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.

Problemas nuevosVolver a la asignatura

En la ventana de impresión, elige «Guardar como PDF» para conservar una copia en tu dispositivo.

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​ = 20 ΩIR1​R3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​2 ΩB

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

V1 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
IR1 = A
2.Resistencias en serie y en paraleloDifícil
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 15 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​20 ΩBR6​10 Ω

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

V1 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 ΩR4 = 20 ΩR5 = 4 ΩR6 = 10 Ω
IR1 = A
3.Análisis nodalMedia
R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​12 ΩBIs​5 A

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

V1 = 12 VIs = 5 AR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 12 ΩR4 = 12 Ω
PIs = W
4.Análisis nodalDifícil
R1​ = 6 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 20 ΩIR4​+−V1​5 VR3​12 ΩAR5​25 ΩBIs​2 A+−V2​10 V

Usa el análisis nodal para hallar la corriente IR4 por R4 en el sentido de la flecha.

V1 = 5 VIs = 2 AV2 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩR4 = 20 ΩR5 = 25 Ω
IR4 = A
5.Thévenin y NortonMedia
R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAab

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

V1 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin y NortonDifícil
R1​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAIs​1,5 ABab

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

V1 = 30 VIs = 1,5 AR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
7.Transitorios RC y RLMedia
+−Vs​12 Vt = 0R = 100 ΩL33 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 = 1 ms.

Vs = 12 VR = 100 ΩL = 33 mHt = 1 ms
vL = V
8.Transitorios RC y RLDifícil
+−Vs​10 VR1​ = 20 ΩR2​ = 22 Ωse abre en t = 0L100 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 = 5 ms.

Vs = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 22 ΩL = 100 mHt = 5 ms
i = A
9.Impedancia y fasores en alternaMedia
50 V200 HzR = 60 ΩC = 22 µFI

Una resistencia y un condensador están conectados en paralelo a una alimentación de 50 V (eficaces) y 200 Hz. Halla el ángulo de fase φ de la impedancia, en grados (positivo cuando la corriente va retrasada respecto a la tensión).

V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 60 ΩC = 22 µF
φ = °
10.Impedancia y fasores en alternaDifícil
100 V200 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 47 µF+−VC​

Un circuito RLC en serie está conectado a una alimentación de 100 V (eficaces) y 200 Hz. Halla la tensión eficaz VC en el condensador.

V = 100 V (rms)f = 200 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 47 µF
VC = V
11.Potencia en alterna y factor de potenciaMedia
230 V115 kW, 0,75226 kW, 0,95I = ?

Dos cargas están conectadas en paralelo a una alimentación monofásica de 230 V: una carga de 15 kW con un factor de potencia de 0,75 inductivo y una carga de 26 kW con un factor de potencia de 0,95 inductivo. Halla la corriente total I que se toma de la alimentación.

V = 230 VP1 = 15 kW, pf1 = 0,75 inductivoP2 = 26 kW, pf2 = 0,95 inductivo
I = A
12.Potencia en alterna y factor de potenciaDifícil
230 V60 Hzcarga8 kW, 0,6C150 µFI = ?

Una carga monofásica consume 8 kW con un factor de potencia de 0,6 inductivo de una alimentación de 230 V y 60 Hz. Se conecta un condensador de 150 µF en paralelo con la carga. Halla la nueva corriente de línea I.

P = 8 kWpf1 = 0,6V = 230 Vf = 60 HzC = 150 µF
I = A
13.Potencia trifásicaMedia
ABCVL​ = 480 VNZ = 20 + j15 Ωpor fase

Una carga equilibrada conectada en estrella, con una impedancia de 20 + j15 Ω por fase, se conecta a una alimentación trifásica equilibrada con una tensión de línea de 480 V. Halla la potencia activa total P que absorbe la carga en kW.

VL = 480 VZ = 20 + j15 Ω por fase
P = kW
14.Potencia trifásicaDifícil
P = 150 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Una carga trifásica equilibrada consume 150 kW con un factor de potencia de 0,8 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 0,92 inductivo. La potencia activa no cambia. Halla la potencia reactiva total QC que debe aportar la batería de condensadores, en kvar.

P = 150 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.TransformadoresMedia
4800 V240 VIHV​ = ?ILV​15 kVA

Un transformador monofásico de 15 kVA, 4800/240 V, funciona a su carga nominal. Considéralo ideal. Halla la corriente IHV en el devanado de alta tensión.

S = 15 kVAV1 = 4800 VV2 = 240 V
IHV = A
16.TransformadoresDifícil
pf 0,85150 kVA, 25% carga

Un transformador monofásico de 150 kVA tiene unas pérdidas en el hierro de 900 W y unas pérdidas en el cobre de 2700 W a carga nominal. Suministra el 25 % de sus kVA nominales con un factor de potencia de 0,85 inductivo. Halla las pérdidas totales Ploss en vatios con esta carga.

S = 150 kVAPcore = 900 WPcu,fl = 2700 Wx = 0,25pf = 0,85
Ploss = W

3Disoluciones

1.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR1 = 1,352 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​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​2 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 = 6 + 2 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 3·8/(3+8) = 2,182 Ω
Req = R1 + 2,182 = 20 + 2,182 = 22,18 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 = 30/22,18 = 1,352 A

Respuesta

IR1 = 1,352 A
2.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR1 = 0,6319 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​ = 15 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​20 ΩBR6​10 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 + 10 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 8,235 Ω
R3 + 8,235 = 23,24 Ω
R2 ∥ 23,24 = 6,991 Ω
Req = R1 + 6,991 = 12 + 6,991 = 18,99 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 = 12/18,99 = 0,6319 A

Respuesta

IR1 = 0,6319 A
3.Análisis nodal

Respuesta: PIs = 166,5 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/2 + (VA − 12)/5 + (VA − VB)/12 = 0
0,7833·VA − 0,08333·VB = 2,4

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/12 + (VB − VA)/12 = 5
−0,08333·VA + 0,1667·VB = 5

Resuelve

Δ = (0,7833)(0,1667) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,1236
VA = Δ1/Δ = 0,8167/0,1236 = 6,607 V
VB = Δ2/Δ = 4,117/0,1236 = 33,3 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 = 33,3·5 = 166,5 W

Respuesta

PIs = 166,5 W
4.Análisis nodal

Respuesta: IR4 = −1,017 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​ = 6 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​5 VR3​12 ΩAR5​25 ΩBIs​2 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/12 + (VA − 5)/6 + (VA − VB)/20 = 0
0,3·VA − 0,05·VB = 0,8333

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)/20 + (VB − 10)/20 = (−2)
−0,05·VA + 0,14·VB = −1,5

Resuelve

Δ = (0,3)(0,14) − (−0,05)(−0,05) = 0,0395
VA = Δ1/Δ = 0,04167/0,0395 = 1,055 V
VB = Δ2/Δ = −0,4083/0,0395 = −10,34 V

Respuesta

IR4 = (VB − V2)/R4 = (−10,34 − 10)/20 = −1,017 A
5.Thévenin y Norton

Respuesta: Rth = 16,88 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​ = 15 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 = 3·5/(3+5) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 15 = 16,88 Ω
6.Thévenin y Norton

Respuesta: Vth = 54,38 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​ = 10 ΩR3​ = 25 ΩCORTOR2​6 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 = 10·6/(10+6) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 25 = 28,75 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​30 VR2​6 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) = 11,25 + 1,5·3,75 = 16,88 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16,88 + 1,5·25 = 54,38 V
7.Transitorios RC y RL

Respuesta: vL = 0,5796 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 = 33 mH / 100 Ω = 0,33 ms
i(∞) = Vs/R = 12/100 = 0,12 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 = 12·e−1/0,33 = 0,5796 V

Respuesta

vL = 0,5796 V
8.Transitorios RC y RL

Respuesta: i = 0,2702 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) = 10/20 = 0,5 A
i(∞) = 10/(20 + 22) = 0,2381 A
τ = L/R = 100/42 = 2,381 ms
i(t) = 0,2381 + (0,5 − 0,2381)·e−t/τ

Corriente en el instante dado

i(5) = 0,2381 + (0,2619)·e−5/2,381 = 0,2702 A

Respuesta

i = 0,2702 A
9.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: φ = −58,92 °

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/(ωC) = 1/(2π·200·22·10⁻⁶) = 36,17 Ω

Corrientes de rama

Ambas ramas están conectadas directamente a la alimentación, así que cada una ve la tensión completa V.

IR = V/R = 50/60 = 0,8333 A
IX = V/XC = 50/36,17 = 1,382 A

Corriente total

La corriente de la resistencia está en fase con V y la corriente reactiva está desfasada 90°, así que se suman como los catetos de un triángulo rectángulo.

I = √(IR² + IX²) = √(0,8333² + 1,382²) = 1,614 A

Ángulo de fase

La corriente del condensador va adelantada respecto a V, así que la corriente total va adelantada y el ángulo es negativo.

φ = −arctan(IX/IR) = −arctan(1,382/0,8333) = −58,92°

Respuesta

φ = −58,92°
10.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: VC = 9,852 V

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·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,15 = 188,5 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·47·10⁻⁶) = 16,93 Ω

Impedancia

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(10² + (171,6)²) = 171,9 Ω

Corriente

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

I = V/|Z| = 100/171,9 = 0,5819 A

Tensión en el condensador

VC = I·XC = 0,5819·16,93 = 9,852 V

Respuesta

VC = 9,852 V
11.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: I = 201,8 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.

Potencia reactiva de cada carga

Una carga inductiva consume potencia reactiva (Q > 0); una carga capacitiva la entrega (Q < 0).

Q1 = 15·tan(arccos 0,75) = 13,23 kvar
Q2 = 26·tan(arccos 0,95) = 8,546 kvar

Totales

P = 15 + 26 = 41 kW
Q = 13,23 + 8,546 = 21,77 kvar
S = √(41² + 21,77²) = 46,42 kVA

Corriente total

I = S/V = 46423/230 = 201,8 A

Respuesta

I = 201,8 A
12.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: I = 48,2 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.

Potencia reactiva antes y después

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

Q1 = 8·tan(arccos 0,6) = 10,67 kvar
QC = V²·2πf·C = 230²·2π·60·150·10⁻⁶ = 2991 var = 2,991 kvar
Q2 = 10,67 − 2,991 = 7,675 kvar

Nueva potencia aparente

S2 = √(8² + 7,675²) = 11,09 kVA

Nueva corriente de línea

I = S2/V = 11086/230 = 48,2 A

Respuesta

I = 48,2 A
13.Potencia trifásica

Respuesta: P = 7,373 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 = 480/√3 = 277,1 V

Corriente de fase

|Z| = √(20² + 15²) = 25 Ω
Iph = 277,1/25 = 11,09 A

Potencia activa total

Solo la parte resistiva de cada impedancia absorbe potencia activa.

P = 3·Iph²·R = 3·11,09²·20 = 7,373 kW

Respuesta

P = 7,373 kW

Comprobación: cos φ = R/|Z| = 0,8, y √3·VL·IL·cos φ da la misma potencia.

14.Potencia trifásica

Respuesta: QC = 48,6 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 = 150·tan(acos 0,8) = 150·0,75 = 112,5 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0,92) = 150·0,426 = 63,9 kvar

Potencia reactiva de los condensadores

QC = Q1 − Q2 = 48,6 kvar

Respuesta

QC = 48,6 kvar
15.Transformadores

Respuesta: IHV = 3,125 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.

IHV = S/V = 15000/4800 = 3,125 A

Respuesta

IHV = 3,125 A
16.Transformadores

Respuesta: Ploss = 1069 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.

Pérdidas en el cobre con esta carga

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,0625·2700 = 168,8 W

Pérdidas totales

Las pérdidas en el hierro son las mismas con cualquier carga.

Ploss = 900 + 168,8 = 1069 W

Respuesta

Ploss = 1069 W

El rendimiento con esta carga es η = 96,76%.

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals