Si la fuerza electromotriz alterna senoidal viene dada por:

%IMAGE_1%

• Valor instantáneo (e): valor que toma la f.e.m en cada instante t.
• Pulsación (%IMAGE_2%): velocidad angular que suministra el alternador en rad/s.
• Período (t): tiempo en segundos que tarda en realizarse una oscilación sinusoidal completa.

%IMAGE_3%

• Amplitud (%IMAGE_4%): valor máximo que alcanza la f.e.m en cada semiperiodo.
• Fase (%IMAGE_5%): ángulo de la función senoidal %IMAGE_6% al tiempo t=0, obtenemos la fase inicial.
• Fase y desfase: dos magnitudes senoidales cuando tienen en el mismo instante sus valores máximos y mínimos.
• Ángulo de desplazamiento de fase o desfase entre v e i: diferencia entre sus respectivos ángulos de fase %IMAGE_7%.
• Valor medio: en un semiperiodo, es la media aritmética de los valores instantáneos de la f.e.m.

%IMAGE_9%

• Valor eficaz (e): media cuadrática de los valores instantáneos de la f.e.m a lo largo de un período.

%IMAGE_10%

• Factor de amplitud: cociente entre el valor máximo y el eficaz. Para magnitudes senoidales vale:

%IMAGE_11%

• Factor de forma: cociente entre el valor eficaz y el medio.

%IMAGE_12%

Receptores Eléctricos: Características y Tipos

1. Generadores: transforman todas las formas de energía en eléctrica.
2. Receptores: transforman la energía eléctrica en otra forma de energía. Se clasifican en:
   1. Térmicos: producen energía calorífica (estufa, plancha).
   2. Químicos: transforman energía eléctrica en energía química (baños electrolíticos).
   3. Mecánicos: suministran energía mecánica a un eje giratorio (motores eléctricos).
3. Convertidores y transformadores: conservan la energía eléctrica, pero modifican sus características a fin de hacerla más adecuada para su utilización.

Características

• Fuerza contraelectromotriz.
• Resistencia interior.
• Intensidad de régimen.

Tipos de Receptores

1. Resistencia óhmica: oposición de algunos receptores al paso de la corriente eléctrica (lámpara incandescente, resistencia eléctrica) para la transformación de la energía eléctrica en calorífica. Cuando la corriente eléctrica recorre una resistencia óhmica pura, se produce un desprendimiento de calor en esta. Esta intensidad provocará en cada instante sobre la resistencia una diferencia de potencial.

 %IMAGE_13% El valor de la tensión u y la intensidad i se encuentran en fase.

1. Bobina, reactancia inductiva: cuando una bobina es recorrida por una corriente alterna senoidal, se crea un campo magnético produciendo una f.e.m de autoinducción.

%IMAGE_14%

Con L: coeficiente de autoinducción, el signo negativo indica que la f.e.m se opone a la causa que lo produce.

1. Reactancia inductiva o inductancia (%IMAGE_15%): resistencia al paso de la corriente alterna que presenta una bobina de resistencia óhmica despreciable.

%IMAGE_16%

La tensión va adelantada 90º respecto a la i.

1. Condensador, reactancia capacitiva: cuando un condensador es recorrido por una corriente alterna senoidal, se crea un campo eléctrico aparejado a la fuerza contraelectromotriz de valor.

%IMAGE_17%

C: capacidad del condensador (F) // Q: carga del colector // %IMAGE_18%: diferencia de potencial entre sus armaduras.

Reactancia capacitiva o capacitiva %IMAGE_19%: propiedad de algunos circuitos y receptores de oponerse a todos los cambios de la f.e.m a la que están sometidos.

%IMAGE_20%

Impedancia (Z) se denomina impedancia del circuito a la resistencia que opone un circuito al paso de la corriente eléctrica alterna senoidal.

%IMAGE_21%

%IMAGE_22%

Triángulo de Impedancias

Ley de Ohm para Corrientes Alternas:

%IMAGE_26%

Expresa que el valor eficaz complejo de la tensión senoidal aplicada a un circuito es igual al producto de la impedancia compleja por el valor eficaz complejo de la intensidad.

Leyes de Kirchhoff en Régimen Senoidales

Son válidas para circuitos de corriente continua y para valores instantáneos de las corrientes y tensiones alternas senoidales.

1. Dado un nudo en el que concurren “n” corrientes alternas senoidales de la misma pulsación, se verifica que la sumatoria de corrientes que concurren en dicho nudo expresada en valores instantáneos es nula.

%IMAGE_27%

1. En una malla cerrada, la suma de tensiones expresada en valores instantáneos es igual a 0.

%IMAGE_28%

Otra forma de expresarla es que la sumatoria de la f.e.m en una malla cerrada es igual a la sumatoria de las caídas de tensión en esa malla.

%IMAGE_29%

Resonancia de Tensiones

Cuando en un circuito RLC se cumple que %IMAGE_30% el circuito está en resonancia de tensiones. En este caso, las tensiones reactivas correspondientes a la autoinducción y a la capacidad pueden tomar valores muy superiores al de la tensión de red. Son corrientes en altas frecuencias aprovechadas en radio y televisión.

En esta situación se cumple que:

- Las componentes XL y XC se anulan y el circuito resulta resistivo.

- La impedancia toma su valor mínimo (el de R), la intensidad es máxima y está en fase con la tensión.

- Las tensiones UL y UC son iguales y de sentido contrario, anulándose mutuamente.

- Ocurrirá esta situación solamente para una pulsación o frecuencia determinada.

Admitancia, conductancia y susceptancia.

Se define la admitancia compleja de una rama de un circuito como la inversa de la impedancia compleja de la rama Z, sus unidades vienen dadas en siemens. Y = 1/Z. La ley de Ohm de la rama se podría escribir de las siguientes dos formas: U = Z * I; o bien I = U * Y. Sustituyendo en la admitancia compleja y el valor de la impedancia compleja Z = R + jX, tenemos que: Y = 1/R + jX = R/(R^2 + X^2) - jX/(R^2 + X^2) = G - jB, sus unidades son siemens.

Potencia activa: es la potencia media, se mide en W.

%IMAGE_31%

%IMAGE_32%

Potencia reactiva: no puede considerarse como potencia en sentido físico, potencia absorbida por la carga inductiva L y la capacitiva C.

%IMAGE_33%

Potencia aparente:

%IMAGE_34%

Triángulo de Potencias: Representación Gráfica de las 3 Potencias Anteriores

%IMAGE_35%

%IMAGE_36%

%IMAGE_37%

En un circuito inductivo, al estar retrasada la intensidad con respecto a la tensión, existe un factor de potencia en retraso. En un circuito capacitivo, al estar adelantada la intensidad con respecto a la tensión, entonces el factor de potencia está en adelanto. Lo ideal será un factor de potencia de 1.

%IMAGE_38%

Potencia Compleja:

Las tres lados del triángulo de potencia se deducen del producto vectorial de la tensión eficaz compleja por el complejo conjugado de la intensidad eficaz.

%IMAGE_39%

Teorema de Boucherot

En un conjunto de receptores de corriente alterna y para una frecuencia constante hay una conservación de P por una parte y de Q por la otra. Esto es aplicable a los circuitos en serie, derivadas y en paralelo. La potencia activa total será la suma de las potencias activas y parciales, y la potencia reactiva total será la suma de las potencias reactivas parciales.

%IMAGE_40%

Corrección del Factor de Potencia

El factor de potencia de un dipolo cos %IMAGE_41% depende de las características R y X. Si el dipolo es una instalación receptora para la potencia, la tensión suele ser constante. %IMAGE_42% también es constante, entonces cuanto sea %IMAGE_43% será I y viceversa.

Para desarrollar la misma potencia, el aumento de intensidad solo supone inconvenientes ya que se pierde mayor potencia por el efecto Joule, por ello es conveniente hacerlo lo más próximo a la unidad.

La energía reactiva provoca sobrecargas en las líneas, transformadores y generadores sin producir trabajo útil, es necesario neutralizarla o compensarla. En los receptores inductivos, para mejorar su %IMAGE_45%, es necesario colocar en paralelo condensadores a la línea de alimentación.

Cálculo de la capacidad y la potencia capacitiva del condensador que tenemos que conectar en paralelo para que %IMAGE_46% sea lo más cercano a la unidad.

%IMAGE_47%

Los condensadores generan la energía reactiva consumida evitando la sobrecarga. Se reduce el consumo total de energía (al reducirse el consumo de energía reactiva).

Ventajas de la Compensación

1. Reducción de las recargas.
2. Reducción de las caídas de tensión.
3. Reducción de la sección de los conductores.
4. Disminución de las pérdidas de potencia.
5. Aumento de la potencia disponible en la instalación.

Potencia Instantánea, Media y Fluctuante

Cuando a un receptor se le aplica una tensión alterna senoidal, circula una corriente senoidal de manera que absorbe una potencia llamada potencia instantánea.

%IMAGE_48%

Al tomar U e I valores positivos y negativos, P también puede tomar valores positivos y negativos a lo largo del tiempo.

%IMAGE_49%

%IMAGE_50%

En un período hay momentos donde el dipolo absorbe energía y en otros en los que suministra.

Potencia media o activa: en un período.

%IMAGE_51%

Es la potencia verdaderamente transformada por el dipolo en otro tipo de energía y se llama potencia activa W.

Potencia instantánea: es la suma de una cantidad constante, potencia media, y una función senoidal de doble frecuencia potencia fluctuante.

Sistemas Trifásicos

1. En un sistema polifásico, la potencia instantánea no es cero en ningún momento, siendo constante la potencia total con cargas equilibradas. Esto da lugar a que el par motor trifásico sea constante, tenga mejor rendimiento y sea más robusto que uno monofásico.
2. En los sistemas polifásicos se necesita una menor sección que en los conductores y, por tanto, menor consumo de material para transportar la misma energía.

Sistemas Polifásicos

Sistemas polifásicos de corrientes: conjunto de “n” corrientes alternas de la misma frecuencia.

Sistema polifásico de corrientes equilibradas: conjunto de 2 o más corrientes monofásicas de igual frecuencia, igual amplitud y valor eficaz, que presentan una diferencia de fase entre cada dos consecutivas de 360º/n, siendo n el número de corrientes monofásicas y están dadas en un cierto orden o secuencia (sucesión de fases).

Sistemas polifásicos desequilibrados de corrientes: cuando no se cumple ninguna de las condiciones anteriores.

Sistemas polifásicos de tensiones equilibradas: conjunto de 2 o más fuentes de tensión monofásicas de igual frecuencia, igual valor máximo y eficaz, cuyos valores instantáneos están desfasados simétricamente y dadas en un cierto orden.

Fases: número de circuitos simples o fuentes de tensión monofásica que contiene un sistema polifásico.

Receptor polifásico equilibrado: formado por un conjunto de n cargas o impedancias, con igual Z.

Sistema de cargas desequilibradas: conjunto de impedancias desiguales que hacen que por el receptor circulen intensidades de fase distintas.

La condición de que exista un sistema polifásico de corrientes equilibrado supone:

1. Que los receptores conectados a las líneas consten de un número igual de circuitos o de fases idénticas características.
2. Que se disponga de un generador polifásico en el que se obtenga un sistema de tensiones equilibradas de igual número de fases al anterior.

%IMAGE_52%

%IMAGE_53%

Potencia en los Sistemas Trifásicos

Equivalencia entre Receptores Equilibrados en Estrella y en Triángulo para el Cálculo de Potencias

Para un receptor trifásico equilibrado conectado en estrella, se cumple:

%IMAGE_54%

%IMAGE_55%

Conectado en triángulo:

%IMAGE_56%

%IMAGE_57%

%IMAGE_58%

Un receptor en triángulo absorbe 3 veces más potencia que en estrella.

Sistemas de Potencia Activa en Sistemas Trifásicos

1. Sistemas trifásicos con hilo neutro: el receptor está en estrella.

%IMAGE_59%

            Cada uno de los 3 términos puede medirse mediante un vatímetro monofásico cuyo circuito amperimétrico esté en serie con las intensidades y los voltimétricos están conectados a las tensiones estrelladas.

%IMAGE_60%

Si el sistema es equilibrado, %IMAGE_61%, con un solo vatímetro es suficiente.

%IMAGE_62%

1. Sistemas trifásicos sin hilo neutro:

Se conectan los 3 vatímetros de forma que los circuitos amperimétricos estén en serie con las intensidades y los voltimétricos estén cada uno en una fase y un punto común. Este método sirve para receptores en triángulo y en estrella.

%IMAGE_63%

1. Método de los 2 vatímetros:

Se puede emplear solo si el sistema tiene un hilo neutro.

%IMAGE_64%

La potencia absorbida puede medirse con 2 únicos vatímetros de modo que sus circuitos amperimétricos van en serie con 2 hilos y los voltimétricos en derivación entre cada uno de los hilos iguales que van conectados y el 3º.

%IMAGE_66%

%IMAGE_67%

Sistemas de Medidas de la Potencia Reactiva en Sistemas Trifásicos

La potencia reactiva en un sistema trifásico puede obtenerse mediante el método de los 2 vatímetros.

%IMAGE_68%

En los sistemas equilibrados puede medirse mediante un solo vatímetro de modo que la bobina amperimétrica esté recorrida por la intensidad %IMAGE_69% y la voltimétrica esté conectada a la tensión %IMAGE_70%.

%IMAGE_71%

%IMAGE_72%

%IMAGE_73%

La potencia reactiva se %IMAGE_74% veces la suma de las lecturas de los vatímetros.

Máquinas Eléctricas Rotativas o Convertidores Electromagnéticos

Máquina eléctrica rotativa o convertidor electromecánico:

La máquina eléctrica rotativa podemos definirla como un convertidor electromecánico capaz de transformar la energía eléctrica y viceversa. Todo convertidor electromecánico consta de:

1. Sistema eléctrico.
2. Medio de acoplamiento.
3. Sistema mecánico.

En un aparato funcionando como generador, el sistema mecánico cede energía al eléctrico; si actúa como motor, es el eléctrico el que cede energía al mecánico. El proceso es reversible, aunque en la primera parte de la energía se transforma en calor.

El acoplamiento entre los 2 sistemas se produce por medio de los campos eléctricos y magnéticos. Los principales fenómenos que pueden servir para este acoplamiento son:

1. Inducción electromagnética.
2. Ferromagnetismo: al situar una materia ferromagnética en el interior de un campo magnético, se ejerce sobre ella una fuerza que tiene a orientarlo según la dirección del máximo flujo.

Ley de Inducción Electromagnética de Faraday

1. Un conductor que se mueve en un campo magnético cortando las líneas de fuerza en el mismo, se asienta de una fuerza electromotriz inducida tal que si el conductor y la dirección del movimiento son normales a las líneas de fuerza, viene dado por:

e: tensión  b: valor de la inducción en teslas     l: longitud del conductor  v

1. Cuando el flujo magnético abarcado por un conductor en forma de espira varía, se genera una f.e.m inducida en el conductor manifestada por la tensión que aparece entre sus extremos. Un circuito que contiene un flujo magnético variable se asienta de una f.e.m inducida por la segunda ecuación de Maxwell.

Con un número de espiras dado (n): número de espiras de la bobina.

%IMAGE_77%

Ley de Lenz

Explica el signo negativo dado que el sentido de la f.e.m inducida se opone a la variación de flujo magnético que la origina. La variación de flujo %IMAGE_78% abarcado por una espira, bobina o circuito puede ser por:

1. Que varíe el campo magnético en el tiempo.
2. Que se produzca un movimiento de la espira o del circuito con relación al campo en el tiempo.
3. Por una combinación de las causas anteriores.

Fuerza y Par Electromagnéticos: Ley de Biot y Savart

Sobre todo conductor recorrido por una corriente y bajo la acción de un campo magnético nace una fuerza mecánica de valor.

%IMAGE_79%

En las máquinas rotativas %IMAGE_80% ya que el seno vale 1.

Si el conductor se halla sobre una superficie cilíndrica de radio r, como en las máquinas eléctricas rotativas, el par de giro determinado por esta fuerza vale:

%IMAGE_81%

El par debido a la totalidad de los conductores será la suma de los pares individuales y se llama par electromagnético interno del conductor.

Potencia electromagnética de la máquina pi.

%IMAGE_83%

Constitución de una Máquina Rotativa Elemental

Desde el punto de vista mecánico: parte fija (estator) y la parte móvil (rotor) que gira generalmente en el interior del primero. Cada parte comprende un núcleo toroidal de hierro cuyas superficies de aire que quedan entre ambas partes son el entrehierro.

Desde el punto de vista electromagnético: circuito magnético formado por los núcleos y el entrehierro y 2 circuitos eléctricos. La función principal del devanado de excitación es producir el campo magnético. El otro devanado inducido es aquel en el que se induce la fuerza electromotriz (f.e.m) o fuerza contraelectromotriz y que dan lugar a un par motor o un par resistente.

Clasificación de las Máquinas Eléctricas Rotativas

Atendiendo a la naturaleza de la corriente eléctrica generada o utilizada, se dividen en:

• Máquinas de corriente continua.
• Máquinas de corriente alterna.

Las máquinas de corriente alterna, según la naturaleza de la corriente de excitación, se clasifican:

1. Máquinas excitadas por corriente continua: síncronas.
2. Máquinas excitadas por corriente alterna: de inducción y de colector.

En consecuencia, tenemos 4 tipos de máquinas eléctricas rotativas:

1. De corriente continua.
2. De corriente alterna síncronas.
3. De corriente de inducción.
4. De corriente alterna de colector.

Detalles Diferenciales.

De corriente continua. 1º.- corriente continua en los devanados del estator y a la entrada y salida del rotor. 2º.- inducido en el rotor. 3º.- inductor en el estator. 4º.- conexión del devanado inducido con conmutador o colector de delgas, sobre el cual se apoyan unas escobillas de carbón fijas. 5º.- velocidad de giro regulable entre amplios límites.

De corriente alterna síncronas. 1º.- corriente continua en el devanado inductor y corriente alterna en el devanado inducido. 2º.- inducido en el estator. 3º.- inductor en el rotor. 4º.- conexión mediante anillos metálicos fijos al eje, y unas escobillas fijas apoyadas sobre aquellos. 5º.- velocidad de giro rigurosamente constante.

De corriente alterna de inducción.: 1º.- corriente alterna en los devanados del estator y del rotor. 2º.- no cabe la distinción precisa entre devanado inductor e inducido. 3º.- devanados alojados en ranuras practicadas junto al entrehierro de las 2 coronas cilíndricas coaxiales de chapa de hierro. 4º.- conexión de este devanado con el exterior mediante anillos colectores o escobillas. 5º.- velocidad de giro casi constante, no inferior a plena carga a un 4% de la velocidad sincrona.

De corriente alterna de colector.

1º.- corriente alterna en el devanado inductor y en el inducido. 2º.- devanado inducido en el rotor. 3º.- devanado inductor emplazado ordinariamente en el estator. 4º.- convivencia en órgano móvil (rotor) de un conmutador o colector de delgas. 5º.- velocidad de giro flexible y regulable entre amplios límites.

La máquina de corriente continua es el convertidor electromecánico rotativo que transforma la energía mecánica en eléctrica bajo la naturaleza de corriente continua (dinamo) o viceversa, la energía eléctrica en mecánica. Elementos fundamentales:

• Estator: formado por la culata, en cuyo interior están los polos, alrededor de los cuales hay unas bobinas de cobre que crean el campo magnético inducto de la máquina.
• Rotor: formado por una corona de material ferromagnético, calada sobre el eje de giro, es la del convertidor de frecuencia.
• Colector, portaescobillas y escobillas: formado el primero por un aro de hierro al cual van sujetas las cajas de corriente continua exterior.
• Soportes: son de hierro o chapa de hierro soldada y en su parte central se alojan los cojinetes sobre los que se apoya el eje.

Transformadores

Son máquinas eléctricas estáticas que permiten modificar los factores de la tensión e intensidad de la corriente alterna con el fin de que tomen los valores más adecuados para el transporte, distribución y utilización de la energía eléctrica, pero sin cambiar su forma de corriente alterna.

Su utilidad práctica deriva de la economía en el transporte de la energía eléctrica a tensiones elevadas, ya que la sección del conductor es inversamente proporcional al cuadrado de la tensión adoptada para el transporte de la energía eléctrica.

%IMAGE_84%

En los generadores hay inconvenientes para producir f.e.m altas con aislamientos seguros, por lo que se genera a una tensión que luego se eleva en la misma central productora por medio de transformadores elevadores para el transporte de la potencia producida y una vez transportada se produce en las subestaciones y en centros de transformación para una utilización cómoda y segura por medio de transformadores reductores.

Principio de Funcionamiento de un Transformador

Se encuentra formado por un circuito magnético simple constituido por 2 columnas y 2 culatas. En la de la columna ha sido arrollado un circuito eléctrico.

1. El primero constituido por una bobina de n1 espiras, conectada a la fuente de energía eléctrica en forma de corriente alterna, se llama primario.
2. El segundo constituido por otra bobina de n2 espiras que se llama secundario y permite conectar a sus 2 extremos libres un circuito eléctrico de utilización al que cede la energía eléctrica absorbida por el primario.

El efecto combinado de ambas bobinas con sus corrientes determina una fuerza magnetomotriz que da lugar a un flujo de líneas de fuerza alterno senoidal que sirve para transmitir la energía eléctrica de uno a otro, y al ser variable hace que en ambas bobinas se genere una f.e.m inducida. La f.e.m generada en el primario es la verdadera f.e.m, mientras que en el secundario se aprovecha en el circuito exterior de utilización.

Funcionamiento en Carga

Funciona con carga cuando los bornes del bobinado secundario se encuentran conectados a un circuito exterior de impedancia Z, de forma que dicho bobinado es recorrido por una corriente alterna senoidal de valor instantáneo I2 que da lugar a una fuerza magnetomotriz ε₀ = 1.25 n₂I₂.

Al ser contrario el bobinado secundario por la corriente de carga, debe aumentar simultáneamente la corriente primaria. A consecuencia del aumento simultáneo de las corrientes primaria y secundaria, se mantiene constante el valor de la fuerza magnetomotriz total, de forma que tanto el flujo magnético como las f.e.m varían muy poco de vacío a carga.

1.25 n₁I₁ = 1.25 n₂I₂

I₁/I₂ = n₂/n₁ = 1/m

n₂/n₁ = m relación de transformación.

Cuando el transformador funciona en carga, los valores de intensidades primaria y secundaria están en razón inversa a los números de espiras de sus bobinas, y esto es igual al inverso de la relación de transformación.

Relación de Tensiones en Carga

La tensión en bornes primarios V₁ es mayor que la f.e.m generada en el bobinado primario V₁ > e_c1, mientras que V₂ > e_c2, por lo consiguiente la relación entre V₁/V₂ = n₁/n₂.

Reactancias de Dispersión

Cuando el transformador funciona en carga, aparecen dispersiones del flujo en ambos circuitos eléctricos (X₁ y X₂).

Valor Instantáneo de la Caída de Tensión (V_c)

Cuando el transformador funciona en carga, aparecen en ambos bobinas caídas de tensión óhmica y reactiva.

Bobinado Primario: el valor de la f.e.m es igual al valor instantáneo de la tensión entre sus bornes V₁ menos la suma de las caídas de tensión óhmica R₁I₁ y reactiva X₁I₁.

e_c1 = V₁ - R₁I₁ - X₁I₁

e_c2 = V₂ + R₂I₂ + X₂I₂

Bobinado Secundario: (V₁/m) - V_b2 = V_c = (R₂ + R₁/m²)I₂ + (X₂ + R₁/m²)I₂ = R_tI₂ + X_tI₂ = V_c.

Rendimiento del Transformador

Al ser una máquina estática, no presenta pérdida de potencia de origen mecánico.

Pérdida en el Hierro (Pfe)

Pueden ser medidas mediante el ensayo de vacío. La potencia absorbida por el transformador es aproximadamente igual a las pérdidas en el fe del circuito magnético, que permanecen constantes para todo régimen de funcionamiento (Po = Pfe). La potencia perdida en el cu es despreciable.

Pérdida en el Cobre (Pcu)

Puede ser medida en el ensayo en cortocircuito. En dichas condiciones, la potencia que absorbe el transformador (Pcc) será debido a las pérdidas en el cu por el efecto Joule. La potencia perdida en el fe será despreciable (Pcc = Pcu).

Curva de Rendimiento

El rendimiento de un transformador es variable y depende de la potencia suministrada, a plena carga se puede expresar en función de la potencia útil (Pu).

n% = (100Pu)/(Pu + Po + Pcc) = (100U₂I₂cosφ₂ + Pfe + Pcu)

Funciona a máximo rendimiento cuando la I de la corriente de carga es tal que Pfe = Pcu.

Transformadores de Medida

Se emplean para alimentar aparatos de medida (voltímetro, amperímetro, frecuencímetro, contador, etc.) como aparatos de protección y maniobra (reles, contadores, etc.). Cuando los conductores pertenecen a las líneas de alto voltaje, son recorridos por corriente de alta intensidad, hay 2 tipos:

------ transformadores de medida de tensión (T/T).

------- transformadores de medida de intensidad (T/I).

Acoplamiento en Paralelo

La necesidad de acoplar 2 o más transformadores en paralelo se debe a que uno no es capaz de suministrar la potencia exigida por la red de utilización. Se acoplan conectando los bornes de los devanados primarios a los conductores de la línea de alimentación y los bornes de los devanados secundarios a los conductores de la red de distribución.

Requisitos para que se puedan conectar en paralelo transformadores monofásicos

• Que sean iguales las relaciones de transformación para unir los devanados primarios a la misma red de alimentación y que sean iguales las tensiones obtenidas en sus devanados secundarios.
• Que los valores de las tensiones de cortocircuito sean aproximadamente iguales para que las caídas de tensión sean iguales en los distintos transformadores. Se toleran unas diferencias del 10%.
• Que estén conectados a un mismo conductor tanto de la línea de alta tensión como de la de baja tensión, los bornes de igual denominación.

Requisitos de Acoplamiento en Paralelo de Transformadores Trifásicos

• Que sean iguales las relaciones de transformación compuesta para que las tensiones secundarias de los transformadores funcionando en vacío sean iguales.
• Que las tensiones de cortocircuito no se diferencien más del 10% del valor más pequeño.
• Que los desfases de las tensiones secundarias respecto a las tensiones de línea de alimentación han de ser iguales en todos los transformadores.
• El sentido de rotación de los vectores de las tensiones secundarias ha de ser el mismo. (Las 2 últimas condiciones son imprescindibles).

Autotransformadores (Ventajas)

Máquina estática que transforma la energía eléctrica y de construcción más económica que el transformador. Posee un solo circuito eléctrico del que parten 4 salidas, 2 primarias a y b y 2 secundarias c y b. Se distinguen 2 partes: cb común a los circuitos de alta y baja tensión y otra que está conectada en serie con la anterior que pertenece a la mayor tensión. Los conductores que forman estas 2 partes han de ser de distinta sección. A diferencia del transformador, transfiere energía entre los 2 circuitos, en parte por acoplamiento magnético y en parte por conexión eléctrica directa.

Piroluminiscencia: por la combustión de algunas sustancias (velas, candiles, etc.) son un ejemplo de las distintas fuentes luminosas a las que ha dado lugar.

Termorradiación: emisión de luz a causa de la agitación térmica de los átomos de un material conductor por el que circula una corriente eléctrica. Si esta agitación es lo suficientemente elevada, el conductor alcanza la incandescencia, pudiendo apreciarse la radiación visible por el color que adquiere el cuerpo incandescente, el cual es función de la temperatura (lámparas de incandescencia).

Luminiscencia: es la emisión de radiación luminosa por átomos, moléculas o iones, excitados por choque de electrones, es decir, por procedimientos no térmicos. La luminiscencia es el efecto luminoso producido generalmente por la excitación de los electrones de la última capa. El espectro de la luminiscencia es discontinuo, lo que no ocurre con la incandescencia, que es continuo.

La producción de luz mediante energía eléctrica se basa fundamentalmente en los fenómenos de termorradiación y electroluminiscencia, pudiendo clasificar las fuentes de luz artificial en las siguientes:

Lámparas de incandescencia: tradicionales (Edison) y las lámparas halógenas.

Fuentes de tipo luminiscente: son lámparas de descarga en atmósfera gaseosa y con adición de metales en forma de halogenuros, yoduros, tierras raras, mercurio, sodio y yodo. Según el tipo de gas y la presión a la que se le somete, da lugar a distintos tipos de lámparas de descarga. Estas constituyen una forma de producir luz más eficiente y económica que las lámparas incandescentes, pero a diferencia de las incandescentes, estas necesitan un equipo auxiliar para su funcionamiento (balasto, cebador).

Fuentes de tipo fotoluminiscente: como diodos emisores de luz semiconductores (LED), luminarias de emergencia y pinturas luminiscentes.

Lámparas fluorescentes: deben su funcionamiento a la luminiscencia y fotoluminiscencia.

Lámparas de inducción: donde se integran luminiscencia, fotoluminiscencia e inducción

magnética.

Características de las Fuentes de Luz, Lámparas.

A.- Fotométricas: relacionadas con las magnitudes relativas a las radiaciones capaces de producir la

excitación o estímulo del órgano humano de la vista y crear una sensación visual.

- Flujo luminoso: la cantidad de luz que puede suministrar una lámpara o foco luminoso. Se representa por f y su unidad es el lumen (lm).

- Intensidad luminosa: la densidad de luz dentro de un pequeño ángulo sólido (w), en una dirección determinada. Se representa por i y su unidad es la candela (cd).

- Rendimiento o eficacia luminosa: es la relación existente entre el flujo luminoso y la potencia

eléctrica consumida por la lámpara. Su unidad fundamental es el lm/W.

Existen otras magnitudes fotométricas que se estudiarán en el tema siguiente y son necesarias para calcular la iluminación de un recinto interior o exterior.

B.- Colorimétricas o propiedades cromáticas:

- Temperatura de color (tc):: de una fuente luminosa es medida por su apariencia cromática y esta

está basada en el principio por el cual, todos los objetos cuando aumentan su temperatura (ta), emiten luz. El color de esa luz cambia dependiendo del incremento de la ta, expresada en grados Kelvin (K). Luego, el color de la luz de una lámpara artificial puede ser definido en términos de temperatura. Sus resultados pueden cuantificarse en términos de cantidad de violeta o rojo; si tiene más violeta – azul, la luz es más fría y si tiene más rojo, la luz es más cálida. Existen 3 categorías principales:

Cálido tc ≤ 3300K

Intermedio 3300K

Luz día o fría tc ≥ 5000K

- Rendimiento de color (Ra) o índice de rendimiento de color (IRC): mide la fidelidad con que las lámparas son capaces de reproducir los colores de los objetos que ilumina. Indica la apariencia de un objeto que está siendo iluminado, en términos de reproducción del color.

C.- Eléctricas:

- Período o tiempo de encendido: es el tiempo necesario para que el flujo emitido por la lámpara alcance su valor máximo.

- Reencendido: es el tiempo que debe transcurrir para que, después de un corte del suministro

eléctrico, la lámpara vuelva a encenderse estando todavía caliente.

- Conexión a red: dependiendo de la lámpara, se podrá conectar directamente a la red (p.ej. incandescente), pero otras necesitan de una pequeña instalación (p.ej. fluorescentes).

D.- Duración:

- Vida útil de la lámpara: número de horas de funcionamiento en las que la lámpara emite un flujo luminoso dentro de sus límites económicamente rentables.

- Vida media: indica el número de horas de funcionamiento a las cuales la mortalidad de un lote representativo de fuentes de luz del mismo tipo alcanza el 50% en condiciones estandarizadas.

- Depreciación del flujo: el flujo luminoso emitido por cualquier lámpara disminuye con el tiempo de funcionamiento y esto produce un descenso de la eficacia luminosa hasta un punto en que es económicamente más rentable reemplazarla por una nueva que esperar que falle.

E.- Otras características que influyen en el funcionamiento de la lámpara:

- Posición de funcionamiento: la mayor parte de las lámparas pueden funcionar en cualquier posición, a excepción de las lámparas de sodio a baja presión que siempre han de instalarse en horizontal.

- Influencia de la temperatura ambiente: las lámparas están construidas para que trabajen a temperaturas comprendidas entre -30 y 50ºC. A temperaturas inferiores a 0ºC, las lámparas de incandescencia no dan problemas, pero las de descarga de alta presión pueden tener dificultades de arranque a temperaturas inferiores a -30ºC.

Flujo luminoso: es la cantidad de luz que puede suministrar una lámpara o foco luminoso. Se representa por f y su unidad es el lumen (lm). También se puede definir como la potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible. La radiación de 555nm de 1W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponde 683 lm. El equivalente luminoso de la energía será: 1 watt-luz (555nm) = 683 lm.

Intensidad luminosa: otra magnitud fundamental en luminotecnia es la intensidad luminosa de la lámpara o foco luminoso. Se representa por i y su unidad es la candela (cd). Se define la intensidad luminosa de una fuente como la densidad de luz dentro de un pequeño ángulo sólido (w), en una dirección determinada. Viene dada, por lo tanto, por la relación entre el flujo luminoso (lm) y el ángulo sólido (esterorradian). i = f / w

El ángulo sólido es el formado por la superficie lateral de un cono cuyo vértice coincide con el centro de una esfera de radio r, y cuya base se encuentra situada sobre la esfera. w = s/r²

La intensidad de iluminación o iluminancia es la relación existente entre el flujo luminoso y la superficie iluminada. e = f/s iluminada, su unidad es el lux (lx). Otras unidades anglosajonas son el pot, milipot y footcandle.

La emitancia o radiación es la relación existente entre el flujo luminoso emitido por una fuente de luz y la superficie aparente del cuerpo luminoso: r = f/s aparente, lumen/m², conocido como blondel; el lumen/cm², conocido como lambert; y el lumen/pie², conocido como footlambert.

La luminancia o brillo es la relación existente entre la intensidad luminosa y la superficie aparente del cuerpo luminoso (fuente de luz directa o superficie reflejada) vista por el ojo humano en una dirección determinada: l = i/s aparente. Su unidad fundamental es la cd/cm², conocida como stilb. Otra unidad es el nit, equivalente a 1 cd/m².

La eficacia luminosa o rendimiento luminoso es la relación existente entre el flujo luminoso y la potencia eléctrica consumida por la lámpara: l = W/ f. Su unidad fundamental es el lm/W. La potencia eléctrica se distribuye en: pérdidas por calor, pérdidas por radiaciones invisibles y luz visible.

Cada lámpara tendrá un rendimiento y mientras mayor sea, mejor aprovecha la energía eléctrica.