Clase 15

Hoy hemos seguido profundizando en el nuevo dispositivo que empezamos a ver en la clase pasada, el transformador.

- Transformador ideal

También llamado Conversor Positivo de Impedancias (CPI), es el transformador desarrollado por los teóricos de circuitos que se comporta de una manera ideal, como su nombre indica. Su comportamiento se rige por estas dos ecuaciones:

V1 = n*V2
n*i1 = -i2

Hemos hecho unos cuantos ejemplos y hemos aprendido a analizar circuitos en los que interviene un transformador ideal.

Después de ver todo esto, nos planteamos lógicamente la siguiente pregunta: ¿Existe algun dispositivo que se comporte como un transformador ideal?

Pues bien, la respuesta es NO. Lo más parecido lo podemos fabricar con un bobinado de hilo de cobre sobre un núcleo de ferritas. Las ferritas son el material idóneo para esto porque presentan una alta permeabilidad magnética pero no conducen. Si por lo contrario lo hicieramos sobre un núcleo de hierro, por ejemplo, provocaríamos un cortocircuito porque este sí que es conductor.

- Transformador perfecto

Este transformador que nosostros somos capaces de fabricar recibe el nombre de transformador perfecto, y sigue la ecuación L = K*N^2.

- Aplicaciones de los transformadores

Se han comentado unas cuantas aplicaciones de los transformadores en esta clase, tales como para los chips inyectados en animales, en las barreras de tiendas que pitan cuando intentas robar algo, en los detectores de metales, y en la que más hemos profundizado, en el suministro de energía eléctrica.

- Potencia máxima disponible

Hemos acabado la clase viendo cómo se calcula la potencia máxima que puede aplicar un generador en un circuito.


28 de abril de 2011

Clase 14

En la clase anterior acabamos viendo lo que ocurría si tocábamos ambos cables de la toma de red (el vivo y el neutro). Pues bien, también hay que saber que nos puede pasar más de lo mismo tocando sólo uno de los dos cables, el vivo, ya que como nosotros estamos en contacto con el suelo (la tierra) y el cable neutro va también a tierra, es como si estuvieramos conectados y por lo tanto estamos cerrando el circuito.

- Electrodomésticos derivados, diferencial y un tercer cable:

La conexion del cable externo de los electrodomésticos, con el tiempo puede llegar estropearse provocando lo que se llama una derivación, que es cuando uno de los dos cables se funde y queda conectado a la carcasa del electrodoméstico. Si el cable con el que se conecta es el neutro, no pasa nada, pero si por lo contrario se conecta con el vivo, tenemos un problema, porque entonces en el momento en que toquemos la carcasa nos electrocutaremos.

Para evitar esto, colocaremos un interruptor diferencial en nuestra instalación. El diferencial lo que hace es calcular constantemente la diferencia entre la corriente que pasa por los dos cables, y si esta es mayor a 30mA se abre y crea un circuito abierto.

Para más seguridad todavía, añadiremos un tercer cable a la instalación eléctrica. Este irá también conectado a tierra pero la diferencia es que este estará en contacto con la carcasa del electrodoméstico, de manera que si se produce una derivación se creará un cortocircuito y saltará el magnetotérmico.

- Transformador:

En la parte final de la clase hemos hablado de un nuevo dispositivo, el transformador. El transformador es un dispositivo clave en el transporte de energía eléctrica. Un dato curioso a tener en cuenta a la hora de analizar circuitos con un transformador es que el valor de la resistencia equivalente es igual a la resistencia total vista desde la entrada multiplicada por n^2 (Req = n^2R).

Nota: n = relación de transformación.


15 de abril de 2011

Clase 13

Siguiendo con las instalaciones eléctricas domésticas, el tema principal de hoy ha sido el fusible. De todas formas, también se han tratado otros temas:

- Diferencia entre las cargas inductivas y las cargas resistivas:

Como ya vimos en la clase anterior, los aparatos que se enchufan a la red doméstica se pueden clasificar en dos grandes grupos: cargas resistivas y cargas inductivas. Pues bien, la principal diferencia entre estos es que una carga inductiva necesita una intensidad mucho mayor que una carga resistiva para disipar una misma potencia.

- Factor de potencia:

Se denomina factor de potencia al cos(a-b). Ante una carga inductiva, lo que a nosotros nos interesa es hacerla "menos inductiva". ¿Cómo se hace esto? Pues la solución que se presenta es colocarle un condensador en paralelo, de esta manera reducimos el factor de potencia.

En una instalación doméstica, este factor de potencia es mayor o igual a 0.9, por lo tanto, cometeremos un error despreciable si suponemos que su valor es 1. Sin embargo, esto nos simplificará mucho los cálculos porque significará que todas las cargas pasarán a ser resistivas, no habrá cargas inductivas. No tendremos que recurrir a los fasores ni a los números complejos.

- Fusibles:

Cuando se produce un corcocircuito en la red eléctrica, se puede producir un incendio debido a los valores extremadamente que toman la intensidad y la potencia. Para solucionar este problema se coloca un fusible. El fusible es un dispositivo formado por un pequeño hilo y está diseñado para que cuando sea recorrido por una determinada intensidad, este hilo se funda creando así un circuito abierto. Sin embargo, el problema de estos dispositivos es que son de un solo uso. Ante esta situación, se inventaron los fusibles reutilizables o magnetotérmicos, formados por un bimetal con coeficientes de dilatación distintos. Esto hace que cuando la calor augmenta demasiado, un metal se expanda más que el otro, haciendo curvar el dispositivo y creando a su vez un circuito abierto. Estos son los que se usan en las casas, por ejemplo, porque no sería nada práctico tener que ir cambiándolos cada vez que se fundieran.

El valor de la intensidad límite de los fusibles de las casas se decide en el contrato con la compañía eléctrica. Esto se hace con una estimación de cuál será la potencia máxima que se consumirá en el peor día del año. De esta manera la compañía también se asegura de que si en algún momento sobrepasas ese límite contratado, los fusibles saltarán.

Estas estimaciones también se hacen a lo grande, es decir, para toda Cataluña, por ejemplo. Sirven a la compañía para asegurarse de que en todo momento se suministran los 220 Vef a todos los clientes. Para eso, depende del consumo que haya, a veces es necesario conectar varias centrales en paralelo.

- Toma de tierra:

A lo largo de todo el cableado eléctrico que se utiliza para llevar la electricidad desde las centrales a las ciudades, es necesario ir conectando tomas de tierra cada x kilómetros para evitar que haya descargas eléctricas en esas zonas. Además, estas tomas de tierra han de tener un mantenimiento y se han de regar periódicamente para asegurarse de que la toma conduce bien. Algo que se suele hacer es plantar césped alrededor de las tomas de tierra, así se comprueba fácilmente si están en buenas condiciones o no, ya que el césped necesita agua.

- Modelo circuital de una persona:

Lo último que hemos visto ha sido el modelo circuital de una persona y los efectos que tiene meter las manos en un enchufe, o dicho de otra manera, cerrar el circuito a través de nuestro cuerpo.


14 de abril de 2011

Clase 12

Hoy hemos seguido con el tema de la potencia en circuitos que vimos en la clase 10. En esa clase habíamos visto los dos primeros casos, caso 1 (con excitación contínua) y caso 2 (con excitación sinusoidal). Pues bien, hoy hemos continuado con los dos últimos casos, el 3 y el 4.

Caso 3: Este caso se produce cuando el circuito está excitado por más de una fuente, ya sean éstas contínuas o sinusoidales. La fórmula general para este caso es P(t)media = V^2media/R, donde V = Vm1*cos(w1*t) + Vm2*cos(w2*t). Pero hay un detalle a tener en cuenta que nos puede simplificar las cosas: Si las diferentes excitaciones del circiuto trabajan a frecuencias distintas, se cumplirá que analizando el circuito por superposición, P = P1+P2 (P1 corresponde a la potencia encontrada analizando el circuito con la primera fuente y P2 a la encontrada con la segunda).

Nota: Recordad que en una tensión contínua la frecuencia es 0.

Caso 4: El último caso viene dado cuando Vg tiene una forma de onda arbitraria que desconocemos. Ahora la ecuación que nos dará la potencia será la siguiente: Pm = Vrms^2/R.

Nota: Comparación de la potencia que caerá en una resistencia cuando la excitación sea contínua y cuando sea arbitraria: La resistencia recibirá la misma potencia si el valor de Vdc es igual al valor Vrms de la tensión arbitraria.

A continuación hemos comenzado el tema de Instalaciones y suministro de energia eléctrica doméstica. Hemos visto que a una toma de red doméstica pueden conectarse dos tipos de electrodomésticos: lámparas incandescentes y electrodomésticos con motor (ej. lavadora). El modelo circuital de los primeros es un resistor, mientras que los segundos se representan como un resistor y una bobina en serie.

Hemos visto cómo calcular los valores de los elementos circuitales y el valor de la intensidad del circuito a partir de las especificaciones que vienen dadas en la etiqueta de estos electrodomésticos y hemos practicado con un ejemplo de una lavadora.


7 de abril de 2011

Clase 11

Hoy se ha realizado el primer control del cuatrimestre.


5 de abril de 2011

Clase 10

El tema de la clase de hoy ha sido la potencia. Lo primero que se ha visto es la fórmula ya conocida por todos (P=V*I), y se ha comentado un poco por encima cuánta potencia haría falta para sonorizar una aula más o menos grande. Para una como la nuestra, la potencia mínima sería de unos 100mW.

A continuación hemos visto cómo calcular el valor medio y el valor eficaz o RMS (Root Mean Square) de una tensión. Ambos métodos sirven para obtener una tensión continua con la misma área que una tensión arbitraria dada, en un mismo intervalo de tiempo. El método del valor medio presenta un inconveniente, y es que cuando hay tensiones bipolares (partes positivas y negativas), éstas se anulan. El caso más extremo es el de una función senoidal, porque su valor medio sería nulo, ya que hay la misma área positiva que negativa y por tanto la resultante es 0. El método del valor eficaz intenta solventar este problema elevando los términos al cuadrado y haciéndoles la raíz cuadrara, de esta manera siempre quedarán positivos y no se podrán anular.

Lo siguiente que hemos visto es cómo calcular la potencia en un circuito. Hemos tratado dos casos: Con excitación contínua y con excitación senoidal.

En el primer caso, en contínua, como suponemos que el circuito lleva mucho tiempo conectado, los condensadores pasan a ser circuitos abiertos y los inductores cortocircuitos, y evidentemente la corriente y la tensión que pasan por el resistor son contínuas. A partir de ahí, analizamos el circuito como siempre y luego le aplicamos una u otra fórmula para calcular la potencia.

En el caso de excitación senoidal recurrimos al transformado fasorial. El proceso a seguir es similar al del caso anterior, solo que ahora ya no podemos hacer esas predicciones. Analizaremos el circuito transformado fasorial como hemos estado haciendo hasta el día de hoy, y luego aplicaremos las mismas fórmulas de la potencia pero con fasores.


31 de marzo de 2011