Ondas periódicas: amplitud, frecuencia, fase y factor de potencia en sistemas eléctricos

Ondas periódicas

ONDAS PERIÓDICAS. Una onda de corriente continua se define fácilmente por su magnitud. Ahora bien, las ondas alternas y las periódicas no se pueden describir en términos de una sola magnitud. Las ondas periódicas tienen tres características: amplitud, frecuencia y fase.

Valores representativos de una onda periódica

Hay dos valores que nos indican una idea de las ondas:

• Valor medio: Se denomina valor medio de una onda periódica, al valor de corriente continua que en un lapso de tiempo equivalente al periodo T transfiriese la misma carga que la periódica en un circuito.
• Valor eficaz: Se llama valor eficaz de una corriente periódica de período T al valor I_ef constante de una corriente continua que, en un lapso de tiempo T, disipase sobre una resistencia R la misma cantidad de calor que la periódica.

Consideremos una corriente periódica: i = i(t). Como sabemos que i = dq/dt, entonces en un periodo la cantidad de electricidad será: (1er dibujo ondas).

Suponiendo una onda continua de valor constante I_med, entonces en un tiempo T entregará al circuito una carga de valor: (Dibujo 2 ondas).

La energía E que transfiere a calor la periódica en un período T viene dada por: (Dibujo 3 ondas). En una resistencia la potencia instantánea disipada viene dada por p(t) = R·i²(t).

Potencia aparente y factor de potencia

POTENCIA APARENTE Y FACTOR DE POTENCIA

La introducción del uso de estos conceptos se debe a las compañías eléctricas. La eficacia en el transporte de energía se refleja en el precio y, por lo tanto, en el coste para el cliente. El cliente que origina un bajo rendimiento en la transmisión de energía paga un mayor precio.

Definiciones y expresiones

Supongamos una red a la que le aplicamos una tensión de la forma v = √2·V·sen(ωt + φ) y por la que circulará una corriente i = √2·I·sen(ωt), siendo φ (letra griega) el ángulo de fase entre V e I. La potencia media activa será:

P_media = V·I·cos φ

Si V e I fueran continuas, P = V·I. Las compañías eléctricas aplican este concepto a la corriente alterna. En el caso de una tensión y corriente alternas, la potencia absorbida aparentemente viene dada por V·I, llamando potencia aparente a S = V·I en unidades de voltamperio (VA).

Despejando de las fórmulas anteriores se obtiene que:

Pact / S = cos φ = factor de potencia

Características del factor de potencia

• El factor de potencia (f.d.p.) varía entre 0 y 1.
• En una carga resistiva pura el f.d.p. vale 1.
• En una carga reactiva pura el f.d.p. vale 0.

Suponemos una carga cuyo f.d.p. = 0.5.

- Si φ = +60° → carga reactiva inductiva: V adelanta 60° a I.

- Si φ = −60° → carga reactiva capacitiva: V atrasa 60° a I.

Para eliminar la ambigüedad sobre la naturaleza exacta de la carga se habla de f.d.p. adelantada o retrasada, refiriéndose a la fase de la I respecto a la V.

Notas finales

Se mantienen en el texto las referencias a ilustraciones señaladas como: (1er dibujo ondas), (Dibujo 2 ondas) y (Dibujo 3 ondas) para completar la explicación gráfica de los conceptos.