Fundamentos de electrotecnia: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 16 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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1Fórmulas y métodos

Resistencias en serie y en paralelo

Resistencias en serie
Req = R1 + R2 + …
Resistencias en paralelo
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dos en paralelo
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Ley de Ohm
V = I·R
Potencia
P = V·I = I²R = V²/R

Método

  1. Empieza por el extremo de la red más alejado de los terminales.
  2. Combina las resistencias en serie sumándolas, y las resistencias en paralelo con 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Vuelve a dibujar el circuito después de cada paso.
  4. Repite hasta que quede una sola resistencia entre los terminales.

Análisis nodal

Ley de corrientes de Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Corriente de rama
I = (Va − Vb)/R
Nodo de referencia
Vground = 0

Método

  1. Elige un nudo de referencia (tierra) y nombra las tensiones de los demás nudos.
  2. Aplica la ley de corrientes de Kirchhoff en cada nudo desconocido: las corrientes que salen por cada rama igualan a las que entran.
  3. Expresa cada corriente de rama como (Va − Vb)/R.
  4. Resuelve el sistema de ecuaciones y luego halla la corriente que necesites.

Thévenin y Norton

Tensión de Thévenin
Vth = Vopen circuit
Resistencia de Thévenin
Rth: todas las fuentes apagadas, vista desde a–b
Corriente de Norton
IN = Vth/Rth
Corriente en la carga
IL = Vth/(Rth + RL)
Máxima transferencia de potencia
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Método

  1. Quita la carga y marca los dos terminales a y b.
  2. Halla la tensión en circuito abierto entre a y b: es Vth.
  3. Anula todas las fuentes independientes y halla la resistencia vista desde a–b: es Rth.
  4. Vuelve a conectar la carga al circuito equivalente: Vth en serie con Rth.
  5. Para el equivalente de Norton, convierte: IN = Vth/Rth, con RN = Rth en paralelo.

Transitorios RC y RL

Constante de tiempo
τ = RC | τ = L/R
Respuesta
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Condensador en continua
circuito abierto; vC no puede saltar
Bobina en continua
cortocircuito; iL no puede saltar
Régimen permanente
t ≈ 5τ

Método

  1. Halla el valor inicial justo después de la conmutación: la tensión de un condensador y la corriente de una bobina no pueden variar bruscamente.
  2. Halla el valor final mucho después de la conmutación: un condensador se comporta como un circuito abierto y una bobina como un cortocircuito.
  3. Halla la constante de tiempo: τ = RC o τ = L/R, usando la resistencia que ve el condensador o la bobina.
  4. Usa x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Impedancia y fasores en alterna

Impedancias
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Frecuencia angular
ω = 2πf
Módulo y ángulo
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Ley de Ohm con fasores
V = I·Z

Método

  1. Convierte la frecuencia: ω = 2πf.
  2. Halla cada reactancia: XL = ωL y XC = 1/(ωC).
  3. Suma las impedancias como resistencias, con Z = R + jX.
  4. Halla el módulo |Z| = √(R² + X²) y el ángulo φ = atan(X/R), y luego aplica la ley de Ohm con fasores.

Potencia en alterna y factor de potencia

Potencia activa
P = V·I·cos φ
Potencia reactiva
Q = V·I·sin φ
Potencia aparente
S = V·I = √(P² + Q²)
Factor de potencia
pf = cos φ = P/S
Condensador de compensación
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Potencia trifásica

Conexión en estrella (Y)
VL = √3·Vph, IL = Iph
Conexión en triángulo (Δ)
VL = Vph, IL = √3·Iph
Potencia activa total
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Potencia aparente y reactiva
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Condensadores de compensación
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tensión en cada condensador
Δ: VL Y: VL/√3
Potencia absorbida por el motor
Pin = Pout/η

Transformadores

Relación de transformación
a = N1/N2 = V1/V2
Relación de corrientes
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Corriente nominal
I = S/V
Impedancia referida
Z1′ = a²·ZL
Pérdidas en el cobre a carga parcial
Pcu = x²·Pcu,fl
Rendimiento
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Rendimiento máximo
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Problemas de práctica

1.Resistencias en serie y en paraleloMedia
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩIR2​AR4​10 ΩB

Halla la corriente IR2 por R2.

V1 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
2.Resistencias en serie y en paraleloDifícil
R1​ = 25 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​15 ΩBR6​8 Ω

Halla la resistencia equivalente Req que ve la fuente V1.

V1 = 36 VR1 = 25 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 15 ΩR5 = 6 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Análisis nodalMedia
R1​ = 2 ΩR3​ = 10 ΩIR3​+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩBIs​5 A

Usa el análisis nodal para hallar la corriente IR3 por R3 en el sentido de la flecha.

V1 = 18 VIs = 5 AR1 = 2 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 6 Ω
IR3 = A
4.Análisis nodalDifícil
R1​ = 30 ΩIR1​R2​ = 5 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​5 VR3​2 ΩAR5​30 ΩBIs​0,5 A+−V2​10 V

Usa el análisis nodal para hallar la corriente IR1 por R1 en el sentido de la flecha.

V1 = 5 VIs = 0,5 AV2 = 10 VR1 = 30 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 ΩR5 = 30 Ω
IR1 = A
5.Thévenin y NortonMedia
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAab

Halla la resistencia de Thévenin Rth vista desde los terminales a–b.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin y NortonDifícil
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​2,5 ABRL​8 ΩIL​

Se conecta una carga RL = 8 Ω entre a–b. Sustituye el resto del circuito por su equivalente de Thévenin y halla la corriente de carga IL.

V1 = 18 VIs = 2,5 AR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩRL = 8 Ω
IL = A
7.Transitorios RC y RLMedia
+−Vs​30 Vt = 0R1​ = 1 kΩR2​ = 3,3 kΩC220 µF+−vC​

La fuente Vₛ carga el condensador a través de R₁, y R₂ está conectada en paralelo con C. El condensador está descargado cuando el interruptor se cierra en t = 0. Halla la constante de tiempo τ del circuito después de cerrar el interruptor.

Vs = 30 VR1 = 1 kΩR2 = 3,3 kΩC = 220 µF
τ = ms
8.Transitorios RC y RLDifícil
+−Vs​6 Vt = 0R = 10 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 30 V

Justo antes de que el interruptor se cierre en t = 0, el condensador tiene 30 V con la polaridad indicada. ¿Cuánto tarda vC en llegar a 15,6 V? Halla t.

Vs = 6 VR = 10 kΩC = 47 µFvC(0) = 30 V
t = ms
9.Impedancia y fasores en alternaMedia
12 V50 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 22 µFI

Un circuito RLC en serie está conectado a una alimentación de 12 V (eficaces) y 50 Hz. Halla la corriente eficaz I.

V = 12 V (rms)f = 50 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 22 µF
I = A
10.Impedancia y fasores en alternaDifícil
VfR = 100 ΩL = 2 mHC = 0,01 µF

Un circuito RLC en serie tiene R = 100 Ω, L = 2 mH y C = 0,01 µF. Halla su factor de calidad Q en resonancia.

R = 100 ΩL = 2 mHC = 0,01 µF
Q =
11.Potencia en alterna y factor de potenciaMedia
240 VZ24 + j7 ΩI

Una carga de impedancia Z = 24 + j7 Ω está conectada a una alimentación monofásica de 240 V (eficaces). Halla la potencia activa P que absorbe.

V = 240 VZ = 24 + j7 Ω
P = W
12.Potencia en alterna y factor de potenciaDifícil
P = 25 kWQ1​S1​φ1​QC​

Una carga monofásica consume 25 kW con un factor de potencia de 0,7 inductivo de una alimentación de 400 V y 60 Hz. Un condensador conectado en paralelo eleva el factor de potencia a 0,9. Halla la capacidad C necesaria.

P = 25 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,9V = 400 Vf = 60 Hz
C = µF
13.Potencia trifásicaMedia
ABCVL​ = 415 VIL​ = 20 Acos φ = 0,75inductivo

Una carga trifásica equilibrada consume una corriente de línea de 20 A de una alimentación con una tensión de línea de 415 V. El factor de potencia es 0,75 inductivo. Halla la potencia activa total P que consume la carga en kW.

VL = 415 VIL = 20 Acos φ = 0,75
P = kW
14.Potencia trifásicaDifícil
P = 80 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Una carga trifásica equilibrada consume 80 kW con un factor de potencia de 0,78 inductivo de una alimentación de 480 V (de línea) y 50 Hz. Una batería trifásica de condensadores en paralelo con la carga debe elevar el factor de potencia total a 0,95 inductivo. La potencia activa no cambia. Halla la potencia reactiva total QC que debe aportar la batería de condensadores, en kvar.

P = 80 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,95VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformadoresMedia
2 Ω21

Se conecta una resistencia de 2 Ω en el devanado secundario de un transformador ideal con una relación de transformación N₁:N₂ = 2:1. Halla la resistencia R1′ vista desde el devanado primario.

N1:N2 = 2:1RL = 2 Ω
R1′ = Ω
16.TransformadoresDifícil
500 kVA

Un transformador monofásico de 500 kVA tiene unas pérdidas en el hierro de 1500 W y unas pérdidas en el cobre de 2250 W a carga nominal. ¿Con qué carga Sη,max, en kVA, es máximo su rendimiento?

S = 500 kVAPcore = 1500 WPcu,fl = 2250 W
Sη,max = kVA

3Disoluciones

1.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR2 = 0,4615 A

Resistencias en serie y en paralelo: en serie, la misma corriente pasa por cada resistencia y R = R₁ + R₂ + …. En paralelo, cada resistencia tiene la misma tensión y 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Una red en escalera se reduce por parejas hasta que queda una sola resistencia equivalente.

R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​10 ΩB

Combina las resistencias desde el extremo más lejano

Empieza por el extremo más alejado de la fuente y avanza hacia ella. Las resistencias con la misma corriente están en serie; las que están entre los mismos dos nodos, en paralelo.

R3 + R4 = 5 + 10 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
Req = R1 + 7,5 = 12 + 7,5 = 19,5 Ω

Corriente de la fuente

La fuente solo ve Req, así que la ley de Ohm da la corriente que entrega. Esa corriente pasa por R₁.

IR1 = V1/Req = 18/19,5 = 0,9231 A

Corriente por R₂

Resta la caída en R₁ para obtener la tensión en el nodo A, que es la tensión en R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 0,9231·12 = 6,923 V
IR2 = VA/R2 = 6,923/15 = 0,4615 A

Respuesta

IR2 = 0,4615 A
2.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: Req = 28,24 Ω

Resistencias en serie y en paralelo: en serie, la misma corriente pasa por cada resistencia y R = R₁ + R₂ + …. En paralelo, cada resistencia tiene la misma tensión y 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Una red en escalera se reduce por parejas hasta que queda una sola resistencia equivalente.

R1​ = 25 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​15 ΩBR6​8 Ω

Combina las resistencias desde el extremo más lejano

Empieza por el extremo más alejado de la fuente y avanza hacia ella. Las resistencias con la misma corriente están en serie; las que están entre los mismos dos nodos, en paralelo.

R5 + R6 = 6 + 8 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 7,241 Ω
R3 + 7,241 = 9,241 Ω
R2 ∥ 9,241 = 3,245 Ω
Req = R1 + 3,245 = 25 + 3,245 = 28,24 Ω

Respuesta

Req = 28,24 Ω
3.Análisis nodal

Respuesta: IR3 = −1,116 A

Análisis nodal: elige un nodo de referencia, nombra las tensiones de nodo desconocidas, escribe la ley de corrientes de Kirchhoff en cada nodo desconocido usando la ley de Ohm (I = ΔV/R) y resuelve las ecuaciones resultantes.

R1​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩBIs​5 A

Plantea los nodos

La tierra es el cable inferior. Las tensiones de nodo conocidas salen directamente de las fuentes (V1 = 18 V). Incógnitas: VA, VB.

LCK en el nodo A

Las corrientes que salen de A por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/3 + (VA − 18)/2 + (VA − VB)/10 = 0
0,9333·VA − 0,1·VB = 9

LCK en el nodo B

Las corrientes que salen de B por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/6 + (VB − VA)/10 = 5
−0,1·VA + 0,2667·VB = 5

Resuelve

Δ = (0,9333)(0,2667) − (−0,1)(−0,1) = 0,2389
VA = Δ1/Δ = 2,9/0,2389 = 12,14 V
VB = Δ2/Δ = 5,567/0,2389 = 23,3 V

Respuesta

IR3 = (VA − VB)/R3 = (12,14 − 23,3)/10 = −1,116 A
4.Análisis nodal

Respuesta: IR1 = 0,1054 A

Análisis nodal: elige un nodo de referencia, nombra las tensiones de nodo desconocidas, escribe la ley de corrientes de Kirchhoff en cada nodo desconocido usando la ley de Ohm (I = ΔV/R) y resuelve las ecuaciones resultantes.

R1​ = 30 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​5 VR3​2 ΩAR5​30 ΩBIs​0,5 A+−V2​10 V

Plantea los nodos

La tierra es el cable inferior. Las tensiones de nodo conocidas salen directamente de las fuentes (V1 = 5 V, V2 = 10 V). Incógnitas: VA, VB.

LCK en el nodo A

Las corrientes que salen de A por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/2 + (VA − 5)/30 + (VA − VB)/5 = 0
0,7333·VA − 0,2·VB = 0,1667

LCK en el nodo B

Las corrientes que salen de B por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/30 + (VB − VA)/5 + (VB − 10)/8 = 0,5
−0,2·VA + 0,3583·VB = 1,75

Resuelve

Δ = (0,7333)(0,3583) − (−0,2)(−0,2) = 0,2228
VA = Δ1/Δ = 0,4097/0,2228 = 1,839 V
VB = Δ2/Δ = 1,317/0,2228 = 5,91 V

Respuesta

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (5 − 1,839)/30 = 0,1054 A
5.Thévenin y Norton

Respuesta: Rth = 8,5 Ω

Teorema de Thévenin: toda red lineal de dos terminales se comporta como una única fuente de tensión Vth en serie con una resistencia Rth. El teorema de Norton da la misma red como una fuente de corriente IN = Vth/Rth en paralelo con Rth.

R1​ = 3 ΩR3​ = 6 ΩCORTOR2​15 ΩAabRth​

Halla Rth con todas las fuentes apagadas

Sustituye las fuentes de tensión por cortocircuitos y las de corriente por circuitos abiertos, y mira el circuito desde a–b.

R1 ∥ R2 = 3·15/(3+15) = 2,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,5 + 6 = 8,5 Ω
6.Thévenin y Norton

Respuesta: IL = 2,279 A

Teorema de Thévenin: toda red lineal de dos terminales se comporta como una única fuente de tensión Vth en serie con una resistencia Rth. El teorema de Norton da la misma red como una fuente de corriente IN = Vth/Rth en paralelo con Rth.

R1​ = 4 ΩR3​ = 15 ΩCORTOR2​15 ΩAABIERTOBabRth​

Halla Rth con todas las fuentes apagadas

Sustituye las fuentes de tensión por cortocircuitos y las de corriente por circuitos abiertos, y mira el circuito desde a–b.

R1 ∥ R2 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 15 = 18,16 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​2,5 ABab+−Vth​

Halla Vth, la tensión en circuito abierto

Con a–b abiertos, el único camino para Iₛ es por R₃ hacia el nodo A. Halla V_A por superposición de V₁ e Iₛ y luego suma la caída en R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 14,21 + 2,5·3,158 = 22,11 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22,11 + 2,5·15 = 59,61 V
Rth​ = 18,16 Ω+−Vth​59,61 VRL​8 ΩIL​

Conecta la carga al equivalente de Thévenin

La fuente de Thévenin y R_th en serie se comportan exactamente como el circuito original en a–b, así que la carga ve un simple lazo en serie.

IL = Vth/(Rth + RL) = 59,61/(18,16 + 8) = 2,279 A
7.Transitorios RC y RL

Respuesta: τ = 168,8 ms

Transitorios de primer orden: en un circuito con un condensador o una bobina, cada tensión y corriente pasa de forma exponencial de su valor inicial a su valor final: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, con τ = RC o τ = L/R. Tras unos 5τ el circuito se ha estabilizado.

Equivalente de Thévenin visto por el condensador

Cortocircuita la fuente para hallar Rth; deja abierto el condensador para hallar la tensión a la que se estabilizará.

Rth = R1 ∥ R2 = 1·3,3/(1 + 3,3) = 0,7674 kΩ
vC(∞) = 30·3,3/(1 + 3,3) = 23,02 V

Constante de tiempo

τ = Rth·C = 0,7674·220 = 168,8 ms

Respuesta

τ = 168,8 ms
8.Transitorios RC y RL

Respuesta: t = 430,7 ms

Transitorios de primer orden: en un circuito con un condensador o una bobina, cada tensión y corriente pasa de forma exponencial de su valor inicial a su valor final: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, con τ = RC o τ = L/R. Tras unos 5τ el circuito se ha estabilizado.

Valor inicial, valor final, constante de tiempo

La tensión del condensador no puede saltar, así que parte de su valor almacenado y tiende a la tensión de la fuente.

vC(0) = 30 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 10 kΩ · 47 µF = 470 ms
vC(t) = 6 + (30 − 6)·e−t/τ

Despeja el tiempo

15,6 = 6 + (24)·e−t/τ → e−t/τ = (15,6 − 6)/(30 − 6) = 0,4
t = τ·ln((30 − 6)/(15,6 − 6)) = 470·ln(2,5) = 430,7 ms

Respuesta

t = 430,7 ms
9.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: I = 0,08329 A

Circuitos de alterna con fasores: resistencias, bobinas y condensadores tienen impedancias R, jωL y 1/(jωC), con ω = 2πf. En serie, las impedancias se suman como resistencias, pero como números complejos. La corriente y la tensión eficaces siguen la ley de Ohm con |Z|.

Reactancias

ω = 2πf = 2π·50 = 314,2 rad/s
XL = ωL = 314,2·0,02 = 6,283 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(314,2·22·10⁻⁶) = 144,7 Ω

Impedancia

En serie, las impedancias se suman como números complejos: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(40² + (−138,4)²) = 144,1 Ω

Corriente

La misma corriente pasa por todos los elementos de un circuito en serie.

I = V/|Z| = 12/144,1 = 0,08329 A

Respuesta

I = 0,08329 A
10.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: Q = 4,472

Circuitos de alterna con fasores: resistencias, bobinas y condensadores tienen impedancias R, jωL y 1/(jωC), con ω = 2πf. En serie, las impedancias se suman como resistencias, pero como números complejos. La corriente y la tensión eficaces siguen la ley de Ohm con |Z|.

Frecuencia de resonancia

f0 = 1/(2π·√(0,002·0,01·10⁻⁶)) = 35588 Hz

Factor de calidad

Q compara la reactancia en resonancia con la resistencia: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/100)·√(0,002/(0,01·10⁻⁶)) = 4,472

Respuesta

Q = 4,472
11.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: P = 2212 W

Potencia en alterna: la potencia aparente S = V·I (VA) se divide en potencia activa P = S·cos φ (W), que hace trabajo útil, y potencia reactiva Q = S·sin φ (var), que va y viene entre fuente y carga. El factor de potencia es cos φ. Un condensador en paralelo aporta potencia reactiva en el propio punto, así que la corriente de línea baja para la misma potencia activa.

Corriente

|Z| = √(24² + 7²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 240/25 = 9,6 A

Potencia activa

P = I²·R = 9,6²·24 = 2212 W

Respuesta

P = 2212 W
12.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: C = 222,1 µF

Potencia en alterna: la potencia aparente S = V·I (VA) se divide en potencia activa P = S·cos φ (W), que hace trabajo útil, y potencia reactiva Q = S·sin φ (var), que va y viene entre fuente y carga. El factor de potencia es cos φ. Un condensador en paralelo aporta potencia reactiva en el propio punto, así que la corriente de línea baja para la misma potencia activa.

Potencia reactiva antes y después

La potencia activa P no cambia; solo cambia la potencia reactiva que se toma de la red.

Q1 = P·tan φ1 = 25·tan(45,57°) = 25,51 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 25·tan(25,84°) = 12,11 kvar
QC = Q1 − Q2 = 13,4 kvar

Capacidad

Un condensador conectado a la red aporta Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 13397/(2π·60·400²) = 222,1 µF

Respuesta

C = 222,1 µF
13.Potencia trifásica

Respuesta: P = 10,78 kW

Sistemas trifásicos equilibrados: en una conexión en Y (estrella) la tensión de línea es √3 veces la tensión de fase, VL = √3·Vph, y la corriente de línea es igual a la corriente de fase. En una conexión en Δ (triángulo) la tensión de línea es igual a la tensión de fase y la corriente de línea es √3 veces la corriente de fase, IL = √3·Iph. La potencia total es tres veces la potencia de una fase: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Potencia aparente

S = √3·VL·IL = √3·415·20 = 14,38 kVA

Potencia activa

P = S·cos φ = 14,38·0,75 = 10,78 kW

Respuesta

P = 10,78 kW
14.Potencia trifásica

Respuesta: QC = 37,89 kvar

Sistemas trifásicos equilibrados: en una conexión en Y (estrella) la tensión de línea es √3 veces la tensión de fase, VL = √3·Vph, y la corriente de línea es igual a la corriente de fase. En una conexión en Δ (triángulo) la tensión de línea es igual a la tensión de fase y la corriente de línea es √3 veces la corriente de fase, IL = √3·Iph. La potencia total es tres veces la potencia de una fase: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Corrección del factor de potencia: los condensadores aportan potencia reactiva en el propio punto, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Cada uno de los tres condensadores aporta QC/3 = V²·ω·C, donde V es la tensión en ese condensador: VL en una batería en triángulo, VL/√3 en una batería en estrella.

Potencia reactiva antes y después

La potencia activa no cambia, así que cada factor de potencia fija la potencia reactiva: Q = P·tan φ.

Q1 = 80·tan(acos 0,78) = 80·0,8023 = 64,18 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0,95) = 80·0,3287 = 26,29 kvar

Potencia reactiva de los condensadores

QC = Q1 − Q2 = 37,89 kvar

Respuesta

QC = 37,89 kvar
15.Transformadores

Respuesta: R1′ = 8 Ω

Transformador ideal: las tensiones están en la relación de las espiras y las corrientes en la relación inversa: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a e I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, así que la potencia de entrada es igual a la de salida, V₁·I₁ = V₂·I₂. Una impedancia de carga Z en el secundario se ve como a²·Z desde el primario.

Resistencia referida

La tensión sube en un factor a y la corriente baja en un factor a, así que el cociente V/I sube en un factor a².

R1′ = a²·RL = 2²·2 = 8 Ω

Respuesta

R1′ = 8 Ω
16.Transformadores

Respuesta: Sη,max = 408,2 kVA

Pérdidas del transformador: las pérdidas en el hierro (histéresis y corrientes de Foucault) dependen de la tensión y son las mismas con cualquier carga. Las pérdidas en el cobre de los devanados van con el cuadrado de la corriente, así que a una fracción x de la carga nominal valen x²·Pcu,fl. Rendimiento η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), con Pout = x·S·pf. El rendimiento es máximo con la carga a la que las pérdidas en el cobre igualan a las pérdidas en el hierro.

Pérdidas en el cobre iguales a las pérdidas en el hierro

x²·2250 = 1500 → x = √(1500/2250) = 0,8165

Carga de rendimiento máximo

Sη,max = x·S = 0,8165·500 = 408,2 kVA

Respuesta

Sη,max = 408,2 kVA

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