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​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAR4​10 ΩB

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

V1 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Resistencias en serie y en paraleloDifícil
R1​ = 20 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​5 Ω

Halla la resistencia equivalente Req que ve la fuente V1.

V1 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 30 ΩR4 = 30 ΩR5 = 8 ΩR6 = 5 Ω
Req = Ω
3.Análisis nodalMedia
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAR4​20 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 15 VIs = 2,5 AR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 ΩR4 = 20 Ω
PIs = W
4.Análisis nodalDifícil
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​30 ΩAR4​8 ΩBIs​?

La fuente de corriente se ajusta hasta que la tensión de nodo en A es VA = 11 V. Usa el análisis nodal para hallar la corriente de la fuente Is (con el sentido indicado).

V1 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 30 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 ΩVA = 11 V
Is = A
5.Thévenin y NortonMedia
R1​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAab

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

V1 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin y NortonDifícil
R1​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​25 ΩAIs​0,5 ABab

Halla la corriente de Norton IN: la corriente que circula de a a b si se cortocircuitan los terminales.

V1 = 9 VIs = 0,5 AR1 = 2 ΩR2 = 25 ΩR3 = 15 Ω
IN = A
7.Transitorios RC y RLMedia
+−Vs​10 Vt = 0R1​ = 1 kΩR2​ = 2,2 kΩC10 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 = 10 VR1 = 1 kΩR2 = 2,2 kΩC = 10 µF
τ = ms
8.Transitorios RC y RLDifícil
+−Vs​5 Vt = 0R = 3,3 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

Justo antes de que el interruptor se cierre en t = 0, el condensador tiene 20 V con la polaridad indicada. ¿Cuánto tarda vC en llegar a 11 V? Halla t.

Vs = 5 VR = 3,3 kΩC = 100 µFvC(0) = 20 V
t = ms
9.Impedancia y fasores en alternaMedia
Vf0​ = 100 HzRL = 5 mHC = ?

Un circuito RLC en serie con L = 5 mH debe resonar a 100 Hz. Halla la capacidad C necesaria.

f0 = 100 HzL = 5 mH
C = µF
10.Impedancia y fasores en alternaDifícil
VfR = 20 ΩL = 20 mHC = 10 µF

Un circuito RLC en serie tiene R = 20 Ω, L = 20 mH y C = 10 µF. Halla su ancho de banda B (la anchura de la banda entre las frecuencias de media potencia), en Hz.

R = 20 ΩL = 20 mHC = 10 µF
B = Hz
11.Potencia en alterna y factor de potenciaMedia
P = 4 kWQSφ

Un motor monofásico consume 4 kW con un factor de potencia de 0,7 inductivo de una alimentación de 240 V. Halla la corriente de línea I.

P = 4 kWpf = 0,7V = 240 V
I = A
12.Potencia en alterna y factor de potenciaDifícil
P = 35 kWQ1​S1​φ1​QC​

Una carga monofásica consume 35 kW con un factor de potencia de 0,8 inductivo de una alimentación de 400 V y 60 Hz. Un condensador conectado en paralelo eleva el factor de potencia a 0,95. Halla la potencia reactiva QC que debe aportar el condensador.

P = 35 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,95V = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
13.Potencia trifásicaMedia
ABCVL​ = 415 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 415 V. Halla la potencia activa total P que absorbe la carga en kW.

VL = 415 VZ = 6 + j8 Ω por fase
P = kW
14.Potencia trifásicaDifícil
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Una carga trifásica equilibrada consume 120 kW con un factor de potencia de 0,78 inductivo de una alimentación de 480 V (de línea) y 60 Hz. Una batería trifásica de condensadores en paralelo con la carga debe elevar el factor de potencia total a 0,92 inductivo. La potencia activa no cambia. Halla la potencia reactiva total QC que debe aportar la batería de condensadores, en kvar.

P = 120 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.TransformadoresMedia
10000 V400 VIHV​ILV​ = ?10 kVA

Un transformador monofásico de 10 kVA, 10000/400 V, funciona a su carga nominal. Considéralo ideal. Halla la corriente ILV en el devanado de baja tensión.

S = 10 kVAV1 = 10000 VV2 = 400 V
ILV = A
16.TransformadoresDifícil
100 kVA

Un transformador monofásico de 100 kVA tiene unas pérdidas en el hierro de 600 W y unas pérdidas en el cobre de 2400 W a carga nominal. ¿Con qué carga Sη,max, en kVA, es máximo su rendimiento?

S = 100 kVAPcore = 600 WPcu,fl = 2400 W
Sη,max = kVA

3Disoluciones

1.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR1 = 1,152 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​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​3 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 = 15 + 10 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 3·25/(3+25) = 2,679 Ω
Req = R1 + 2,679 = 6 + 2,679 = 8,679 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 = 10/8,679 = 1,152 A

Respuesta

IR1 = 1,152 A
2.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: Req = 24,43 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​ = 20 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​5 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 = 8 + 5 = 13 Ω
R4 ∥ 13 = 9,07 Ω
R3 + 9,07 = 39,07 Ω
R2 ∥ 39,07 = 4,433 Ω
Req = R1 + 4,433 = 20 + 4,433 = 24,43 Ω

Respuesta

Req = 24,43 Ω
3.Análisis nodal

Respuesta: PIs = 71,59 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/5 + (VA − 15)/20 + (VA − VB)/20 = 0
0,3·VA − 0,05·VB = 0,75

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/20 + (VB − VA)/20 = 2,5
−0,05·VA + 0,1·VB = 2,5

Resuelve

Δ = (0,3)(0,1) − (−0,05)(−0,05) = 0,0275
VA = Δ1/Δ = 0,2/0,0275 = 7,273 V
VB = Δ2/Δ = 0,7875/0,0275 = 28,64 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 = 28,64·2,5 = 71,59 W

Respuesta

PIs = 71,59 W
4.Análisis nodal

Respuesta: Is = 1,104 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.

LCK en el nodo A

VA es conocida, así que esta ecuación da VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(11 − 18)/12 + 11/30 = (VB − 11)/2
−0,2167 = (VB − 11)/2 → VB = 10,57 V

LCK en el nodo B

Las corrientes que salen de B por las resistencias son iguales a la corriente que las fuentes inyectan en B.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (10,57 − 11)/2 + 10,57/8 = 1,104 A

Respuesta

Is = 1,104 A
5.Thévenin y Norton

Respuesta: Rth = 10,57 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​ = 20 ΩR3​ = 2 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 = 20·15/(20+15) = 8,571 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 8,571 + 2 = 10,57 Ω
6.Thévenin y Norton

Respuesta: IN = 0,9945 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​ = 2 ΩR3​ = 15 ΩCORTOR2​25 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 = 2·25/(2+25) = 1,852 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,852 + 15 = 16,85 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​25 ΩAIs​0,5 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) = 8,333 + 0,5·1,852 = 9,259 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 9,259 + 0,5·15 = 16,76 V
IN​0,9945 ARth​16,85 Ωab

Equivalente de Norton

Una fuente de Norton es el mismo circuito visto como una fuente de corriente en paralelo con R_th. Su corriente es la corriente de cortocircuito en a–b.

IN = Vth/Rth = 16,76/16,85 = 0,9945 A
7.Transitorios RC y RL

Respuesta: τ = 6,875 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 = 1·2,2/(1 + 2,2) = 0,6875 kΩ
vC(∞) = 10·2,2/(1 + 2,2) = 6,875 V

Constante de tiempo

τ = Rth·C = 0,6875·10 = 6,875 ms

Respuesta

τ = 6,875 ms
8.Transitorios RC y RL

Respuesta: t = 302,4 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) = 20 V, vC(∞) = Vs = 5 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 100 µF = 330 ms
vC(t) = 5 + (20 − 5)·e−t/τ

Despeja el tiempo

11 = 5 + (15)·e−t/τ → e−t/τ = (11 − 5)/(20 − 5) = 0,4
t = τ·ln((20 − 5)/(11 − 5)) = 330·ln(2,5) = 302,4 ms

Respuesta

t = 302,4 ms
9.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: C = 506,6 µF

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·100 = 628,3 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(628,3²·0,005) = 506,6 µF

Respuesta

C = 506,6 µF
10.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: B = 159,2 Hz

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·√(0,02·10·10⁻⁶)) = 355,9 Hz

Factor de calidad

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/20)·√(0,02/(10·10⁻⁶)) = 2,236

Ancho de banda

B = f0/Q = 355,9/2,236 = 159,2 Hz

Respuesta

B = 159,2 Hz
11.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: I = 23,81 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/(240·0,7) = 23,81 A

Respuesta

I = 23,81 A
12.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: QC = 14,75 kvar

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 = 35·tan(36,87°) = 26,25 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 35·tan(18,19°) = 11,5 kvar
QC = Q1 − Q2 = 14,75 kvar

Respuesta

QC = 14,75 kvar
13.Potencia trifásica

Respuesta: P = 10,33 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 = 415/√3 = 239,6 V

Corriente de fase

|Z| = √(6² + 8²) = 10 Ω
Iph = 239,6/10 = 23,96 A

Potencia activa total

Solo la parte resistiva de cada impedancia absorbe potencia activa.

P = 3·Iph²·R = 3·23,96²·6 = 10,33 kW

Respuesta

P = 10,33 kW

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

14.Potencia trifásica

Respuesta: QC = 45,15 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 = 120·tan(acos 0,78) = 120·0,8023 = 96,27 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,92) = 120·0,426 = 51,12 kvar

Potencia reactiva de los condensadores

QC = Q1 − Q2 = 45,15 kvar

Respuesta

QC = 45,15 kvar
15.Transformadores

Respuesta: ILV = 25 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.

Corriente nominal

Los dos devanados transportan la misma potencia aparente.

ILV = S/V = 10000/400 = 25 A

Respuesta

ILV = 25 A
16.Transformadores

Respuesta: Sη,max = 50 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

x²·2400 = 600 → x = √(600/2400) = 0,5

Carga de rendimiento máximo

Sη,max = x·S = 0,5·100 = 50 kVA

Respuesta

Sη,max = 50 kVA

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