Ejercicios · Conceptos generales

Conceptos generales

Principios eléctricos visualizados de forma animada e interactiva: modificas los parámetros con deslizadores y ves al instante el efecto. Sin fórmulas aisladas — todo en contexto visual.

Magnitudes fundamentales y componentes

Intensidad (corriente)

La corriente = el caudal de carga eléctrica a través de un conductor

Corriente I8 A

Corriente I

8 A

1 A

1 C/s

I = Q / t

La corriente eléctrica I = cuánta carga (electrones) pasa por segundo a través de un conductor. I = Q/t; unidad: Amperio (A); 1 A = 1 C/s. Aumenta I → los electrones fluyen más rápido.

Tensión

La tensión = la diferencia de potencial que «empuja» la corriente (como la presión del agua)

Tensión U12 V
U

Tensión U

12 V

1 V

1 J/C

La tensión U = la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos; es la «presión» que empuja la corriente (analogía: la diferencia de altura del agua). Unidad: Voltio (V); 1 V = 1 J/C.

Resistencia

Se opone al paso de la corriente; a tensión fija, una R mayor → menos corriente

Resistencia R6 Ω

Resistencia R

6 Ω

I = U/R

2,00 A

U

12 V

R = U / I = ρ · L / S

La resistencia R se opone a la corriente. A U fija, I = U/R (R doble → la mitad de corriente). R = ρ·L/S (aumenta con la longitud, disminuye con la sección). Unidad: Ohmio (Ω). La corriente a través de R genera calor: P = I²·R.

Potencia

La energía consumida por segundo: P = U · I

Tensión U12 V
Corriente I5 A
U →I ↑P

Potencia P

60 W

P = U · I · 1 W = 1 V · 1 A

La potencia P = la energía consumida por segundo = el producto de la tensión y la corriente (el área U×I). Unidad: Vatio (W). La bombilla luce con más intensidad cuando P aumenta.

La ley de Ohm

Modifica la tensión y la resistencia; la corriente fluye más rápido o más lento

Tensión U12 V
Resistencia R6 Ω
U = 12 VR = 6 Ω

Corriente I = U / R

2,00 A

Potencia P = U · I

24 W

I = U / R · P = U · I

Las partículas fluyen más rápido cuando la corriente es mayor. Con una R menor o una U mayor → I aumenta.

El triángulo de potencias

Cómo se reparte la potencia aparente en activa (P) y reactiva (Q), según el cos φ

Factor de potencia cos φ0,85
Potencia aparente S10 kVA
φ = 32°PQS

Activa P

8,5 kW

Reactiva Q

5,3 kVAr

Potencia aparente S

10 kVA

P = S · cos φ (kW, útil) · Q = S · sin φ (kVAr, reactiva) · S = √(P² + Q²) (kVA). Un cos φ menor → más potencia reactiva inútil.

Frecuencia y periodo

Cuántas oscilaciones por segundo hace una tensión alterna

Frecuencia f2 Hz

Frecuencia f

2 Hz

Periodo T = 1/f

0,50 s

La frecuencia (Hz) = el número de ciclos por segundo; el periodo T = 1/f. La red de Rumanía: 50 Hz (T = 20 ms).

Inductancia (Henry)

La bobina se opone a la variación de la corriente; la tensión está desfasada +90°

Inductancia L1 H
Corriente I Tensión en la bobina U_L

U_L = L · di/dt · 1 H = 1 V·s/A

Una bobina almacena energía en el campo magnético y se opone a la variación de la corriente. En c.a., la tensión en la bobina está desfasada +90° por delante de la corriente. La inductancia se mide en Henry (H).

Capacidad (Farad)

El condensador se carga y se descarga exponencialmente (constante de tiempo τ = R·C)

Capacidad C1 (τ rel.)

τ = R · C

1,0

Carga

0 %

El condensador almacena carga: Q = C · U. Se carga exponencialmente con la constante de tiempo τ = R · C (a 5τ está cargado al ~99 %). La capacidad se mide en Farad (F).

Campo magnético

El campo circular alrededor de un conductor recorrido por la corriente

Corriente por el conductor8 A
corriente hacia el observador

La corriente genera un campo magnético circular alrededor del conductor; la intensidad aumenta con la corriente. El sentido: la regla de la mano derecha (el pulgar = la corriente, los dedos = el campo).

Corriente alterna → continua y medición

Rectificador — AC → CC

La transformación de la corriente alterna en continua

Transformador (cambia la amplitud según la relación de espiras) → puente rectificador (4 diodos) → condensador de filtrado → tensión continua.

Relación de transformación n5 n
Condensador de filtrado C50 µF
Primario (red) · 230 VSecundario (después del transformador) · 46 V2. Rectificada — puente (todas las semialternancias positivas)3. Filtrado — continua con rizado

El transformador cambia la tensión según la relación de espiras: U_secundario = U_primario / n. El puente (4 diodos) pliega las semialternancias negativas; el condensador «rellena» los huecos (filtrado). Un condensador mayor → menor rizado.

Voltímetro y amperímetro

Cómo se conectan correctamente — y qué ocurre cuando te equivocas

Qué mides

Conexión

URV

✓ Correcto. El voltímetro se conecta en PARALELO con el consumidor; el amperímetro en SERIE.

Voltímetro = resistencia alta, en PARALELO (mide la tensión en los bornes). Amperímetro = resistencia baja, en SERIE (la corriente pasa a través de él). Invertirlos es el error clásico.

Las leyes de Kirchhoff

Las leyes de Kirchhoff

Cómo se reparten las corrientes y las tensiones en serie y en paralelo

U12 V
R110 Ω
R220 Ω
UR1U1 = 4,0 VR2U2 = 8,0 VI = 0,40 A — același pe tot circuitul

I (total)

0,40 A

U1 / U2

4,0 / 8,0 V

I (comun)

0,40 A

Ley de las tensiones (KVL): en una malla, U = U1 + U2. En serie la corriente es la misma, y la tensión se reparte proporcionalmente a R.

En serie: I común, U se reparte (U = U1 + U2 — KVL). En paralelo: U común, I se reparte (I = I1 + I2 — KCL).

Generadores en serie y en paralelo

Cómo cambian la tensión y la corriente al conectar varias fuentes

Fuente 1 · U112 V
Fuente 2 · U212 V
12 V12 VRU = U1 + U2

Tensión total

24 V

En serie (+ a −): las tensiones se SUMAN → U = U1 + U2. La corriente disponible se mantiene igual. (Ej.: 2 baterías de 1,5 V en serie = 3 V.)

Serie = las tensiones se suman (corriente sin cambios). Paralelo = la tensión se mantiene, pero aumenta la corriente máxima / la autonomía. En paralelo las fuentes deben tener la misma tensión (de lo contrario aparecen corrientes de igualación).

Sistema trifásico

Sinusoides trifásicas

Las tres fases a 120° y la corriente por el neutro cuando las desequilibras

Amplitud R100 %
Amplitud S100 %
Amplitud T100 %
R S T Neutro (suma)

Equilibrado — la corriente por el neutro ≈ 0 (las tres se anulan vectorialmente).

Con amplitudes iguales, la suma de las tres sinusoides desfasadas 120° es cero → el neutro no está cargado. Consulta la página «Equilibrio trifásico» para el cálculo.

Fasores trifásicos (desfase 120°)

Las tres tensiones como vectores giratorios, desfasados 120° — sistema simétrico

Desfase S120 °
Desfase T240 °
RST

Sistema simétrico (desfases 120° / 240°) — la suma vectorial de las tres ≈ 0 (se anulan).

Suma vectorial (resultante)

0 V

resultante = U_fase × |R⃗ + S⃗ + T⃗| · U_fase = 230 V · simétrico (120°) → 0

Las tres fases R/S/T son vectores (fasores) de igual longitud, desfasados 120°. Mueve el desfase de S/T y observa cómo su suma vectorial (resultante) crece desde cero. Es una demostración de la cancelación a 120°: en una red real el desfase es fijo a 120°, y la corriente de neutro proviene de cargas desiguales en las fases (ver la página „Equilibrio trifásico"), no del cambio de ángulo.

Estrella (Y) — Triángulo (Δ)

Las dos formas de conectar un sistema trifásico

RSTN

Receptor trifásico — 3 devanados (p. ej. motor)

Tensión de fase (L–N)

230 V

Tensión de línea (L–L)

400 V

Tensión en el devanado

230 V

Solo cambia la tensión en el devanado: estrella = 230 V · triángulo = 400 V

Estrella (Y): cada devanado se conecta entre una fase y el neutro → ve la tensión de fase = 230 V (= U_línea / √3). Corriente de línea = corriente del devanado.

Las tensiones de la red son fijas y normalizadas: 230 V entre fase y neutro, 400 V entre fases (U_línea = √3 × U_fase). Con estrella/triángulo NO cambian estas tensiones, sino cuánta tensión llega a cada devanado: en estrella 230 V (fase–neutro), en triángulo 400 V (fase–fase). Por eso el arranque ESTRELLA-TRIÁNGULO: arrancas en estrella (el devanado recibe solo 230 V → corriente de arranque reducida), luego conmutas a triángulo para plena potencia.

Protecciones

Las curvas de los MCB — B / C / D

Dónde dispara un disyuntor: térmico (sobrecarga) o magnético (cortocircuito)

Corriente nominal In16 A

Curva de disparo

Corriente de defecto2 × In
1000 s100 s10 s1 s0,1 s10 ms1×2×3×5×10×20×Tiempo ↑Corriente ×In →
⚠ Disparo térmico (sobrecarga) · ≈ 22 s
Corriente de defecto: 32 A

Por debajo de 1,13 × In no dispara. Entre 1,13 × In y el extremo inferior de la banda (B 3× · C 5× · D 10× In) dispara térmicamente, despacio. Dentro de la banda (B 3–5× · C 5–10× · D 10–20× In) el disparo no está garantizado — puede ser térmico o magnético. Por encima del extremo superior (B 5× · C 10× · D 20× In) el disparo instantáneo está garantizado, según SR EN 60898-1. El tiempo térmico mostrado es orientativo: reproduce la forma de la curva, no la banda real del aparato.

DDR / toroide — corriente residual

Cómo «detecta» un diferencial una fuga de corriente a tierra

Corriente de fuga (defecto)0 mA
L (fase)N (neutro)consumidorI_L − I_N = 0 mA
Corriente residual0 mA

Disparo seguro a 30 mA · zona incierta 15–30 mA

✓ Por debajo de 15 mA — no dispara

En funcionamiento normal, la corriente que entra por la fase (L) = la corriente que sale por el neutro (N) → la suma en el toroide = 0. Una fuga a tierra (contacto, defecto de aislamiento) desvía parte de la corriente → I_L > I_N; la diferencia (la corriente residual) la detecta el toroide. Un diferencial de 30 mA dispara con seguridad a 30 mA y puede disparar desde 15 mA (0,5 · IΔn, SR EN 61008-1) — por eso las corrientes de fuga acumuladas se mantienen muy por debajo del umbral. El Art. 4.1.5.2.1 (modificado por las actualizaciones de 2023) no fija el umbral de disparo, sino que exige una protección adicional con un diferencial que no supere 30 mA.

Debate

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