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2024 · Ordinaria · Suplente
4.1
Examen
BLOQUE 4. SISTEMAS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

Dado el circuito de la figura, determine:

Imagen del ejercicio

E=20 V (eficaces);R1=8Ω;R2=8Ω;XL1=10Ω;XL2=10Ω;XC1=2ΩE = 20 \text{ V (eficaces)}; R_1=8 \Omega ; R_2=8 \Omega ; XL_1=10 \Omega ; XL_2=10 \Omega ; XC_1=2 \Omega

a) Valor de la impedancia total del circuito.b) Valor eficaz de la corriente que circula por el generador.c) Potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente en el generador.
ImpedanciaPotencia activaCircuito RLC+1
a) Valor de la impedancia total del circuito.

Cálculo de la impedancia equivalente de las resistencias R1R_1 y R2R_2 en paralelo.Datos

R1=8ΩR2=8Ω\begin{gathered} R_1 = 8 \, \Omega \\ R_2 = 8 \, \Omega \end{gathered}

Fórmulas

ZReq=R1R2R1+R2Z_{R_{\text{eq}}} = \frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}

Sustitución

ZReq=8Ω8Ω8Ω+8Ω=64Ω216ΩZ_{R_{\text{eq}}} = \frac{8 \, \Omega \cdot 8 \, \Omega}{8 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{64 \, \Omega^2}{16 \, \Omega}

Resultado

ZReq=4ΩZ_{R_{\text{eq}}} = 4 \, \Omega

Cálculo de la impedancia equivalente de las reactancias inductivas XL1XL_1 y XL2XL_2 en paralelo.Datos

XL1=10ΩXL2=10Ω\begin{gathered} XL_1 = 10 \, \Omega \\ XL_2 = 10 \, \Omega \end{gathered}

Fórmulas

ZLeq=(jXL1)(jXL2)jXL1+jXL2Z_{L_{\text{eq}}} = \frac{(j XL_1) \cdot (j XL_2)}{j XL_1 + j XL_2}

Sustitución

Z_{L_{\text{eq}}} = \frac{(j 10 \, \Omega) \cdot (j 10 \, \Omega)}{j 10 \, \Omega + j 10 \, \Omega} = \frac{j^2 100 \, \Omega^2}{j 20 \, \Omega} = \frac{-100 \, \Omega^2}{j 20 \, \Omega} = \frac{-100j \, \Omega^2}{j^2 20 \, \Omega} = \frac{-100j \, \Omega^2}{-20 \, \Omega}

Resultado

ZLeq=j5ΩZ_{L_{\text{eq}}} = j 5 \, \Omega

Cálculo de la impedancia total del circuito (combinación serie de ZReqZ_{R_{\text{eq}}}, ZLeqZ_{L_{\text{eq}}} y ZC1Z_{C_1}). La impedancia del condensador es ZC1=jXC1Z_{C_1} = -j XC_1.Datos

ZReq=4ΩZLeq=j5ΩXC1=2Ω\begin{gathered} Z_{R_{\text{eq}}} = 4 \, \Omega \\ Z_{L_{\text{eq}}} = j 5 \, \Omega \\ XC_1 = 2 \, \Omega \end{gathered}

Fórmulas

Ztotal=ZReq+ZLeq+(jXC1)Z_{\text{total}} = Z_{R_{\text{eq}}} + Z_{L_{\text{eq}}} + (-j XC_1)

Sustitución

Ztotal=4Ω+j5Ωj2Ω=4+j(52)ΩZ_{\text{total}} = 4 \, \Omega + j 5 \, \Omega - j 2 \, \Omega = 4 + j(5 - 2) \, \Omega

Resultado

Ztotal=4+j3ΩZ_{\text{total}} = 4 + j 3 \, \Omega

Valor de la impedancia total en forma polar:

Ztotal=42+32=16+9=25=5Ωϕ=arctan(34)36.87\begin{gathered} |Z_{\text{total}}| = \sqrt{4^2 + 3^2} = \sqrt{16 + 9} = \sqrt{25} = 5 \, \Omega \\ \phi = \arctan\left(\frac{3}{4}\right) \approx 36.87^\circ \end{gathered}
Ztotal=536.87ΩZ_{\text{total}} = 5 \angle 36.87^\circ \, \Omega
b) Valor eficaz de la corriente que circula por el generador.

Datos

E = 20 \text{ V}$ (eficaces)
$Z_{\text{total}} = 5 \angle 36.87^\circ \, \Omega

Fórmulas

I=EZtotalI = \frac{E}{Z_{\text{total}}}

Sustitución

I = \frac{20 \angle 0^\circ \text{ V}}{5 \angle 36.87^\circ \, \Omega} = \frac{20}{5} \angle (0^\circ - 36.87^\circ)

Resultado

I = 4 \angle -36.87^\circ \text{ A}$
El valor eficaz de la corriente es $|I| = 4 \text{ A}
c) Potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente en el generador.

Datos

E=20 VI=4 AZtotal=4+j3Ω    Rtotal=4Ω,Xtotal=3Ωϕ=36.87    cosϕ=0.8,sinϕ=0.6\begin{gathered} E = 20 \text{ V} \\ |I| = 4 \text{ A} \\ Z_{\text{total}} = 4 + j 3 \, \Omega \implies R_{\text{total}} = 4 \, \Omega, X_{\text{total}} = 3 \, \Omega \\ \phi = 36.87^\circ \implies \cos \phi = 0.8, \sin \phi = 0.6 \end{gathered}

Cálculo de la potencia activa (PP).Fórmulas

P=I2RtotalP = |I|^2 \cdot R_{\text{total}}

Sustitución

P=(4 A)24Ω=16 A24ΩP = (4 \text{ A})^2 \cdot 4 \, \Omega = 16 \text{ A}^2 \cdot 4 \, \Omega

Resultado

P=64 WP = 64 \text{ W}

Cálculo de la potencia reactiva (QQ).Fórmulas

Q=I2XtotalQ = |I|^2 \cdot X_{\text{total}}

Sustitución

Q=(4 A)23Ω=16 A23ΩQ = (4 \text{ A})^2 \cdot 3 \, \Omega = 16 \text{ A}^2 \cdot 3 \, \Omega

Resultado

Q=48 VARQ = 48 \text{ VAR}

Cálculo de la potencia aparente (SS).Fórmulas

S=EIS = E \cdot |I|

Sustitución

S=20 V4 AS = 20 \text{ V} \cdot 4 \text{ A}

Resultado

S=80 VAS = 80 \text{ VA}