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POTENCIA ACTIVA EN C.A. Y MEDICIÓN
DE FACTOR DE POTENCIA
¾ OBJETIVOS:
9 Determinar la potencia activa, aparente y el factor de potencia en circuitos
monofásicos.
9 Observe las normas de seguridad al realizar esta experiencia tanto con las
conexiones, instrumentos y equipos.
¾ FUNDAMENTO TEORICO:
Potencia eléctrica
La potencia eléctrica se define como la cantidad de energía eléctrica o trabajo,
que se transporta o que se consume en una determinada unidad de tiempo.
Si la tensión se mantiene constante, la potencia es directamente proporcional a la
corriente (intensidad). Ésta aumenta si la corriente aumenta.
Potencia en corriente continua
Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en
un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la
diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que
pasa a través del dispositivo. Esto es,
(1)
Donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del
voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts
(vatios). Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I,
V y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la
resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse
como:
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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 de pico por los eficaces:
Se obtiene así para la potencia un valor constante,
el tiempo,
y otro variable con
.
Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.
Potencia fluctuante
Al ser la potencia fluctuante de forma senoidal, su valor medio será cero. Para
entender mejor qué es la potencia fluctuante, imaginemos un circuito que sólo
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tuviera una potencia de este tipo. Ello sólo es posible si
(cos(±90º)=0), quedando
rad
caso que corresponde a un circuito inductivo puro o capacitivo puro. Por lo tanto
la potencia fluctuante es debida a un solenoide o a un condensador. Tales
elementos no consumen energía sino que la almacenan en forma de campo
magnético y campo eléctrico.
Potencia compleja
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
eléctricos y magnéticos 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:
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 señales perfectamente sinusoidales.
Si las corrientes y tensiones son señales 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:
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(Si las corrientes y tensiones son señales perfectamente sinusoidales)
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¾ PARTE EXPERIMENTAL:
EQUIPOS E INSTRUMENTOS.9
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9
9
9
9
9
9
9
Amperímetro.
Voltímetro.
Fuente de alimentación variable.
Vatímetro.
Cosfimetro.
Cables de conexión.
Reóstato.
Condensador.
Bobina.
DESARROLLO DEL EXPERIMENTO.Para esta experiencia, primero armaremos nuestro circuito como se aprecia
en la grafica siguiente:
De ahí conectaremos diferentes cargas en el circuito (como RL, RC y RLC).
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™ Caso Nº 1: Carga RL
Variaremos nuestra fuente de alimentación de nuestro circuito, y luego
tomaremos las lecturas de los instrumentos en la siguiente tabla:
V
133.7
190.5
241.7
A
0.18
0.24
0.30
P
15.77
32.16
52.03
S
24.07
45.72
72.51
F.P.
0.655
0.696
0.711
P
5.73
14.48
31.24
S
11.21
24.84
50.45
F.P.
0.519
0.583
0.62
P
12.92
33.96
45.73
68.32
S
14.432
36.525
47.376
70.312
F.P.
0.875
0.936
0.95
0.969
™ Caso Nº 2: Carga RC
V
86.2
138
201.8
A
0.13
0.18
0.25
™ Caso Nº 3: Carga RLC
V
90.2
146.1
169.2
206.8
A
0.16
0.25
0.28
0.34
¾ CUESTIONARIO:
1. Explicar el principio del funcionamiento de los vatímetros
electromagnéticos. Así mismo, explicar la importancia de los asteriscos (a
veces son +)
Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en
paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se
mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las
bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la
corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia
grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella.
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El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión
de la aguja es proporcional tanto a la corriente como al voltaje, conforme a la ecuación
W=VA o P=EI. En un circuito de corriente alterna la deflexión es proporcional al
producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y
posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura
diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro
y un amperímetro independientes en el mismo circuito.
2. Porque es necesario conocer el factor de potencia en una instalación
eléctrica
En los artefactos tales como lámparas incandescentes (focos), planchas, calefón y estufas
eléctricas, toda la energía que requieren para su funcionamiento se transforma en energía
lumínica o energía calórica, en estos casos el Factor de Potencia toma valor 1 (100 %
energía activa).
En otros artefactos, por ejemplo lavarropas, heladeras, equipos de aire acondicionado,
ventiladores y todos aquellos que poseen un motor para su funcionamiento, como
también los tubos fluorescentes, entre otros, una parte de la energía se transforma en
energía mecánica, frío, luz o movimiento (energía activa), y la parte restante requiere
otro tipo de energía, llamada energía reactiva, que es necesaria para su propio
funcionamiento. En estos casos, el Factor de Potencia toma valores menores a 1.
Resumiendo, la energía que se transforma en trabajo, se la denomina ENERGIA
ACTIVA, mientras que la usada por el artefacto eléctrico para su propio funcionamiento,
se la llama ENERGIA REACTIVA
3. Cuáles son las consideraciones para medir la potencia y factor de potencia
en circuitos trifásicos
Medición de Potencia Trifásica con dos watimetros
Este método es apropiado para medir factor de potencia KVAR, KW, KVA en cargas
conectadas en delta o en estrella que estén balanceados.
Todos los wattmetros monofásicos están construidos de acuerdo a su principio de
operación, con dos bobinas una bobina que es de corriente (B. C) que se conecta en serie
y una bobina de potencia (B. P) que se conecta en paralelo, la lectura que nos da un
sistema monofásico es:
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Medición el factor de potencia
Medición del factor de potencia con voltímetro, amperímetro, vatímetro y varímetro
La expresión (1) de la potencia activa en función de los valores eficaces de tensión y
corriente permite determinar, para una carga monofásica (o una fase de una carga
trifásica desequilibrada) el valor del factor de potencia mediante el uso de voltímetro,
amperímetro y vatímetro.
En corriente trifásica, si el sistema es perfecto, sólo hay que agregar √3 a la expresión
anterior.
Si el sistema trifásico es asimétrico y desequilibrado la determinación del factor de
potencia promedio o total se realiza midiendo las potencias activas y reactivas totales. La
cantidad de vatímetros y varímetros empleados dependerá del tipo de sistema (tri o
tetrafilar). Es fácil entender que cualquiera de las conexiones estudiadas para medir P y Q
según las características del sistema nos permitirá calcular el factor de potencia
4. Comparar las indicaciones del vatímetro con las expresiones VIcosθ e I²R y
discutir los resultados.
¾ BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia
http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/factor_de_potencia_1.HTM
http://www.unicrom.com/tut_calFPconVectCorr.asp
http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica
http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml
http://html.rincondelvago.com/potencia-electrica.html
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