• Author / Uploaded
• Juan Fiee

• Categories
• Corriente eléctrica
• Energía eléctrica
• Resistencia eléctrica y conductancia
• Vatio
• Voltaje

Citation preview

FUNDAMENTO TEORICO Cálculo de la potencia Para calcular la potencia que consume un dispositivo conectado a un circuito eléctrico se multiplica el valor de la tensión, en volt (V), aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre (expresada en ampere). Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula: P=V•I Expresado en palabras: Potencia (P) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I). Como la potencia se expresa en watt (W), sustituimos la “P” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de watt, tenemos también que: P = W, por tanto, W=V•I Expresado en palabras: Watt (W) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I). Si conocemos la potencia en watt de un dispositivo y la tensión o voltaje aplicado (V) y queremos hallar la intensidad de corriente (I) que fluye por un circuito, despejamos la fórmula anterior y realizamos la operación matemática correspondiente:

Si observamos la fórmula W = V • I veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico son directamente proporcionales a la potencia; es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. Entonces podemos deducir que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado. 1 watt = 1 volt · 1 ampere A modo de ejemplo, resolvamos el siguiente problema: ¿Cuál será la potencia o consumo en watt de una ampolleta conectada a una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 volt, si la corriente que circula por el circuito de la ampolleta es de 0,45 ampere? Sustituyendo los valores en la fórmula tenemos: P=V•I P = 220 • 0,45 P = 100 watt

ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 1

Es decir, la potencia de consumo de la ampolleta será de 100 W. Si en el mismo ejemplo quisiéramos hallar la intensidad de la corriente que fluye por la ampolleta y conocemos la potencia y la tensión o voltaje aplicada al circuito, usamos la fórmula

Si realizamos la operación utilizando los mismos datos del ejemplo anterior, tendremos:

Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se pueden utilizar cualquiera de las dos fórmulas siguientes: o Con la primera, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor de la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito, multiplicando a continuación ese resultado por el valor de la resistencia en ohm o ohmio (Ω)que posee la carga o consumidor conectado al propio circuito. Ver: PSU: Física, Pregunta 08_2005 Con la segunda fórmula obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del voltaje de la red eléctrica y dividiéndolo a continuación por el valor en ohm o ohmio (Ω) que posee la resistencia de la carga conectada. Kilowatt/hora Usando el watt y el segundo resultan unidades muy pequeñas, por ello, para medir la potencia eléctrica se usa otra unidad llamada kilowatt-hora. Esta unidad proviene de despejar energía (E) de la ya conocida ecuación

Despejando la ecuación, la energía queda

Entonces la unidad de energía sería 1 julio = 1 watt x 1 segundo pero 1 kilowatt = 1.000 watt y 1 hora = 3.600 segundos, por lo tanto: 1 Kilowatt-hora = 1 KWh = 1.000 watt x 3.600 segundos = 3,6 x 106 julios O, también: 1 KWh = 3.600.000 julios ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 2

Cuando la corriente circula por un conductor, los electrones pierden energía al colisionar al interior del conductor, como consecuencia de esto, aumenta la temperatura; es decir, la energía eléctrica se disipa en forma de calor. Si el conductor es muy fino, éste se calienta hasta ponerse incandescente, este efecto tiene aplicación en estufas, hornos eléctricos, ampolletas, etc. Una de las aplicaciones más útiles de la energía eléctrica es su transformación en calor. Como el calor es una forma de energía, se mide en julios, pero existe una unidad para medir el calor: la caloría. Esta se puede transformar en julios por medio de principio de equivalencia definido por James Joule, que establece 1 julio = 0,24 calorías Entonces, para encontrar el calor proporcionado por una corriente eléctrica, basta multiplicar la energía en joule por 0,24; es decir, el calor se puede obtener de la siguiente forma: Q = P t x 0,24 calorías siendo esta fórmula la expresión de la ley de Joule cuyo enunciado es el siguiente:

"El calor desarrollado por una corriente eléctrica al circular por un conductor es directamente proporcional al tiempo, a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de la corriente."

Si una batería se utiliza para establecer una corriente eléctrica en un conductor, existe una transformación continua de energía química almacenada en la batería a energía cinética de los portadores de carga. Esta energía cinética sepierde rápido como resultado de las colisiones de los portadores de carga con el arreglo de iones, ocasionando un aumento en la temperatura del conductor. Por lo tanto, se ve que la energía química almacenada en la batería es continuamente transformada en energía térmica. Considérese uncircuito simple que consista de una batería cuyas terminales estén conectadas a una resistencia R, como en la figura 4.3. La terminal positiva de la batería está al mayor potencial. Ahora imagínese que se sigue una cantidad de carga positiva Q moviéndose alrededor del circuito desde el punto a a través de la batería y de la resistencia, y de regreso hasta el punto a. El punto a es el punto de referencia que está aterrizado y su potencial se ha tomado a cero. Como la carga se mueve desde a hasta b a través de la batería su energía potencial eléctrica aumenta en una cantidad V Q (donde V es el potencial en b) mientras que la energía potencial química en la batería disminuye por la misma cantidad. Sin embargo, ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 3

como la carga se mueve desde c hasta d a través de la resistencia, pierde esta energía potencial eléctrica por las colisiones con los átomos en la resistencia, lo que produce energía térmica. Obsérvese que si se desprecia la resistencia de los alambres interconectores no existe pérdida en la energía en las trayectorias bc y da. Cuando la carga regresa al punto a, debe tener la misma energía potencial (cero) que tenía al empezar.

Un circuito consta de una batería o fem E y de una resistencia R. La carga positiva fluye en la dirección de las manecillas del reloj, desde la terminal negativa hasta la positiva de la batería. Los puntos a y d están aterrizados. La rapidez con la cual la carga Q pierde energía potencial cuando pasa a través de la resistencia está dada por : U

Q = V = IV tt

donde I es la corriente en el circuito. Es cierto que la carga vuelve a ganar esta energía cuando pasa a través de la batería. Como la rapidez con la cual la carga pierde la energía es igual a la potencia perdida en la resistencia, tenemos : P = IV En este caso, la potencia se suministra a la resistencia por la batería. Sin embargo, la ecuación anterior puede ser utilizada para determinar la potencia transferida a cualquier dispositivo que lleve una corriente I, y tenga una diferencia de potencial V entre sus terminales. Utilizando la ecuación anterior y el hecho de que V=IR para una resistencia, se puede expresar la potencia disipada en las formas alternativas : P= I²R = V² R Cuando I está en amperes, V en volts, y R en ohms, la unidad de potencia en el SI es el watt (W). La potencia perdida como calor en un conductor de resistencia R se llama calor joule; sin embargo, es frecuentemente referido como una perdida I²R. Una batería o cualquier dispositivo que produzca energía eléctrica se llamafuerza electromotriz, por lo general referida como fem. Ejemplo. Potencia en un calentador eléctrico ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 4

Se construye un calentador eléctrico aplicando una diferencia de potencial de 110V a un alambre de nicromo cuya resistencia total es de 8?. Encuéntrese la corriente en el alambre y la potencia nominal del calentador. Solución Como V=IR, se tiene : Se puede encontrar la potencia nominal utilizando P=I²R : P = I²R = (13.8 A)² (8) = 1.52 kW Si se duplicaran el voltaje aplicado, la corriente se duplicaría pero la potencia se cuadruplicaría.

IMPLEMENTACION DEL PROYECTO ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 5

Se debe implementar un calentador eléctrico programable por PIC que permita calentar la temperatura hasta los 50 °C luego de lo cual esta debe apagarse y permanecer así hasta que la temperatura descienda nuevamente por debajo de ese umbral . En este proyecto tenemos 2 partes bien definidas la parte de control y la parte de potencia propiamente dicha.

ETAPA DE POTENCIA Compuesta por la cocina y el triac y el optotriac ETAPA DE CONTROL Compuesta por el PIC16f877a y el sensor de temperatura LM35

ETAPA DE CONTROL ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 6

Lista de Materiales Un Display LCD de 16*2 PIC 16f877a Un 7805 regulador de voltaje Cristal de cuarzo de 4 Mhz Sensor de Temperatura LM35 Potenciómetro de 10K Resistencia de 100 ohms ¼ watio 2 Resistencias de 220 ohms ¼ watio Resistencia de 4.7 K ohms ¼ watio Resistencia de 220 ohms ¼ watio 2 Condensadores cerámicos de 33 pico faradios 2 Condensadores cerámicos de 100 nano faradios Condensador electrolítico de 1 uf 50 volts Diodo Led Rojo 2 Protoboard s 1 Fuente de 5 Volts DC

ETAPA DE POTENCIA Lista de Materiales Triac BTA12 Optotriac MOC3011 Resistencia de 330 ohms 10 Watts Cocina Eléctrica de 600 Watts

ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 7

ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 8

CALCULO DE LA POTENCIA Tenemos que calcular la potencia que consume nuestra cocina para poder escoger el Triac mas adecuado a nuestros requerimientos Tenemos la corriente de 220 volts La cocina eléctrica tiene una resitencia interna de 74. Ohms Haciendo nuestro calculo de la potencia P = V2 / R Tenemos entonces que: P = 2202 Volts / 74.5 Ohms P = 649.664 Watts Entonces la potencia total consumida por nuestro circuito será de 649.664 Watts Haciendo nuestro cálculo del amperaje A = P /V A = 2.95 Amperios Tenemos que utilizar un Triac que soporte al menos 700 watts y un Amperaje de 4 Amperios como minimo. Encontramos que el BTA12 es el mas adecuado para nuestro propósito .

ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 9

Soporta una corriente de 600 volts y un amperaje de 12 A

ELECTRONICA DE POTENCIA 1

Página 10

FUNCIONAMIENTO Nuestro circuito al encender mostrara la temperatura ambiente en el display . Ponemos el puerto RA0 como análogo Setup_adc_ports(RA0_ANALOG);

//PONE PUERTO RA0 ANALOGO

En este momento la temperatura registrada por el LM35 que ingresa por RA0 sera convertida por el PIC temp1=read_adc();

//LEE EL VALOR DEL PIN

temp=(temp1*0.01960784314*100);

//CONVIERTE EL VALOR LEIDO DE HEXA AL REAL el numero

0.01960784314 viene de dividir (5/255) y el resultado se multiplica por 100 para alcanzar 150 grados

Cuando la temperatura este por debajo de los 50 °C if(temp