Terminología Eléctrica Básica
La correcta descripción de una instalación en una memoria técnica exige el uso riguroso de las magnitudes eléctricas y sus unidades según el Sistema Internacional. A continuación, se detallan las magnitudes esenciales consideradas por el REBT para definir los límites de diseño y la clasificación de las redes.
Magnitudes Eléctricas Fundamentales
1. Tensión o Voltaje ($V$)
Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, que impulsa el movimiento de electrones. Se mide en voltios (V). En baja tensión en España, las tensiones nominales estándar de distribución pública son de 230 V para líneas monofásicas (fase-neutro) y de 400 V para redes trifásicas (fase-fase), con frecuencia nominal de 50 Hz.
2. Intensidad de Corriente ($I$)
Es la cantidad de carga eléctrica (electrones) que atraviesa la sección de un conductor por unidad de tiempo. Se expresa en amperios (A). Determina de forma directa el calentamiento del cable por efecto Joule, limitando el grosor del metal conductor.
3. Resistencia ($R$) e Impedancia ($Z$)
La resistencia es la oposición que presenta un material al paso de la corriente en corriente continua. La impedancia ($Z$, también medida en ohmios, $\Omega$) es su equivalente para corriente alterna y consta de una parte real (resistencia $R$) y una parte imaginaria (reactancia $X$), debida a efectos magnéticos y capacitivos.
4. Las Tres Potencias Eléctricas
En corriente alterna la potencia total transmitida se compone de tres magnitudes físicas relacionadas vectorialmente:
- Potencia Activa ($P$): La energía eléctrica que se transforma de manera real en trabajo útil (calor, movimiento mecánico, luz). Se expresa en vatios (W) o kilovatios (kW).
- Potencia Reactiva ($Q$): La energía oscilante que necesitan los bobinados de motores y transformadores para generar sus campos magnéticos. No produce trabajo útil y se mide en voltio-amperios reactivos (var) o kilovar (kvar).
- Potencia Aparente ($S$): Representa la potencia total transportada por las redes de alimentación y viene dada por la combinación vectorial de las dos anteriores. Se expresa en voltio-amperios (VA) o kilovoltio-amperios (kVA).
5. Factor de Potencia o Coseno de Fí ($\cos \varphi$)
Es el cociente matemático entre la potencia activa ($P$) y la aparente ($S$): $\cos \varphi = P / S$. Define el rendimiento de la transmisión de potencia. El REBT penaliza económicamente valores de $\cos \varphi$ inferiores a 0,90 debido al sobrecalentamiento inútil que causan en las redes públicas de transporte.
Relaciones Matemáticas Fundamentales
Para realizar cálculos del proyecto, el proyectista emplea las siguientes fórmulas de interconexión:
| Fórmula Monofásica | Fórmula Trifásica | Magnitud Resultante |
|---|---|---|
| P = V · I · cos φ | P = √3 · V · I · cos φ | Potencia Activa (W) |
| Q = V · I · sen φ | Q = √3 · V · I · sen φ | Potencia Reactiva (var) |
| S = V · I | S = √3 · V · I | Potencia Aparente (VA) |
| S = √(P² + Q²) | Relación Pitagórica |
import math
def calcular_triangulo_potencias(potencia_activa_w, cos_phi):
# Calcular ángulo phi
phi = math.acos(cos_phi)
# Calcular potencia aparente S (VA)
S = potencia_activa_w / cos_phi
# Calcular potencia reactiva Q (var)
Q = S * math.sin(phi)
print(f"--- ANÁLISIS VECTORIAL DE CARGA ---")
print(f"🔹 Potencia Activa (P) : {potencia_activa_w/1000:.2f} kW")
print(f"🔹 Potencia Aparente (S): {S/1000:.2f} kVA")
print(f"🔹 Potencia Reactiva (Q): {Q/1000:.2f} kvar")
print(f"🔹 Ángulo de desfase (φ): {math.degrees(phi):.1f}°")
return S, Q
# Carga de un motor de climatización
calcular_triangulo_potencias(potencia_activa_w=12000, cos_phi=0.82)
Este script calcula de forma exacta la hipotenusa (Aparente) y el cateto vertical (Reactiva) a partir de la potencia de trabajo de la instalación.
- ✅ Calcula la energía total acumulada en kWh y kvarh.
- ✅ Determina el coste de penalización reglamentaria.
📋 Instrucciones de Uso:
- Copia el prompt completo del recuadro superior.
- Pégalo en tu IA de cabecera.
- Ejecuta el código en tu ordenador para simular costes de penalización reactiva.
🧪 Laboratorio Práctico: Auditoría Eléctrica de Reactiva
Objetivo: Usar la herramienta REBT SuperCalc para evaluar la penalización de reactiva de una fábrica y proponer el dimensionado de una batería de condensadores.
Instrucciones:
- Abre el asistente en la pestaña correspondiente: Asistente de Batería de Condensadores.
- Configura los siguientes datos en el formulario:
- Potencia Activa Prevista: 45 kW
- Funcionamiento: 8 h/día y 250 días/año
- cos φ actual: 0.78
- cos φ objetivo: 0.98
- Tarifa exceso reactiva: 0.04 €/kvarh
- Observa la energía activa anual (90.000 kWh), reactiva estimada (72.205 kvarh), reactiva exenta (29.700 kvarh), el exceso penalizado (42.505 kvarh) y la potencia de la batería recomendada.
📊 Autoevaluación del Laboratorio: Resultados
Pregunta: Tras ejecutar los datos del laboratorio en el asistente, ¿cuál es el coste anual de penalización por reactiva que está pagando la fábrica y qué capacidad de batería de condensadores debemos prescribir para corregir el factor de potencia a 0.98?
💼 Caso Práctico: Pérdida en redes por bajo cos phi
Contexto: En un taller mecánico de chapa y pintura, las soldadoras por arco provocan que el factor de potencia medio caiga de forma continuada a 0,72.
Pregunta: ¿Qué repercusión directa tiene este bajo factor de potencia en la corriente de diseño que circula por las líneas receptoras?
⚙️ Caso Práctico: Tensiones de BT
Contexto: Durante la redacción de la memoria para la legalización de una panadería industrial, se definen los voltajes nominales del suministro trifásico español.
Pregunta: ¿Cuáles son los voltajes reglamentarios normalizados fase-neutro y fase-fase que el REBT fija para distribución en baja tensión?
📝 Caso Práctico: Potencia Reactiva y bobinados
Contexto: En la auditoría de un compresor industrial trifásico, el técnico lee en la placa de características técnicas: $P = 15\text{ kW}$, $\cos \varphi = 0,80$.
Pregunta: ¿A qué componente físico y función de la máquina corresponde la existencia de la potencia reactiva de este compresor?