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​ = 6 ΩIR1​R3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​10 ΩB

Halla la corriente IR1 que entrega la fuente, que pasa por R1.

V1 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Resistencias en serie y en paraleloDifícil
R1​ = 25 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​25 ΩBR6​25 Ω

Halla la resistencia equivalente Req que ve la fuente V1.

V1 = 6 VR1 = 25 ΩR2 = 12 ΩR3 = 30 ΩR4 = 25 ΩR5 = 4 ΩR6 = 25 Ω
Req = Ω
3.Análisis nodalMedia
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAR4​5 ΩBIs​5 A

Usa el análisis nodal para hallar la potencia PIs entregada por la fuente de corriente Is.

V1 = 10 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 5 Ω
PIs = W
4.Análisis nodalDifícil
R1​ = 4 ΩIR1​+−Vs​ = 10 V+−V1​5 VR2​12 ΩAR3​25 ΩBIs​1 A

La fuente de tensión Vₛ entre A y B tiene su borne + en A, así que impone VA − VB = Vₛ. Usa el análisis nodal con un supernodo para hallar la corriente IR1 por R1 en el sentido de la flecha.

V1 = 5 VIs = 1 AVs = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 25 Ω
IR1 = A
5.Thévenin y NortonMedia
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAab

Halla la tensión de Thévenin Vth vista desde los terminales a–b.

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
6.Thévenin y NortonDifícil
R1​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAIs​1,5 ABRL​8 ΩIL​

Se conecta una carga RL = 8 Ω entre a–b. Usa un equivalente de Thévenin para hallar la potencia PL entregada a la carga.

V1 = 5 VIs = 1,5 AR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩRL = 8 Ω
PL = W
7.Transitorios RC y RLMedia
+−Vs​24 Vt = 0R1​ = 3,3 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 tensión del condensador vC en t = 400 ms.

Vs = 24 VR1 = 3,3 kΩR2 = 3,3 kΩC = 220 µFt = 400 ms
vC = V
8.Transitorios RC y RLDifícil
+−Vs​5 Vt = 0R = 6,8 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 18 V

Justo antes de que el interruptor se cierre en t = 0, el condensador tiene 18 V con la polaridad indicada. ¿Cuánto tarda vC en llegar a 10,2 V? Halla t.

Vs = 5 VR = 6,8 kΩC = 68 µFvC(0) = 18 V
t = ms
9.Impedancia y fasores en alternaMedia
100 V1000 HzR = 20 ΩL = 50 mHC = 22 µFI

Un circuito RLC en serie está conectado a una alimentación de 100 V (eficaces) y 1000 Hz. Halla la corriente eficaz I.

V = 100 V (rms)f = 1000 HzR = 20 ΩL = 50 mHC = 22 µF
I = A
10.Impedancia y fasores en alternaDifícil
100 V60 HzR1​ = 25 ΩR2​ = 80 ΩC = 10 µF

Una resistencia R1 está conectada en serie con una combinación en paralelo de R2 y un condensador C, a una alimentación de 100 V (eficaces) y 60 Hz. Halla el módulo de la impedancia |Z|.

V = 100 V (rms)f = 60 HzR1 = 25 ΩR2 = 80 ΩC = 10 µF
|Z| = Ω
11.Potencia en alterna y factor de potenciaMedia
230 VZ7 + j24 ΩI

Una carga de impedancia Z = 7 + j24 Ω está conectada a una alimentación monofásica de 230 V (eficaces). Halla la potencia reactiva Q que absorbe.

V = 230 VZ = 7 + j24 Ω
Q = var
12.Potencia en alterna y factor de potenciaDifícil
230 V60 Hzcarga22 kW, 0,8C470 µFI

Una carga monofásica consume 22 kW con un factor de potencia de 0,8 inductivo de una alimentación de 230 V y 60 Hz. Se conecta un condensador de 470 µF en paralelo con la carga. Halla el nuevo factor de potencia cos φ que ve la alimentación.

P = 22 kWpf1 = 0,8V = 230 Vf = 60 HzC = 470 µF
cos φ =
13.Potencia trifásicaMedia
ABCVL​ = 400 VNZ = 6 + j8 Ωpor fase

Una carga equilibrada conectada en estrella, con una impedancia de 6 + j8 Ω por fase, se conecta a una alimentación trifásica equilibrada con una tensión de línea de 400 V. Halla la potencia activa total P que absorbe la carga en kW.

VL = 400 VZ = 6 + j8 Ω por fase
P = kW
14.Potencia trifásicaDifícil
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Una carga trifásica equilibrada consume 75 kW con un factor de potencia de 0,65 inductivo de una alimentación de 400 V (de línea) y 50 Hz. Una batería trifásica de condensadores en paralelo con la carga debe elevar el factor de potencia total a 0,98 inductivo. La potencia activa no cambia. Halla la potencia reactiva total QC que debe aportar la batería de condensadores, en kvar.

P = 75 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,98VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformadoresMedia
RL​ = 60 Ω41960 VV2​I1​ = ?I2​

A un transformador ideal con una relación de transformación N₁:N₂ = 4:1 se le aplican 960 V en el devanado primario. Se conecta una resistencia de 60 Ω en el devanado secundario. Halla la corriente del primario I1.

N1:N2 = 4:1V1 = 960 VRL = 60 Ω
I1 = A
16.TransformadoresDifícil
pf 0,875 kVA, η = 98%

Un transformador monofásico de 75 kVA tiene unas pérdidas en el hierro de 300 W. A carga nominal y con un factor de potencia de 0,8 inductivo su rendimiento es del 98 %. Halla las pérdidas en el cobre a plena carga Pcu,fl en vatios.

S = 75 kVAPcore = 300 Wpf = 0,8η = 98%
Pcu,fl = W

3Disoluciones

1.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR1 = 0,4444 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​ = 6 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​10 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 = 20 + 10 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 10·30/(10+30) = 7,5 Ω
Req = R1 + 7,5 = 6 + 7,5 = 13,5 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 = 6/13,5 = 0,4444 A

Respuesta

IR1 = 0,4444 A
2.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: Req = 34,4 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​ = 30 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​25 ΩBR6​25 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 = 4 + 25 = 29 Ω
R4 ∥ 29 = 13,43 Ω
R3 + 13,43 = 43,43 Ω
R2 ∥ 43,43 = 9,402 Ω
Req = R1 + 9,402 = 25 + 9,402 = 34,4 Ω

Respuesta

Req = 34,4 Ω
3.Análisis nodal

Respuesta: PIs = 89,96 W

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.

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/12 + (VA − 10)/15 + (VA − VB)/3 = 0
0,4833·VA − 0,3333·VB = 0,6667

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/5 + (VB − VA)/3 = 5
−0,3333·VA + 0,5333·VB = 5

Resuelve

Δ = (0,4833)(0,5333) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,1467
VA = Δ1/Δ = 2,022/0,1467 = 13,79 V
VB = Δ2/Δ = 2,639/0,1467 = 17,99 V

Potencia entregada por la fuente de corriente

La fuente impulsa Iₛ hacia arriba al nodo B, desde tierra (0 V) hasta VB. Una fuente cuya corriente sale por su borne + entrega P = V·I.

PIs = VB·Is = 17,99·5 = 89,96 W

Respuesta

PIs = 89,96 W
4.Análisis nodal

Respuesta: IR1 = −0,5246 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.

Forma un supernodo

La fuente de tensión entre A y B conduce una corriente desconocida, así que no se puede escribir la LCK en A ni en B por separado. Encierra A, B y la fuente en un supernodo: la corriente que entra es igual a la que sale.

VB = VA − 10
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Resuelve

(VA − 5)/4 + VA/12 + (VA − 10)/25 = 1
VA·(1/4 + 1/12 + 1/25) = 1 + 5/4 + 10/25 = 2,65
VA = 2,65/0,3733 = 7,098 V
VB = −2,902 V

Corriente por R₁

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (5 − 7,098)/4 = −0,5246 A

Respuesta

IR1 = −0,5246 A

Un resultado negativo significa que la corriente real circula en contra de la flecha.

5.Thévenin y Norton

Respuesta: Vth = 4,909 V

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​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩCORTOR2​6 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 = 5·6/(5+6) = 2,727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 6 = 8,727 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAab+−Vth​

Halla Vth, la tensión en circuito abierto

Con a–b abiertos, no circula corriente por R₃, así que no hay caída en ella y V_b = V_A. R₁ y R₂ forman un divisor de tensión.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 9·6/(5+6) = 4,909 V
6.Thévenin y Norton

Respuesta: PL = 2,925 W

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​ = 20 ΩR3​ = 3 ΩCORTOR2​4 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 = 20·4/(20+4) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 3 = 6,333 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAIs​1,5 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) = 0,8333 + (−1,5)·3,333 = −4,167 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −4,167 + (−1,5)·3 = −8,667 V
Rth​ = 6,333 Ω−+Vth​8,667 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) = −8,667/(6,333 + 8) = −0,6047 A
PL = IL²·RL = −0,6047²·8 = 2,925 W
7.Transitorios RC y RL

Respuesta: vC = 8,013 V

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 = 3,3·3,3/(3,3 + 3,3) = 1,65 kΩ
vC(∞) = 24·3,3/(3,3 + 3,3) = 12 V

Constante de tiempo

τ = Rth·C = 1,65·220 = 363 ms

Curva de carga

vC(t) = 12·(1 − e−400/363) = 8,013 V

Respuesta

vC = 8,013 V
8.Transitorios RC y RL

Respuesta: t = 423,7 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) = 18 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 68 µF = 462,4 ms
vC(t) = 5 + (18 − 5)·e−t/τ

Despeja el tiempo

10,2 = 5 + (13)·e−t/τ → e−t/τ = (10,2 − 5)/(18 − 5) = 0,4
t = τ·ln((18 − 5)/(10,2 − 5)) = 462,4·ln(2,5) = 423,7 ms

Respuesta

t = 423,7 ms
9.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: I = 0,3251 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·1000 = 6283 rad/s
XL = ωL = 6283·0,05 = 314,2 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(6283·22·10⁻⁶) = 7,234 Ω

Impedancia

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(20² + (306,9)²) = 307,6 Ω

Corriente

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

I = V/|Z| = 100/307,6 = 0,3251 A

Respuesta

I = 0,3251 A
10.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: |Z| = 100,8 Ω

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|.

Reactancia

XC = 1/(2π·60·10·10⁻⁶) = 265,3 Ω

Combinación en paralelo

Multiplica numerador y denominador por el conjugado complejo para separar Zp en parte real e imaginaria.

Zp = R₂·(−jXC)/(R₂ − jXC) = (R₂·XC² − jR₂²·XC)/(R₂² + XC²)
Zp = 73,33 − j22,12 Ω

Impedancia total

Z = 25 + 73,33 − j22,12 = 98,33 − j22,12 Ω
|Z| = √(98,33² + 22,12²) = 100,8 Ω

Respuesta

|Z| = 100,8 Ω
11.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: Q = 2031 var

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| = √(7² + 24²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 230/25 = 9,2 A

Potencia reactiva

Q = I²·X = 9,2²·24 = 2031 var

Respuesta

Q = 2031 var
12.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: cos φ = 0,9513

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 = 22·tan(arccos 0,8) = 16,5 kvar
QC = V²·2πf·C = 230²·2π·60·470·10⁻⁶ = 9373 var = 9,373 kvar
Q2 = 16,5 − 9,373 = 7,127 kvar

Nueva potencia aparente

S2 = √(22² + 7,127²) = 23,13 kVA

Nuevo factor de potencia

cos φ = P/S2 = 22/23,13 = 0,9513

Respuesta

cos φ = 0,9513
13.Potencia trifásica

Respuesta: P = 9,6 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.

Tensión de fase

Vph = 400/√3 = 230,9 V

Corriente de fase

|Z| = √(6² + 8²) = 10 Ω
Iph = 230,9/10 = 23,09 A

Potencia activa total

Solo la parte resistiva de cada impedancia absorbe potencia activa.

P = 3·Iph²·R = 3·23,09²·6 = 9,6 kW

Respuesta

P = 9,6 kW

Comprobación: cos φ = R/|Z| = 0,6, y √3·VL·IL·cos φ da la misma potencia.

14.Potencia trifásica

Respuesta: QC = 72,46 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 = 75·tan(acos 0,65) = 75·1,169 = 87,68 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0,98) = 75·0,2031 = 15,23 kvar

Potencia reactiva de los condensadores

QC = Q1 − Q2 = 72,46 kvar

Respuesta

QC = 72,46 kvar
15.Transformadores

Respuesta: I1 = 1 A

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.

Tensión y corriente del secundario

V2 = 960/4 = 240 V
I2 = 240/60 = 4 A

Corriente del primario

Un transformador ideal no tiene pérdidas: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/4 = 1 A

Respuesta

I1 = 1 A

Comprobación: la carga vista desde el primario es a²·RL = 960 Ω, y 960/960 da la misma corriente.

16.Transformadores

Respuesta: Pcu,fl = 924,5 W

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.

Potencia útil y absorbida

Pout = 75·0,8 = 60 kW
Pin = 60000/0,98 = 61224 W

Pérdidas totales y en el cobre

Ploss = 61224 − 60000 = 1224 W
Pcu,fl = 1224 − 300 = 924,5 W

Respuesta

Pcu,fl = 924,5 W

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