Potencia eléctrica

FACULTAD DE ING.ELECTRICA, ELECTRONICA, MECANICA Y
MINAS
CARRERA PROFECIONAL DE ING. ELECTRONICA
LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS 2
TEMA:
POTENCIA y FACTOR DE POTENCIA
ALUMNO:
CÓDIGO:
DOCENTE:
RUBEN CUELLAR AQUINO
081118-I
ING. NINANTAY TORRES J.
CUSCO - 2011
CUESTIONARIO
1. Hacer el fundamento teórico del experimento realizado
Potencia eléctrica
La potencia eléctrica se transmite por líneas sobre torres, como éstas en Brisbane,
Australia.
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La potencia eléctrica es la relación de paso de energía por unidad de tiempo; es
decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo
determinado (p = dW / dt). La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es
el vatio o watt, que es lo mismo.
Potencia en corriente alterna
Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia
eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los
valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre
los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.
En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica
una tensión sinusoidal
con velocidad angular
Esto provocará una corriente
aplicada:
y valor de pico
retrasada un ángulo
resulta:
respecto de la tensión
La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones
anteriores:
Mediante trigonometría, la anterior expresión puede transformarse en la siguiente:
Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:
Se obtiene así para la potencia un valor constante,
y otro variable con
el tiempo,
. Al primer valor se le denomina potencia activa y al
segundo potencia fluctuante.
Potencia aparente
La potencia compleja (cuya magnitud se conoce como potencia aparente) de un
circuito eléctrico de corriente alterna, es la suma (vectorial) de la potencia que
disipa dicho circuito y se transforma en calor o trabajo(conocida como potencia
promedio, activa o real) y la potencia utilizada para la formación de los campos
eléctrico y magnético de sus componentes que fluctuará entre estos componentes
y la fuente de energía (conocida como potencia reactiva).
Esta potencia no es la realmente "útil", salvo cuando el factor de potencia es la
unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de
satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha
de contarse con la que van a "almacenar" las bobinas y condensadores. Se la
designa con la letra S y se mide en voltiamperios (VA) (la potencia activa se mide
en vatios (W), y la reactiva se mide en voltiamperios reactivos (VAR)
La fórmula de la potencia aparente es:
Figura 2.- Relación entre potencia activa, aparente y reactiva.
Potencia activa
Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso
de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos
eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía
tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo
tanto, la realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda
eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda.
Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la
ley de Ohm y el triángulo de impedancias:
Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos.
Potencia reactiva
Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo
aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia
reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo necesario. Por
ello que se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios), se mide en
voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.
A partir de su expresión,
Lo que reafirma en que esta potencia es debida únicamente a los elementos
reactivos.
Potencia trifásica
La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico
equilibrado está dada por la ecuación:
CONCEPTO DE ENERGÍA
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el
concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o
dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.
Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por
una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía
eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una
bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda
mover una maquinaria.
De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se
transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la
obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que
realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.
La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se
representa con la letra “J”.
Factor de potencia
Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la
relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S,1 si las corrientes y
tensiones son ondas perfectamente sinusoidales.
Si las corrientes y tensiones son ondas perfectamente sinusoidales,2 el factor de
potencia será igual a cos o como el coseno del ángulo que forman los fasores de
la intensidad y el voltaje, designándose en este caso como cosφ, siendo φ el valor
de dicho ángulo. De acuerdo con el triángulo de potencias de la figura 1:
(Si las corrientes y tensiones son señales
perfectamente sinusoidales)
El dispositivo utilizado para medir el f.d.p. se denomina cosímetro.
Figura 1. Triángulo de potencias.
Importancia del factor de potencia
Para comprender la importancia del factor de potencia se van a considerar dos
receptores con la misma potencia, 1000 W, conectados a la misma tensión de 230
V, pero el primero con un f.d.p. alto
y el segundo con uno bajo
.

Primer receptor

Segundo receptor
Cotejando ambos resultados, se obtienen las siguientes conclusiones:


Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia,
una mayor demanda de corriente, lo que implica la necesidad de utilizar
cables de mayor sección.
La potencia aparente es tanto mayor cuanto más bajo sea el f.d.p., lo que
origina una mayor dimensión de los generadores.
Ambas conclusiones nos llevan a un mayor coste de la instalación alimentadora.
Esto no resulta práctico para las compañías eléctricas, puesto que el gasto es
mayor para un f.d.p. bajo. Es por ello que las compañías suministradoras
penalizan la existencia de un f.d.p. bajo, obligando a su mejora o imponiendo
costes adicionales.
Mejora del factor de potencia
A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un sistema a un valor muy
próximo a la unidad.1
Esta práctica es conocida como mejora o corrección del factor de potencia y se
realiza mediante la conexión a través de conmutadores, en general automáticos,
de bancos de condensadores o de inductores. Por ejemplo, el efecto inductivo de
las cargas de motores puede ser corregido localmente mediante la conexión de
condensadores. En determinadas ocasiones pueden instalarse motores síncronos
con los que se puede inyectar potencia capacitiva o reactiva con tan solo variar la
corriente de excitación del motor.
Las pérdidas de energía en las líneas de transporte de energía eléctrica aumentan
con el incremento de la intensidad. Como se ha comprobado, cuanto más bajo sea
el f.d.p. de una carga, se requiere más corriente para conseguir la misma cantidad
de energía útil. Por tanto, como ya se ha comentado, las compañías
suministradoras de electricidad, para conseguir una mayor eficiencia de su red,
requieren que los usuarios, especialmente aquellos que utilizan grandes
potencias, mantengan los factores de potencia de sus respectivas cargas dentro
de límites especificados, estando sujetos, de lo contrario, a pagos adicionales por
energía reactiva.
La mejora del factor de potencia debe ser realizada de una forma cuidadosa con
objeto de mantenerlo lo más alto posible. Es por ello que en los casos de grandes
variaciones en la composición de la carga es preferible que la corrección se realice
por medios automáticos.
Supongamos una instalación de tipo inductivo cuyas potencias P, Q y S forma el
triángulo de la figura 1. Si se desea mejora el cosφ a otro mejor cosφ', sin variar la
potencia activa P, se deberán conectar un banco de condensadores en paralelo a
la entrada de la instalación para generar una potencia reactiva Qc de signo
contrario al de Q, para así obtener una potencia reactiva final Qf. Analíticamente:
Por un lado
y análogamente
Por otro lado
donde ω es la pulsación y C la capacidad de la batería de condensadores que
permitirá la mejora del f.d.p. al valor deseado. Sustituyendo en la primera igualdad,
de donde
2. Comparar las indicaciones del vatímetro con las expresiones
P=V.I.cos α , P=R.𝑰𝟐
Potencia
(W)
Se prende
el
interruptor
P=V.I.cos 418
α
539.44
P=R.𝐼 2
lectura
700
Se apaga
lámpara 1
Se apaga
lámpara 2
Se apaga
lámpara 3
Transformador
solo
384.56
323.4
274.12
277.2
509.427
600
508.473
500
558.9
400
589
400
3. Las preguntas numero 3 y numero 4 no se podrán realizar ya que no
se cuenta los datos suficientes -----4. Graficar la potencia leída en el vatímetro en función de la corriente
eficaz entregada por el generador. Comentar.
5. ¿Qué influencia tiene el factor de potencia inductivo y capacitivo en el
registro de energia? EXPLIQUE
Pues estas potencias generan y potencia aparente especialmente las
inductivas que hacen que la energía se pierda en esa potencia y el registro
de energía será mayor por lo que se suele corregir este problema con
bancos de capacitores que ayudan a que se redusca la potencia aparente.
6. ¿Qué influencia tiene la corrección del factor de potencia en las
instalaciones eléctricas?
Es de gran ayuda ya que ayuda a que las empresas no paguen la energía
que se desperdicia sino solamente la energía que consumen.
7. Para la última pregunta no se cuenta con datos suficientes.
8. Conclusiones y recomendaciones
El estudio de potencia es muy útil para las instalaciones eléctricas ya que el
consumidor debe pagar solo lo que gasta en energía y no las energías que
se desperdician.
Se recomienda que los laboratorios deban ser guiadas minuciosamente
por el docente.