Un sistema eléctrico es el recorrido de la electricidad a través de un conductor, desde  la fuente de energía hasta su lugar de consumo. Todo circuito eléctrico requiere, para su funcionamiento, de una fuente de energía, en este caso, de una corriente eléctrica.

Se debe recordar que cada circuito presenta una serie de características particulares. Se deben observar y compararlas y así obtener las conclusiones sobre los circuitos eléctricos.

Para analizar un circuito deben de conocerse los nombres de los elementos que lo forman, entre los cuales se encuentran el conductor, el generador, la resistencia, el nodo, la pila, entre otros. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo y de manera mixta, que es una combinación de estos dos últimos.

Por la importancia de los sistemas eléctricos en la actualidad, se realiza la presente investigación, la cual consta de los siguientes puntos: Definición de sistemas eléctricos, Características y Conceptos básicos de un Sistema Eléctrico. También se detallan los Elementos, Componentes y Clases de Sistemas Eléctricos. Y por ultimo se da una breve explicación de las leyes que se aplican a los Sistemas Eléctricos, y se muestran tres ejemplos para culminar.

Conceptos básicos de un Sistema Eléctrico

• Conductor Eléctrico: Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad se denomina conductor eléctrico. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.

• Intensidad: El flujo de carga que recorre un cable se denomina intensidad de corriente(i) o corriente eléctrica, y es la cantidad de coulombs que pasan en un segundo por una sección determinada del cable. Un coulomb por segundo equivale a 1 amper, unidad de intensidad de corriente eléctrica. La corriente es dinámica.

• Diferencia de potencial: La diferencia de potencial es constante. Al circular partículas cargadas entre dos puntos de un conductor se realiza trabajo. La cantidad de energía necesaria para efectuar ese trabajo sobre una partícula de carga unidad se conoce como diferencia de potencial (V). Esta magnitud se mide en volts. Cuando una carga de 1 coulomb se desplaza a través de una diferencia de potencial de 1 volt, el trabajo realizado equivale a 1 joule. Esta definición facilita la conversión de cantidades mecánicas en eléctricas.

Elementos de un Sistema eléctrico

Los elementos de un circuito pueden ser activos y pasivos. Elementos activos: son los que transforman una energía cualquiera en energía eléctrica, mediante un proceso que puede ser reversible o no. Nos referimos a los generadores de tensión y de corriente.

Elementos pasivos: son cuando almacenan, ceden o disipan la energía que reciben. Se refiere a las resistencias, bobinas y condensadores.

Estos elementos también se pueden tomar como:

- Elementos activos: la tensión y la corriente tienen igual signo.

- Elementos pasivos: la tensión y la corriente tienen distinto signo.

Sistemas Solares Autónomos

Dado que los paneles solares o módulos solares no almacenan energía, usualmente se conectan a un banco de baterías para que la energía almacenada en este pueda ser usada durante la noche o en períodos nublados.

Los sistemas solares a base de baterías pueden funcionar de manera autónoma y autosuficiente si está bien diseñados y dimensionados.

Las principales aplicaciones en México para los Sistemas Fotovoltaicos con Baterías son: electrificación de casas rurales en zonas apartadas, luminarias solares para alumbrado de parques o puentes, sistemas para repetidoras de microondas, radioases de telefonía celular, sistemas de telemetría o alumbrado de helipuertos en plataformas petroleras.

La consideración más importante en el diseño de este tipo de sistemas es que sea del tamaño adecuado para que la energía que consumen los aparatos sea la misma energía producida por el sistema fotovoltaico. Asimismo el banco de baterías sea el adecuado lo suficientemepara almacenar la energía suministrada por el arreglo fotovoltaico como para guardar una reserva que satisfaga las necesidades en periodos de baja insolación.

Características generales Sistemas fotovoltaicos autónomos:
 

• La mayor parte utiliza baterías
• Pueden entregar a la salida CD o CA
• Cubren por sí solos la demanda energética del usuario

Componentes del sistema Sistemas fotovoltaicos autónomos:
 

• Módulos solares
• Baterías
• Controlador de carga
• Inversor de corriente y/o convertidores de corriente
• Protecciones eléctricas
• Aplicaciones de los sistemas solares autónomos

Aplicaciones y ventajas de los sistemas solares aislados o autónomos:
 

• Donde la energía eléctrica convencional no esta disponible
• Donde la energía eléctrica convencional no es confiable
• Para aplicaciones donde se necesita movilidad
• Para apoyo a situaciones de emergenci

Ventajas y desventajas de los sistemas solares autónomos:

VENTAJAS

• Energía limpia
• Energía independiente
• Proviene de una fuente inagotable de energía
• Los costos tienden a bajar con el tiempo

DESVENTAJAS

• Se requiere de una inversión inicial fuerte
• Costosa para lugares con energía convencional disponible

SISTEMAS CONTROLADOS

Los   sistemas   controlados   son   la   clase   de   sistemas   más   importante,   puesto   que   la clasificación   entre   variables   de   entrada   y   de   salida   generalmente   se   conoce   y   la   gran mayoría  de  las  teorías  de  sistemas  asumen  el  control  como  un  conocimiento  a  priori  del sistema.

SISTEMAS ELÉCTRICOS 

Es tan común la aplicación del circuito eléctrico en nuestros días que tal vez no le damos la importancia que tiene. El automóvil, la televisión, la radio, el teléfono, la aspiradora, las computadoras, entre muchos y otros son aparatos que requieren para su funcionamiento, de circuitos eléctricos simples, combinados y complejos.

Un sistema eléctrico es el recorrido de la electricidad a través de un conductor, desde  la fuente de energía hasta su lugar de consumo. Todo circuito eléctrico requiere, para su funcionamiento, de una fuente de energía, en este caso, de una corriente eléctrica.

Es una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrónicos semiconductor conectados eléctrica mente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.

PARTES:

1) Por el tipo de señal:  De corriente continua, de corrientes alternativas y mixtos.

2) Por el tipo de régimen:  Periódico, Transitorio y Permanente.

3) Por el tipo de componentes:  Eléctricos: Resistivos, inductivos, capacitaros y mixtos. Electrónicos: digitales, analógicos y mixtos.

4) Por su configuración:  En Serie y Paralelo.

CARACTERÍSTICAS:

1) Todo circuito eléctrico está formado por una fuente de energía (toma corriente), conductores (cables), y un receptor que transforma la electricidad en luz (lámparas),en movimiento (motores), en calor (estufas).

2) Para que se produzca la transformación, es necesario que circule corriente por el circuito.

3) Este debe estar compuesto por elementos conductores, conectados a una fuente de tensión o voltaje y cerrado.

4) Los dispositivos que permiten abrir o cerrar circuitos se llaman interruptores o llaves.

SISTEMAS AUTÓNOMOS

Es una alternativa nueva que integra potenciales usuarios alejados de las redes eléctricas. Mediante este sistema de suministro eléctrico se utilizan energías sustentables evitando tendidos alejados y minimizando los tiempos de interrupción de energía.

Este sistema integra distintas fuentes de energía, las cuales se incorporan según la demanda de energía disponible, dando prioridad en todo momento a los recursos renovables tanto energía eólica como solar integra tecnología de regulación con carga solar y eólica para el mantenimiento del banco de baterías y sistemas de conversiones a corriente alterna 220/380 VCA.- +/- 3%}

      Funcionamiento Del Sistema Eólico:

El ingreso de generación eólica y solar al sistema integrará la energía necesaria cubriendo la demanda de la vivienda y manteniendo el banco de baterías cargado, el cual es utilizado como amortiguador de energía.

Especificaciones Generales:

• Constructivo: Generador tripala de 3,4 mts de diámetro de barrido
• Marcha: Arranque desde 10 km/h, a potencia nominal 35 km/h y rebatimiento 50 km/h.-
• Generador: Imanes permanentes de hasta 1500 Wp y/o de inducción de hasta 1000 Wp.
• Configuración: Generadores trifásicos en alterna y/o monofásicos en continua 12/24/48 Vcc
• Regulación: Por derivación de carga con control por sobre corriente y/o temperatura de derivación. Corte aerodinámico a 50 km/h.-
• Emplazamiento: Mediante torres de 2” y 3”, anclajes según suelo con riendas de HºGº y hormigonado con tillas de sujeción.

 Funcionamiento Del Sistema Solar:

Los paneles solares o módulos fotovoltaicos permiten abastecer al sistema de energía eléctrica mediante la transformación de irradiación solar en corriente electrica logrando abastecer a baterías manteniendo niveles de voltage controlado o suministrando energía sistemas de bombeo de agua en forma directa.

Especificaciones Generales:

• Constructivo: Material policristalino o monocristalino – 36 celdas
• Configuraciones: Potencias pico de 65-80-Wp/panel
• Sistemas De Potencia: Desde 4,6,8,12 o 24 Paneles en configuración Serie – Paralelo
• Tensión: Circuito abierto Voc: 21,7 Vcc / a potencia nominal 17,4 Vcc hasta 125 Vco.-
• Regulación: MPPT o PWM con registro de carga y tensión hasta 150/125 Vco.
• Montaje: Estructura en techo de hasta 12 paneles o modulares de hasta 8 paneles en piso.
• Sistema De Orientación: Manual con estructuras fijas o automáticos con seguidor solar.

Funcionamiento De La Red Eléctrica:

La utilización de una fuente de energía externa de red o grupa generado ofrece la alternativa de respaldo para los periodos donde el recurso solar y eólico no son suficientes para el abastecimiento del banco de baterías, minimizado así las descargas profunda del mismo.

Especificaciones Generales:

• Sistema: Los generadores de combustión pueden ser conectados en forma manual u/o automática.
• Potencias: Se requiere un rango de 3 a 10 kW, con arranque eléctrico.
• Transferencia: En caso de realizarse en automático, se utiliza electrónica adicional.
• Protecciones: Para la entrada AC al sistema SAER se colocaran protección de SC y CC, y sobre el suministro al usuario se adiciona a la anterior Interruptor Diferencial de 30 mA.-

SISTEMAS CONTROLADOS

Un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se usan sistemas de control industrial en procesos de producción industriales para controlar equipos o máquinas.

Características:

1) Señal de Corriente de Entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.

2) Señal de Corriente de Salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada.

3) Variable Manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada. Es decir, se manipula la entrada del proceso.

4) Variable Controlada: Es el elemento que se desea controlar. Se puede decir que es la salida del proceso.

5) Conversión: Mediante receptores se generan las variaciones o cambios que se producen en la variable.

6) Variaciones Externas: Son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de orden correctivo.

7) Fuente de Energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad dentro del sistema.

8) Retroalimentación: La retroalimentación es una característica importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables de estado.Dependiendo de la acción correctiva que tome el sistema, este puede apoyar o no una decisión, cuando en el sistema se produce un retorno se dice que hay una retroalimentación negativa; si el sistema apoya la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.

9) Variables de fase: Son la variables que resultan de la transformación del sistema original a la forma canónica controlable. De aquí se obtiene también la matriz de controlabilidad cuyo rango debe ser de orden completo para controlar el sistema.