Читать книгу Montaje de elementos y equipos de instalaciones eléctricas de baja tensión en edificios. ELES0208 - Antonio Jesús Mendoza Ramírez - Страница 15

Las magnitudes eléctricas expuestas no son conceptos aislados, sino que están relacionados entre sí mediante leyes y expresiones matemáticas.

Ley de Ohm. Relación tensión-intensidad-resistencia

La Ley de Ohm enuncia:

La intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante es la conductancia eléctrica, que es la inversa a la resistencia eléctrica.

Este enunciado se puede escribir matemáticamente como:

Siendo:

1 I: intensidad en amperios (A).

2 V: tensión en voltios (V).

3 G: conductancia.

4 R: resistencia en ohmios (Ω).

Como se puede observar, en esta expresión se relacionan tensión, intensidad y resistencia. De esta expresión se pueden obtener las siguientes conclusiones:

1 Si se mantiene constante la tensión, a menor resistencia, mayor intensidad. Es decir, para una misma tensión, un conductor será capaz de soportar mayor corriente mientras menor sea su resistencia.

2 La resistencia da idea de lo buen conductor o aislante que es un material. Un conductor será mejor cuanta menor resistencia posea y viceversa, un aislante será mejor cuanta mayor resistencia posea.

3 Si se mantiene constante la intensidad, a menor resistencia, menor tensión. Este concepto es el utilizado para el cálculo de caídas de tensión.

Nota

La resistencia de un conductor varía de forma proporcional con la temperatura. A mayor temperatura, mayor resistencia y viceversa. Normalmente, se toma como referencia la resistencia de los conductores a 20 °C.

Actividades

3. Averiguar a qué frecuencia trabajan las instalaciones eléctricas de baja tensión.

4. ¿Cuál es el valor de tensión eficaz en las instalaciones eléctricas de baja tensión?

Potencia

Como ya se ha estudiado, en corriente alterna existe potencia activa (P) y potencia reactiva (Q). Los conceptos de potencia están igualmente ligados a tensión e intensidad, pero previamente hay que definir el concepto de desfase.

En corriente alterna, la tensión y la intensidad están desfasadas entre sí. Esto es, no alcanzan su máximo valor (valor de pico) a la vez, sino que una lo alcanza antes que otra. Este desfase se representa por la letra griega phi (φ) y se mide en grados.

Desfase tensión-intensidad

Diagrama fasorial tensión-intensidad

Matemáticamente, la potencia activa en un sistema monofásico se define como:

P = U · I · cosφ

Siendo:

1 P: potencia activa en vatios (W).

2 U: tensión eficaz en voltios (V).

3 I: intensidad eficaz en amperios (A).

4 φ: desfase.

La potencia reactiva en un sistema monofásico se define como:

P = U · I · sinφ

Siendo:

1 Q: potencia reactiva en voltamperios reactivos (VAr).

2 U: tensión eficaz en voltios (V).

3 I: intensidad eficaz en amperios (A).

4 φ: desfase.

Si se representan P y Q de forma fasorial, se obtiene el denominado triángulo de potencias.

Triángulo de pontencias

En este triángulo, aparece una nueva magnitud, denominada potencia aparente (S). Si se analizan las expresiones anteriores, junto con el diagrama fasorial, se pueden observar las siguientes conclusiones:

1 Mientras menor sea el desfase entre tensión e intensidad, mayor será el cos φ, luego mayor será la potencia activa. Al cos φ se le denomina factor de potencia.

2 Mientras menor sea el desfase entre tensión e intensidad, menor será el sen φ, luego menor será la potencia reactiva.

3 Mientras mayor sea el factor de potencia (menor sea el desfase), menor será la cantidad de potencia aparente necesaria para generar la misma potencia activa.

El factor de potencia es un concepto muy importante en electricidad, ya que da una idea de la bondad de una instalación y del aprovechamiento de la energía. Una instalación con un factor de potencia muy bajo, necesitará mayor intensidad para generar la misma potencia que otra instalación, similar pero con mayor factor de potencia.

Sabía que...

Existen formas de mejorar el factor de potencia de una instalación, mediante la conexión de condensadores en paralelo con esta.

Aplicación práctica

Imagínese en la instalación de una vivienda, cuya tensión nominal será de 230 V. Un determinado receptor consume una potencia de 1.500 W, con un factor de potencia de 0,85. ¿Qué intensidad circulará por el circuito que alimenta a dicho receptor?

SOLUCIÓN

Para solucionar el problema, basta aplicar la expresión de la potencia activa:

Luego por el circuito que alimenta a dicho receptor circulará una corriente de 7,67 A.

Energía

Como se expuso, la energía es la cantidad de potencia que requiere o cede un sistema eléctrico en un determinado tiempo. Matemáticamente hablando, se puede expresar como:

E = P · t

Ya se ha estudiado que, en electricidad, la energía se suele medir en vatios/hora o kilovatios/hora, luego la potencia se expresará en vatios o kilovatios y el tiempo se expresará en horas.

Este concepto de energía se refiere a energía activa, luego cabe pensar que se pueda definir la energía reactiva como la cantidad de potencia reactiva que requiere o cede un sistema eléctrico en un determinado tiempo:

Er = Q · t

Si la energía activa se mide en Wh, la energía reactiva se mide en voltamperios reactivos hora (VArh) o kilovoltamperios reactivos hora (kVArh), expresando en cada caso la potencia activa en voltamperios o kilovoltamperios.

De estas expresiones, se puede concluir:

1 A mayor potencia (activa o reactiva), mayor energía consumirá (o cederá) un sistema.

2 A mayor tiempo, mayor energía (activa o reactiva) consumirá o cederá un sistema.

Aplicación práctica

Imagínese la aplicación práctica anterior, en que un receptor de 1.500 W, alimentado a 230 V consumía 7,67A. ¿Qué energía consumirá en un año suponiendo que se conecta 2 h al día?

SOLUCIÓN

Para solucionar el problema, basta aplicar la expresión de la energía activa:

E = P · t = 1500 W · 2h/día 365 d a/año = 1095000 Wh = 1095 kW h

Luego, en un año, el receptor consumirá 1.095 kWh.