Polos a Tierra

La diferencia de potencial descrita por la ley de OHM V=IR, puede afectar los equipos electricos cuando esta es muy amplia, de este modo lo que se busca con el polo a tierra es coger esta diferencia y enviarla a tierra.

Normalmente se usa una varilla enterrada en la tierra y se amarra a un cable de cobre y con este extendemos a cada una de las tomas de tres paticas y de esta manera protegemos los equipos eléctricos.

Un ejemplo clásico son los pararrayos. La punta del pararrayos está conectada mediante un cable al suelo, de forma que se atrae el rayo y se conduce hasta el suelo de una forma controlada.

UPS DEFINICION.

U.P.S.:

Es un Sistema Inenterrumpido de Energía, conjunto de baterías y estabilizador de voltaje conectados al computador, que detecta pequeñas fluctuaciones eléctricas o cortes de energía, entregando electricidad propia de sus baterías. Estas tienen en promedio, dependiendo del consumo, una autonomía de servicio de 30 minutos.

Son varios los nombres que recibe este tipo de equipos, a continuación enumero los más comunes:

- UPS: Son las iniciales en inglés, "Uninterrumptible Power Supply"
- No Break: Que significa sin interrupción
- SFI: Por Sistema de Fuerza Ininterrumpible
- SAI: Por Sistema de Alimentación Ininterrumpible

En el diagrama a bloques anterior, observamos el voltaje de alimentación del UPS y la "Batería", ambas son las dos fuentes de energía para la salida del UPS.

El UPS tomará energía de la Batería, en caso de que haya ausencia del voltaje de entrada y de esta manera se podrá seguir dando voltaje a la Carga.

La "Carga" esta constituida por los aparatos a ser alimentados por el voltaje de salida de UPS y de los cuales no deseamos se interrumpa la energía.

Ejemplos de cargas serían:

- Computadoras
- Equipo médico
- Equipo de Telecomunicaciones
- Conmutadores telefónicos
- Cajeros automáticos de Bancos
- Equipos de radar en aeropuertos
- Sistemas contra incendios
- etc.

Tipos de Conductores Electricos.

Alambres

Los alambres son conductores construidos con un solo hilo de metal y puede estar desnudo o revestido (ver el siguiente diagrama) por una o más capas de material aislante.

Dependiendo del aislante, el alambre se utiliza en bobinados o en instalaciones eléctricas

Alambre para bobinados: Este tipo de alambre esta recubierto por esmaltes especiales, seda o algodón

Alambre para instalaciones eléctricas: Este tipo de alambre esta cubierto de plástico o goma

Cables

Los cables son un conjunto retorcido de alambres no aisldados entre si y pueden ser desnudos o revestidos (ver el siguiente diagrama) por una o varias capas de aislante. Estos aislante son de tela, goma o plástico.

Los cables son generalmento utilizados en instalaciones eléctricas de todo tipo e instalaciones automotrices

Los hilos son de cobre blando o endurecido y también de aluminio

Algunos alambres de cobre pueden estar estañados, para evitar la oxidación y facilitar la soldadura.

Conductores eléctricos (alambres, cables)

Características generales

Los conductores eléctricos son hilos de metal (cobre o aluminio) que se utilizan para conducir la corriente eléctrica.

Los conductores se utilizan en:

- Instalaciones eléctricas en general (vivienda, industria, comercio, etc.)

- Instalaciones eléctricas de automoviles.

- Construcción de bobinas

Los tipos de conductores más utilizados son: alambres, cables, cordones, conductores con cubierta protectora

Cálculo del factor de potencia para cargas inductivas usando vectores de corrientes

En muchas instalaciones eléctricas de la industria, hay grandes consumos de corriente.

Este consumo se agrava más cuando se trabaja con muchos motores (carga inductiva), que causan que exista un gran consumo de corriente reactiva que normalmente es penalizada por las empresas que distribuyen energía.

Cuando esta situación se presenta, se dice que tenemos un bajo factor de potencia.

El siguiente, es un método para lograr mejorar el factor de potencia, reducir el consumo de corriente y evitar cualquier penalización

Se coloca en paralelo con la carga a conectar (motor / motores) (motores de corriente alterna) y directamente con la tensión de alimentación, un banco de capacitores (grupo o batería de capacitores) para compensar el efecto de la carga inductiva (los motores, etc)

Método para corregir el factor de potencia en cargas inductivas

donde:

- φ es el ángulo de desfasamiento de la corriente del motor (Im) con respecto al eje x

- Q es una corriente reactiva que produce pérdidas y no es deseable, por lo tanto hay que minimizarla

Entonces, tomando como ejemplo un motor trifásico ó monofásico (carga equilibrada arriba)

Estos datos pueden tomarse en cuenta para la colocación de un banco de condensadores para corregir el factor de potencia y así reducir la corriente de alimentación o acometida principal como también cargas parciales.

Factor de Potencia

Factor de potencia es el cociente entre la voltaje total aplicado a un circuito y el voltaje en la parte resistiva del mismo.

También se llama factor de potencia al:

- Coseno del ángulo (cos0) entre los vectores de potencia aparente y potencia real.

- Coseno del ángulo (cos0) entre los vectores de Impedancia y resistencial.Ver los gráficos:

La potencia en corriente alterna, consumida por una un circuito con elementos resistivos (resistencias) y reactivos (capacitores y/o inductores) se puede obtener con las siguientes fórmulas:

P = I x V x factor de potencia ó

P = IRMS x VRMS x factor de potencia

"RMS se refiere a valores efectivos."

Podemos Analizar el siguiente Circuito:

En la resistencia R la corriente está en fase con la tensión en la resistencia VR y se sabe que la potencia (potencia real) que se disipa en una impedancia (R + jX), se debe solo a la resistencia.

Entonces: P = I x VR

Del diagrama fasorial: VR = V cos(0)

combinando las dos últimas fórmulas se obtiene: P = I x Vcos(0)

Comparando esta última ecuación con la expresión: P = I x V x factor de potencia, se deduce que: factor de potencia = cos(0), donde 0 es el ángulo de fase de la impedancia o lo que es lo mismo el ángulo entre la tensión y la corriente en el circuito.

Entonces: Factor de potencia = f.p. = cos(0) = VR / V = R / Z

Donde: Z significa: el valor absoluto de Z. (El valor de Z es siempre positivo, sin tomar en cuenta el signo)

El valor del ángulo siempre estará entre:

- 0º: Cuando entre V e I no hay desfase (circuito totalmente resistivo).

Cos(0) = 1. Factor de potencia = 1

- 90º: Cuando entre V e I hay un desfase de 90º (circuito totalmente reactivo).

Cos(0) = 0. Factor de potencia = 0

Lo normal es mantener el factor de potencia lo más alto posible donde cos(0) tienda a “1” (lo más resistivo posible).

Obtencion de la corriente en un circuito que tiene resistencia y reactancia

Se utiliza el concepto de impedancia. En este caso la Impedancia de este circuito es: Z = R + jX

donde:

- R = resistencia

- X = la reactancia = XC - XL ( reactancia capacitiva - reactancia inductiva)

Entonces:
- Z = (R2 + X2)1/2 (ver Impedancia)
- I = E / Z (Tensión entregada por la fuente entre la reactancia total)

Donde:
- I = corriente en amperios
- E = tensión de la fuente
- Z = Impedancia calculada anteriormente

Potencia en circuitos de Corriente Alterna (C.A.)

Cuando se hizo el análisis de la potencia que consumía una resistencia (La ley de Joule), cuando era atravesada por una corriente continua, sólo era necesario multiplicar la corriente por el voltaje entre los terminales. (P = V x I)

Lo anterior también es cierto en el caso en que se utilice corriente alterna en una resistencia o resistor, porque en estos casos la corriente y el voltaje están en "fase". Esto significa que la corriente y el voltaje tienen sus valores máximos y mínimos simultáneamente (las formas de onda son iguales. Sólo podrían diferenciarse en su amplitud)

La potencia que se obtiene de la multiplicación del voltaje con la corriente (P= I x V) es lo que se llama una potencia aparente. La verdadera potencia consumida dependerá en este caso de la diferencia de ángulo entre el voltaje y la corriente. Este ángulo se representa como Θ.

Si el circuito tiene un capacitor:

- Cuando la tensión de la fuente va de 0 voltios a un valor máximo, la fuente entrega energía al capacitor, y la tensión entre los terminales de éste, aumenta hasta un máximo. La energía se almacena en el capacitor en forma de campo eléctrico.

- Cuando la tensión de la fuente va de su valor máximo a 0 voltios, es el capacitor el que entrega energía de regreso a la fuente.

Si el circuito tiene un inductor:

- Cuando la corriente va de 0 amperios a un valor máximo, la fuente entrega energía al inductor. Esta energía se almacena en forma de campo magnético.

- Cuando la corriente va de su valor máximo a 0 amperios, es el inductor el que entrega energía de regreso a la fuente.

Se puede ver que, la fuente en estos casos tiene un consumo de energía igual a "0", pues la energía que entrega la fuente después regresa a ella. La potencia que regresa a la fuente es la llamada "potencia reactiva"

Entonces en un circuito totalmente resistivo no hay regreso de energía a la fuente, en cambio en un circuito totalmente reactivo toda la energía regresa a ella.

Ahora es de suponer que en un circuito que tenga los dos tipos de elementos (reactivo y resistivo), parte de la potencia se consumirá (en la resistencia) y parte se regresará a la fuente (por las bobinas y condensadores)

El siguiente gráfico muestra la relación entre el voltaje la corriente y la potencia

La potencia que se obtiene de la multiplicación de la corriente y el voltaje en cualquier momento es la potencia instantánea en ese momento

- Cuando el voltaje y la corriente son positivos: La fuente está entregando energía al circuito

- Cuando el voltaje y la corriente son opuestos (uno es positivo y el otro es negativo), la potencia es negativa y en este caso el circuito le está entregando energía a la fuente

Se puede ver que la potencia real consumida por el circuito, será la potencia total que se obtiene con la fórmula P = I x V, (potencia entregada por la fuente, llamada potencia aparente) menos la potencia que el circuito le devuelve (potencia reactiva).

La potencia real se puede calcular con la siguiente fórmula: P = I2R

donde:

- P es el valor de la potencia real en watts (vatios)

- I es la corriente que atraviesa la resistencia en amperios

- R es el valor de la resistencia en ohmios

Periodo de una Onda

Eperíodo de una onda es el tiempo transcurrido entre dos puntos equivalentes de la oscilación





El tiempo transcurrido entre la repeticion de los pulsos recibe el nombre de periodo, que se representa por T. La frecuencia es el numero de repeticiones por segundo y se representa por la letra f.

Longitud de Onda

Distancia entre dos nodos o dos valles consecutivos de una onda. En el caso de la radiación electromagnética, es el recíproco de la frecuencia de dicha radiación multiplicada por la velocidad de la luz. De su longitud de onda derivan la mayor parte de las propiedades de la radiación electromagnética. La clasifiación del espectro electromagnético en regiones espectrales consiste en la agrupación de aquellos intervalos de longitud de onda en los cuales la radiación tiene comportamientos electromagnéticos similares.

Frecuencia de una Onda

La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico 1 y 2), a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a la velocidad v de la onda dividido por la longitud de onda λ (lambda):

En el caso especial de ondas electromagnéticas en el vacío, se tiene que v = c, siendo c la velocidad de la luz en el vacío, y por tanto se tiene:

Cuando las ondas viajan de un medio a otro, como por ejemplo de aire a agua, la frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando sólo su longitud de onda y la velocidad.

Partes de una Onda

Amplitud: Puede decirse que es la altura de la onda. Es la máxima distancia que alcanza un punto al paso de las ondas respecto a su posición de equilibrio. Frecuencia: La frecuencia (f) es la medida del número de ondas que pasa por un punto en la unidad de tiempo.

Generalmente se mide en hertzios (Hz) siendo un hertzio equivalente a una vibración por segundo. Por ello, también se utiliza el s-1 como unidad para medir la frecuencia.

Para conocer la frecuencia de una onda la dividimos en partes que van desde una "cresta" a la siguiente de forma que el número de crestas que pasa por un punto en cada segundo es la frecuencia.

La frecuencia de una onda es la inversa de su período T, que es el tiempo que tarda en avanzar una distancia igual a su longitud de onda.

Longitud de onda: La longitud de onda es la distancia entre dos crestas consecutivas. Como todas las distancias, se mide en metros, aunque dada la gran variedad de longitudes de onda que existen suelen usarse múltiplos como el kilómetro (para ondas largas como las de radio y televisón) o submúltiplos como el nanómetro o el Angstrom (para ondas cortas como la radiación visible o los rayos X).

Definicion de Corriente Directa

Es la corriente que tiene un único sentido de circulación. Es la producida por las pilas y por los adaptadores AC-DC. Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila por parte del científico Conde Alessandro Volta.

Medicion en Corriente Alterna

Se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (amperios) en AC (c.a.). Como se está midiendo en corriente alterna, es indiferente la posición del cable negro y el rojo.

Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no se sabe que magnitud de corriente se va a medir, escoger la escala mas grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala automáticamente.

Para medir una corriente con el multímetro, éste tiene que ubicarse en el paso de la corriente que se desea medir. Para esto se abre el circuito en el lugar donde pasa la corriente a medir y conectamos el multímetro (lo ponemos en "serie").

En algunas ocasiones no es posible abrir el circuito para colocar el amperímetro. En estos casos, si se desea averiguar la corriente que pasa por un elemento, se utiliza la Ley de Ohm.

Se mide la tensión que hay entre los terminales del elemento por el cual pasa la corriente que se desea averiguar y después, con la ayuda de la Ley de Ohm (V = I x R), se obtiene la corriente (I = V / R). Para obtener una buena medición, se debe tener los valores exactos tanto de la tensión (en AC) como de la resistencia.

Otra opción es utilizar un amperímetro de gancho, que permite obtener la corriente que pasa por un circuito sin abrirlo. Este dispositivo, como su nombre lo indica, tiene un gancho que se coloca alrededor del conductor por donde pasa la corriente y mide el campo magnético alrededor de él. Esta medición es directamente proporcional a la corriente que circula por el conductor y que se muestra con ayuda de una aguja o pantalla.

Caracteristicas de Corriente Alterna

La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula por durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, etc.

En el siguiente gráfico se muestra la tensión (que es también alterna) y tenemos que la magnitud de ésta varía primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal.

El voltaje varía continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico, utilizamos la fórmula; V = Vp x Seno (Θ) donde Vp = V pico (ver gráfico) es el valor máximo que obtiene la onda y Θ es una distancia angular y se mide en grados

Aclarando un poco esta última parte y analizando el gráfico, se ve que la onda senoidal es periódica (se repite la misma forma de onda continuamente)

Si se toma un período de ésta (un ciclo completo), se dice que tiene una distancia angular de 360 grados.

Y con ayuda de la fórmula que ya dimos, e incluyendo Θ (distancia angular para la cual queremos saber el voltaje) obtenemos el voltaje instantáneo de nuestro interés.

Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos casos positivo y en otros negativo (cuando se invierte su polaridad).

Definición de Corriente Alterna

Corriente alterna es un Tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o ciclos.

LA CORRIENTE ALTERNA (C.A.)

Además de la existencia de fuentes de FEM de corriente directa o continua (C.D.) (como la que suministran las pilas o las baterías, cuya tensión o voltaje mantiene siempre su polaridad fija), se genera también otro tipo de corriente denominada alterna (C.A.), que se diferencia de la directa por el cambio constante de polaridad que efectúa por cada ciclo de tiempo.

Una pila o batería constituye una fuente de suministro de corriente directa, porque su polaridad se mantiene siempre fija.

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, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.

Si hacemos que la pila del ejemplo anterior gire a una determinada velocidad, se producirá un cambio constante de polaridad en los bornes donde hacen contacto los dos polos de dicha pila. Esta acción hará que se genere una corriente alterna tipo pulsante, cuya frecuencia dependerá de la cantidad de veces que se haga girar la manivela a la que está sujeta la pila para completar una o varias vueltas completas durante un segundo.

En este caso si hacemos una representación gráfica utilizando un eje de coordenadas para la tensión o voltaje y otro eje para el tiempo en segundos, se obtendrá una corriente alterna de forma rectangular o pulsante, que parte primero de cero volt, se eleva a 1,5 volt, pasa por “0” volt, desciende para volver a 1,5 volt y comienza a subir de nuevo para completar un ciclo al pasar otra vez por cero volt.

Si la velocidad a la que hacemos girar la pila es de una vuelta completa cada segundo, la frecuencia de la corriente alterna que se obtiene será de un ciclo o hertz por segundo (1 Hz). Si aumentamos ahora la velocidad de giro a 5 vueltas por segundo, la frecuencia será de 5 ciclos o hertz por segundo (5 Hz). Mientras más rápido hagamos girar la manivela a la que está sujeta la pila, mayor será la frecuencia de la corriente alterna pulsante que se obtiene.

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