en donde la espira se mueve perpendicular a las líneas de fuerza cortando a estas "más efectivamente" generando un pico de tensión.

A medida que el rotor sigue girando este vuelve a una posición nula en donde la espira se encuentra paralela a las líneas de fuerza, sin generar tensión.

Cuando la espira pasa la posición de la figura C; formando ángulos esta se vuelve y a generar tensión, pero en este caso con una polaridad inversa a la anterior. Hasta llegar a la posición de la figura D donde se vuelve a producir el pico de tensión por estar la espira perpendicular a las líneas de fuerza.

Luego de esto la espira sigue su transcurso, llegando nuevamente a la posición A

Reactancia Se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores, se mide en ohmios y su símbolo es Ω. Junto a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o circuito, de tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la parte real, según la igualdad. Z= R+jX

El efecto de una reactancia inductiva es doble 1.- ofrece una oposición al paso de la corriente 2.- produce un atraso de la corriente con respecto al voltaje.

Con una reactancia inductiva perfecta, esto es que no tenga ninguna resistencia, la corriente se retrasa 90° eléctricos respecto al voltaje y no puede extraerse ninguna energía de la línea, por que la bobina almacena energía en el campo magnético, la corriente tomada por una inducción perfecta es igual al voltaje dividido por su reactancia.

En la que: 𝒙 𝑳 = Reactancia inductiva en ohm L=Inductancia en henrios ƒ= Frecuencia en Hertz 𝝎= Frecuencia angular

Reactancia capacitiva El efecto de una reactancia capacitiva es doble 1.- ofrece una oposición al flujo de la corriente 2.- produce un adelanto de la corriente con respecto al voltaje.

Con una reactancia capacitiva perfecta, esto es que no tenga ninguna resistencia la corriente se adelanta 90° eléctricos con respecto al voltaje y no puede extraerse ninguna energía de la línea, porque el condensador almacena energía en el campo electroestático durante un semiciclo y devuelve esta energía a la línea en el siguiente semiciclo.

Reactancia capacitiva La reactancia capacitiva se representa por 𝒙 𝒄 y su valor viene dado por la fórmula: En la que: 𝑿 𝑪 =reactancia capacitiva en ohms 𝓬 = capacitancia en faradios ƒ = frecuencia en Hertz 𝝎 = frecuencia angular

Impedancia En los circuitos C.A. puede haber cualquier combinación de resistencias, reactancias inductivas, reactancias capacitivas, el efecto combinado de una resistencia y una reactancia se denomina impedancia, también se expresa en ohms y su símbolo es la letra “z”. Cuando un circuito contiene resistencias y reactancias es necesario combinar su efecto óhmico por un método diferente del usado para resistencias aisladas. La reactancia de cualquier circuito tendrá una fase de 90°respecto a su resistencia ya sea de adelanto o de atraso respecto a la resistencia, dependerá de que la resistencia sea inductiva o capacitiva.

Se puede demostrar que los tres componentes (R, X, Z) se relacionan mediante un triángulo rectángulo. Aplicando el Teorema de Pitágoras o relaciones trigonométricas, se pueden obtener muchas más fórmula que relacionen R, X y Z.

Z= 𝑅 2 + 𝑋𝐿 2 Z= 𝑅 2 + 𝑋𝑐 2 Z= 𝑅 2 + ( 𝑋 𝐿 −𝑋𝑐) 2 Los diagramas de estas figuras muestran que la resistencia, reactancia e impedancia forman un triangulo, las relaciones entre ellas cuando están conectados en serie, se expresan con las siguientes ecuaciones. La impedancia de un circuito conteniendo resistencia y reactancia inductiva es: Z= 𝑅 2 + 𝑋𝐿 2 La impedancia de un circuito conteniendo resistencia y reactancia capacitiva es: Z= 𝑅 2 + 𝑋𝑐 2 La impedancia de un circuito conteniendo resistencia, reactancia inductiva y reactancia capacitiva es: Z= 𝑅 2 + ( 𝑋 𝐿 −𝑋𝑐) 2

En los circuitos de corriente alterna (AC) los receptores presentan una oposición a la corriente que no depende únicamente de la resistencia óhmica del mismo, puesto que los efectos de los campos magnéticos variables (bobinas) tienen una influencia importante.

En AC, la oposición a la corriente recibe el nombre de impedancia (Z), que obviamente se mide en Ω. La relación entre V, I, Z, se determina mediante la "Ley de Ohm generalizada". Ι= 𝑉 𝑍 donde: I= intensidad eficaz en A V= tensión eficaz en V. Z= impedancia en Ω.

En la siguiente tabla puede verse un resumen del valor de impedancia de cada tipo de receptor en ac.

Ejemplo Un motor se comporta como un receptor inductivo de R=17,3 (Ω) y XL=10 (Ω) y está conectado a una toma de 230 V/50 Hz. Determinar su intensidad. La impedancia: La intensidad:

POTENCIA Es el trabajo ejecutado en unidad de tiempo. Potencia= 𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 El trabajo que hace una corriente eléctrica puede ser una, iluminar una habitación, que un motor gire para ejecutar cualquier trabajo mecánico, etc.

La unidad de potencia eléctrica es el Watts o kilowatts y es el equivalente al trabajo que hace en un segundo una corriente constante de un ampere que circula en un conductor. Relación de potencia

ejemplos Si un receptor de TV recibe 1.5 A de una línea de 120 v que potencia es la que se consume. W= IV = 1.5ª(120 V)= 180 W Que cantidad de calor disipa un resistor de 200 W cuando fluye una cantidad de 2 A. P=RX 𝐼 2 =200Ω(2 A)=800 W

Se tiene una lámpara de 100 W que se alimenta a una línea de 127 V y opera durante 20 horas , calcular el valor de la resistencia, la corriente que demanda y la energía que consume. 100w= 127v x 𝐼 2 por lo tanto: I= 0787 A R= 𝐸 𝐼 = 127 𝑉 0.787 𝐴 =161.37 Ω EN=PT= 100W(20hrs)=2 KW-h

Resonancia eléctrica La resonancia eléctrica es un fenómeno que se produce en un circuito en el que existen elementos reactivos (bobinas y condensadores) cuando es recorrido por una corriente alterna de una frecuencia tal que hace que la reactancia se anule, en caso de estar ambos en serie, o se haga infinita si están en paralelo. Para que exista resonancia eléctrica tiene que cumplirse que Xc = Xl. Entonces, la impedancia Z del circuito se reduce a una resistencia pura

transformadores Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

Pequeño transformador eléctrico

El transformador Es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente.

La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.

Representación esquemática del transformador También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Representación esquemática del transformador

Relación de Transformación La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación: 𝐸 𝑃 𝐸 𝑆 = 𝑁 𝑃 𝑁 𝑆

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión. 𝑁 𝑃 𝑁 𝑆 = 𝑉 𝑃 𝑉 𝑆 = 𝐼 𝑆 𝐼 𝑃 =𝑚

Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario: El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte). 𝑝 1 = 𝑝 2 𝑉 1 𝐼 1 = 𝑉 2 𝐼 2