Como se hace el cálculo de corriente trifásica y monofásica. Procedimiento

La alimentación de CA (corriente alterna) es un tipo de electricidad en la que el flujo de corriente cambia frecuentemente de dirección. A principios del año 1900, la fuente de alimentación de CA se utiliza tanto para empresas como para hogares y se necesita realizar un cálculo de corriente trifásica y monofásica para poder realizar estas instalaciones.

El sistema de la fuente de alimentación se clasifica en dos tipos: fuente de alimentación monofásica, así como fuente de alimentación trifásica.

Para la mayoría de los entornos industriales y comerciales, el suministro trifásico se usa para ejecutar cargas elevadas, mientras que los hogares generalmente se abastecen por una sola fase, porque los electrodomésticos requieren menos energía.

cálculo de corriente trifásica y monofásica
Cálculo de corriente trifásica y monofásica

A continuación te mostraremos en este artículo como es el cálculo de corriente trifásica y monográfica y la gran importancia que estas fuentes de suministros tienen en la vida cotidiana:

Suministro Monofásico

En el campo de la electricidad, el suministro monofásico es el suministro de energía de CA por un sistema en el que todos los voltajes de suministro cambian simultáneamente.

Este tipo de uso compartido de la fuente de alimentación se utiliza cuando las cargas (electrodomésticos) generalmente consumen calor e iluminación con algunos motores eléctricos enormes.

Beneficios de suministro monofásico

Los beneficios de elegir un suministro monofásico incluyen los siguientes:

  • El diseño es menos complejo.
  • El costo de diseño es menor.
  • La fuente de alimentación de CA más eficiente para hasta 1000 vatios.
  • La fuente de alimentación de CA monofásica es más competente para hasta 1000 vatios.
  • Amplia gama de usos de aplicaciones.
  • Aplicaciones de suministro monofásico.
  • Las aplicaciones del suministro monofásico incluyen lo siguiente.
  • Esta fuente de alimentación es aplicable tanto para hogares como para negocios.
  • Se utiliza para suministrar mucha energía a los hogares, así como a las empresas no industriales.
  • Esta fuente de alimentación es suficiente para hacer funcionar los motores de hasta aproximadamente 5 caballos de fuerza (hp).

Suministro trifásico

La fuente de alimentación trifásica incluye cuatro cables, como un neutro y tres conductores. Los tres conductores están lejos de la fase y el espacio a 120º de distancia el uno del otro.

Las fuentes de alimentación trifásicas se utilizan como fuente de alimentación de CA monofásica.

Beneficios de suministro trifásico

Los beneficios de elegir un suministro trifásico incluyen los siguientes:

  • Reducción de la utilización de cobre.
  • Disminución de los riesgos de seguridad para los empleados.
  • Costos de tratamiento laboral.
  • La eficiencia del conductor es mayor.
  • Instalación para ejecutar cargas de alta potencia.
  • Aplicaciones de suministro trifásico.

Diferencia entre monofásica y trifásica

Tanto los sistemas de alimentación como monofásicos como trifásicos utilizan alimentación de CA para referir unidades. Debido a que el flujo de corriente con alimentación de CA siempre está en las direcciones de alternancia. La principal diferencia entre estos dos suministros es la fiabilidad de la entrega.

Ya conociendo como son las corrientes o suministros eléctricos de cada una de las fases te mostraremos el procedimiento de cálculo de corriente trifásica y monofásica a continuación:

Procedimiento del cálculo de corriente trifásica y monofásica

En esta sección del artículo estará centrado en los conceptos básicos de cálculo eléctrico y es el cálculo de corriente trifásica y monofásica. A continuación discutiremos los cálculos más fundamentales:

Los actuales (I) y los kilovatios (kW). También te mostraremos cómo puedes hacer estos cálculos “en tu cabeza”, con una precisión muy razonable, mediante el uso de constantes.

Puedes preguntar: “¿Qué es exactamente una constante?” Un ejemplo de una constante con la que está muy familiarizado es pi (π), que se obtiene dividiendo la circunferencia de un círculo por su diámetro.

No importa cuál sea la circunferencia y el diámetro del círculo respectivo, su relación es siempre pi. Puedes usar constantes que se aplican a voltajes específicos monofásicos y trifásicos para calcular la corriente (I) y los kilovatios (kW). Veamos cómo hacer esto.

Cálculos monofásicos

La teoría eléctrica básica nos dice que para un sistema monofásico,

  • kW = (V × I × PF) ÷ 1,000.

En aras de la simplicidad, supongamos que el factor de potencia (PF) es la unidad. Por lo tanto, la ecuación anterior se convierte en

  • kW = (V × I) ÷ 1,000.

Resolviendo para I, la ecuación se convierte en

  • I = 1,000kW ÷ V (Ecuación 1)

Ahora, si miramos la porción “1,000 ÷ V” de esta ecuación, puedes ver que al insertar el voltaje monofásico respectivo para “V” y dividirlo en “1,000”, obtendrás un número específico (o constante) puedes usar para multiplicar “kW” para obtener el consumo de corriente de esa carga al voltaje respectivo.

Por ejemplo, la constante para el cálculo de 120V es 8.33 (1,000 ÷ 120). Usando esta constante, la ecuación 1 se convierte en:

  • I = 8.33kW.

Entonces, si tienes una carga de 10kW, puedes calcular que el consumo actual sea 83.3A (10 × 8.33). Si tienes un equipo que consume 80A, puedes calcular el tamaño relativo de la fuente de alimentación requerida, que es 10kW (80 ÷ 8.33).

Constantes utilizadas en sistemas monofásicos

Tabla 1. Constantes utilizadas en sistemas monofásicos

Al usar este mismo procedimiento pero insertando el voltaje monofásico respectivo, obtiene las siguientes constantes monofásicas, como se muestra en la Tabla 1.

Cálculos trifásicos

Para sistemas trifásicos, utilizamos la siguiente ecuación:

  • kW = (V × I × PF × 1.732) ÷ 1,000.

Nuevamente, asumiendo la unidad PF y resolviendo esta ecuación para “I”, obtienes:

  • I = 1,000kW ÷ 1.732V.

Constantes utilizadas en sistemas trifásicos

Tabla 2. Constantes utilizadas en sistemas trifásicos

Ahora, si observas la porción “1,000 4 1.732V” de esta ecuación, puedes ver que al insertar el voltaje trifásico respectivo para “V” y multiplicarlo por 1.732, puede dividir esa cantidad en “1,000 “Para obtener un número específico (o constante) que puedes usar para multiplicar” kW “para obtener el consumo de corriente de esa carga trifásica en el voltaje trifásico respectivo. La Tabla 2 enumera cada constante trifásica para el voltaje trifásico respectivo obtenido del cálculo anterior.

Otros métodos de cálculo de corriente trifásica y monofásica

Si bien algunos electricistas prefieren recordar fórmulas o factores, es mejor resolver el cálculo de corriente trifásica y monofásica paso a paso utilizando principios básicos.

A continuación te mostramos el método paso a paso para que con suerte, resulte útil para ti:

Potencia trifásica y corriente

La potencia tomada por un circuito (monofásico o trifásico) se mide en vatios W (o kW). El producto del voltaje y la corriente es la potencia aparente y se mide en VA (o kVA). La relación entre kVA y kW es el factor de potencia (pf):

Formula de cálculo de corriente trifásica y monofásica

Que también se puede expresar como:

Formula de cálculo de corriente trifásica y monofásica

Sistema monofásico: es el más fácil de manejar. Dado el kW y el factor de potencia, el kVA se puede calcular fácilmente. La corriente es simplemente el kVA dividido por el voltaje. Como ejemplo, considere una carga que consume 23 kW de potencia a 230 V y un factor de potencia de 0.86:

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Formula de cálculo de corriente trifásica y monofásica

Nota

Nota: puedes hacer estas ecuaciones en VA, V y A o kVA, kV y kA, dependiendo de la magnitud de los parámetros con los que estás tratando. Para convertir de VA a kVA, simplemente divida por 1000.

Sistema trifásico

Sistema trifásico: la principal diferencia entre un sistema trifásico y un sistema monofásico es el voltaje. En un sistema trifásico tenemos el voltaje de línea a línea (V LL) y el voltaje de fase (V LN), relacionados por:

Como se hace el cálculo de corriente trifásica y monofásica. Procedimiento 1

O alternativamente como:

Como se hace el cálculo de corriente trifásica y monofásica. Procedimiento 2

La forma más fácil de resolver problemas trifásicos es convertirlos en un problema monofásico. Toma un motor trifásico (con tres devanados, cada uno idéntico) que consume un kW dado. El kW por devanado (monofásico) debe ser el total dividido por 3.

De manera similar, un transformador (con tres devanados, cada uno idéntico) que suministra un kVA dado tendrá cada devanado un tercio de la potencia total. Para convertir un problema trifásico en un problema monofásico, toma el total de kW (o kVA) y divídelo entre tres.

Como ejemplo, considera una carga trifásica balanceada que consume 36 kW con un factor de potencia de 0.86 y un voltaje de línea a línea de 400 V (V LL):

  • El voltaje de línea a neutro (fase) V LN = 400 / √3 = 230 V la
  • Potencia trifásica es 36 kW, la potencia monofásica = 36/3 = 12 kW

Ahora simplemente siga el método monofásico anterior

Como se hace el cálculo de corriente trifásica y monofásica. Procedimiento 3

Como se hace el cálculo de corriente trifásica y monofásica. Procedimiento 4

Suficientemente fácil. Para encontrar la corriente dada, multiplica por el voltaje y luego el factor de potencia para convertir a W. Para un sistema trifásico, multiplica por tres para obtener la potencia total.

Nota sobre el método.

Como regla, recuerda el método (no las fórmulas) y lo modificas cada vez que hagas el cálculo. El consejo sería siempre intentar recordar el método y no simplemente memorizar la fórmula. Por supuesto, si tienes una súper habilidad para recordar la fórmula, siempre puedes seguir este enfoque.

Usando fórmulas

Derivación de fórmula – Ejemplo

Sistema trifásico equilibrado con potencia total P (W), factor de potencia pf y voltaje de línea a línea LL

Convertir a problema monofásico:

  • PAG1 p h= P3PAG1pagh=PAG3

Potencia aparente monofásica 1ph (VA):

  • S1 p h= P1 p hp f= P3 × p fS1pagh=PAG1paghpagF=PAG3×pagF

La corriente de fase I (A) es la potencia aparente monofásica dividida por el voltaje de fase a neutro (y dado LN = LL / √3):

  • yo= S1 p hVL N= P3 × p f3-√VL Lyo=S1paghVLnorte=PAG3×pagF3VLL

Simplificando (y con 3 = √3 x √3):

  • yo= P3-√× p f× VL L

Sistemas trifásicos desequilibrados

Lo anterior trata con sistemas trifásicos equilibrados. Esa es la corriente en cada fase es la misma y cada fase entrega o consume la misma cantidad de energía. Esto es típico de los sistemas de transmisión de potencia, motores eléctricos y equipos similares.

A menudo, cuando se trata de cargas monofásicas, por ejemplo, en locales residenciales y comerciales, el sistema puede ser desequilibrado con cada fase que tenga una corriente diferente y entregue o consuma una cantidad diferente de energía.

Voltajes equilibrados

Afortunadamente, en la práctica, los voltajes tienden a ser fijos o muy pequeños solo en pequeñas cantidades. En esta situación y con un poco de reflexión, es posible extender el tipo de cálculo anterior a los sistemas trifásicos actuales desequilibrados. La clave para hacer esto es que la suma de potencia en cada fase es igual a la potencia total del sistema.

Por ejemplo, toma un sistema trifásico de 400 V (V LL) con las siguientes cargas: fase 1 = 80 A, fase 2 = 70 A, fase 3 = 82 A

La tensión de línea a neutro (fase) V LN = 400 / √3 = 230 V

  • Fase 1 potencia aparente = 80 x 230 = 18,400 VA = 18.4 kVA
  • Fase 2 potencia aparente = 70 x 230 = 16,100 VA = 16.1 kVA
  • Fase 3 potencia aparente = 82 x 230 = 18,860 VA = 18.86 kVA
  • Potencia trifásica total = 18.4 + 16.1 + 18.86 = 53.36 kVA

Del mismo modo, dada la potencia en cada fase, puedes encontrar fácilmente las corrientes de fase. Si también conoces el factor de potencia, puedes convertir entre kVA y kW como se muestra anteriormente.

Voltajes desequilibrados

Si los voltajes se vuelven desequilibrados o hay otras consideraciones (es decir, un cambio de fase desequilibrado), entonces es necesario volver a un análisis de red más tradicional. Los voltajes y corrientes del sistema se pueden encontrar dibujando el circuito con todo detalle y utilizando las leyes de Kirchhoff y otros teoremas de red.

El análisis de red no es la intención de esta nota. Si está interesado en una introducción, puede ver nuestra publicación: Teoría de la red: Introducción y revisión

Eficiencia y Poder Reactivo

Otras cosas a tener en cuenta al realizar los cálculos pueden incluir la eficiencia del equipo. Sabiendo que la eficiencia de los equipos que consumen energía es la potencia de salida dividida por la potencia de entrada, nuevamente esto puede explicarse fácilmente.

Resumen

Al recordar que una potencia trifásica (kW o kVA) es simplemente tres veces la potencia monofásica, cualquier problema trifásico puede simplificarse. Divide kW por el factor de potencia para obtener los kVA. VA es simplemente la corriente multiplicada por el voltaje, por lo que saber esto y el voltaje puede dar la corriente.

Al hacer el cálculo de corriente trifásica y monofásica, usa el voltaje de fase que está relacionado con el voltaje de línea por la raíz cuadrada de tres. Usando estas reglas es posible resolver cualquier problema trifásico o monofásico sin la necesidad de recordar y / o recurrir a fórmulas.

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