• Author / Uploaded
• Herberth Villachica Carranza

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA INFORME DE LABORATORIO N°1

MEDIDA DE ENERGÍA, POTENCIA Y CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS MONOFÁSICOS CURSO: LABORATORIO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS II Sección: A Autores:

Quiroz Estrada Gianfranco Felipe Vega López Jesús Alexis Villachica Carranza Herberth

FECHA DE REALIZACIÓN DEL EXPERIMENTO

:

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME

15 de Abril del 2016

:

8 de Abril del 2016

ÍNDICE INTRODUCCION.........................................................................................................................................................2 OBJETIVOS...................................................................................................................................................................3

UNI - FIM FUNDAMENTO TEÓRICO.........................................................................................................................................3 MATERIALES UTILIZADOS………………………………………………………………………………….........5 PROCEDIMIENTO………………………………………………………………………………………………......8 CÁLCULOS Y RESULTADOS………………………………………………………………………………………………………..9 CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………………16 BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………………..16

INTRODUCCION Los circuitos monofásicos son quizá mucho más sencillos de analizar que los circuitos trifásicos. Sin embargo, es en estos que aparecen gran cantidad de preguntas ya sea por la potencia que consumen, o por corrección del factor de potencia. En este sentido, lo que se busca en este laboratorio es analizar dichos circuitos y observar que lo que se dijo en la teoría se cumple en la práctica. Para ello, esta experiencia se ha dado en dos partes: caso A y caso B. En el primero, lo que se busca es analizar las potencias tanto activa como reactiva. También analizar el factor de potencia de cada uno de los casos que se presentan. En el segundo, se analiza netamente la corrección del factor de potencia. Se han ido probando cada una de las capacitancias para ver cómo influye el valor de estas en la corrección del factor de potencia.

MEDIDA DE ENERGÍA, POTENCIA Y CORRECIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS MONOFÁSICOS OBJETIVOS 1. 2.

Analizar y evaluar la medida de potencia, energía y factor de potencia en un circuito monofásico Analizar y evaluar la medida de corrección del factor de potencia en un circuito monofásico.

1

UNI - FIM FUNDAMENTO TEÓRICO

MEDIDA DE POTENCIA: En muchos dispositivos eléctricos uno de los parámetros más interesantes es el de la potencia. Por ejemplo, es importante la potencia suministrada por un alternador, la potencia consumida por un motor eléctrico, la potencia emitida por una emisora de radio y televisión, etc. La tensión aplicada al circuito de elementos pasivos es una función del tiempo, La intensidad que resultase igualmente es una función del tiempo, cuyo valor depende de los elementos que integren dicho circuito, el producto, en cada instante, de la tensión y la corriente es lo que se llama potencia. La potencia puede tomar valores positivos o negativos, según el instante o el intervalo de tiempo que se considere, Una potencia positiva significa una transferencia de energía de la fuente de la red, mientras que una potencia negativa corresponde a una transferencia de energía de la red a la fuente. El concepto de potencia en corriente alterna es más complicado que en corriente continua a causa de que la intensidad no está ordinariamente en fase con la tensión. Potencia Compleja Es la empleada en circuitos de corriente alterna donde se forma un triángulo de potencia: -

La potencia activa P= Vicos φ se mide en vatios o Watts (W) La potencia aparente S= Vi se mide en Volt Amper (VA) La potencia reactiva Q= Vi sen φ se mide en Volt Amper reactivo (VAR)

S se expresa:

S = VI* = P + jQ

De las expresiones descritas anteriormente, la primera representa la verdadera potencia útil, o sea, la que efectúa el trabajo, la segunda representación por el producto de la tensión por la intensidad, da un valor orientativo que indica cual sería la potencia si no hubiera desfase es por esto que se llama potencia aparente y se le mide con métodos voltio amperimétricos. La potencia reactiva que está relacionada con las potencias activas y aparente se mide utilizando métodos e instrumentos especiales, Su determinación tiene gran importancia en el campo de venta de energía eléctrica y en la evaluación de la calidad de redes y receptores eléctricos. El método más sencillo para la determinación simultánea de los tres tipos de potencia es la medición de la tensión V, la intensidad I, y la potencia activa P. Conociendo los valores de estas tres magnitudes es fácil determinar los tres tipos de potencia y el ángulo de desfasaje. El factor de potencia se puede medir con un instrumento especial (cosfímetro) y calcular la potencia a base de la tensión tomada con un voltímetro y de la intensidad con un amperímetro. No obstante se puede utilizar voltímetros y amperímetros para determinar la potencia. Sin embargo, el más común es el uso del Vatímetro, el cual mide directamente la potencia activa:

2

UNI - FIM P= Vicos φ

Medida con el Vatímetro El instrumento que indica la potencia activa en unidades de potencia, es el vatímetro, y por lo tanto, es el de uso más frecuente. Debido a que el vatímetro indica la potencia activa se debe tener cuidado para no sobrepasar los límites de alcance de estos instrumentos. Que por lo general (de los que usaremos en el laboratorio) estas diseñados para un cos φ de 0.8. Un vatímetro siempre se tiene que usar conjuntamente con el amperímetro y el voltímetro.

MATERIALES A UTILIZAR



1 Vatímetro (W)

Figura n°1 Vatímetro con el cual medimos potencia (P) la Figura n°2 Circuito a armar para poder tomar las mediciones con el vatímetro

activa

3

UNI - FIM 

1 Medidor de energía 220V (kWh)

Figura n° 3



Instrumento con el cual mediamos el consumo energético

1 Pinza amperimétrica (A)

Figura n°4

Instrumento para medir la corriente que pasa por el circuito

1 Multímetro Digital (V)

4

UNI - FIM Figura n°5



1 Cosfímetro (CosØ)

Figura n°6



Instrumento para medir el factor de potencia (

)

Motor monofásico empleado en esta experiencia

1 Panel de lámparas incandescentes

Figura



cos∅

1 Motor Monofásico de 220V

Figura n°6



Instrumento el cual mide voltaje, corriente, etc

n°7

Panel de lámparas incandescentes empleadas en esta experiencia

1 Lámpara Fluorescente

5

UNI - FIM

Figura n°8



4 Condensadores de diferentes capacidades: C1, C2, C3, C4

Figura n°9



Maqueta de condensadores utilizada en este laboratorio

1 Interruptor bipolar (S)

Figura n°10



Interruptor bipolar que fue empleado en esta experiencia

1 Cronómetro

Figura n°11



Fluorescente empleado en esta experiencia

Instrumento para medir el tiempo

Conductores para conexiones

Figura n°12

6

UNI - FIM

PROCEDIMIENTO 1) Medir las capacidades del banco de condensadores: C1, C2, C3, C4. 2) Anotar las especificaciones técnicas que presentan el vatímetro, el medidor de energía y el cosfímetro. CASO A: MEDIDA DE LA POTENCIA, ENERGÍA Y FACTOR DE POTENCIA EN UN CIRCUITO MONOFÁSICO 1) Implementar el circuito de la figura, sin conectarlo a la red de 220 V, 60 Hz:

FIGURA N°1

2) Verificar la escala de los instrumentos para evitar posibles daños. Si no se conoce la potencia o corriente de la carga, por precaución el amperímetro, vatímetro y cosfímetro deberán estar a la máxima escala. 3) Cerrar el interruptor “S” y conectar a la red (220V, 60Hz) el circuito de la figura 1. Medir los valores de V, A, kWh, cosᴓ y W. 4) Desconectando las lámparas una por una del circuito cada 2 minutos, medir los valores de V,A,kWh, cosᴓ y W. 5) Conectando sólo el motor, medir los valores de V, A, kWh, cosᴓ y W. CASO B: CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN UNA CARGA INDUCTIVA R-L (MOTOR 1ᴓ) 1) Implementar el circuito de la figura, sin conectarlo a la red de 220V, 60 Hz:

FIGURA N°2

2) Conectar el circuito de la figura 2 a la red de 220V, 60 Hz y cerrar el interruptor “S”. Medir los valores de V, A, kWh, cosᴓ y W. 3) Reemplazar C1 por C2 y C3 y medir los valores de V, A, kWh, cos ᴓ y W para cada uno de los casos. CÁLCULOS Y RESULTADOS CASO A:

7

UNI - FIM DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO A.1) 1 MOTOR, 2 FOCOS DE 100W Y 1 FLUORESCENTE DE 20W T(seg/r)

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia activa (W) Potencia reactiva (kVAR) fdp

32.13

Digit M. de al Energía 225 6.29 403.361344 420 5 1.36 0.29 7

Tabla N° 1 Valores obtenidos en el primer caso: Utilizando todas las cargas

A.2) 1 MOTOR, 1 FOCO DE 100W Y 1 FLUORESCENTE DE 20W T(seg/r)

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia activa (W) Potencia reactiva (kVAR) fdp

42.87

Digital 225 6.2 323

M. de Energía 302.309307 2

1.33 0.231

Tabla N° 2 Valores obtenido en el primer caso : Utilizando 1 motor , 1 foco de 100 W y 1 Fluorescente 20W

A.3) 1 MOTOR y 1 FLUORESCENTE DE 20W T(seg/r)

62.69

8

UNI - FIM

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia activa (W) Potencia reactiva (kVAR) fdp

Digital 225.6 6.15 227.8

M. de Energía 206.7315 361

1.37 0.165

Tabla N° 3 Valores obtenido en el primer caso : Utilizando 1 motor , 1 foco de 20 W

A.4) 1 MOTOR T(seg/r)

74

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia activa (W) Potencia reactiva (kVAR) fdp

Digital 225 5.82

Analógi co 225 5.7

190

200

1.29 0.145

0.34

M. de Energía 175.1351 351

Tabla N° 4 Valores obtenido en el primer caso : Utilizando solo 1 motor

9

UNI - FIM

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO: CASO B T(seg/r)

62 C1

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia activa (W) Potencia reactiva (kVAR) fdp

20µF Digital Analógico M. de Energía 225 225 4.12 4.1 191 200 209.0322581 0.909 0.205

0.6

Tabla N° 5 Valores obtenido en el segundo caso : C1 con un valor de 20 µF

T(seg/r)

67

C2 Voltaje (V) Corriente (A) Potencia activa (W) Potencia reactiva (kVAR) fdp

40µF Digital Analógico M. de Energía 225.6 225 2.57 2.5 196 200 193.4328358 0.545 0.341

0.84

Tabla N° 6 Valores obtenido en el segundo caso : C2 con un valor de 40 µF

T(seg/r)

65 C3

Voltaje (V) Corriente (A) Potencia activa (W) Potencia reactiva (kVAR) Fdp

60µF Digital Analógico M. de Energía 225.4 225 1.31 1.3 200.4 200 199.3846154 0.21717 0.678

0.9

10

UNI - FIM

Tabla N° 7

Valores obtenido en el segundo caso : C3 con un valor de 60 µF

CUESTIONARIO CASO A

A.1 A.2 A.3 A.4 Tabla N° 8

A.1 A.2 A.3 A.4

W(Digital) 420 323 227.8 190

V.I.Cos(Φ) 420.32925 322.245 228.9276 189.8775

M. de Energía 403.3613445 302.3093072 206.7315361 175.1351351

Valores calculados para las distintas cargas dadas en el primer caso

W(Digital ) 420 323 227.8 190

fdp 0.297 0.231 0.165 0.145

Corriente (A) 6.29 6.2 6.15 5.82

11

UNI - FIM Tabla N° 9 Valores calculados de Potencia activa, factor de potencia y corriente

P(W) Vs I(A)

fdp Vs I(A)

para el CASO A

Grafica N°1 Grafica N°2

Figura N°13 cargas

Triángulos de potencia obtenidos para las diferentes

Caso B

12

UNI - FIM

Capacitancias (µF) 20 40 60

P. activa (W) 191 196 200.4

P. reactiva (VAR) 909 545 217.17

fdp 0.205 0.341 0.678

Tabla N° 10 Valores calculados de potencia activa, reactiva y factor de potencia

P(W) Vs Capacitancia(µF)

Q(VAR) Vs Capacitancias (µF)

Grafica N°3 Grafica N°4

13

UNI - FIM

fdp Vs Capacitancias (µF)

Grafica N°5

Figura N°14

Triángulos de potencia para el CASO B

¿Qué influencia tiene el factor de potencia inductivo y capacitivo en el registro de la energía? Observamos en los triángulos de potencia de la Fig. N°8 que el valor de la potencia activa permanece constante a pesar de que los factores de potencia varían, de esto concluimos que el valor del factor de potencia no influye en el cálculo de la energía. Ésta observación la contrastamos con las especificaciones técnicas del medidor de energía, el cual sólo mide potencia activa.

1.

¿Qué influencia tiene la corrección del factor de potencia en las instalaciones eléctricas industriales? Las empresas de distribución cobran el valor de la potencia reactiva cuando se trata de instalaciones eléctricas industriales, por lo tanto, resulta importante para la empresa disminuir el precio que se paga

14

UNI - FIM por la potencia reactiva; eso se logra instalando un banco de condensadores a la carga, con lo cual disminuirán el valor la potencia reactiva e incrementarán el factor de potencia.

CONCLUSIONES 1) El valor de la potencia activa y el factor de potencia tienden a aumentar conforme se aumenta el valor de la corriente

2) La potencia reactiva (VAR) disminuye conforme se va aumentando el valor de las capacitancias. Ésta observación concuerda con la teoría, por lo tanto, queda demostrado que al agregar un banco de condensadores a una carga, se logra disminuir el valor de la potencia reactiva. 3) el valor del factor de potencia aumenta conforme se va aumentando el valor de las capacitancias, ya que cuando disminuye el valor de la potencia reactiva, el valor del factor de potencia tiende a aumentar. 4) El valor del factor de potencia es de gran importancia cuando se trata de una gran carga instalada, por ejemplo en una industria. Las empresas de distribución eléctrica tales como Luz del sur o Edelnor no nos cobran el valor de la potencia reactiva cuando se trata de instalaciones residenciales, pero sí cobran dicha potencia cuando se trata de instalaciones industriales, en dónde el valor de la carga instala es mucho mayor, por lo tanto, en una empresa que posee una gran carga instalada es conveniente instalar un banco de condensadores con el objetivo de aumentar el factor de potencia de la carga y de ese modo disminuir el valor de la potencia reactiva a pagar BIBLIOGRAFÍA [1] ALEXANDER, CHARLES K.,” Fundamentos de circuitos eléctricos”, Editorial McGraw-Hill, USA, 2006. [2] Cuaderno de aplicaciones técnicas: Correccion del factor de potencia (2006) Recuperado de http://campus.fi.uba.ar/pluginfile.php/123653/mod_resource/content/0/abb%20factor%20de %20potencia.pdf

15