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• Victor Manuel

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POTENCIA Y FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS MONOFASICOS 1)OBJETIVO Evaluar y analizar en forma experimental la medida de la potencia y la variación del factor de potencia en circuitos monofásicos A.C

2)FUNDAMENTO TEORICO POTENCIA INSTANTANEA MONOFASICA La potencia instantánea está definida como la potencia entregada a un dispositivo (carga) en cualquier instante de tiempo y se expresa en la forma de la ley de Watt. si a un circuito se aplica una tensión sinusoidal V(t) con velocidad angular W y valor de pico V0 de forma

esto provocara , en el caso de un circuito de carácter inductivo(caso mas común), una corriente I(t) desfasada un ángulo

respecto de la tensión aplicada:

donde para el caso puramente resistivo , se puede tomar el ángulo de desfase como cero. la potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:

Para una resistencia es:

Para una bobina es:

Para un capacitor es:

POTENCIA ACTIVA Representa la capacidad de una instalación para transformar la energía eléctrica en trabajo útil: mecánica (movimiento o fuerza), lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es realmente la consumida en una instalación eléctrica. Se representa por P y se mide en vatios (W). la suma de esta potencia activa a lo largo del tiempo es la energía activa (kWh), que es lo que factura la compañía eléctrica.

resultado que indica que la potencia activa se debe a los elementos resistivos.

POTENCIA REACTIVA No es una potencia (energía) realmente consumida en la instalación, ya que no produce trabajo útil debido a que su valor medio es nulo. Aparece en una instalación eléctrica en la existen bobinas o condensadores, y es necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos en dichos componente. Se representa usualmente por la letra Q y se mide en voltiamperios reactivos (VAr).

lo que reafirma en que esta potencia se debe únicamente a los elementos reactivos.

POTENCIA APARENTE Es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva, según se muestra en la siguiente figura. se representa por S y se mide en voltiamperios (VA). Para una tensión dada la potencia aparente es proporcional a la intensidad que circula por la instalación eléctrica.

FACTOR DE POTENCIA El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:

f.d.p. = P/S

El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo: es la potencia activa P: Sistema monofásico: P = V I COS

Sistema trifásico P: =

V I COS

La potencia reactiva Q es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores:

Sistema monofásico: Q = V I sen

Sistema trifásico: Q =

V I sen

La potencia aparente S es la suma geométrica de las potencias activa y reactiva, o también: Sistema monofásico: S = V I Sistema trifásico: S =

VI

Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el "triángulo de potencias" :

Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser:adelantado, retrasado, igual a 1. En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase en este caso, se tiene un factor de potencia unitario En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentra retrasada respecto a la tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado. En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.

Un receptor que debe de producir una potencia P lo puede hacer absorbiendo de la línea una potencia Q o Q' tal como se ve en el esquema de debajo, con Cos

y Cos

'

respectivamente ( < ' entonces Cos > Cos '). Sin embargo en el primer caso la intensidad absorbida es menor que en el segundo ( S = VI < S = VI' entonces I < I' ) con la consiguiente reducción de las pérdidas por efecto joule.

Entonces en una instalación nos interesa tener valores altos del factor de potencia (Cos j)

EJEMPLO:

GRAFICAS DE MUESTRAN LA POTENCIA INSTANTANEA Y LA POTENCIA ACTIVA

TERMINOLOGIA DE LA POTENCIA

3) MATERIALES

1 autotransformador 220v. 6amp. 1 multimetro 1 vatímetro monofásico 250v A.C 1 inductancia de 50Ω 5amp. (R1,R2) 2 amperímetros de 0-6amp. A.C (A1,A2) 1 juego de conductores

4) CIRCUITO A UTILIZAR

5) APLICACIONES EL BAJO FACTOR DE POTENCIA (1/2) Causas: Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de energía. Cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del ángulo se incrementa y disminuye el factor de potencia. PROBLEMAS POR BAJO FACTOR DE POTENCIA (1/3) Problemas técnicos: Mayor consumo de corriente. Aumento de las pérdidas en conductores. Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.

Incremento de las caídas de voltaje. PROBLEMAS POR BAJO FACTOR DE POTENCIA (3/3) Problemas económicos: Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente. Penalización de hasta un 120 % del costo de la facturación.

BENEFICIOS POR CORREGIR EL FACTOR DE POTENCIA (1/2) Beneficios en los equipos: Disminución de las pérdidas en conductores. Reducción de las caídas de tensión. Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores. Incremento de la vida útil de las instalaciones.

BENEFICIOS POR CORREGIR EL FACTOR DE POTENCIA (2/2) Beneficios económicos: Reducción de los costos por facturación eléctrica. Eliminación del cargo por bajo factor de potencia. Bonificación de hasta un 2.5 % de la facturación cuando se tenga factor de potencia mayor a 0.9

COMPENSACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA (1/5) Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de reactivos se puede reducir e incluso anular si se colocan capacitores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.