Cogeneracion Unidad 5

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Minatitlán "Año del Centenario de la Promulgación de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos"

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN CARRERA: ING. QUÍMICA ASIGNATURA: SISTEMA DE COGENERACIÓN

“AUDITORIA

ENERGETICA

ELECTRICA,

CONCEPTOS,

FORMULAS Y EJERCICIOS”

EQUIPO 1 ALUMNOS: URBINA HERNANDEZ GERMAN (LÍDER) GONZÁLEZ TRUJILLO ANAYELI HERNÁNDEZ JARQUÍN JUANA CRUZ BAUTISTA OMAR ENRIQUE CATEDRÁTICO M.C. REYES ESTUDILLO RENE MINATITLÁN VER., A 31 DE NOVIEMBRE DEL 2017

Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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CONCEPTOS Ley de Ohm En cualquier circuito donde la única oposición al flujo de electrones es la resistencia, existen relaciones definidas entre los valores de voltaje, corriente y resistencia. Estas relaciones, descubiertas en 1827 por George Simon Ohm, se conocen como la ley de Ohm. Según la ley de Ohm: 1. El voltaje necesario para establecer cierta intensidad de corriente a través de un circuito es igual al producto de la corriente y de la resistencia del circuito (E = I × R). 2. La intensidad de corriente de un circuito es igual al voltaje que se aplica al circuito, dividido entre la resistencia del circuito (I = E / R). 3. La resistencia de un circuito es igual al voltaje aplicado al circuito, dividido entre la cantidad de corriente en el circuito (R = V / R).

Resistividad: La resistividad r de un material es la razón de las magnitudes del campo eléctrico y la densidad de corriente. Los buenos conductores tienen poca resistividad; los buenos aislantes tienen alta resistividad. La ley de Ohm, que obedecen en forma aproximada muchos materiales, establece que r es una constante independiente del valor de E. La resistividad por lo general se incrementa con la temperatura; para cambios pequeños de temperatura, esta variación queda representada aproximadamente por la ecuación (25.6), donde a es el coeficiente de temperatura de la resistividad. Energía y potencia en los circuitos: Un elemento de circuito con diferencia de potencial Va 2 Vb 5 Vab y corriente I introduce energía al circuito si la dirección de la corriente es del potencial más bajo al más alto en el dispositivo, y extrae energía del circuito si la corriente es la opuesta. La potencia P (tasa de transferencia de energía) es igual al producto de la diferencia de potencial por la corriente. Un resistor siempre extrae energía eléctrica del circuito. Electricidad La Electricidad es una propiedad física de la materia. Consiste en aquella interacción negativa o positiva existente entre los protones y los electrones de la materia. Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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FORMULARIO POTENCIA P=VxI potencia = voltaje x corriente (Watts)

VOLTAJE v=P/I

INTENSIDAD O CORRIENTE I= P/V En otras palabras con estas fórmulas podemos calcular y tener las siguientes ecuaciones                

Despejando para P (potencia en watts o vatios) se obtiene: P = V2 / R P = I2 x R P=VxI Despejando para I (corriente en amperios) se obtiene: I=V/R I=P/V I = (P / R)1/2 Despejando para R (resistencia en ohmios) se obtiene: R=V/I R = V2 / P R = P / I2 Despejando para V (voltaje en voltios) se obtiene: V = (P x R)1/2 V=P/I V=IxR

Tiempo

  =    

Energía aportada:

= Energía necesaria:

 =  (  )

= ()( )() €/usd Costo =ℎ Wh  E consumida


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PROBLEMA 1 El alambre de cobre tiene una resistividad (aproximada) de 1,72 microhm por centímetro (1 microhm = 10 -6 ohm). Determinar la resistencia y la conductancia de un alambre de cobre de 100 metros de longitud y 0,259 cm de diámetro. Solución. El área de la sección transversal es:

 (0.259)  ∗0.0671   = 4 = 4 = 4 = 0.0526  La longitud (L) = 100 metros X 102 = 10000 cm, y la resistividad = 1,72 x 10-6 ohm-cm. Por lo tanto, la resistencia del alambre es:

p

− ∗10000  1.72  =   = 0.0526 = 0.3277 ℎ conductancia G = 1/R = 1/0,3277 = 3,05 mhos .

PROBLEMA 2 ¿Qué corriente circula por una resistencia de 50 ohms cuando se aplica una diferencia de potencial de 12 volts sobre sus terminales?

12  = 0.24   =  = 50 ℎ PROBLEMA 3 El coeficiente de resistividad de un conductor es de 0,02 Ω . mm2 / m y su

longitud de 50 metros. Calcular su sección, si su resistencia es 10 ohmios ? ρ = 0,02 Ω . mm2 / m

L = 50 metros R = 10 Ohmios S=? Solución

 =   →  =  ∗  Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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

0.02  ∗ 50    = = 0. 1  10   = 0.1  PROBLEMA 4 La corriente en el sistema de alambrado de una casa aumenta al doble de su valor original, de dos amperes a cuatro amperes. ¿Cómo afecta esto la temperatura de los alambres del circuito? Suponga una resistencia de 25 ohms.

Solución: De acuerdo con la fórmula P=I2 x R, si la resistencia no cambia, la potencia es directamente proporcional al cuadrado de la corriente. Por esto, si la corriente se duplica, la potencia aumenta cuatro veces.  =  ∗ 

 = 2 ∗ 25   = 400  PROBLEMA 5 Al precio de $6.5 x KWh. ¿Calcular el costo de operación de una plancha de 1200 watts durante dos horas?

Solución

ℎ ℎ= 1000 2 ℎ= 1200 1000 ℎ=2.4 Costo total= 2.4 x 6.5 = $15.60

PROBLEMA 6 Calcular la potencia y la energía que consume en 15 min un motorcillo de los empleados en el aula de Tecnología, sabiendo que al conectarlo a una tensión de 4,5 V, circula una intensidad de 5 mA. Solución: Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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La potencia será P=VxI P =4,5 x 0,005 = 0,0225 W La energía consumida, teniendo en cuenta que 15 min = 900 s, será: E = P · t = 0,0225 · 900 = 20,25 W · s = 20,25 J

PROBLEMA 7 Un panel de energía fotovoltaica es capaz de captar una densidad de energía de 100 Ws/m2. ¿Cuántos metros cuadrados de este panel serán necesarios para suministrar la energía necesaria de una vivienda que dispone de 800 Ws para iluminación, 500 Ws para frigorífico, y 1.200 Ws para otras aplicaciones? Solución: La energía total que necesita la vivienda será la suma de todos l os elementos de consumo, esto es: ET = 800 + 500 + 1.200 = 2.500 Ws Si con 1 m2 de panel se obtienen 100 W, serán necesarios 25 m 2 para obtener los 2.500 Ws.

PROBLEMA 8 En el aula de Tecnología se dispone de iluminación formada por 6 bombillas que consumen 0,5 A y 6 tubos fluorescentes que consumen 0,1 A. La instalación está en paralelo y alimentada por una tensión de 200 V. Calcular la potencia de toda la instalación. Solución: Al estar todos los elementos en paralelo, la tensión en bornes de todos los elementos será de 200 V. La potencia de cada bombilla será: P = V × IB = 200 × 0,5 = 100 W La potencia de cada tubo fluorescente es: P = V × IF = 200 × 0,1 = 20 W La potencia total será la suma de la de las 6 bombillas y los 6 fluorescentes: PT = (6 × 100) + (6 × 20) = 720 W


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PROBLEMA 9 Al precio de $0.07 por kWh, ¿Calcular el costo de operación de una lámpara incandescente de 100 watts durante 6 horas?

 ∗ ℎ ℎ= 1000 100∗6 ℎ= 1000 ℎ=0.6   = 0.6 ∗ 0.07   = $0.042 PROBLEMA 10 Una lámpara cuya I es de 0,5 está conectada a una línea de 220v. Calcular: 1. La potencia eléctrica 2. La energía consumida en Joules si ha estado encendido durante 5h. Solución P= V·I P= 0,5A · 220V = 110 w E = P. T= E=110 · 3600 ·5 =1980000 Joules

PROBLEMA 11 El motor de una lavadora consume 1000 W, ¿Cuánta energía en kW gasta en una semana una lavandería automática con 12 lavadoras si todas trabajan 10 horas durante una semana entera? Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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Datos P=1000 W=1 KW 1 lavadora=1kw*10 h/dia* 7dias=70 kWh 12lavadoras=70 kWh*12=840 kW

PROBLEMA 12 Calcular la intensidad de corriente de una lámpara que consume 150 v y disipa 100 W, a su vez calcular la resistencia que esta tiene. Datos: E=150v P=100W

=  =   = 0.6 66   = 100 150   =  150  = 225 ℎ  = 0.666  PROBLEMA 13 Cuanta potencia se suministrara a un circuito un generador de 300 v que lo alimenta con 40 A. Datos: V=300 v I=40 A P=V*I P=(300 v)(40 A)=12000W = 12 Kw Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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PROBLEMA 14 Calculo del consumo eléctrico durante un año de un foco de 100 watts de una resistencia que se deja encendido por 12 horas al dia. Datos: P=100 W T=12h/dia y 1 año=12 meses Consumo=P*T Consumo=(100 W)(12H/DIA*365 DIAS/12 MESES)=438 Kw/12 meses

PROBLEMA 15 Calcular el tiempo requerido para que por una sección de un conductor circulen 5 Coulombs; la intensidad de la corriente eléctrica es de 5mA. Solución: Datos

 = 5  = 5  = 510−  5  = 1000   =  = 510 −  PROBLEMA 16 Encuentre la corriente que consume una lámpara incandescente de 60W especificada para operación a 120V. Encuentre también la corriente consumida por una lámpara de 150W a 120V y otra de 300W a 120V. ¿Qué sucede a la corriente al aumentar la potencia? RESOLUCIÓN

 =  a) 60W y 120V Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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60  = 120 =0.5 b) 150W y 120V

c) 300W y 120V

 = 150 120 =1.25  = 300 120 =2.5

PROBLEMA 17 Encuentre la potencia consumida por un resistor fijo de 25Ω para cada una de

las corrientes siguientes: 3A, 6A y 1.5A. ¿Qué efecto tiene un cambio de la corriente en la cantidad de potencia disipada por un resistor fijo? RESOLUCIÓN

 =  ∗  a) 3A y 25Ω

b) 6A y 25Ω

c) 1.5A y 25Ω

 = (3) ∗25  = 225   = (6) ∗25  = 900   = (1.5) ∗25  = 56.2 

PROBLEMA 18 La eficiencia de un motor se calcula dividiendo su salida entre su entrada (potencia). La salida se mide en caballos, mientras que la entrada se mide en watts o kilowatts. Antes de calcular la eficiencia, la salida y la entrada deben Blvd. Institutos Tecnológicos S/N Col. Buena vista Norte, C.P.96848, Minatitlán, Ver. Tel. (922) 22 514 20 Ext. 101, e-mail: [email protected]

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expresarse en las mismas unidades. Encuentre la eficiencia de un motor que recibe 4kW y produce 4 hp. RESOLUCION: Potencia entrada= 4 kW Potencia salida=4 hp Conversión de la potencia de salida a kW  

3   = 1 ℎ ∗ 41 ℎ  = 4 ∗ 34 = 3  Calculo de la eficiencia:

  = 3  = 0.75  =   4  PROBLEMA 19 Un calefactor eléctrico está alimentado con una tensión de 220 V y consume una corriente de 10 A. Calcular la potencia y la energía consumidas si está funcionando durante 5 horas. RESOLUCION: 

Calculo de la potencia

=∗ =220∗10  = 2200 = 2.2  

Energía consumida en un tiempo de 5 horas

=∗ =2.2∗5ℎ  = 11 ℎ


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PROBLEMA 20 Calcular la potencia y la energía que consume en 15 min un motorcillo de los empleados en el aula de Tecnología, sabiendo que al conectarlo a una tensión de 4,5 V, circula una intensidad de 5 mA. RESOLUCION: 

Calculo de la potencia(I=0.005A)

=∗  = 4.5 ∗ 0.005  = 0.0225 

Energía consumida en un tiempo de 15 minutos=900 s

=∗  = 0.0225 ∗ 900  = 20.25  ∗  = 20.25


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