Circuitos de corriente alterna: desfase y factor de potencia (cos φ)
TecnologíaIngeniería eléctrica y seguridadEdades 17–18Laboratorio virtual
Úsala con tu clase: tus estudiantes la abren con un enlace o un código QR, sin crear una cuenta.
Sigue con Ingeniería eléctrica y seguridad
Una fuente de corriente alterna u = U√2·sin(ωt) alimenta una carga puramente resistiva, una carga R–L (motor, balasto), una carga R–C o una carga R–L–C en serie. Las gráficas en tiempo real de u(t) e i(t) muestran que la corriente se retrasa respecto a la tensión en una carga inductiva y se adelanta en una carga capacitiva, mientras que el diagrama fasorial de al lado representa U_R, U_L, U_C y el ángulo de desfase φ. Mueve los deslizadores R, L, C para ver cómo cambian la impedancia Z, el factor de potencia cos φ y la potencia activa P = UIcos φ, incluso en resonancia. Una pantalla de Osciloscopio mide pico, pico a pico, periodo y frecuencia en la traza, y una pantalla de Igual calentamiento compara V_ef = V₀/√2 con una fuente de CC que calienta una resistencia al mismo ritmo.
Lección: Introducción a la corriente alterna: valor eficaz, frecuencia, ángulo de desfase, impedancia, potencia y factor de potencia
Qué muestra
En un circuito de corriente alterna, la tensión y la corriente son sinusoidales pero no siempre van en fase. Una resistencia las mantiene en fase; una bobina, con reactancia X_L = 2πfL, retrasa la corriente respecto a la tensión; un condensador, con reactancia X_C = 1/(2πfC), la adelanta. En un circuito en serie la impedancia es Z = √(R² + (X_L − X_C)²) y tan φ = (X_L − X_C)/R. De la potencia aparente S = UI, solo la potencia activa P = UI cos φ hace trabajo útil. Un factor de potencia bajo exige más corriente, por eso los motores y otras cargas inductivas se compensan con condensadores. Para una onda senoidal de pico V₀ el valor eficaz es V₀/√2: la tensión continua que calienta una resistencia al mismo ritmo. Un osciloscopio muestra el pico y el periodo como divisiones en una cuadrícula.
Cómo usarla
Elige un Tipo de carga y compara las gráficas u(t) e i(t) con el diagrama fasorial; pulsa Pausa para alinear los máximos. Con la carga R–L, aumenta la Inductancia L y observa cómo crece el desfase y baja cos φ. Después selecciona la carga R–L–C en serie y ajusta la Capacidad C o la Frecuencia f hasta que X_L sea igual a X_C: la corriente llega al máximo, φ se anula y cos φ vale 1. Compara P, Q y S en cada caso. En Osciloscopio, elige una Señal, ajusta Ganancia Y y Base de tiempos para que la traza quepa en la pantalla, lee la altura y un periodo en divisiones y pulsa Comprobar. En Igual calentamiento, fija las dos tensiones, pulsa Conectar y compara los aumentos de temperatura.
Parámetros que puedes cambiar
- Tipo de carga Carga puramente resistiva R (hornilla, lámpara incandescente), Carga R–L (motor, balasto), Carga R–C (condensador de compensación), Carga R–L–C en serie
- Tensión eficaz U 100–380 V
- Frecuencia f 40–70 Hz
- Resistencia R 10–200 Ω
- Inductancia L 20–500 mH
- Capacidad C 10–300 µF
- Pantalla Circuito, Osciloscopio, Igual calentamiento
Preguntas para explorar
- Con la carga R–L, ¿la corriente se adelanta o se retrasa respecto a la tensión, y cómo cambia φ al aumentar L?
- ¿Cómo cambian X_L y X_C cuando la frecuencia sube de 40 Hz a 70 Hz?
- ¿Qué valor de C hace resonar el circuito R–L–C en serie y qué les pasa a I y a cos φ?
- ¿Cuáles son el pico, el valor pico a pico, el periodo y la frecuencia de la Señal desconocida A?
- Con un pico de CA de 12 V, ¿qué tensión de CC da el mismo aumento de temperatura, y cómo se compara con V₀/√2?
