Download Impedancia en elementos básicos

Versión: 02
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA
SISTEMA INTEGRADO DE GESTIÓN
Procedimiento Ejecución de la Formación Profesional Integral
Fecha: 30/09/2013
Código: F004-P006GFPI
GUÍA DE APRENDIZAJE
GUÍA DE APRENDIZAJE Nº
280101009-02
1. IDENTIFICACIÓN DE LA GUIA DE APRENDIZAJE
Programa de Formación:
Electricidad Industrial
Nombre del Proyecto:
Código: 821222
Versión: 1
Revisión y adecuación de las instalaciones y equipos eléctricos industriales de los ambientes de electricidad del CDITI
Código:
666800
Fase del proyecto:
1. Iniciación y visión
Actividad (es) de Aprendizaje:
Actividad (es) del Proyecto:
Identificar parámetros
eléctricos
1. Relacionar los parámetros eléctricos en
sistemas polifásicos. Caracterización e
identificación de las cargas eléctricas:
Resistiva (R), Inductiva (L), Capacitiva (C),
asociación RL, RC y RLC (Regímenes
permanente).
Ambiente de MATERIALES DE FORMACIÓN
DEVOLUTIVO
CONSUMIBLE
formación:
-Aula de
socialización
-Labvolt
Ver sección 4.
Ver sección 4.
Resultados de Aprendizaje:
Competencia:
1. Identificar parámetros eléctricos básicos e instrumentos de medición
asociados al circuito eléctrico polifásico de acuerdo con el tipo de
carga instalada.
16 horas
Duración de la guía:
280101009: interpretar sistemas polifásicos de acuerdo
para aplicaciones industriales
2. INTRODUCCIÓN
Como ya lo hemos visto se trabajara en el comportamiento de los circuitos eléctricos cuando son sometidos a una
corriente alterna (c.a.) e identificaremos cada uno de los patrones de comportamiento en los parámetros eléctricos
(tensión y corriente) cuando este tipo de corriente circula en un elemento.
En esta guía estudiaremos sobre el comportamiento de inductores y condensadores en los circuitos alimentados con c.a.,
definiremos el concepto de desfasaje, analizaremos fasorialmente cada uno de los tipos de cargas que podemos
conectar en un circuito polifásico y representaremos gráficamente las señales eléctricas.
3. ESTRUCTURACION DIDACTICA DE LAS ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
3.1 Actividades de Reflexión inicial.
¿Puedes identificar qué tipo de carga son los diferentes electrodomésticos que se tienen en una casa?
¿Qué tipo de corriente alimenta tu casa? (c.a. o c.c.)
¿A Qué frecuencia se genera la electricidad en tu país? Explica en tus propias palabras que significa esta respuesta.
¿Qué elementos eléctricos reconoces? ¿Cuál de ellos has podido visualizar y conectar a una red eléctrica?
¿Reconoces que es un vector y cuáles son los parámetros que lo definen?
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3.2 Actividades de contextualización e identificación de conocimientos necesarios para el aprendizaje.
Es necesario que en este momento identifiques que es un diagrama fasorial y como se representa una señal sinusoidal
mediante un vector. Socializa con tu instructor y construye el conocimiento necesario para que puedas trabajar con
fasores sin ninguna dificultad. Remítase al documento de apoyo “Representación fasorial” en formato .pdf
3.3 Actividades de apropiación del conocimiento (Conceptualización y Teorización).
1. CARACTERIZACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS (8 horas)
Para poder entender el comportamiento de los elementos pasivos cuando son alimentados en un circuito eléctrico por
una corriente alterna (c.a.) debemos comprender como son mostrados los parámetros eléctricos en un osciloscopio, por
ello con la ayuda de su instructor desarrolle la ACTIVIDAD 1 del DR-280101009-02.
Circuito eléctrico
Un circuito es una red eléctrica (interconexión de
dos o más componentes, tales como resistencias,
inductores, condensadores, fuentes, interruptores
y semiconductores) que contiene al menos una
trayectoria cerrada.
Elementos de Circuitos.
Un elemento ideal de un circuito es aquel que no
puede subdividirse en otros elementos. Un
elemento real de un circuito puede estar
compuesto de más de un elemento ideal y puede
subdividirse.
Elementos Activos.
Los elementos activos son aquellos que generan,
entregan, suministran o producen potencia
indefinidamente. Dentro de estos elementos
encontramos las fuentes Independientes.
Elementos pasivos.
Los elementos pasivos son aquellos que consume,
gasta, disipa, absorbe potencia, y aquellos que
almacenan energía por tiempo limitado. Dentro
de este grupo encontramos las resistencias, las
bobinas y los condensadores.
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IMPEDANCIA
En los circuitos de corriente alterna (AC) los receptores presentan una oposición a la corriente que no depende
únicamente de la resistencia óhmica del mismo, puesto que los efectos de los campos magnéticos variables (bobinas)
tienen una influencia importante. En AC, la oposición a la corriente recibe el nombre de impedancia (Z), que obviamente
se mide en Ω. La relación entre V, I, Z, se determina mediante la "Ley de Ohm generalizada".
La impedancia puede calcularse como:
Se puede demostrar que los tres componentes (R,
Teorema
X, Z) se relacionan mediante un triángulo rectángulo. Aplicando el
de Pitágoras o relaciones trigonométricas, se pueden obtener muchas más fórmula que relacionen R, X y Z
Ejemplo
Un motor se comporta como un receptor inductivo de R=17,3 (Ω) y XL=10 (Ω) y está conectado a una toma de 230 V/50
Hz. Determinar su intensidad.
La impedancia:
La intensidad:
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Impedancias en serie o en paralelo
Las impedancias se tratan como las resistencias con la ley de Ohm. La impedancia es igual a su suma:
Serie:
La impedancia de varias impedancias conectadas en paralelo es igual al recíproco de la suma de sus recíprocos:
Paralelo:
Interpretación de los resultados
El resultado de corriente es, generalmente, un número complejo. Ese número complejo se interpreta de manera
siguiente:


El modulo indica el valor de la tensión o de la corriente calculada. Si los valores utilizados para los
generadores eran los valores pico, el resultado también será un valor pico. Si los valores eran valores
eficaces, el resultado también será un valor eficaz.
El argumento es ese número complejo da el desfase con respecto al generador utilizado como referencia de
fase. Si el argumento es positivo la tensión o la corriente calculadas estarán en avance de fase.
Impedancia en elementos básicos
La impedancia de una resistencia ideal, solo contiene una componente real:
𝑍𝑅 = 𝑅
En este caso, el voltaje y corriente son proporcionales y están en fase.
La impedancia en un inductancia ideal o en un condensador ideal tiene una componente puramente imaginaria:
La impedancia en un inductancia se incrementa con la frecuencia;
𝑍𝐿 = 𝑗𝜔𝐿
𝑍𝐿 = 𝑗𝑋𝐿
La impedancia de un condensador decrece cuando la frecuencia crece;
𝑍𝐶 =
1
𝑗𝜔𝐶
𝑍𝐿 = −𝑗𝑋𝐶
Recordar que 𝜔 es la velocidad angular y es igual a:
𝜔 = 2𝜋𝑓
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En la siguiente tabla puede verse un resumen del valor de impedancia de cada tipo de elemento cuando es conectado a
una fuente de alimentación c.a.:
Para afianzar todos estos conocimientos realizaremos una consulta, en su cuaderno registre el resultado de la solución a
las preguntas que se presentan en el DR-280101009-02 ACTIVIDAD 2.
3.4
Actividades de transferencia del conocimiento.
Con base al estudio realizado:
 Desarrolle un mapa conceptual en su cuaderno que le permita visualizar y entender los diferentes desfasajes que se
dan entre la corriente y la tensión según el tipo de elemento que se esté alimentando con una corriente c.a..
 Identifique porque la frecuencia incide en la impedancia inductiva y la capacitiva, establezca la relación que existe
entre ellos y analice cuando esta relación entre la frecuencia y la reactancia puede ser beneficiosa y cuando esta
relación puede ser perjudicial.
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Actividades de evaluación.
Evidencias de Aprendizaje
Evidencias de Conocimiento :
1. Relacionar los parámetros eléctricos en
sistemas polifásicos
Criterios de Evaluación
Interpretar y calcular parámetros eléctricos
en el circuito.
Técnicas e Instrumentos
de Evaluación
Documento respuesta DR1208101009-02
Evidencias de Desempeño:
No Aplica
Evidencias de Producto:
No Aplica
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DOCUMENTO RESPUESTA
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Documento de identidad:
208101009-02
ACTIVIDAD 1: ANALISIS FASORIAL
En los siguientes ejercicios define la escala que utilizaras en los cuadros de las ordenadas para las abscisas toma un valor de
30° por cuadricula.
1. Represente gráficamente de manera senoidal y fasorial una señal que tiene 120V RMS y un ángulo de fase de 30°.
2. Represente gráficamente de manera senoidal y fasorial una señal que tiene 120 v RMS y un ángulo de fase de 120º.
3. Represente gráficamente de manera senoidal y fasorial una señal que tiene 13200V RMS y un ángulo de fase de 180°.
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4. Represente en un mismo gráfico dos señales una de corriente y una de voltaje que están desfasadas entre si (la
corriente con respecto a la de voltaje):
a.
b.
c.
d.
e.
120 V
220 V
380 V
120 V
13.2 kV
10 A
50 A
75 A
50 A
18 A
60° en adelanto
30° en atraso
en fase
en contra fase
𝜋
rad. en atraso
f.
g.
127 V
220 V
90 A
450 A
rad. en atraso
3
𝜋 rad. en adelanto
6
𝜋
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ACTIVIDAD 2: CONSULTA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Se considera que un ciclo completo se extiende a lo largo de 360°. En un sistema de 50 Hz, ¿cuál es la duración
de un ciclo completo? ¿Cuál es la duración de medio ciclo? ¿Cuánto tiempo dura un intervalo de 90°?
Dibujar una onda de alimentación, que medida con un multímetro da 120 V AC e indique el número exacto de
ciclos que se producen durante 1/10 de segundo
La línea de alimentación estándar tiene un valor rms de 120 V, Calcular su valor pico.
Una lámpara incandescente de 100 W da cierta cantidad de luz cuando se conecta a una línea de 120 V AC,
Aumentará, disminuirá, o permanecerá igual su brillantez cuando la misma lámpara se conecta a una línea de
120 V DC?
¿Cuánto tiempo se necesita para que el voltaje pase de cero al máximo en una línea de energía de 60 Hz?
En una línea de alimentación de 60 Hz, ¿cuál es la duración de la porción positiva de un ciclo completo?
¿Cuál es el valor efectivo de una onda sinusoidal de AC que tiene un valor máximo de 4 amperes de pico?
Explique en sus propias palabras lo que significan los términos de corriente efectiva y voltaje efectivo
¿Qué otro término que tenga el mismo significado se utiliza para “voltaje efectivo” o “corriente efectiva”?
En un circuito de AC que tiene una carga puramente resistiva:
a.
Llega la corriente a su valor máximo de pico en el mismo instante que el voltaje?
b.
Llega la corriente a su valor mínimo en el mismo instante que el voltaje?
En una onda senoidal:
a.
Indique el ángulo o ángulos en que la amplitud aumenta a mayor velocidad?
b.
Indique el ángulo o ángulos en que es momentáneamente constante la amplitud?
Explique ¿por qué el voltímetro y el amperímetro de DC indican cero cuando se mide el voltaje y la corriente en
una fuente de alimentación con un voltaje de 120 V AC?
Puede explicar ¿por que la mayoría de los voltímetros y amperímetros de AC están diseñados para dar lecturas
de valores efectivos (rms) de voltaje o corriente?
¿Un sistema de distribución de AC opera a 600 V AC, cual es su valor pico de voltaje?
Se tiene un capacitor conectado directamente a una fuente de alimentación de 120 V AC, establecer la carga y
descarga del capacitor en grados de rotación angular.
Un sistema de 60 Hz, incluye un capacitor con una reactancia de 100 ohmios:
a.
¿Cuál es el valor del capacitor conectado al sistema?
b.
¿Cuál es su reactancia a 120 Hz y a 30 Hz?
¿Qué regla expresa la relación que hay entre la reactancia capacitiva y la frecuencia?
¿Cuál sería el valor de la capacitancia a 60 Hz?
¿Qué capacitancia se deberá tener a 120Hz?
¿Cuál será la reactancia en el caso de DC?
Calcule el valor de la capacitancia que tiene una reactancia de 300 ohmios a 60 Hz
Un inductor tiene una resistencia de 1 ohmio, según lo indica el ohmímetro, puede calcular la corriente, si el
inductor se conecta a una fuente de energía de 60 Hz, 120 V? Explique ¿el por qué?
Calcule la inductancia de una bobina que tiene una reactancia inductiva de 300 ohmios a 60 Hz
Una bobina tiene una reactancia de 100 ohmios en un sistema de 60 Hz, calcular:
a.
¿Cuál es su reactancia a 120 Hz y a 30 Hz?
b.
¿Cuál es el valor de la inductancia a 60 Hz y a 120 Hz?
c.
¿Cuál será la reactancia en DC?
Puede considerarse que hay impedancia en un circuito de ca que solo contiene resistencia? Explicar
Cambia el valor de la impedancia del circuito si varia la frecuencia de línea? Explicar
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4. RECURSOS PARA EL APRENDIZAJE
Materiales de formación devolutivos:
(Equipos/Herramientas)
ACTIVIDADES DEL
PROYECTO
AMBIENTES DE
APRENDIZAJE TIPIFICADOS
Talento Humano (Instructores)
DURACIÓN
(Horas)
Descripción
Multimetro
numérico TRMS
600 V CAT III
Pinza
voltiamperimetric
a 0-5A
Identificar
parámetros
eléctricos
Materiales de formación
(consumibles)
Cantidad
Descripción
Cantidad
4
Marcadores
borrables
6
4
Bombillo
incandescente
72
Osciloscopio
4
Protoboard
16
Cautín
4
Computador
8
Pinza
voltiamperimetric
a 0-5A
4
275
Interruptor
sencillo
Cables de
conexión de
seguridad
Sonda de
osciloscopio
Cables
rojo/negro
puntas para
Multimetro
Bombillo
incandescente
Especialidad
Cantidad
ESCENARIO (Aula,
Laboratorio, taller, unidad
productiva) y elementos y
condiciones de seguridad
industrial, salud ocupacional
y medio ambiente
8
160
Electricidad
1
Salón de socialización,
laboratorio Labvolt, ambiente de
electricidad básica.
2
4
72
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5. GLOSARIO DE TERMINOS
Corriente eléctrica: Este el flujo de electrones en un conductor (medido en amperios).
Corriente Alterna (CA): es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a
intervalos regulares o en ciclos. La corriente que fluye por las líneas eléctricas y la electricidad disponible
normalmente en las casas procedente de los enchufes de la pared es corriente alterna. La corriente estándar utilizada
en los EE.UU. es de 60 ciclos por segundo (es decir, una frecuencia de 60 Hz); en Europa y en la mayor parte del
mundo es de 50 ciclos por segundo (es decir, una frecuencia de 50 Hz.).
Corriente Continua (CC): es la corriente eléctrica que fluye de forma constante en una dirección, como la que fluye
en una linterna o en cualquier otro aparato con baterías es corriente continúa. Una de las ventajas de la corriente
alterna es su relativamente económico cambio de voltaje. Además, la pérdida inevitable de energía al transportar la
corriente a largas distancias es mucho menor que con la corriente continúa.
Frecuencia: Es el número de veces que se repite un ciclo en un segundo. Se mide en Hertzios [Hz]
Período o Ciclo: Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo
Valor eficaz ó RMS (Root Mean Square): Representa el valor de una corriente continua que producirá el mismo calor
que la alterna al pasar por una resistencia.
Valor instantáneo: Es el que toma la señal en un momento dado.
Valor máximo o amplitud: Es el máximo valor que toma la señal en un periodo
6. REFERENTES BIBLIOGRÁFICOS
 http://es.wikipedia.org/wiki/
 http://www.asifunciona.com/electrotecnia
 Manual del estudiante, Circuitos de potencia y transformadores. LabVolt
7. CONTROL DEL DOCUMENTO (ELABORADA POR)
Elaborado por: Ing. Julián López Echeverry, instructor SENA , Dosquebradas, 13 de febrero de 2014
Revisado por: Ing., instructor Sergio Andrés García Peña SENA , Dosquebradas, 14 de febrero de 2014
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