Download Circuitos en corriente alterna (Guías 20, 21, 45 y 46)

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE-0303 Laboratorio de Electrotecnia I
Circuitos en corriente alterna
(Guías 20, 21, 45 y 46)
Estudiantes:
Estefany Camacho Arias B31293
Francisco Granados B02805
German Rojas Varela B46160
Carlos Ureña Rojas A96365
Grupo: 04
Profesor: Osvaldo Fernández Cascante
II semestre 2016
Contenido
Resumen.............................................................................................................................. 3
Objetivos ............................................................................................................................. 3
Nota Teórica ......................................................................................................................... 3
Resultados .......................................................................................................................... 8
Análisis de resultados ...................................................................................................... 19
Conclusiones .................................................................................................................... 26
Fuentes de referencia ....................................................................................................... 29
2
Resumen
En el presente informe se muestran diferentes resultados obtenidos a partir del
estudio de circuitos eléctricos en corriente alterna, circuitos en los cuales se estudió
el comportamiento con las combinaciones de elementos pasivos como resistencias,
inductores y capacitores.
Además se muestran los resultados obtenidos al estudiar el comportamiento de los
circuitos trifásicos tanto a nivel de comprender el concepto de tensión en el sistema
así como de estudiar el comportamiento de la potencia trifásica en dicho sistema en
estudio.
Objetivos
● Diferenciar el comportamiento fasorial del comportamiento aritmético del
voltaje en circuitos RC y RL en serie y en paralelo.
● Determinar la relación entre tensiones y corrientes de línea y de carga en
circuitos trifásicos
● Comparar los métodos de cálculo de potencias monofásicas y trifásicas en
circuitos inductivos y circuitos LR en configuración de estrella
Nota Teórica
Los circuitos en corriente alterna se caracterizan por ser sistemas en los cuales
tanto la tensión como la intensidad varían con comportamiento senoidal o
cosenoidal según la necesidad del sistema en el que transcurre el efecto eléctrico a
diferencia de los circuitos en corriente directa, donde la tensión se caracteriza por
poseer un comportamiento constante en el tiempo. (Harper, E. 1994).
Un sistema trifásico equilibrado es un sistema que está formado por tres corrientes o
tensiones alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud que presentan una
3
cierta diferencia de fase entre ellas, en torno a 120°, y están dadas en un orden
determinado. Cada una de las corrientes o tensiones monofásicas que forman el
sistema se designa con el nombre de fase (Pérez, C. 2001).
Por cada circuito trifásico pasan diferentes tensiones o corrientes de fase o de línea
dependiendo de la configuración en la que estén construidos, la tensión de línea es
la tensión entre dos líneas del sistema, la tensión de fase es la tensión de cada
fuente del sistema o tensión sobre la impedancia de cada rama. Por su parte la
corriente de línea es la corriente por la línea que sale de la fuente o corriente
solicitada por la carga, mientras que la corriente de fase es la corriente por la fuente
o por la impedancia de cada rama (Riera,M. 2004).
Los sistemas trifásicos están compuestos por generadores de tensión y cargas,
estas últimas pueden ser resistivas, inductivas, capacitivas o una mezcla de ellas,
tanto el generador como la carga se pueden encontrar distribuidas en dos
configuraciones principales: delta y estrella.
La conexión en estrella se designa por la letra Y, esta se consigue uniendo los
terminales negativos de los tres elementos en un punto común, que se denomina
neutro y que normalmente se conecta a tierra (figura 1). La conexión delta por su
parte se designa como Δ , en esta conexión, el fin del primer elemento se conecta al
comienzo del segundo elemento y así sucesivamente conectando todos los
elementos en serie constituyendo así un cierre cíclico, este tipo de configuración
carece de neutro (figura 2) (Boylestad, R., Mendoza, C., & Cera, J. 2004).
Figura 1. Configuración estrella.
4
Figura 2. Configuración delta
Los circuitos trifásicos en configuración estrella se caracterizan debido a que la
corriente de línea que pasa por ellos es igual a la corriente de fase que los
atraviesa, mientras que el voltaje de fase que pasa por esto es 1,73 veces el voltaje
de línea que pasa por ellos. Por su parte, en los circuitos conectados en delta la
corriente de fase que pasa por ellos es 1,73 veces la corriente de línea, mientras
que el voltaje de fase será igual al voltaje de línea que atraviesa el sistema.
La potencia es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es
decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un
momento determinado. La potencia suministrada por un generador trifásico o la
consumida por un receptor trifásico es la suma de las suministradas o consumidas
por cada fase. En los circuitos de corriente alterna existen tres tipos de potencia:
activa, reactiva y aparente. Los circuitos trifásicos al trabajar en corriente alterna
también disipan estas tres potencias, las cuales van a ser las mismas en las
diferentes configuraciones.
La potencia activa de un sistema trifásico es la suma de las potencias activas de los
sistemas monofásicos que lo componen. Si se supone equilibrado, la potencia activa
buscada es tres veces la de uno de sus sistemas monofásicos (figura 3).
Figura 3. Ecuaciones para potencia activa.
5
Por su parte la potencia reactiva trifásica va a ser la que disipan los elementos
pasivos tales como los inductores y los capacitores, esta es la encargada de
generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos
inductivos como los motores y transformadores:
(Figura 4).
Figura 4. Ecuaciones para potencia reactiva.
La potencia aparente por su parte toma en cuenta la potencia activa y la reactiva
formando así la potencia compleja (figura 5).
Figura 5. Ecuaciones para potencia aparente.
El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía
eléctrica que se ha convertido en trabajo. Este se define como el cociente de la
relación de la potencia activa entre la potencia aparente. El valor ideal del factor de
potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido
transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad
significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.
Investigación de aplicaciones
● Circuitos RLC: los circuitos RLC se usan en diferentes campos de la
electrónica mediante la aplicación de diodos para generar sistemas de
contención de voltaje o en su defecto, funcionar como transformadores de
corriente reduciendo los picos de voltaje que se producen en los circuitos
RLC de corriente alterna. (Sanchis, E. 2004).
6
● Circuitos trifásicos: Estos circuitos se utilizan en la generación, transporte y
distribución de energía eléctrica a grandes distancias y con mayor ventaja
económica y operativa. (Rodríguez,S., González, A., De La Peña, D., &
Egido, J. L., 2007).
● Conexión en estrella o delta: Las conexiones en estrella y delta son utilizadas
para tener un mejor rendimiento de un motor ya que con estas
configuraciones los motores pueden aumentar su velocidad, lo cual ayuda a
que la industria moderna supere los niveles de producción impuestos tanto
por la demanda de algún producto, como por las necesidad de la empresa
(Enríquez, G. 2006).
7
Resultados
Experimento 20: Circuitos RC y RL en serie
Figura 1. Circuito RL en serie.
Tabla 1. Valores teóricos y experimentales de los fasores del circuito RL.
Elemento del Circuito
Valor fasorial Teórico
(V)
Valor fasorial
Experimental (V)
Resistencia
80
60
Inductor
60
25
Generador
100
70
Figura 2. Circuito RC en serie.
Tabla 2. Valores teóricos y experimentales de los fasores del circuito RC.
Elemento del Circuito
Valor fasorial Teórico
(V)
Valor fasorial
Experimental (V)
Resistencia
60
70
Capacitor
60
50
8
Generador
85
55
Figura 3. Circuito RLC en serie.
Tabla 3. Valores teóricos y experimentales de los fasores del circuito RLC.
Elemento del Circuito
Valor fasorial Teórico
(V)
Valor fasorial
Experimental (V)
Resistencia
60
60
Inductor
60
0
Capacitor
60
0
Generador
60
60
Experimento 21: Circuitos RC y RL en Paralelo.
Figura 1. Circuito RC en paralelo
9
Tabla 1. Valores teóricos y experimentales de las corrientes del circuito RC .
Elemento del
Circuito
Valor fasorial
Teórico I (A)
Valor fasorial
Experimental I (A)
% de Error
Resistencia
1,5
1,5
0
Capacitor
1,5
1,6
7%
Generador
1,06
2,3
44%
Ángulo de
Desfase de la
corriente del
Generador
18,43°
-
-
Figura 2. Circuito RC en Paralelo
Tabla 2. Valores teóricos y experimentales de las corrientes del circuito RC .
Elemento del
Circuito
Valor fasorial
Teórico I (A)
Valor fasorial
Experimental I (A)
% de Error
Resistencia
2
1,9
5%
Capacitor
1
1
0
Generador
0,90
2,5
90%
Ángulo de
Desfase de la
corriente del
Generador
63°
-
-
10
Figura 3. Circuito RLC en paralelo
Tabla 3. Valores teóricos y experimentales de las corrientes del circuito RLC .
Elemento del
Circuito
Valor fasorial
Teórico I (A)
Valor fasorial
Experimental I (A)
% de Error
Resistencia
2
1,9
5%
Capacitor
1,5
1,6
7%
Inductor
1,20
1,25
4%
Generador
1,90
2,5
31%
Ángulo de
Desfase de la
corriente
18,43°
-
-
Figura 4. Circuito RL en paralelo
Tabla 4. Valores teóricos y experimentales de las corrientes del circuito #4 RL .
11
Elemento del
Circuito
Valor fasorial
Teórico I (A)
Valor fasorial
Experimental I (A)
% de Error
Resistencia
2
1,9
5%
Inductor
1,20
1,3
8%
Generador
1,03
2,5
90%
Ángulo de
Desfase de la
corriente del
Generador
63°
-
-
Muestra de cálculo para resistencias equivalentes:
∑
(1)
En el caso de Figura 1, se tiene que:
(1.1)
(2)
12
Experimento 45: CIRCUITOS TRIFÁSICOS
Figura 1. Tensiones de línea para el módulo EMS de fuente de alimentación (ca)
Tabla 1. Relación entre E L-L y E L-N para la fuente de alimentación (ca)
Tensión L-L
Magnitud (V)
E 4a5
208
E 5a6
208
E 4a6
208
Valor Medio
208
Tensión L-N
Magnitud (V)
E 4aN
125
E 5aN
125
E 4aN
125
Valor Medio
125
Relación experimental : E L-L / E L-N
1,70
Relación teórica : E L-L / E L-N
1,73
13
Figura 2. Circuito trifásico balanceado en estrella (Y)
Tabla 2. Relación entre E L-L y E carga para un circuito trifásico balanceado en estrella
Tensión de fase por elemento pasivo
Magnitud (V)
E f1
120
E f2
120
E f3
120
Valor Medio
120
Valor Medio L-L
208
Relación experimental : E L-L / E carga
1,73
Relación teórica : E L-L / E L-N
1,73
Potencia ɸ
por elemento resistivo (W)
204
Potencia 3ɸ total (W)
612
14
Figura 3. Circuito trifásico balanceado en delta (Δ)
Tabla 3. Relación entre I L-L e I carga para un circuito trifásico balanceado en delta
Corriente de fase por resistencia
Magnitud (A)
I f1
0,4
I f2
0,4
I f3
0,4
Valor Medio
0,4
Corriente de línea por resistencia
Magnitud (A)
I L1
0,75
I L2
0,75
I L3
0,75
Valor Medio
0,75
Relación experimental : E L-L / E carga
1,88
Relación teórica : E L-L / E carga
1,73
Potencia ɸ
por elemento resistivo (W)
48
Potencia 3ɸ total (W)
144
15
Experimento 46: WATTS, VARS Y VOLTAMPERES TRIFÁSICOS
Figura 1. Circuito Estrella con tres inductores.
Tabla 1. Tensión, corriente y potencia reactiva de tres cargas inductivas (300 Ω).
Inductor
Tensión E (V)
Corriente I (A)
Potencia Reactiva Q (VAR)
L1
115
0,3
34,5
L2
120
0,3
36,0
L3
115
0,3
34,5
Potencia Reactiva Total Trifásica 105 VAR
Muestra de cálculo
16
Tabla 2. Potencia Reactiva total trifásica a partir de valores de línea.
Tensión promedio (V)
Tensión de línea EL-L (V)
Corriente de línea IL (A)
116,67
202
0,3
Potencia Reactiva Total Trifásica 105 VAR
Muestra de cálculo
Figura 2. Circuito estrella con tres inductores y tres resistencias.
17
Tabla 3. Tensiones, corrientes y potencias disipadas en tres cargas inductivas (300
Ω) y tres cargas resistivas (400 Ω) .
Inductor
Tensión E (V)
Corriente I (A)
Potencia Reactiva Q (VAR)
L1
110
0,25
27,5
L2
115
0,25
28,8
L3
110
0,25
27,5
Potencia reactiva total trifásica 83,8 VAR
Resistor
Tensión E (V)
Corriente I (A)
Potencia Real P (W)
R1
90
0,25
22,5
R2
85
0,25
21,3
R3
90
0,25
22,5
Potencia real total trifásica 66,3 W
Potencia aparente total trifásica 107 VA
Factor de potencia 0,79
Muestra de cálculo
18
Tabla 4. Potencia Aparente total trifásica a partir de valores de línea.
Tensión de línea EL-L (V)
Corriente de línea IL (A)
242
0,25
Potencia Aparente Total Trifásica 105 VA
Muestra de cálculo
Análisis de resultados
Análisis de resultados de Estefany
Los tres laboratorios presentes en este reporte fueron realizados a partir de circuitos
eléctricos en corriente alterna. En el primer laboratorio se trabajó con circuitos RC,
RL y RLC tanto en serie como en paralelo. Al trabajar en corriente alterna se debe
tomar en cuenta que cada elemento del sistema, menos las resistencias, poseen un
ángulo de desfase, lo que implica que la mejor forma de obtener resultados a partir
de estos circuitos es trabajando a partir de fasores.
En el experimento 20 se trabajó con circuitos conectados en serie, como se puede
observar en los resultados, los datos obtenidos experimentalmente en los circuitos
RC y RL difieren bastante respecto a los obtenidos teóricamente, este error puede
deberse a una mala conexión del circuito, a una mala comunicación entre los cables
de conexión y los elementos pasivos y activos o por una mala lectura de los datos
durante el desarrollo de la práctica.
La amplitud de la caída de tensión en la resistencia debe ser proporcional a la
corriente de línea que pasa por el circuito y a la resistencia mediante el uso de la
fórmula E=IR, cosa que se observa en los valores obtenidos teóricamente pero no
en los experimentales, al igual que en la resistencia la amplitud de la caída de
tensión en el inductor o el capacitor deberá ser proporcional a la corriente de línea y
19
el valor de la reactancia capacitiva o inductiva mediante las fórmulas E=IX L para el
inductor y E=IXc para el capacitor. Como en el laboratorio se trabaja la reactancia
con unidades de ohm, los valores obtenidos teóricamente se sacan con la fórmula
utilizada en la resistencia, esta relación entre corriente y reactancia no se observa
en los datos experimentales, posiblemente por los posibles errores mencionados
con anterioridad.
El circuito RLC es el único que muestra una mayor concordancia, entre los valores
teóricos y los experimentales, la diferencia en este es que como las impedancias
entre el capacitor y el inductor son iguales, las caídas de tensión experimentales van
a tender a 0.
Algo importante de mencionar es que como las caídas de tensión se encuentran
desfasadas entre sí, la suma aritmética de los valores de estas caídas de tensión en
los elementos pasivos va a ser mayor que el voltaje suministrado por la fuente, para
obtener el mismo valor las caídas de tensión deben representarse como fasores.
En el experimento 21 se trabajó con los circuitos conectados en paralelo, cuando se
aplica un voltaje en corriente alterna a un circuito en paralelo, este voltaje origina
una corriente que fluye tanto por la resistencia como por la reactancia. La corriente
que pasa por la resistencia se encuentra en fase con el voltaje, mientras que la que
pasa por el inductor se encuentra 90 grados en atraso y la que pasa por el inductor
está 90 grados en adelanto con respecto al voltaje.
La cantidad de corriente que pasa por la resistencia es directamente proporcional
con el voltaje e inversamente proporcional con la resistencia (I=E/R), el valor de la
corriente que pasa por el inductor o el capacitor es proporcional al mismo voltaje de
la fuente debido a que están conectados en paralelo e inversamente proporcional a
la misma reactancia (I=E/XL o I=E/XC), al igual que sucede con la resistencia. Como
estas corrientes no están en fase, la suma de ellas va a ser mayor que la corriente
proveniente de la fuente.
Como se puede observar en los resultados obtenidos en este experimento, los
valores de corriente tanto en la resistencia, como en el capacitor y el inductor son
20
muy parecidos tanto experimental como teóricamente, lo que indica que los datos
obtenidos en el laboratorio presentan un desfase parecido al que se obtiene
teóricamente. La gran diferencia se observa en la corriente obtenida en el
generador, la cual presenta un porcentaje de error bastante elevado entre el valor
teórico y el experimental, esto se puede deber a que los calculos teoricos se
hicieron tomando en cuenta a la corriente como un fasor, mientras que en el
experimental solo se tomó en cuenta la magnitud de esta.
Por su parte, en el laboratorio 45 se trabajó con circuitos trifásicos, estos trabajan
con corriente alterna, y por ende hay que tener en cuenta los desfases presentes en
cada conexión. Estos circuitos presentan dos conexiones principales que son:
estrella y delta. Cada una de estas conexiones posee características diferentes.
En los circuitos trifásicos cada elemento se encuentra conectado a una línea
diferente, entre estas líneas hay diferentes voltajes. Como se observa en el cuadro 1
de este experimento el voltaje entre línea y línea es de 208 V, entre cada línea hay
una misma magnitud pero con un desfase de 120 grados. Para encontrar el voltaje
de fase entre cada terminal se debe dividir el voltaje de línea por raíz de 3.
Un circuito en estrella se caracteriza porque cada terminal se conecta en un punto
en común denominado neutro, en esta configuración el voltaje de fase presente en
el sistema es diferente que el voltaje de línea, mientras que la corriente de fase que
pasa por este es igual a la corriente de línea que lo atraviesa. Como se observa en
la tabla 2 el voltaje promedio de fase del sistema difiere del voltaje de línea, ya que
el voltaje de línea es 1,73 veces más grande que el de fase.
En la configuración delta, cada terminal se conecta al inicio del otro elemento, en
estos circuitos el voltaje de fase es igual que el de línea, mientras que la corriente
de línea difiere de la de fase. En la tabla 3 se observa esta diferencia, en donde la
corriente de línea es 1, 73 veces más grande que la de fase.
Por último en el experimento 46, se busca determinar las diferentes potencias
presentes en un circuito trifásico. En este experimento solo se trabaja con una
configuración en estrella. Como se puede observar en los diferentes resultados
21
obtenidos en este experimento la potencia reactiva total y la potencia aparente total
se puede determinar por dos rutas diferentes, las cuales llegan a un mismo
resultado.
Para calcular la potencia en sistemas trifásicos, hay que saber que cada una de las
potencias, es decir, la aparente, la activa y la reactiva van a ser iguales que las
potencias monofásicas pero multiplicadas por 3. Además se debe saber que la
potencia activa es la que se disipa en un elemento resistivo, la potencia reactiva es
la que se disipa en capacitores e inductores y la potencia aparente es la suma
vectorial de las dos potencias anteriores.
Análisis de resultados de German
En la práctica relacionada a circuitos RLC en corriente alterna se puede observar
como en circuitos en serie las caídas de voltaje reportadas experimentalmente se o
acercan a las reportadas teóricamente, de este modo se observa como el voltaje
aportado por el generador en corriente alterna ante las presencia de elementos
pasivos como resistencias, capacitores e inductores el comportamiento fasorial de
dichas caídas voltaje se ajusta a lo descrito en la teoría, donde al realizar las sumas
fasoriales de voltaje estas corresponde al voltaje que suministra la fuente. Además
cabe destacar que en los circuitos RC el efecto capacitivo muestra caídas
considerables en el capacitor al igual que en un circuito RL las caídas de voltaje
son considerables en este elemento.
Por su parte al analizar los circuitos RLC tanto en paralelo como en serie, el
comportamiento de los fasores de voltaje y corriente variaron mucho en este punto
las variaciones de los valores experimentales y teóricos se deben a una mala lectura
tanto de los paneles de voltímetros, amperímetros y en los valores de resistencias
utilizados.
Al hablar de circuitos trifásicos lo más importante a resaltar recae en que para los
sistemas en los que se trabajó con las configuraciones en delta los valores
reportados tanto para corrientes y voltajes de fase, así como para los valores de
línea no se apartaron de los valores teóricos reportados, de esta manera se logró
22
observar como en los circuitos trifásicos los valores de corrientes de línea en las
configuración delta son diferentes a los de las corrientes de fase, caso contrario
para los voltajes, ya que tanto voltajes de línea son iguales a los voltajes de línea.
Al realizar el mismo análisis para un sistema trifásico pero en configuración estrella
se observó y comprobó que los valores de corrientes de línea y de fase son iguales,
observando para el caso de los voltajes de línea y fase que son diferentes, así no
lejos de la teoría los valores obtenidos para cada configuración trifásica se adaptan
presentando porcentajes de error que no superan el 5%.
En términos de potencias para sistemas trifásicos se observó que en los sistemas
en análisis al igual que un sistema monofásico su potencia activa la pueden
manifestar en forma de calor, para este sistema en particular el interés radica en
observar la potencia reactiva así como la potencia total, la cual nos mostró que en
elementos resistivos en donde la resistencia aumentaba el aporte en términos de
potencia al sistema crecía proporcionalmente, de esta manera un sistema trifásico
en sí es como tratar cada uno por separado y después sumar el aporte de cada fase
para obtener la potencia general que aporta el sistema. Así a nivel de productividad
y sistema trifásico es preferible que uno monofásico para trabajar en una industria
ya que aporta más potencia.
Análisis de resultados de Francisco
En la primera práctica realizada para este laboratorio se utilizó la Ley de Ohm para
determinar la corriente que actúa sobre distintos elementos resistivos, capacitivos e
inductivos para circuitos RL, RC y RLC. La ley de Ohm nos permitió averiguar los
valores de corriente utilizando los valores de voltaje e impedancia, La impedancia
(Z) es la dificultad que pone el circuito al paso de la corriente alterna debido a
elementos pasivos como: una resistencia R, una bobina L o un condensador C. Esta
cantidad se puede expresar en números complejos o como un fasor, siendo esta
última notación la más útil, ya que nos mostrará el ángulo de desfase de la
impedancia y por consiguiente, el de la corriente que calculemos.
23
Los resultados obtenidos nos muestran que para los circuitos en serie, los valores
obtenidos de corriente en circuitos RC y RL resultaron cercanos a lo que expone la
teoría sin embargo los valore de circuitos RLC se registraron valores muy alejados
de
lo
que
se
esperaba
teóricamente.
De manera inversa, en los circuitos en paralelo el circuito RLC y el RC resultaron
relativamente cercanos a lo predicho por la ley de Ohm pero los circuitos RL
estuvieron totalmente desviados (con índices de error de hasta más de 100%). Es
razonable suponer que en los casos de inductores en paralelo y circuitos RLC en
serio hubieron errores en las mediciones, o bien con el equipo utilizado.
Los resultados de caída de potencial también fueron afectados por estas fuentes de
error, puesto que no se aprecia el comportamiento proporcional que hay en la
amplitud de la caída de tensión en el inductor/capacitor con la corriente de línea y el
valor de la reactancia capacitiva o inductiva que sí se aprecia en el cálculo teórico.
Para la práctica de circuitos trifásicos es prudente recordar que un sistema trifásico
es un sistema de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas
de igual frecuencia y amplitud que presentan una cierta diferencia de fase entre
ellas( alrededor de 120°), y que están en un orden específico. Con esto en mente
se analizaron diversos circuitos trifásicos y se obtuvieron resultados de corrientes
,voltajes de fase, y valores de línea bastante cercanos a los valores teóricos
obtenidos por medio de cálculos teóricos.
Resulta notable que el comportamiento de los resultados en la configuración Delta
es el opuesto a lo obtenido con configuración estrella, teniendo los primeros valores
de voltaje iguales y corrientes diferentes, y los resultados en estrella siendo el
inverso de este comportamiento.
Finalmente se determinaron los valores de potencia de los sistemas trifásicos,
recordemos que la potencia puede definirse como la cantidad de energía entregada
o absorbida por un elemento en un momento determinado. Cuando una corriente
eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía para realizar un trabajo
24
mecánico
o
termodinámico.
En los resultados obtenidos es fácil observar en los que la potencia de un sistema
trifásico es mucho mayor que la de los sistemas monofásicos, por lo que se
recomienda su uso sobre los monofásicos para actividades industriales y otras
áreas que requieran una mayor aprovechamiento de la energía.
.
Análisis de resultados de Carlos
De acuerdo con la Tablas 1-3 del Experimento 20, se observan las variaciones entre
las magnitudes teóricas y experimentales de los fasores de voltaje en diferentes
circuitos RL, RC y RLC en serie.
En el caso de Tabla 1, la mayor variación de voltaje se percibe en el inductor,
mientras que para el circuito RC de Tabla 2, en el generador. Sin embargo, en el
caso del circuito RLC (Tabla 3), debido a que se anula el valor de impedancia entre
el inductor y el capacitor, la suma fasorial de tensión corresponde únicamente al
elemento resistivo, que concuerda con el valor de la fuente. Asimismo, el
Experimento 21 resume una variación similar en cuatro circuitos RL, RC y RLC en
paralelo, no obstante, en estas configuraciones los mayores porcentajes de error se
perciben en el fuente, lo que permitiría esperar las variaciones observadas en el
resto de los elementos de circuito, aunque para ambos tipos de configuración (serie
y paralelo), las menores variaciones de voltaje se registran en los elementos
resistivos, es decir, las partes reales, cuyo cálculo es significativamente más simple
que su análogo de impedancias y ohmios reactivos para capacitores e inductores.
Al respecto de la corriente alterna en circuitos trifásicos (Experimento 45), se
observa la relación aproximada de 1,73 entre la tensión de línea y la tensión de fase
para la fuente de alimentación empleada, cuyo comportamiento similar se observó
para una configuración en estrella (Tabla 2), para la cual se obtuvo potencia trifásica
que concuerda con la suma de las tres potencias monofásicas de cada elemento
resistivo.
25
Para el caso del circuito trifásico balanceado en delta (Figura 2), se observó una
variación ligeramente más significativa que para la situación en estrella (Tabla 2). En
este caso,
se observa la variación de la magnitud de la corriente de línea de
acuerdo con la relación de 1,73, aunque sí es aproximada e igualmente que en el
caso de la configuración en estrella, la potencia trifásica concuerda con la suma de
cada potencia monofásica.
En la misma línea, el Experimento 46 resumen la teoría de potencia trifásica y
monofásica para circuitos puramente inductivos en estrella (Figura 1), así como para
circuitos LR (Figura 2), para los cuales la potencia aparente S (trifásica) cuenta con
la parte real propia de los elementos resistivos y una parte compleja que resulta de
las cargas inductivas.
De esta manera, en el caso del circuito inductivo, se determinó que efectivamente la
suma de cada potencia reactiva equivale a la potencia trifásica total del circuito
(Tabla 1). Por otra parte, se determinó la concordancia de la potencia aparente
trifásica para un circuito LR (Tabla 2), en el cual la variación por el método de los
valores de línea y el método de considerar las potencia activa y la potencia reactiva
total por trigonometría es menor al 2%.
Conclusiones
Conclusiones de Estefany
● Para circuitos en corriente alterna se concluye que la caída de tensión
presente tanto en serie como en paralelo es la misma entre elementos
pasivos (si se suman de manera fasorial) y la fuente. En caso contrario, si se
suma de manera aritmética, la caída de tensión en elementos pasivos será
mayor que la de la fuente debido a los desfases presentes.
● Se concluye que en circuitos trifásicos con una configuración en estrella, el
voltaje de línea es 1,73 veces el voltaje de fase, mientras que en
configuración delta la corriente de línea es 1,73 veces la corriente de fase.
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● Se concluye que la potencia trifásica equivale a la suma de la potencia de sus
elementos de acuerdo al tipo de circuito, ya sea inductivo o LR y se puede
comprobar mediante valores de línea.
Conclusiones de German
● Los voltajes analizados en los circuitos RLC en serie corresponden a los
determinados en la teoría, en el caso de los circuitos RLC en paralelo los
valores reportados se separan de los valores teóricos debido a lecturas
erróneas en los voltímetros y amperímetros.
● El comportamiento de los circuitos trifásicos en configuración delta mostró
que los valores de las corrientes de fase son diferentes a los valores de
corrientes línea, mientras que en la configuración en estrella los valores de
voltaje de línea son diferentes a los voltajes de fase.
● Se concluye que la potencia en un sistema trifásico equivale a tener la
potencia triplicada de un sistema monofásico
Conclusiones de Francisco
● Se observa que los resultados obtenidos para circuitos RLC se vieron
afectados por errores de equipo o medición, sin embargo, los resultados
obtenidos para corrientes de elementos individuales en paralelo y serie
evidencian que la ley de Ohm es un método efectivo para el cálculo de
corriente,
voltaje
e
impedancia
de
circuitos
RLC.
● Se concluye que en circuitos trifásicos el voltaje se mantiene constante en
circuitos con configuración Delta, mientras que en los circuitos con
configuración estrella será la corriente la que se mantiene constante.
● Se concluye que es posible comparar los métodos de cálculo de potencia
trifásica de acuerdo con los elementos que componen un circuito en estrella y
obtener un valor muy similar.
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Conclusiones de Carlos
● Se determinó que las caídas de voltaje en circuitos RC y RL tanto en serie
como en paralelo corresponden con la tensión alimentada cuando se les
considera como fasores y no como una suma aritmética (de no estar en fase),
en cuyo caso la suma no fasorial resulta en un voltaje mayor al de la fuente.
● Se determinó la relación aproximada de 1,73 para tensiones entre valores de
línea y de fase para circuitos en estrella y análogamente para la corriente de
línea y de fase en el caso de circuitos en delta.
● Se concluye que la potencia trifásica en un circuito inductivo en estrella
puede obtenerse de la suma aritmética de cada potencia reactiva por
elemento o mediante el cálculo de valores de línea, asimismo para circuitos
LR, en los que la potencia trifásica equivale a la suma trigonométrica de
elementos resistivos e inductivos y corresponde con el cálculo mediante
valores de línea.
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Fuentes de referencia
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España: Universidad de Oviedo.
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aplicada: Circuitos, transformadores y motores trifásicos. Madrid, España: Editorial
Visión Libros.
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México D.F, México: Editorial LIMUSA S.A.
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Universidad de Valencia.
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