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​ = 8 ΩIR1​R3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​6 ΩB

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

V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩR4 = 6 Ω
IR1 = A
2.Resistencias en serie y en paraleloDifícil
R1​ = 2 ΩIR1​R3​ = 8 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​5 ΩAR4​2 ΩBR6​3 Ω

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

V1 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 2 ΩR5 = 6 ΩR6 = 3 Ω
IR1 = A
3.Análisis nodalMedia
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​6 ΩBIs​2 A

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

V1 = 6 VIs = 2 AR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩR4 = 6 Ω
PIs = W
4.Análisis nodalDifícil
R1​ = 30 ΩR2​ = 6 ΩIR2​R4​ = 5 Ω+−V1​36 VR3​10 ΩAR5​25 ΩBIs​5 A+−V2​5 V

Usa el análisis nodal para hallar la corriente IR2 por R2 en el sentido de la flecha.

V1 = 36 VIs = 5 AV2 = 5 VR1 = 30 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 ΩR4 = 5 ΩR5 = 25 Ω
IR2 = A
5.Thévenin y NortonMedia
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩARL​6 ΩIL​B

Se conecta una carga RL = 6 Ω entre a–b. Sustituye el resto del circuito por su equivalente de Thévenin y halla la corriente de carga IL.

V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 ΩRL = 6 Ω
IL = A
6.Thévenin y NortonDifícil
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAIs​2,5 ABRL​6 ΩIL​

Se conecta una carga RL = 6 Ω entre a–b. Usa un equivalente de Thévenin para hallar la potencia PL entregada a la carga.

V1 = 9 VIs = 2,5 AR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 12 ΩRL = 6 Ω
PL = W
7.Transitorios RC y RLMedia
+−Vs​20 Vt = 0R = 22 ΩL100 mHi(t)

La bobina no lleva corriente antes de que el interruptor se cierre en t = 0. Halla la tensión vL en la bobina en t = 10 ms.

Vs = 20 VR = 22 ΩL = 100 mHt = 10 ms
vL = V
8.Transitorios RC y RLDifícil
+−Vs​15 VR1​ = 22 ΩR2​ = 47 Ωse abre en t = 0L33 mHi(t)

El interruptor en paralelo con R2 lleva mucho tiempo cerrado, así que la corriente de la bobina es estacionaria. En t = 0 se abre el interruptor. Halla la corriente de la bobina i en t = 1 ms.

Vs = 15 VR1 = 22 ΩR2 = 47 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
9.Impedancia y fasores en alternaMedia
Vf0​ = 2000 HzRL = ?C = 2,2 µF

Un circuito RLC en serie con C = 2,2 µF debe resonar a 2000 Hz. Halla la inductancia L necesaria.

f0 = 2000 HzC = 2,2 µF
L = mH
10.Impedancia y fasores en alternaDifícil
24 V60 HzR = 100 ΩL = 200 mHC = 4,7 µFI

Un circuito RLC en serie está conectado a una alimentación de 24 V (eficaces) y 60 Hz. Halla la corriente eficaz I.

V = 24 V (rms)f = 60 HzR = 100 ΩL = 200 mHC = 4,7 µF
I = A
11.Potencia en alterna y factor de potenciaMedia
P = 4 kWQSφ

Un motor monofásico consume 4 kW con un factor de potencia de 0,8 inductivo de una alimentación de 240 V. Halla la corriente de línea I.

P = 4 kWpf = 0,8V = 240 V
I = A
12.Potencia en alterna y factor de potenciaDifícil
P1​ = 57 kWQ1​S1​φ

Un transformador monofásico de 200 kVA alimenta una carga de 57 kW con un factor de potencia de 0,65 inductivo. ¿Cuánta potencia activa adicional ΔP se puede añadir como carga resistiva (factor de potencia unidad) antes de que el transformador alcance su potencia nominal en kVA?

Smax = 200 kVAP1 = 57 kWpf1 = 0,65
ΔP = kW
13.Potencia trifásicaMedia
ABCVL​ = 400 VIL​ = 15 Acos φ = 0,95inductivo

Una carga trifásica equilibrada consume una corriente de línea de 15 A de una alimentación con una tensión de línea de 400 V. El factor de potencia es 0,95 inductivo. Halla la potencia activa total P que consume la carga en kW.

VL = 400 VIL = 15 Acos φ = 0,95
P = kW
14.Potencia trifásicaDifícil
P = 250 kWφ1​S1​Q2​QC​

Una carga trifásica equilibrada consume 250 kW con un factor de potencia de 0,75 inductivo de una alimentación de 690 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. Los condensadores están conectados en triángulo. Halla la capacidad Cph de cada condensador en µF.

P = 250 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,98VL = 690 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformadoresMedia
4 ΩN1​N2​256 Ω

Un amplificador con una resistencia de salida de 256 Ω alimenta un altavoz de 4 Ω a través de un transformador ideal. Para la máxima transferencia de potencia, el altavoz debe verse como 256 Ω desde el amplificador. Halla la relación de transformación a = N₁/N₂.

Rs = 256 ΩRL = 4 Ω
a =
16.TransformadoresDifícil
pf 0,850 kVA, η = 96,5%

Un transformador monofásico de 50 kVA tiene unas pérdidas en el hierro de 400 W. A carga nominal y con un factor de potencia de 0,8 inductivo su rendimiento es del 96,5 %. Halla las pérdidas en el cobre a plena carga Pcu,fl en vatios.

S = 50 kVAPcore = 400 Wpf = 0,8η = 96,5%
Pcu,fl = W

3Disoluciones

1.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR1 = 0,505 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​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​6 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 + 6 = 11 Ω
R2 ∥ 11 = 6·11/(6+11) = 3,882 Ω
Req = R1 + 3,882 = 8 + 3,882 = 11,88 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 = 6/11,88 = 0,505 A

Respuesta

IR1 = 0,505 A
2.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR1 = 0,9448 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​ = 2 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​5 ΩAR4​2 ΩBR6​3 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 + 3 = 9 Ω
R4 ∥ 9 = 1,636 Ω
R3 + 1,636 = 9,636 Ω
R2 ∥ 9,636 = 3,292 Ω
Req = R1 + 3,292 = 2 + 3,292 = 5,292 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 = 5/5,292 = 0,9448 A

Respuesta

IR1 = 0,9448 A
3.Análisis nodal

Respuesta: PIs = 17,25 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/10 + (VA − 6)/10 + (VA − VB)/5 = 0
0,4·VA − 0,2·VB = 0,6

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)/5 = 2
−0,2·VA + 0,3667·VB = 2

Resuelve

Δ = (0,4)(0,3667) − (−0,2)(−0,2) = 0,1067
VA = Δ1/Δ = 0,62/0,1067 = 5,812 V
VB = Δ2/Δ = 0,92/0,1067 = 8,625 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 = 8,625·2 = 17,25 W

Respuesta

PIs = 17,25 W
4.Análisis nodal

Respuesta: IR2 = −0,9057 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​ = 6 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​36 VR3​10 ΩAR5​25 ΩBIs​5 A+−V2​5 V

Plantea los nodos

La tierra es el cable inferior. Las tensiones de nodo conocidas salen directamente de las fuentes (V1 = 36 V, V2 = 5 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/10 + (VA − 36)/30 + (VA − VB)/6 = 0
0,3·VA − 0,1667·VB = 1,2

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/25 + (VB − VA)/6 + (VB − 5)/5 = 5
−0,1667·VA + 0,4067·VB = 6

Resuelve

Δ = (0,3)(0,4067) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,09422
VA = Δ1/Δ = 1,488/0,09422 = 15,79 V
VB = Δ2/Δ = 2/0,09422 = 21,23 V

Respuesta

IR2 = (VA − VB)/R2 = (15,79 − 21,23)/6 = −0,9057 A
5.Thévenin y Norton

Respuesta: IL = 0,2034 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​ = 15 ΩR3​ = 5 ΩCORTOR2​5 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 = 15·5/(15+5) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 5 = 8,75 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​5 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) = 12·5/(15+5) = 3 V
Rth​ = 8,75 Ω+−Vth​3 VRL​6 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) = 3/(8,75 + 6) = 0,2034 A
6.Thévenin y Norton

Respuesta: PL = 24 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​ = 12 ΩR3​ = 12 ΩCORTOR2​8 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 = 12·8/(12+8) = 4,8 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,8 + 12 = 16,8 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​8 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) = 3,6 + 2,5·4,8 = 15,6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15,6 + 2,5·12 = 45,6 V
Rth​ = 16,8 Ω+−Vth​45,6 VRL​6 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) = 45,6/(16,8 + 6) = 2 A
PL = IL²·RL = 2²·6 = 24 W
7.Transitorios RC y RL

Respuesta: vL = 2,216 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.

Constante de tiempo y corriente final

Mucho después de cerrar el interruptor la bobina se comporta como un cortocircuito, así que la corriente final la fija solo R.

τ = L/R = 100 mH / 22 Ω = 4,545 ms
i(∞) = Vs/R = 20/22 = 0,9091 A

Tensión en la bobina

En t = 0 toda la tensión de alimentación aparece en la bobina; después cae a cero.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−10/4,545 = 2,216 V

Respuesta

vL = 2,216 V
8.Transitorios RC y RL

Respuesta: i = 0,2748 A

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

Antes de t = 0 el interruptor cerrado puentea R₂; después R₁ y R₂ están ambas en el lazo.

i(0) = 15/22 = 0,6818 A
i(∞) = 15/(22 + 47) = 0,2174 A
τ = L/R = 33/69 = 0,4783 ms
i(t) = 0,2174 + (0,6818 − 0,2174)·e−t/τ

Corriente en el instante dado

i(1) = 0,2174 + (0,4644)·e−1/0,4783 = 0,2748 A

Respuesta

i = 0,2748 A
9.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: L = 2,878 mH

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|.

Condición de resonancia

En resonancia, las reactancias inductiva y capacitiva se anulan: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·2000 = 12566 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(12566²·2,2·10⁻⁶) = 2,878 mH

Respuesta

L = 2,878 mH
10.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: I = 0,04809 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·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,2 = 75,4 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·4,7·10⁻⁶) = 564,4 Ω

Impedancia

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(100² + (−489)²) = 499,1 Ω

Corriente

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

I = V/|Z| = 24/499,1 = 0,04809 A

Respuesta

I = 0,04809 A
11.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: I = 20,83 A

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 de línea

Solo la parte activa de la potencia hace trabajo, así que divide entre el factor de potencia.

I = P/(V·cos φ) = 4000/(240·0,8) = 20,83 A

Respuesta

I = 20,83 A
12.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: ΔP = 131,6 kW

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 de la carga existente

Q1 = 57·tan(arccos 0,65) = 66,64 kvar

Potencia activa total máxima

A plena carga nominal S = Smax, y la carga resistiva no cambia Q.

P = √(Smax² − Q1²) = √(200² − 66,64²) = 188,6 kW

Potencia activa adicional

ΔP = 188,6 − 57 = 131,6 kW

Respuesta

ΔP = 131,6 kW
13.Potencia trifásica

Respuesta: P = 9,873 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 = √3·400·15 = 10,39 kVA

Potencia activa

P = S·cos φ = 10,39·0,95 = 9,873 kW

Respuesta

P = 9,873 kW
14.Potencia trifásica

Respuesta: Cph = 378,2 µF

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 = 250·tan(acos 0,75) = 250·0,8819 = 220,5 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0,98) = 250·0,2031 = 50,76 kvar

Potencia reactiva de los condensadores

QC = Q1 − Q2 = 169,7 kvar

Capacidad por fase

En una batería en triángulo cada condensador está conectado entre dos líneas.

V = 690 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 56572/(314,2·690²) = 378,2 µF

Respuesta

Cph = 378,2 µF
15.Transformadores

Respuesta: a = 8

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.

Adapta la carga referida

a²·4 = 256
a = √(256/4) = √64 = 8

Respuesta

a = 8
16.Transformadores

Respuesta: Pcu,fl = 1051 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 = 50·0,8 = 40 kW
Pin = 40000/0,965 = 41451 W

Pérdidas totales y en el cobre

Ploss = 41451 − 40000 = 1451 W
Pcu,fl = 1451 − 400 = 1051 W

Respuesta

Pcu,fl = 1051 W

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