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• Victor Timana Silva

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Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica

“Año del Buen Servicio al Ciudadano”

CURSO: CIRCUITOS ELECTRICOS

PROFESOR: ING. EDWIN SIRLOPU GALVEZ

TEMA: “INFORME DE PROYECTO DE LABORATORIO: MEDICION DE POTENCIA MONOFASICA”

CICLO: I-2017

ALUMNOS: CARHUATOCTO COLLANTES ELIOT ANDREIN GARCIA LOPEZ JHONATAN ALBERTO ROJAS ZUÑIGA, ERWIN SMITH TIMANA SILVA, VICTOR RICARDO CORDOVA AMAYA, YANTZ ANTONY

Chiclayo, 14 de Mayo de 2017

INDICE Pag.

Objetivos

…………………………………………………………………….. 01

Fundamento Teórico……………………………………………………………. 04 Esquema……………………………………………………… ………………….07 Materiales………………………………… …………………………………….. 08 Procedimiento……………………….…………………………………………... 08 Resultado………………………………………………………………………….09 Conclusiones………………………………………………………………………10 Anexos……………………………………………………………………………11

1.0

OBJETIVOS:

1.1 Objetivos Generales a) Calcular la Potencia en un circuito eléctrico monofásico b) Calcular el Factor de Potencia

1.2 Objetivos Específicos a) Aplicar los conceptos básicos de potencia b) Reconocer componentes pasivos c) Armar un circuito eléctrico con componentes básicos en serie y en paralelo d) Reconocer la forma de conexión de los instrumentos voltímetro y amperímetro. e) Tomar lectura de los instrumentos f) Aplicar los cálculos de potencia para diferentes artefactos eléctricos, aplicando las fórmulas discutidas en clase.

2.0

FUNDAMENTO TEORICO:

Al analizar el flujo de potencia entre una fuente de energía y una carga (la cual puede estar constituida por elementos pasivos a parámetros concentrados), es necesario comprender varios fenómenos que ocurren durante este proceso. La fuente puede ser una fuente de tensión senoidal, o el equivalente de Thevenin de cualquier red con fuentes senoidales isofrecuenciales de frecuencia angular w. Sean: v(t) = Vm cos (t + v)

e

i(t) = Im cos (t + i)

Para encontrar la potencia instantánea en los bornes será por definición: p(t) = v(t) i(t) = Vm cos (t + v) Im cos (t + i) ó Fasorialmente como se ha estudiado en clase como:

̅=𝑽 ̅ . 𝑰̅ = 𝑽𝒎 |𝜽𝒗 |. 𝑰𝒎 𝜽𝒊 𝑷 Utilizando la identidad trigonométrica:

Podemos reescribir la ecuación de la potencia como: p(t) = v(t) i(t) = ½ Vm Im cos (v-i) +½ Vm Im cos (2t + vi) donde: ⱷ=v-i La ecuación anterior se puede expresar utilizando el angulo ⱷ p(t) = v(t) i(t) = ½ Vm Im cos (ⱷ) +½ Vm Im cos (2t +v+ i) El factor cos se denomina factor de potencia, el cual es un término utilizado para describir a cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. La medición de potencia en corriente alterna es más complicado que la DC, debido al efecto de los inductores y capacitores. Por lo que en cualquier circuito de corriente alterna existen estos tres parámetros: inductancia, capacitancia y resistencia en una variedad de combinaciones.

En circuitos puramente resistivos la tensión (v) y la corriente (i) están en fase, siendo algunos de estos artefactos: lámparas incandescentes, planchas, estufas eléctricas. Es decir toda la energía la transforma en energía luminosa o calorífica. Mientras que en un circuito inductivo o capacitivo la tensión y la corriente están desfasadas 90° una respecto a otra, en un circuito puramente inductivo la corriente está atrasada 90° respecto a la tensión, mientras que en un capacitivo la corriente va adelante 90° respecto a la tensión.

De estas definiciones podemos definir 03 clases de potencia: a) Potencia Activa: La potencia activa se da cuando la corriente y el voltaje se encuentran en fase, el valor de ⱷ = 0 y por lo tanto el Factor de Potencia = 1, los diferentes dispositivos eléctricos convierten energía eléctrica en otras formas de energía como: mecánica, lumínica, térmica, química, entre otras. Esta energía corresponde a la energía útil o potencia activa o simplemente potencia, similar a la consumida por una resistencia. Expresada en watts.

b) Potencia Reactiva: Los motores, transformadores y en general todos los dispositivos eléctricos que hacen uso del efecto de un campo electromagnético, requieren potencia activa para efectuar un trabajo útil, mientras que la potencia reactiva es utilizada para la generación del campo magnético, almacenaje de campo eléctrico que en sí, no produce ningún trabajo. La potencia reactiva esta 90 ° desfasada de

la potencia activa.

Esta potencia es expresada en volts-amperes

reactivos. (VAR).

c) Potencia Aparente: Es la que resulta de considerar la tensión aplicada al consumo de la corriente que éste demanda. Es también la resultante de la suma de los vectores de la potencia activa y la potencia reactiva. Esta potencia es expresada en volts-amperes ( VA ).

El factor de potencia (fp) es la relación entre las potencias activa (P) y aparente (S) si las corrientes y tensiones son señales sinusoidales. Si estas son señales perfectamente sinusoidales el factor de potencia será igual al cos φ, o bien el coseno del ángulo que forman los fasores de la corriente y la tensión, designándose en este caso como cos φ el valor de dicho ángulo.

𝐜𝐨𝐬 𝝋 =

𝑷 𝑺

3.0

ESQUEMA: Nuestro grupo plantea elaborar un circuito que nos permita tomar datos para poder comprobar el factor de potencia en una instalación (en este caso una maqueta con componentes eléctricos que harán las veces de cargas). El esquema consta de un circuito de Instrumentación que consta de un amperímetro y un voltímetro y un circuito de Carga, que contiene 02 cargas en serie y 03 cargas adicionales en paralelo.

͂

v Im A

Figura 01.- Circuito de Alimentación e Instrumentación planteado para medir potencias

q1 q3

q4

q5

q2

Im Figura 02.- Circuito de Cargas planteado para medir potencias consumidas

3.0

MATERIALES: Se utilizarán los siguientes materiales: a) 01 Porción de melanina de 40 cm x 30 b) 02 sockette c) 01 tomacorriente triple d) 02 m. alambre Awg N.12 color rojo e) 02 m. alambre Awg N. 12 color negro f) 02 borneras de tornillo color negro g) 02 borneras de tornillo color rojo h) 04 terminales tipo plug (02 rojo 02 negros) i) 01 Amperímetro de 0-5 amp AC j) 01 Voltímetro de 0-300 Volt AC k) 01 enchufe l) 01 motor eléctrico de máquina m) 01 taladro n) 02 focos de 100 W o) Formato para toma de datos

4.0

PROCEDIMIENTO:

1

Armado de Circuito de Alimentación e Instrumentación: para ello utilizaremos una placa de plástico, para poder habilitar los alojamientos de los instrumentos, y las tomas para que se pueda conectar el circuito de carga, tal como se muestra en la fotografía

2

Conexión de los instrumentos: El voltímetro se instalará en paralelo con la fuente de energía, mientras que el amperímetro se conectará en serie con la línea viva, que alimentará al circuito de carga, en este caso con el conductor rojo.

3

Armado del circuito de carga: El circuito de carga, se hará siguiendo el esquema plateado, se conectará 01 sockette con una lámpara para probar artefactos conectados en serie, se acondicionará una bornera para conectar la carga adicional en serie. De manera paralela se conectará un múltiple de 03 tomas monofásica para conectar 03 artefactos de diferentes clases: resistivos, inductivos y capacitivos

4

Para probar la medición de los parámetros se conecta el circuito de alimentación e instrumentación a la fuente de energía alterna (tomacorriente), observaremos que el voltímetro registra 220 V. Para medir amperaje se conectará el circuito de carga al circuito de alimentación, cómo existe una lámpara conectada, el amperímetro comenzará a marcar, enseguida se podrán conectar más cargas con la finalidad de lecturar el amperímetro.

5

Se tomarán los datos de Voltaje y Amperaje, los cuales serán registrados en un formato de datos. Para encontrar la potencia activa consumida, se multiplica el voltaje y el amperaje,

6

Se tiene que probar con varias cargas para investigar su variación de trabajo.

5.0

RESULTADO:

1

De las pruebas realizadas para presentación de este trabajo, se utilizó 02 focos de 100 W y de 26 W respectivamente. Los resultados de las lecturas son como siguen:

Artefacto Eléctrico

Voltaje (V)

Amperaje (I)

Potencia (W)

--------------------------------------------------------------------------------------------Foco de 100 W

220

0.20

44 W

Foco de 26 W

220

0.07

15.4 W

Cargador de Celular

220

0.04

8.80 W

6.0

CONCLUCIONES

1

A medida que se conectan más artefactos en el circuito, el amperaje aumenta y el voltaje se mantiene, lo que indica que la Potencia eléctrica es directamente proporcional a la intensidad de corriente.

2

De acuerdo a las observaciones efectuadas, la potencia calculada no es igual a la potencia nominal descrita en los equipos eléctricos, esto debido al factor de potencia que existe en toda la instalación de la que se tomó la alimentación, se ha estimado que el factor de potencia se encuentra en 0.45.

3

Se ha comprobado que la conexión de los instrumentos es: voltímetro en paralelo y amperímetro en serie.

4

Se ha comprobado que el voltaje en un circuito en paralelo es el mismo en todos los puntos.

5

Es factor de potencia puede variar dependiendo de la instalación

6

Es muy importante conocer que a medida que conectamos artefactos, la intensidad crece y por lo tanto el diámetro de los cables deberá ser el adecuado para soportar la carga que se calculó en diseño, para nuestro caso se utilizó cable N. 12

6.0

ANEXOS

1

Evidencia de Trabajo: Construyendo el circuito desde cero

2

Conectando los instrumentos de medición.

3

Probando el circuito con carga eléctrica

4

Observando los valores resultado de las pruebas

5

Maqueta de Prueba Terminada