UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
EXPERIENCIA Nº 6:
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS ML 121 A GRUPO 1 PROFESOR: Ing. Huaman, Acel ALUMNOS: CHOQUE MONDRAGON, Jose Fernando AVILA HUAMAN, Jose Antonio MUJICA SAUCEDO, Carlos Fernando CHUMPITAZ SEGURA, Phillips Brajan FERIA MORENO, Edson Alberto HUARCAYA DIAZ, George Anthony
20131336G 20010284F 20150235H 20120149F 20102558E 20122130K
16 DE JUNIO DEL 2017
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’
INDICE 1. INTRODUCCION…………………………………………… .…….. Pág. 03 2. OBJETIVOS…………………………………………………………Pág. 04 3. MARCO TEORICO………………………………………………….Pág. 05 4. PROCEDIMIENTO……………………………….………………… Pág. 09 5. RESULTADOS………………..………………………..……………Pág. 13 6. CONCLUSIONES ………………………..…………………….…. Pág. 19 7. RECOMEND ACIONES…………………………………………….Pág. 19 8. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………..… Pág. 20 9. HOJA DE DATOS………………………………………………….. Pág. 21
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ 1.
INTRODUCCION
La medición de potencia en corriente alterna es más complicada que la de corriente continua debido al efecto de los inductores y capacitores. Por lo que en cualquier circuito de corriente alterna existen estos tres parámetros de inductancia, capacitancia y resistencia en una variedad de combinaciones. Así como en los circuitos de corriente continua, en los circuitos de corriente alterna están controlados por los valores de voltaje y corriente instantánea. Sabemos que En circuitos puramente resistivos la tensión (V) está en fase con la corriente (i), siendo algunos de estos artefactos como lámparas incandescentes, planchas, estufas eléctricas etc. Toda la energía la tr ansforma en energía lumínica o energía calorífica; Mientras que en un circuito inductivo o capacitivo la tensión y la corriente están desfasadas 90° una respecto a la otra; En un circuito puramente inductivo la corriente está atrasada 90 ° respecto de la t ensión; Y en un circuito puramente capacitivo la corriente va adelantada 90 ° respecto de la tensión. Conociendo la naturaleza de estos elementos, en el presente laboratorio analizaremos su comportamiento en un circuito monofásico, las potencias generadas por las mismas y alterar o corregir los valores obtenidos experimental y empíricamente.
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ 2.
OBJETIVOS
Esta experiencia tiene los siguientes objetivos:
3.
Analizar y evaluar la medida de potencia, energía y factor de potencia en un circuito monofásico
Analizar y evaluar la medida de la corrección de factor de potencia en un circuito monofásico
MARCO TEORICO
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ Circuitos monofásicos, potencia y corrección del factor de potencia En todo circuito eléctrico es de suma importancia determinar la potencia que se genera y que se absorbe. Todo aparato eléctrico tiene una capacidad para transformar energía eléctrica en otro tipo de energía (Eléctrica, calorífica, mecánica, etc.), lo cual hace que el cálculo de la potencia asociada sea de suma importancia. La potencia instantánea está dada por el producto del voltaje instantáneo por la corriente instantánea.
Elementos pasivos El resistor es un elemento que absorbe energía y la transforma en forma irreversible. El inductor y el capacitor por ser elementos que tienen capacidad de acumular energía en forma de campo magnético y eléctrico, lo que permite que absorban ó entreguen energía durante pequeños lapsos de tiempo. En la figura se muestra los sentidos del flujo de potencia en los elementos considerados pasivos.
Potencia instantánea
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ Si analizamos la potencia instantánea entregada por una fuente de tensión senoidal a un elemento de un circuito, conformado por un resistor y un inductor como se muestra en la figura, el valor de la misma esta dado por:
De acuerdo a la eficaces esta ecuación quedará:
definición
de
valores
El primer término de la ecuación es constante y representa el valor medio de la función, ya que los dos términos siguientes al integrarlos en un período, su valor es cero, ó sea que: P = U.I cos ϕ (Potencia media, ó Potencia activa)
Resistor puro
En el caso de tener un resistor puro, según se muestra en la figura, la tensión y la corriente sobre el mismo están en fase por lo que “ϕ = 0”, luego, la potencia instantánea toma el siguiente valor: p(t) = U.I cos ϕ - U.I cos 2ωt cos ϕ p(t) = P - P cos 2ωt A este valor de potencia se le da el nombre de “Potencia activa instantánea”, denominando “P” a la potencia activa, valor que se utiliza para describir la potencia que se transforma de forma eléctrica a no eléctrica, que en el caso de un resistor, la transformación es a energía térmica. El valor medio de la potencia está dado por:
La unidad que se utiliza es el watt [W]
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ Inductor puro
Con este tipo de circuito, la corriente atrasa 90° a la tensión sobre la inductancia. Por lo tanto la potencia instantánea queda como: p(t) = - U.IL sen 2ωt Vemos que la potencia media tiene valor cero, ó sea que no hay transformación de energía, si no que la misma oscila entre el circuito y la fuente que lo alimenta. Capacitor puro
En este caso la corriente está adelantada 90° a la tensión sobre el capacitor, con lo que la expresión de la potencia queda: p(t) = U.IC sen 2ωt Vemos que aquí también la potencia media en un período vale cero, o sea que la potencia oscila entre la fuente que alimenta el circuito y el campo eléctrico asociado con el capacitor. Potencia reactiva La potencia asociada a circuitos puramente inductivos ó capacitivos, se denomina “Potencia reactiva”, cuya expresión para valores instantáneos está dada por: Pr(t) = - U.I sen ϕ sen 2ωt Siendo el valor medio en un período de la misma, igual a cero, pero para poder dimensionar la misma se adopta:
‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ Q = U.I sen ϕ Potencia reactiva Tanto la potencia activa “P” como la potencia reactiva “Q”, tienen las mismas dimensiones, pero a los efectos de distinguirlas, se utiliza para la potencia reactiva el término VAr (Volt Amper reactivo). Potencia aparente Todo aparato eléctrico está diseñado para soportar determinados valores de tensión y de corriente. Por tal motivo su dimensionamiento no está dado por la potencia activa (Que depende de la diferencia de fase entre la tensión y la corriente), sino por la “potencia aparente”, que está representada por el producto de los valores eficaces de la tensión y de la corriente: S = U.I De aquí surge que la misma corresponde al valor máximo de la potencia activa. Aunque la potencia aparente tiene las mismas dimensiones que las pote ncias activa y reactiva, para diferenciarla se utiliza para su dimensionamiento el VA (Volt Amper).
Factor de potencia El ángulo “ϕ” me define el desfasaje entre la tensión y la corriente, siendo en atraso para un circuito óhmico inductivo o en adelanto de ser óhmico capacitivo. El coseno de dicho ángulo se denomina “Factor de potencia”. El mismo define la relación que existe entre la potencia activa y reactiva. De acuerdo a lo visto hasta ahora podemos resumir los valores de las potencias: P = U.I cos ϕ [W] Q = U.I sen ϕ [VAr] S = U.I [VA] tgϕ = Q/P cosϕ = P/S Dado que la potencia activa es la que se transforma en otro tipo de potencia que se aprovecha o utiliza, surge la conveniencia de que en cualquier instalación eléctrica, el factor de potencia sea lo más cercano a la unidad, ya que en ese caso, se logra un mejor aprovechamiento de las instalaciones. Para un consumo de potencia activa determinada, la corriente es menor a mayor factor de potencia, lo cual permite reducir el tamaño de los conductores alimentadores, así como las instalaciones previstas para alimentar dicho consumo, ya que el valor de la potencia activa se acerca a la potencia aparente, siendo esta últ ima la que determina el dimensionamiento de todo aparato eléctrico
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4.
PROCEDIMIENTO
Materiales utilizados
Vatímetro El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas “bobinas de corriente” o amperimétrica, y una bobina móvil llamada “bobina de potencial” o voltimétrica
. Multímetro digital Un multímetro, también denominado polímetro o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras.
Medidor de energía 220 V El medidor de energía, conocido también como contador, es un equipo que se emplea para medir la energía suministrada a los clientes. Aplicada una tarifa establecida por el Ente Regulador, posibilita a la Empresa realizar una facturación adecuada de la potencia y energía consumida.
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Pinza amperimétrica La pinza amperimétrica es un tipo especial de amperímetro que permite obviar el inconveniente de tener que abrir el circuito en el que se quiere medir la corriente para colocar un amperímetro clásico.
Cosfímetro El medidor de factor de potencia o como lo llama por algunos técnicos: cossefímetro, cosímetro, cosenofímetro, cofímetro o medidor de fases; Es un instrumento de medición eléctrica analógica o digital, que mide el valor del factor de potencia de un circuito alimentado por corriente alterna. Debido a que está expresando el valor del factor de potencia, como el coseno de un ángulo determinado (generalmente expresado como φ ángulo o ángulo de desfase), su unidad es adimensional. El método para la medición de factor de potencia a través de un cosfímetro implica tensión de medición y la corriente eléctrica a través de la carga (similar a vatímetro).
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5.
RESULTADOS
Cuestionario
1. Comparar las indicaciones del vatímetro con las expresiones W = IV Cosɸ; W = IR 2 y la potencia obtenida con las mediciones realizadas en el medidor de energía. Previamente calcular el Cosɸ teórico. Discutir y mencionar las causas que originan las divergencias en los valores. Carga
P=V*I*f.d.p
P=I^2*Req
f.d.p=P/S (teórico)
Energía(kWh)
Motor + 3 447.0998 resistencias
409.3335
0.772
504
Motor +2 395.9358 resistencias
297.0335
0.769
456
Motor +1 315.4452 resistencia
247.6215
0.611
236
Motor
192.1734
0.505
182.4
265.1513
Las divergencias en los resultados se deben a la calidad de cables que se usaron en el laboratorio, ya que algunos de estos presentaban fallas; también se debieron a que la potencia transmitida del elemento a al circuito no es igual al que marca la placa del elemento.
2. Graficar la potencia leída en el vatímetro en función del tiempo, a escala conveniente. A ésta gráfica se le denomina “Diagrama de carga” en un periodo dado (15 minutos). De ésta curva experimental calcular la energía consumida por la carga en el tiempo mencionado.
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POTENCIA VS TIEMPO 450 400 350 300 A I C 250 N E 200 T O 150 P 100 0
5
10
15
TIEMPO Series2
3. Graficar la energía en función del tiempo y mencionar la utilidad de que presenta esta curva.
Energía vs tiempo 500 400 a í 300 g r e n 200 e 100
Series1
0 0
5
10
15
20
tiempo
Esta curva es útil para determinar en qué periodos de tiempos es donde se consume mayor energía, esto es de gran utilidad a las empresas encargadas de suministrar energía eléctrica, para determinar en qué momento se produce un consumo masivo o un consumo pequeño de energía y regular el suministro.
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‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ 4. Graficar la potencia leída en el vatímetro en función de la corriente que entrega el generador. Comentar
Potencia activa vs Corriente 500
) W400 ( a v i t c 300 A a i c 200 n e t 100 o P
Potencia activa (W)
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Corriente (A)
Notamos que a medida que aumenta la corriente aumenta el valor de la potencia
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6.
OBSERVACIONES
Se notaron las siguientes observaciones: - La potencia leída por el vatímetro (1° circuito) disminuía a medida que desacoplábamos elementos del circuito (lámparas o focos). -
La corriente que circulaba el circuito (1° circuito) disminuía a medida que retirábamos elementos del mismo (lámparas o focos).
-
El cosfímetro (1° circuito) marcaba lecturas en tendencia ascendente a medida que desacoplábamos elementos del circuito (lámparas o focos).
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‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ 7. CONCLUSIONES
El grupo llego a las siguientes conclusiones: -
Para el caso A, a medida que se quitaban las lámparas el fdp iba disminuyendo, eso se debe a que la potencia activa disminuye, mientras que la activa se mantenía constante.
-
Se concluye que para corregir un factor de potencia bajo es necesario aumentar capacitores para aumentar el factor de potencia, esto permite disminuir la potencia reactiva.
-
Los beneficios por corregir el factor de potencia son disminución de las pérdidas en conductores, Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.
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‘‘Medida de Energía, Potencia y Corrección del factor de Potencia en circuitos monofásicos’’ 8. RECOMENDACIONES
Se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones: -
Evitar tocar directamente los circuitos (peligro de electrocutarse), para ello se le proporcionara elementos de seguridad adecuados en caso de que el circuito necesite ser manipulado directamente.
-
Tener conexiones bien ajustadas y separadas entre sí, a fin de evitar cortocircuitos y por ende posibles averías de los elementos en el circuito.
-
Ajustar las escalas de los instrumentos de medición en los circuitos (multímetro y amperímetro) con la finalidad de evitar quemar dichos instrumentos.
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9. BIBLIOGRAFIA
Ronald Scott. "Circuitos lineales". John Wiley y algunos.
Morales -López. "Circuitos Eléctricos I".Libuni Editorial.
Joseph A. Edminister. "Electric Circuitos ".McGraw Hill.
Wikipedia. . Circuitos Eléctricos http://es.wikipedi a.org/wiki/Circu itosEléctricos
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10. HOJA DE DATOS
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