CURSO GRATUITO DE ELECTRICIDAD INDUSTRIAL Y AUTOMATISMOS (POR ENTREGA): TEMA 3 : ENERGÍA Y POTENCIA ELÉCTRICA

La energía o trabajo eléctrico, W, es el producto de la fuerza electromotriz necesaria para transportar las cargas eléctricas por el valor de estas cargas.

Se mide en Julios (J).

Un Julio es un watio por segundo,
 J = w · s
 E = W = fem · carga = V · q = V · I · t

 La potencia eléctrica podemos definirla como la cantidad de energía eléctrica generada o transformada por unidad de tiempo.




2. Tipos de corriente eléctrica
La corriente eléctrica es el flujo de electrones o cargas dentro de un circuito eléctrico cerrado. Esta corriente siempre viaja desde el polo negativo al positivo de la fuente suministradora de FEM, que es la fuerza electromotriz. Existen dos tipos de corriente: la continua y la alterna.

Corriente continua (C.C.): a esta también se la conoce como corriente directa (C.D.) y su característica principal es que los electrones o cargas siempre fluyen, dentro de un circuito eléctrico cerrado, en el mismo sentido. Los electrones se trasladan del polo negativo al positivo de la fuente de FEM. Algunas de estas fuentes que suministran corriente directa son por ejemplo las pilas, utilizadas para el funcionamiento de artefactos electrónicos. Otro caso sería el de las baterías usadas en los transportes motorizados. Lo que se debe tener en cuenta es que las pilas, baterías u otros dispositivos son los que crean las cargas eléctricas, sino que estas están presentes en todos los elementos presentes en la naturaleza. Lo que hacen estos dispositivos es poner en movimiento a las cargas para que se inicie el flujo de corriente eléctrica a partir de la fuerza electromagnética. Esta fuerza es la que moviliza a los electrones contenidos en los cables de un circuito eléctrico. Los metales son los que permiten el mejor flujo de cargas, es por esto que se los denomina conductores.




Corriente alterna (C.A.): a diferencia de la corriente anterior, en esta existen cambios de polaridad ya que esta no se mantiene fija a lo largo de los ciclos de tiempo. Los polos negativos y positivos de esta corriente se invierten a cada instante, según los Hertz o ciclos por segundo de dicha corriente. A pesar de esta continua inversión de polos, el flujo de la corriente siempre será del polo negativo al positivo, al igual que en la corriente continua. La corriente eléctrica que poseen los hogares es alterna y es la que permite el funcionamiento de los artefactos electrónicos y de las luces.








2.1 Corriente continúa
2.1.1 Corriente continúa constante
2.1.2 Corriente continua decreciente
2.1.3 Corriente continua pulsante
2.1.4 Pilas, acumuladores y generadores
2.2 Corriente Alterna
2.2.1 Corriente Alterna senoidal
2.2.2 Corriente alterna cuadrada y rectangular
2.2.3 Corriente alterna triangular
2.2.4 Corriente alterna en diente de sierra
2.2.5 Corriente alterna de impulso de aguja
dos clases principales de corriente eléctrica:

Corriente eléctrica continua y corriente eléctrica alterna, aunque cada una de ellas se subdivide en otras de acuerdo con la forma de onda.

La corriente continua es proporcionada por pilas o baterías. En estos generadores de energía eléctrica se tiene un polo positivo y un polo negativo, que siempre son fijos. El polo positivo siempre será positivo y el negativo siempre negativo, al conectar una pila o batería a un circuito, la corriente de electrones siempre circulará del polo negativo al positivo y nunca en sentido contrario.

La corriente continua se abrevia con las letras DC (Direct Current). La corriente alterna es aquella que cambia continuamente de sentido. Es proporcionada por los alternadores utilizados en automóviles y en las centrales productoras de energía eléctrica. Debido al continuo cambio de sentido de circulación y consiguientemente de polaridad, en la corriente alterna no se puede decir que existen dos polos, sino fases, las cuales alternan su polaridad continuamente. Las inversiones de polaridad se efectúan continuamente, dentro de un intervalo de 50 a 60 veces por segundo. La corriente alterna se abrevia con las letras AC (Alternating Current).





Corriente continúa

Entre los tipos principales de corriente continua que se pueden encontrar está: la corriente continua constante. En la corriente continua constante, el voltaje permanece constante durante todo el tiempo en que la tensión es aplicada a un circuito.




Corriente continua decreciente


El voltaje proporcionado por las pilas o baterías no es constante, ya que va disminuyendo de valor a medida que se agota. Una batería o pila consume su carga de acuerdo con la intensidad de corriente que tiene que suministrar. 



Corriente continúa pulsatoria


Es aquella que sin cambiar de sentido, varía continuamente de valor. Son numerosos los tipos de corriente continua pulsatoria, ya que van de acuerdo con él funcionamiento y la aplicación.


Corriente alterna

Las corrientes alternas no sirven para alimentar los aparatos electrónicos, aunque son importantes en electrónica, pues son las que normalmente se utilizan para un fin concreto. Aunque es cierto que la corriente que se encuentra de una toma es alterna y es la que se suministra a los electrodomésticos, esta corriente se convierte en continua para poder ser utilizada en el funcionamiento del televisor, esto se realiza por medio de un rectificador. La corriente alterna es utilizada como tal en elementos que poseen motores (ventilador, taladro, licuadora, compresores, etc).
En la práctica se encuentran diferentes tipos de corriente alterna, que se pueden clasificar de acuerdo con la forma de onda.

Corriente alterna senoidal


Es la corriente más importante por sus múltiples aplicaciones. La corriente alterna senoidal es la generada por las centrales eléctricas para el consumo industrial y residensial, también es la utilizada por las emisoras y la televisión en calidad de ondas radioeléctricas. Esta corriente aumenta progresivamente de valor hasta alcanzar un valor máximo y una vez es alcanzado baja progresivamente de valor hasta anularse, momento en que cambia de sentido para crecer hasta un valor máximo en sentido contrario y este proceso se repite por tiempo indefinido.






 Corriente alterna cuadrada y rectangular

En la corriente alterna cuadrada la corriente tiene un valor dado y se mantiene durante cierto tiempo.

Transcurrido este tiempo cambia instantáneamente de polaridad, es decir, que pasa de un valor máximo positivo a un valor máximo negativo y así sucesivamente.



Corriente alterna diente de sierra

Esta corriente tiene una variación con respecto a la corriente triangular y es que entre una y otra los tiempos de subida y bajada, son diferentes.




2.2.6 Corriente alterna asimétrica, periódica y aperiódica
Simétrica es toda aquella señal en la que puedas trazar un eje de simetría horizontal (son iguales de arriba y de abajo), y a simétricas son en las que no se puede.
Una señal simétrica por ejemplo una senoidal es la que se utiliza para la distribución de la energía eléctrica (es la mas fácil de generar), o un clock electrónico, a gran escala genera una señal simétrica.. También existen ondas simétricas residuales, mas conocidas como armónicas (Ruido en la linea).

Una señal asimétrica puede ser desde la señal de avance de barrido de un tubo de rayos catódicos, la señal de salida de un parlante, hasta un insigne ruido en la linea (el ruido que no es simétrico no se llama armónica, se las llama así solo cuando la señal es suceptible de ser separada en una sumatoria de señales senoidales)

Corriente Simétrica
Se refiere a la corriente alterna cuyas variaciones alrededor del eje cero son iguales por ejemplo una onda sinusoidal.

Corriente Asimétrica
Es la definición de la corriente alterna cuyas variaciones alrededor del eje cero no son iguales, esta condición generalmente está asociada a los primeros cinco ciclos de la circulación de la corriente de falla en un circuito que tenga reactancia inductiva, (todos los circuitos de potencia tienen una cantidad de reactancia inductiva).

A diferencia de la corriente continua que posee siempre el mismo valor, esto es, un flujo de cargas constantes a lo largo del tiempo, en una corriente periódica el flujo de cargas toma una serie de valores distintos que se repiten con el tiempo.





 Ondas de régimen periódico: a) Senoidal, b) Impulsos positivos, c) Rectangular de impulsos positivos, d) Cuadrada, e) Triangular, f) Diente de sierra.
Si las cargas se desplazan siempre en la misma dirección se dice que la corriente es pulsatoria y en caso contrario alterna.
En la figura de la derecha pueden observarse algunos ejemplos de ondas de distintas corrientes periódicas. Los tipos a, d y e son corrientes alternas y b, c y f son pulsatorias.


Parámetros característicos
Ademaś de la frecuencia o el período de una corriente periódica, se pueden considerar otros parámetros relacionados con sus valores de intensidad, I, o tensión, V. A continuación se indican los más frecuentes (a ó A pueden sustituirse por I ó V según interese):
  • Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado.
  • máximo (A0): Equivale a la amplitud de la onda. También se conoce como valor de pico.
  • Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.
  • Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo.
  • Valor eficaz (A): 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:




  • Factor de amplitud : Cociente entre el valor máximo y el eficaz.
  • Factor de forma: Cociente entre el valor eficaz y su valor medio en un semiperíodo.
En la tabla siguiente se indican los valores de algunas corrientes periódicas:

FACTOR
Senoidal
Cuadrada
Media onda senoidal
Doble onda senoidal
Triangular

n/d
n/d
n/d
n/d
n/d
n/d
n/d
n/d




2.2.7 Magnitudes de la corriente alterna

Magnitudes de la corriente alterna.
En una señal de corriente alterna podemos tener diferentes magnitudes que resultan interesantes conocerlas. Es más, resulta esencial conocer los diferentes conceptos para poder realizar ciertos cálculos de máquinas eléctricas (transformadores, motores, etc.).



Valor instantáneo.
El valor instantáneo de una señal de corriente alterna es cualquier punto de esa señal alterna. O dicho de otra manera más técnica, es el valor que se obtiene en cada instante de tiempo en la función senoidal.
Su ecuación es




Valor máximo o valor pico.
La señal tiene dos valores pico. Uno es positivo y el otro negativo, pues cada uno de ellos corresponde a un semiciclo de la señal. Ahora bien, el valor máximo o valor pico es el mayor de esos dos valores picos que tiene un ciclo de señal senoidal, independientemente si es positivo o negativo.
Existe otro concepto, el de valor pico-pico. Como os podréis imaginar en este concepto se abarca los dos semiciclos, es decir, sería la distancia que hay entre las dos crestas de la señal, la positiva y la negativa.

Valor eficaz o tensión eficaz.
El valor eficaz o tensión eficaz es el valor de la corriente alterna que nos garantiza la misma eficacia calorífica que la tensión equivalente en corriente continua.
También hay que decir, que el valor eficaz es el valor que muestra un voltímetro en realidad cuando se toma la medida de tensión.
La ecuación para poder calcularla es:

La frecuencia.
La frecuencia es el número de ciclos de una señal alterna durante un segundo.
Se mide en hertzios o, también, en ciclos/segundo. La fórmula para calcularla es:



Donde T es el periodo: tiempo que tarda en realizarse un ciclo, medido en segundos.

Próxima entrega: 


Magnetismo y electromagnetismo