Introducción a los Controles eléctricos.

 A modo de introducción.

Dentro de las aplicaciones de la energía eléctrica, los Controles Eléctricos en el sector industrial es sin duda el más importante, no sin dejar de lado los otros sectores del mundo moderno, Pero especialmente el sector industrial representa la mayor porción de la transformación de la energía eléctrica en otros tipos de energía.

Figura N°1: Consumo de energía eléctrica en España

Tomado de: https://www.energiaysociedad.es/manual-de-la-energia/5-3-contribucion-del-sector-electrico-y-gasista-a-la-sociedad/

Como se puede observar en la Figura N°1 el consumo eléctrico se reparte entre los distintos sectores para este caso se toma como ejemplo el de la economía española, además se muestra el reparto del consumo eléctrico dentro de los distintos subsectores industriales. Cada uno de los lectores podría verificar los números de su país para verificar la importancia del control eléctrico en el sector industrial y es por eso que se debe la importancia del control eléctrico que es un elemento fundamental en la operación de sistemas industriales, máquinas y dispositivos electrónicos. Su papel es crucial para garantizar que los procesos se realicen de manera eficiente, segura y automatizada.

De esta forma, la industria es el escenario de las actividades desarrolladas por la mayoría de los profesionales del área eléctrica, ya sea en forma de proyectos de control eléctrico, instalación de accesorios y equipos, o incluso proyectos de automatización industrial.

Dentro de esta área de conocimiento se encuentra la especialización en esta disciplina de la carrera del electricista donde se representan técnicas y métodos que se utilizan para controlar y manipular accionamientos de máquinas y equipos.

Control eléctrico.

“Este se refiere a la utilización de dispositivos eléctricos y electrónicos para regular, monitorear y automatizar el funcionamiento de sistemas y máquinas. Implica la gestión de la energía eléctrica para mantener el desempeño deseado de un sistema, asegurando que opere dentro de parámetros específicos de voltaje, corriente, temperatura, presión, entre otros.

Estos sistemas utilizan componentes como interruptores, relés, contactores, sensores, controladores lógicos programables (PLC), y sistemas de supervisión y adquisición de datos (SCADA), entre otros, para manejar de forma precisa y eficiente las funciones de máquinas y equipos.” [1]

En resumen, los controles eléctricos no es más que la correcta conexión de los diferentes elementos necesarios para lograr el gobierno de una carga y lograr su eficiente trabajo se deben seleccionar adecuadamente esos elementos que lo componen. Estos circuitos en su mayoría de dividen en un circuito de potencia, donde se encuentran las cargas (Ej. Motores eléctricos trifásicos) y un circuito de control que incluye la lógica para activar los dispositivos de maniobra y protección (Ej. Pulsadores, luces de señalización, etc.). Cabe destacar que el control de motores eléctricos es un aspecto crítico para la gerencia empresarial y la regulación del desempeño de los motores eléctricos ya que son las cargas más usadas.

Circuito de potencia o fuerza.

Un circuito de potencia es el conjunto de elementos eléctricos encargados de transportar y distribuir la energía eléctrica desde la fuente hasta la carga. Este circuito incluye conductores, interruptores, transformadores, contactores y otros dispositivos diseñados para manejar corrientes y tensiones elevadas. Según Carlos Roberto Mora, en su libro Instalaciones Eléctricas Residenciales, Comerciales e Industriales (2009), Un circuito de potencia se define como:

“El conjunto de elementos encargados de conducir la corriente eléctrica hacia el motor o carga, soportando los niveles de corriente y tensión que este requiere para su funcionamiento”.

En atención a lo antes expuesto los circuitos de potencia son aquellos diseñados para transportar y controlar la energía eléctrica desde la fuente hasta la carga manejando altos niveles de corriente y tensión en aplicaciones industriales u otros sectores según la necesidad.

Su representación gráfica es la siguiente:

Figura N°2: Circuito de Potencia

Tomado de: https://coparoman.blogspot.com/2011/04/diagrama-de-control-y-diagrama-de.html

Como se puede observar las líneas del circuito de control se representan con las líneas más gruesas.

Características de los circuitos de potencia:

Según lo planteado por Hugo González Rojas, en su libro Electrotecnia General (2012), Un circuito de potencia está diseñado para conducir elevadas corrientes eléctricas hacia los dispositivos de consumo, por lo que sus componentes deben ser robustos, con buen aislamiento, adecuados sistemas de protección, y construidos con materiales conductores que minimicen las pérdidas de energía.

Características claves:

·         Alta corriente: Diseñado para transportar corrientes elevadas a cargas.

·         Robustez: Sus componentes deben resistir condiciones severas de operación.

·         Seguridad y aislamiento: Para evitar cortocircuitos y garantizar la protección de personas y equipos se debe garantizar la seguridad de todo lo conectado en ellos y además de asegurar que el personal encargado u otros agentes externos puedan estar a salvo en las cercanías con ellos por eso deben estar aislados para evitar cualquier tipo de falla por cortocircuito y preservar su vida útil tanto como la seguridad de los operadores.

·         Mínimas pérdidas: Se utilizan materiales como cobre o aluminio con baja resistencia eléctrica. Para minimizar los niveles resistivos en el circuito y con esto evitar las pérdidas de energías no deseadas.

Circuito de control

Es el conjunto de componentes primarios o básicos que no están conectados directamente a la potencia de la máquina, sin embargo, tienen absoluto gobierno (mando o regulación) sobre el circuito de potencia o fuerza. Los circuitos de control realizan funciones tales como: arranque, aceleración, regulación, inversión, etc. Los elementos utilizados para regular o gobernar las funciones de una máquina se denominan componentes secundarios o maniobra, esto descrito anteriormente basado en lo planteado por Stephen J. Chapman, en su libro Máquinas Eléctricas (2012), que indica:              

“Un circuito de control se define como el conjunto de dispositivos eléctricos que permiten iniciar, detener, proteger o regular el funcionamiento de una carga, mediante señales de baja energía que controlan el circuito de potencia”

Mediante este son manejados los circuitos de potencia y optimiza el funcionamiento de estos haciendo abrir o cerrar el circuito según sea necesario en el sistema, siendo fundamental en las medidas de protección de las cargas, además de monitorear mediante el circuito de control creando ese balance entre ambos según su función.

Figura N°3: Circuito de Control.

Tomado de: https://coparoman.blogspot.com/2011/04/diagrama-de-control-y-diagrama-de.html

En pocas palabras con lo antes planteado podemos indicar sus características:

·         Utiliza baja corriente y baja tensión. (típicamente 24 VDC, 48 VDC, 110 VAC, etc.).

·         Controla de manera directa o indirecta el circuito de potencia.

·         Alta precisión, permitiendo secuencias complejas, temporizadas o condicionales.

·         Seguridad, ofreciendo riesgo eléctrico comparado con los de potencia para el operario.

·         Automatización, facilita el control automático de procesos.

·         Interconectividad, se pueden integrar con PLCs, sensores y sistemas de monitoreo. 

Componentes que conforman los diagramas de control eléctrico.

Figura N°4: Elementos que conforman los diagramas de Control.

Meléndez (2025). Basado en: Franco A. (2008) y Dávila (2011)

Elementos principales según este autor:

Circuito de potencia:

1.         Fuente de alimentación: Generadores o transformadores que suministran la energía hacia el circuito su función es abastecer se energía el circuito para su funcionamiento

2.        Conductores: Transportan la corriente desde la fuente hasta la carga.

3.        Interruptores automáticos o breakers: Permiten abrir o cerrar el circuito manual o automáticamente.

4.        Contactores: Estos actúan como interruptores controlados eléctricamente.

5.        Protecciones (fusibles, protecciones térmicas o relés): Son los encargados de Proteger contra sobrecargas o cortocircuitos y/o detectar fallas y actuar sobre interruptores para aislar zonas.

6.        Transformadores: Cambian los niveles de tensión para transporte o consumo.

7.        Carga: El equipo que consume la energía eléctrica (motores, iluminación, resistencias, etc.).

Circuito de control:

1.         Fuente de control: Es el dispositivo o sistema que suministra la energía eléctrica necesaria (normalmente de baja tensión y baja corriente) para operar los componentes del circuito de control, como relés, contactores, temporizadores, sensores, entre otros.

Características comunes de una fuente de control:

·         Tensión baja y segura, adecuada para operar elementos de control sin riesgos.

·         Puede ser una fuente AC o DC, según el diseño del sistema.

2.        Botones pulsadores: Permiten el control manual (arranque/parada).

3.        Posicionadores. (Ejemplo: Interruptores de límite de carrera o limit switches): Un interruptor de límite es un dispositivo electromecánico que se utiliza en circuitos de control para detectar la posición o el movimiento de una parte móvil de una máquina, actuando cuando se alcanza una posición predeterminada. Según Francisco Dávila, Los interruptores de límite son sensores de posición mecánicos que, al ser accionados por un objeto en movimiento, abren o cierran contactos eléctricos que permiten el control automático del sistema.

Características clave según este autor

•              Se activan por contacto físico con una parte móvil.

•              Permiten abrir o cerrar circuitos de control.

•              Son comunes en sistemas de automatización industrial, bandas transportadoras y máquinas herramienta.

•              Ofrecen alta confiabilidad y simplicidad.

4.        Relés de control: Activan contactos auxiliares para realizar acciones.

5.        Contactores: Aunque manejan potencia, su bobina es parte del control para la activación del circuito de potencia.

6.        Temporizadores: Permiten retardos en el tiempo para secuencias de apertura de circuito o cierre según sea adecuado o se amerite

7.        Sensores: Detectan variables como temperatura, presión, nivel, etc.

8.       Lámparas piloto: Indican el estado del circuito o proceso con una señal lumínica en los tableros.

Tipos de Control Eléctrico

Existen varios tipos de control eléctrico, dependiendo del nivel de complejidad y la aplicación específica:

·         Control Manual: Requiere intervención humana para operar equipos, como encender o apagar una máquina usando un interruptor. [1]

·         Control Semiautomático: Un sistema de control eléctrico semiautomático combina la intervención humana con la automatización, donde la persona inicia una secuencia de operaciones y luego el sistema las completa de forma automática. Este tipo de control es útil para procesos que requieren flexibilidad y control humano, como el arranque de un motor eléctrico o la gestión de algunas tareas en una planta de procesamiento. [2]

·         Control Automático: Utiliza dispositivos como relés y temporizadores para realizar operaciones sin intervención humana. Ejemplos incluyen sistemas de iluminación automática o sistemas de riego. [1]

·         Control Programable: Utiliza PLCs y sistemas SCADA para gestionar procesos industriales complejos, permitiendo ajustar parámetros en tiempo real y recopilar datos para mejorar la eficiencia. [1]

Planos eléctricos.

Estos circuitos de control se representan en un plano eléctrico. Si trabajas o estudias esta carrera, seguro que ya viste alguno de ellos, que no es más que la representación gráfica de una instalación o circuito que muestra visualmente todos los componentes y su interconexión por medio de símbolos. Este tipo de planos se utilizan tanto para construir como para mantener los sistemas eléctricos y garantizar su funcionamiento.

Para interpretarlos, se deben emplear estándares creados por organizaciones regulatorias bien sean nacionales o internacionales. Y se podría decir que su interpretación es la forma de conocer cómo trabaja el sistema, por lo tanto, con dicha interpretación nos ayuda a comprender y analizar el funcionamiento de circuitos complejos, permitiéndonos identificar de manera clara la función, es decir si el manual, semiautomático, automático o programable y además conocer la ubicación de cada uno de sus componentes. 

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Referencias:

CHAPMAN. Stephen J. (2012). Máquinas Eléctricas

DAVILA. Francisco. (2011). Automatización Industrial: Control Eléctrico y Electrónico.

FRANCO. Ángel. (2008). Instalaciones Eléctricas Industriales.

MORA, Carlos Roberto. (2009). Instalaciones Eléctricas Residenciales, Comerciales e Industriales.

ROJAS. Hugo González. (2012). Electrotecnia General.

Paginas Consultadas:

[1] https://datatechnic.com.mx/control-electrico-conceptos-basicos-y-aplicaciones-en-la-industria/#:~:text=El%20control%20el%C3%A9ctrico%20se%20refiere,funcionamiento%20de%20sistemas%20y%20m%C3%A1quinas.

[2] https://colegiosanalfonso.cl/wp-content/uploads/2021/05/GUIA-3-IEI-4%C2%B0B.pdf

https://www.saladaeletrica.com.br/comandos-eletricos/

https://pt.hdswitchgear.com/info/what-is-motor-control-in-electrical-92458680.html

https://www.lacorformacion.com/blog/interpretar-plano-electrico

Inducción electromagnética: La transición del solenoide al motor eléctrico.

     A modo de introducción.

En la actualidad, la tecnología es tan avanzada que parece casi imposible superarla. Sin embargo, no siempre fue así, todos estos avances tienen un génesis y para este caso no es otro que el estudio y experimentos con la inducción electromagnética la cual es el fenómeno que se produce en un conductor cuando se induce una corriente eléctrica estando inmerso en una región de flujo de campo magnético oscilante.

Esto lo pudo descubrir por el año 1820, Hans Christian Oersted planteando que existe una relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. Accidentalmente, Oersted observó que cuando pasa corriente eléctrica por el hilo conductor puede alterar la dirección de alineamiento de algunas brújulas que habían sido dejadas en las proximidades del hilo conductor.

Figura N° 1 Brújulas alrededor de un hilo conductor.

Tomado de:  https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-inducao-eletromagnetica.htm

El experimento de Oersted nos permitió comprender que la electricidad y el magnetismo, hasta entonces “independientes” uno del otro, ya que son fenómenos de la misma naturaleza y fue a partir de ese descubrimiento que se iniciaran los estudios sobre el electromagnetismo.

Con estos estudios los solenoides se insertan en el ámbito de los campos magnéticos producidos por corrientes eléctricas, tema que es una extensión natural del estudio de los campos magnéticos producidos por imanes. Después de comprender los principios básicos de la Ley de Ampere y la Ley de Biot-Savart (Es una de las principales leyes del magnetismo, siendo una extensión de la Ley de Coulomb para las cargas en movimiento. Esta ley permite calcular el campo magnético generado por una corriente eléctrica),

El estudio de los solenoides nos proporciona un medio eficiente de manipular y direccionar los campos magnéticos. Esto es particularmente importante ya que estos son una fuerza clave en la Física, estos campos interactuando con partículas cargadas y generando movimiento. De esa forma, el estudio de los solenoides es una parte esencial para nuestro entendimiento del electromagnetismo y sus múltiples aplicaciones.

Figura N° 2 Experimento para la construcción de un electroimán.

Tomado de: https://www.periodicodeibiza.es/noticias/sociedad/2024/10/04/2253891/industria-del-solenoide-tecnologia-moderna-esta-revolucionando-2024.html

El Solenoide

Ahora para especificar traemos a colación la definición de solenoide según Halliday, Resnick, y Walker (2009), Estos “Son conductores enrollados que forman tubos estructurados de espiras distribuidas uniformemente espaciadas, las cuales, cuando se aplica una corriente eléctrica, se nota la generación de un campo magnético, entonces toda vez que ocurre una variación en la corriente eléctrica, ocurre un surgimiento de un campo magnético” En pocas palabras el solenoide es una bobina de alambre que cuando por ella pasa corriente, esta se convierte en un electroimán que atrae o repele un núcleo móvil dentro de él.

Y tal como lo describe Tipler & Mosca (2009), “El solenoide muchas veces denominado como una bobina de hilo en formato espiral en torno de un pistón, normalmente de hierro, logrando un electroimán. Las líneas de campo de un electroimán entran en una extremidad y salen por la otra, en tanto que en el imán, ellas entran por un polo (polo sur) y salen en el otro (polo norte)". Por representar el comportamiento semejante al de un imán.

Los solenoides se utilizaron inicialmente en aplicaciones simples como timbres eléctricos, interruptores y válvulas. En la actualidad estos se clasifican como dispositivos electromecánicos utilizados para obtención de fuerza mecánica a partir de energía eléctrica. El sistema de funcionamiento de un solenoide, cuyas principales aplicaciones son para el accionamiento de interruptores, ignición de un automóvil, válvula en el sistema de aspersores, transistores, unidades de irrigación y martillos de aire, así como también en la industria automotriz que con la aparición de los vehículos eléctricos, los solenoides se han convertido en una parte esencial del diseño de estos vehículos.

Sin embargo, la industria del solenoide se destaca también en la robótica que hace algunos años, los robots no eran capaces de realizar tareas como realizar cirugías o moverse por los almacenes. Y la medicina no es la excepción, estos aparatos regulan el flujo de aire en respiradores y otros dispositivos médicos.

La inducción electromagnética

De acuerdo con los avances de los estudios posteriores a Oersted, se entendió que las corrientes eléctricas eran capaces de generar campos magnéticos, La reciprocidad fue observada en 1831, cuando Michael Faraday descubrió que una corriente eléctrica era capaz de producir un campo magnético. Por tanto, Faraday realizó diversos experimentos, con su aparato experimental que consistía de un anillo de hierro con dos enrollados (bobinas) de hilos de cobre, conectados a una batería y a un galvanómetro (dispositivo usado para medir corriente).

Figura N° 3 Circuito experimental de Faraday

Tomado de:  https://www.superprof.es/blog/magnetismo-electromagnetismo-definiciones/?fbclid=IwY2xjawHNFFtleHRuA2FlbQIxMAABHZ66kAR9yyKGQ16FA8zgm1XDsVyYv9BdLqX7mQRBO_Ox7WIQl-ThYifBiA_aem_FqxVnp7YcF9D7EJBGoS19Q

El experimento de Faraday mostró que un campo magnético oscilante puede producir corriente eléctrica.

Faraday percibió que, cuando la batería era conectada o desconectada, se veía el movimiento de la aguja del galvanómetro, indicando este una circulación de corriente sin embargo, esa corriente cesaba y solo se veía nuevamente cuando la batería era conectada o desconectada. Faraday realizo diferentes experimentos, en uno de ellos descubrió que, cuando se movía un imán en dirección a una bobina conductora (también conocida como solenoide), una corriente eléctrica la recorría. Él había descubierto el principio de la inducción electromagnética.

Michael Faraday había descubierto que el movimiento relativo entre un imán y una bobina era capaz de producir una corriente eléctrica, actualmente ese fenómeno es utilizado en el mundo entero, para la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas, termoeléctricas, nucleares, eólicas etc.

Inducción electromagnética y la ley de Faraday

De acuerdo con la ley de Faraday, cuando hay variación de flujo de campo magnético en algún circuito conductor, como en una bobina, una fuerza electromotriz inducida (tensión eléctrica) surge en ese conductor. 

El flujo magnético, a su vez, se refiere al número de líneas de campo magnético que cruzan un área. Esta magnitud física, medida en Wb (Weber o T/m²), relaciona la intensidad del campo magnético con el área y el ángulo entre las líneas del campo magnético y la recta normal del área.

Formula 1: Flujo magnético

Donde:

Φ – flujo magnético (Wb o T/m²)

B – campo magnético (T – Tesla)

A – área (m²)

Cos θ – ángulo entre B y superficie de A

A pesar de que la inducción electromagnética fue descubierta por Faraday, él no la dedujo matemáticamente, ni pudo explicar la forma de como la fuerza electromotriz surgía en el circuito, esas implementaciones surgirían después, por los estudios de Heinrich Lenz en 1834 y los de Franz Ernst Neumann entre el año 1845 y 1847, que publicó trabajos que establecieron las leyes matemáticas de la inducción de corrientes eléctricas, moldeando la ley de Faraday en la forma como la conocemos actualmente.

La contribución de Neumann se refiere a la ecuación de la ley de Faraday, que la describió como una variación temporal del flujo del campo magnético, comprobando:

Formula 2: Descripción matemática de la ley de Faraday

ε – fuerza electromotriz inducida (V – Volts)

ΔΦ – variación de flujo magnético (Wb)

Δt – intervalo de tempo

La contribución de Lenz, a su vez, estuvo relacionada con el principio de conservación de la energía. Lenz explicó cuál debería ser la dirección de la corriente eléctrica inducida por la variación del flujo magnético. Según él, la corriente eléctrica inducida siempre surge de tal manera que se opone a la variación del flujo magnético externo. La observación de Lenz nos llevó a añadir el signo negativo a la ley de Faraday.

Las figuras siguientes muestran como ocurre el surgimiento de la fuerza electromotriz inducida de acuerdo con la ley de Faraday-Lenz, y observe que las líneas del campo magnético inducido parecen compensar la variación en el flujo del campo magnético que aumenta hacia el interior del solenoide:

Figura N°4 Experimento inducción electromagnética (A)

Al aproximar el norte magnético de la bobina, ella produce un norte magnético que se opone.

Figura N°4 Experimento inducción electromagnética (B)

Al alejar el norte magnético hace que la bobina produzca un sur magnético.

Aplicaciones de la inducción electromagnética

A medida que la comprensión del electromagnetismo avanzaba, los científicos e ingenieros comenzaron a explorar formas de aplicaciones directas para la inducción electromagnética donde se aprovecha el principio básico del motor eléctrico que se basa en la interacción entre un campo magnético y una corriente eléctrica, lo que produce una fuerza de rotación logrando la conversión de energía eléctrica en energía mecánica.

Los motores eléctricos se convirtieron en componentes fundamentales en una amplia gama de aplicaciones, desde máquinas industriales hasta electrodomésticos y transporte. La capacidad de estos en convertir la energía eléctrica en movimiento mecánico de manera eficiente y controlable los hizo indispensables en la revolución industrial y el desarrollo tecnológico moderno.

    Hoy día, los motores eléctricos se encuentran en prácticamente todos los aspectos de nuestra vida cotidiana y son esenciales para el funcionamiento de la sociedad.

En resumen, la transición de la tecnología eléctrica aplicada al solenoide hasta llegar al motor eléctrico, sin olvidar el transformador eléctrico, ni el generador. Son un hito crucial que permitió aprovechar de manera más eficiente y versátil la energía eléctrica con la intención de lograr generar movimiento para la transformación de la vida cotidiana gracias a la potencia mecánica que obtenemos de ellos, buscando siempre la mejoras en el diseño, los materiales y la eficiencia de las maquinas eléctricas que se volvieron cada vez más potentes, confiables y versátiles.

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Referencias: 

    HALLIDAY, D; RESNICK, R; WALKER, J. Fundamentos de la Física 3: Electromagnetismo. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC – Libros Técnicos y Científicos, 2009.

    TIPLER & MOSCA. Física para científicos e Ingenieros. Volumen 2, Editora LTC, 6 edición, 2009.

  https://semanaacademica.org.br/system/files/artigos/construcao_civil-_conversao_de_energia_eletrica_em_mecanica.pdf

Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

  Saludos.

Espero se encuentren muy bien estimados lectores, A continuación les comparto el más reciente escrito en Tecnología Eléctrica, un post que trata sobre: Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

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Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

Los sistemas trifásicos son un  sistema operativo y desempeña un papel fundamental en la   distribución, producción y consumo de la energía eléctrica ya que es el método más usado en todo el mundo para transferirla y fueron creados por Galileo Ferraris, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky, Jonas Wenström, John Hopkinson y Nikola Tesla al final de la década de 1880.

Estos están integrado por una corriente alterna que posee tres fases monofásicas distintas, que poseen amplitud y potencias iguales, además de tener un desfasaje entre si de 120° eléctricos entre los polos de cada una de las fases del sistema.

Figura N° 1. Desfasaje entre fases en un sistema trifásico balanceado.

Este tipo de sistema divide la potencia total generada entre las tres fases y sus voltajes generalmente lo podemos encontrar desde los 208, 380 a 400 voltios u otra tensión eléctrica y dependerá de la maquina y configuración atendiendo las normas del país y las necesidades en cuestión.

Cabe destacar que los sistemas trifásicos deberían estar constituidos por 6 conductores eléctricos (2 por cada circuito), pero resulta que 3 de estos pueden unirse tal como se puede apreciar en la figura 2 denominando este como NEUTRO y conducir por este la sumatoria vectorial de las corrientes de línea, ya que la suma de corrientes de 'retorno' (el cable que falta) de un sistema trifásico de ser equilibrado es cero. De esa manera solo es necesario conducir los otros tres cables calificados como líneas.

Si se quiere utilizar un circuito monofásico alterno, solo es necesario tomar del sistema una línea y la tierra ese cable que falta como se indica en la imagen en la parte marcada con la letra “C” y se obtiene un voltaje 127 V; si en cambio se prefiere un mayor voltaje monofásico, es necesario tomar dos de las fases del sistema, como se puede ver en la imagen marcada con la letra “D”; y si se quieren utilizar simultáneamente los tres circuitos monofásicos, es decir el sistema trifásico se pueden unir de nuevo uno de los extremos de cada fase y llevarlo a tierra, y ya se podrá disponer del triple de potencia que utilizando un solo circuito monofásico alterno como se ve en las letras “F y G”. Para el caso de la conexión con letra “E“ se utiliza para cargas especificas que se necesita el cable tierra. 

Figura N° 2. Conexiones posibles con un sistema trifásico.

Sin duda alguna, esta innovación enriqueció la vida del ser humano al disponer de una flexibilidad para las conexiones y disposición de diferentes niveles de tensión con la corriente alterna y es que gracias a esto ciudades enteras han podido disfrutar de los servicios eléctricos, ya que son tanto utilizados en instalaciones industriales de media y baja tensión, particularmente para la alimentación de motores eléctricos y otras cargas de potencia mas elevada. Además con la  distribución monofásica esta se emplea cuando las cargas se refieren a televisión, sonido, iluminación y pequeños motores eléctricos, entre otras cargas (electrodomésticos).

Conexiones trifásicas. 

Existen dos configuraciones trifásicas básicas: estrella (Y) y delta (Δ). Conforme lo mostrado en la figura 3, una configuración delta requiere apenas tres hilos para la transmisión, pero estrella puede tener un cuarto hilo. El cuarto, en su caso, se suministra como neutro y normalmente es aterrado. Las designaciones de tres y cuatro hilos no cuentan el hilo de tierra presente por encima de muchas líneas de transmisión, que es exclusivamente para protección de falla y no transporta corriente de uso normal.

Figura N° 3. Conexiones trifásicas.

·         Estrella: Para realizar este tipo de conexión se unen los extremos finales de los devanados de la carga o generador (U2, V2, W2) en un punto central, en caso de tener solo un devanado por fase. Esta forma de conexión tiene el aspecto de una estrella.

·         Triángulo o Delta: Para realizar este tipo de conexión se unen los principios y finales de las fases de los devanados, (W2-U1, U2-V1, V2-W1), dando lugar a una forma que tiene el aspecto de un triángulo.

Uso de las conexiones.

El sistema estrella de cuatro hilos tal como se explico anteriormente es usado cuando una mezcla de cargas monofásicas y trifásicas deben ser servidas, como iluminación mezclas de cargas del motor. 

Como ejemplo de aplicación esta la distribución local en Europa (y otros lugares), donde cada cliente puede ser alimentado apenas por una fase y el neutro (Es el común de las tres fases). Cuando un grupo de clientes que comparta el neutro consume corrientes de fase desiguales, el hilo neutro carga las corrientes resultantes de esos desequilibrios. 

Los ingenieros electricistas intentan proyectar el sistema de energía trifásico para que en  cualquier ubicación la energía tomada de cada una de las tres fases sea la misma tanto como sea posible para las cargas. Así como también intentan organizar la red de distribución de modo que las cargas sean lo más equilibradas como sea posible, una vez que los mismos principios aplicados a las  instalaciones individuales también se aplican al sistema de distribución de energía a gran escala. 

Con base en la conexión estrella (Y) y delta (Δ). Generalmente, existen cuatro tipos de conexiones para el fin de transmisión y distribución.

·         Estrella (Y) - estrella (Y) es usado para baja y alta tensión.

·         Delta (Δ) - Delta (Δ) es usado para grandes y bajas tensiones.

·    Delta (Δ) - estrella (Y) es usado para transformadores elevadores, o sea, en estaciones generadoras.

·     Estrella (Y) - Delta (Δ) es usado para transformadores reductores, o sea, la final de la transmisión.

    Ventajas de los sistemas trifásicos.

En comparación con una fuente de alimentación CA monofásica que usa dos conductores (fase y neutro), una fuente trifásica sin neutro y la misma tensión de fase-tierra y la capacidad de corriente por fase esta puede transmitir tres veces mas energía usando apenas 1,5 veces mas hilos (o sea, tres en vez de dos). Así, la relación entre la capacidad y el material conductor es duplicada. La relación  entre la capacidad y el material conductor aumenta para 3: 1 con un sistema trifásico no aterrado y un sistema monofásico con aterramiento central (o 2,25: 1 si ambos emplean la misma medida de los conductores).

Es decir este tipo de instalación es generalmente más económico que un circuito monofásico de dos hilos equivalentes a la misma línea para la tensión de aterramiento porque usa menos material conductor para transmitir una determinada cantidad de energía eléctrica.

La mayoría de las cargas residenciales son monofásicas y los circuitos residenciales en  América del Norte, la energía trifásica puede alimentar bloques de apartamentos, sin embargo cada carga residencial es conectada como monofásica.

Para las áreas de baja densidad de carga, se puede distribuir con única fase.

Con el empleo de los sistemas trifásicos, los motores 3ф pueden operar sin utilizar devanado o capacitores auxiliares. Esto es algo que no ocurre con los motores monofásicos, ya que estos motores forzosamente necesitan devanado y capacitores auxiliares para poder funcionar.

Con el sistema trifásico se produce un alto rendimiento de los receptores, específicamente motores, los cuales son alimentados con potencia constante por la línea trifásica.

            Características de las conexiones trifásicas. 

  Donde: VL es Voltaje de Linea.

    Vf es Voltaje de fase.

                IL es Intensidad de línea

                If Intensidad de fase.

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Referencias:  

https://industriasgsl.com/blogs/automatizacion/fuente-trifasica

https://altatecnologia.com.mx/la-importancia-de-los-transformadores-para-la-industria-electrica/

http://energia.renovetec.com/117-por-qu%C3%A9-se-distribuye-corriente-

https://stringfixer.com/pt/Phase_sequence

http://universolambda.com.br/fundamentos-de-sistemas-trifasicos/

https://www.desterroeletricidade.com.br/blog/eletrica/1660/

https://siemetrafo.com.br/diferencas-entre-sistema-trifasico-bifasico-e-monofasico/