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1) Defina, explique y diferencie: Valor máximo, Valor medio y Valor eficaz.
1. Valor Máximo (Imax o Vmax): El valor máximo se refiere al valor más alto que alcanza la
corriente o el voltaje en un ciclo completo de la onda. Ejemplo, en una señal sinusoidal, el
valor máximo es el pico de la onda, es decir, el valor más alto que alcanza la corriente o el
voltaje en su parte posiva o negava.
2. Valor Medio (Imedio o Vmedio): El valor medio es cero si consideramos un ciclo completo
de la onda, ya que la corriente o el voltaje alterna entre valores posivos y negavos. Sin
embargo, el valor medio se calcula considerando los valores absolutos de la corriente o el
voltaje durante un periodo de empo. Esto significa que el valor medio de una señal
sinusoidal simétrica es cero, pero si consideramos los valores absolutos, obtenemos un
valor medio disnto de cero.
3. Valor Eficaz (Irms o Vrms): Es un valor que representa la magnitud de una señal sinusoidal
de corriente o voltaje que produce el mismo efecto térmico que una señal de corriente
connua. En otras palabras, el valor eficaz es el valor de corriente o voltaje que, aplicado de
manera connua, disiparía la misma potencia que la señal sinusoidal.
Otra definición de Valor Eficaz: Es un valor de tensión y corriente que puesta en una
resistencia disipa la misma potencia que disiparía en corriente connua.
En resumen, en corriente alterna, el valor máximo se refiere al pico de la onda, el valor
medio es el promedio de la señal considerando los valores absolutos y el valor eficaz es el
equivalente en términos de potencia a una señal connua.
2) Qué es la impedancia, como está compuesta y como se expresa
fasorialmente.
La impedancia es una propiedad eléctrica que mide la oposición al flujo de corriente en un
circuito de corriente alterna (AC), de manera similar a como la resistencia mide la oposición
en un circuito de corriente continua (DC). Sin embargo, a diferencia de la resistencia, que
solo tiene en cuenta la resistencia pura de un componente, la impedancia considera tanto la
resistencia como la reactancia, que es la oposición al flujo de corriente debido a elementos
capacitivos e inductivos en el circuito.
La impedancia se expresa en ohmios y se representa con la letra Z. La impedancia en un
circuito puede estar compuesta por tres elementos principales:
1. Resistencia (R): Representa la oposición al flujo de corriente debido a la resistencia
eléctrica del componente, como los conductores o los elementos resistivos en el
circuito.
2. Reactancia Inductiva (XL)
3. Reactancia Capacitiva(Xc )
La Z en un circuito se calcula como la suma vectorial de la resistencia y las reactancias, la
reactancia inductiva (𝑋L); Z=𝑅+𝑗𝑋L donde XL=wL y la reactancia capacitiva (𝑋c)
Z=R+jXc donde Xc= 1/wc. R es la parte real (resistencia) y XL, Xc son la parte imaginaria
(reactancia). El término 𝑗 es la unidad imaginaria, que es la raíz cuadrada de -1.
La impedancia es la oposición al flujo de corriente en un circuito de corriente alterna y está
compuesta por resistencia y reactancia inductiva, capacitiva o ambas. Se expresa
fasorialmente como un número complejo, donde la parte real representa la resistencia y la
parte imaginaria representa las reactancias.
3) Cómo se define a la potencia activa, reactiva y la potencia aparente.
En un circuito de corriente alterna (AC), la potencia se puede dividir en tres componentes
principales: potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente.
1. Potencia Activa (P): También conocida como potencia real, es la parte de la potencia
que se convierte en trabajo útil en el circuito. Es la potencia que realiza trabajo útil,
como producir luz, calor, movimiento, etc. Se mide en vatios (W). En un circuito
puramente resistivo, la potencia activa es:
P= V.I cos(θ)
2. Potencia Reactiva (Q): Es la parte de la potencia que no se convierte en trabajo útil,
sino que se intercambia entre el circuito y sus elementos inductivos o capacitivos. Es
la potencia necesaria para mantener el campo magnético o eléctrico en los inductores o
capacitores. Se mide en voltamperios reactivos (VAR). En un circuito puramente
inductivo o capacitivo, la potencia reactiva es:
Q=V.I.sen ( θ )
3. Potencia Aparente (S): Es la combinación de la potencia activa y la potencia reactiva.
Se mide en voltamperios (VA). La potencia aparente representa la "cantidad total" de
potencia que fluye en el circuito
𝑆= V.I
La relación entre la potencia activa, la potencia reactiva y la potencia aparente se puede
visualizar mediante el triángulo de potencia, donde la potencia activa, la potencia reactiva y
la potencia aparente son los lados del triángulo y el ángulo entre ellos representa el factor de
potencia(Fp). Un factor de potencia de 1 indica que toda la potencia es activa, mientras que
un factor de potencia inferior a 1 indica una combinación de potencia activa y reactiva. Un
factor de potencia bajo puede resultar en una mayor pérdida de energía en el sistema.
Fp= cos(ϕ)= P/S
4) Cómo se construye el triángulo de potencia y a que se denomina factor de
potencia.
El triángulo de potencia es útil para comprender la relación entre la potencia activa, la
potencia reactiva y la potencia aparente, en un circuito de corriente alterna.
Cómo construye el triángulo de potencia?
1. Potencia Activa (P): Representa la parte de la potencia que realiza trabajo útil en el
circuito, como la generación de calor o el movimiento en una máquina. Se mide en
vatios (W).
2. Potencia Reactiva (Q): Representa la parte de la potencia que no realiza trabajo útil,
sino que está asociada con el campo electromagnético almacenado en los inductores o
capacitores del circuito. Se mide en voltamper reactivos (VAR).
3. Potencia Aparente (S): Es la combinación de la potencia activa y la potencia
reactiva. Se mide en voltamper (VA).
El triángulo de potencia se dibuja con la potencia activa (P) en la base, la potencia reactiva
(Q) en el lado vertical y la potencia aparente (S) como la hipotenusa del triángulo. La
relación entre estas potencias se puede expresar utilizando trigonometría, específicamente la
función coseno:
Cos(𝜃)=P/S
Donde:
θ es el ángulo de fase entre la corriente y la tensión.
P es la potencia activa.
S es la potencia aparente.
El factor de potencia (FP) es simplemente el coseno de este ángulo de fase, y se define como
la relación entre la potencia activa y la potencia aparente:
Factor de Potencia (FP)=cos(𝜃)=P/S
Un factor de potencia cercano a 1 indica que la mayoría de la potencia suministrada por la
red eléctrica se está utilizando para realizar trabajo útil, lo que se considera eficiente. Un
factor de potencia cercano a 0.5 o menos indica una gran cantidad de potencia reactiva en el
sistema, lo que puede resultar en un uso ineficiente de la energía y problemas en la red
eléctrica.
5) En la práctica cómo se mide la potencia (activa, reactiva y aparente) y el
factor de potencia.
En la práctica, la potencia (activa, reactiva y aparente) y el factor de potencia se miden
utilizando instrumentos específicos conocidos como medidores de potencia. Estos medidores
están diseñados para funcionar en sistemas de corriente alterna y son capaces de medir los
diferentes componentes de la potencia eléctrica.
¿Como se llevan a cabo las mediciones?
1. Potencia Activa (P): La potencia activa se mide utilizando un medidor de vatios(w).
Este dispositivo está diseñado para medir la potencia real consumida por una carga y
se conecta en serie con la carga en el circuito. Mide la corriente y la tensión en el
circuito y calcula el producto de ambos para obtener la potencia activa en vatios.
2. Potencia Reactiva (Q): La potencia reactiva se mide utilizando un medidor de
voltamper reactivos (VAR). Este dispositivo se conecta en serie con la carga en el
circuito, mide la corriente y la tensión. Sin embargo, en lugar de calcular el producto
de ambos para obtener la potencia activa, calcula la componente de potencia que está
fuera de fase con la corriente y la tensión, lo que representa la potencia reactiva en
VAR.
3. Potencia Aparente (S): La potencia aparente se puede calcular utilizando un medidor
de voltamper (VA), mide la corriente y la tensión en el circuito. La potencia aparente
es simplemente el producto de la corriente y la tensión en el circuito, sin tener en
cuenta el ángulo de fase entre ellas.
4. Factor de Potencia (FP): El factor de potencia se puede calcular dividiendo la
potencia activa (P) entre la potencia aparente (S), FP=𝑃/S También se puede
determinar utilizando un medidor de factor de potencia, que está diseñado
específicamente para medir y mostrar el factor de potencia de un circuito.
En resumen, para medir la potencia (activa, reactiva y aparente) y el factor de potencia en la
práctica, se utilizan diferentes tipos de medidores que están diseñados para medir y calcular
estos parámetros en circuitos de corriente alterna.
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