LABORATORIO 06 POTENCIA ACTIVA EN C.A. Y MEDICIÓN DE FACTOR DE POTENCIA OBJETIVO. Determinar la potencia activa, aparente y el factor de potencia en circuitos monofásicos. Observe las normas de seguridad al realizar esta experiencia tanto con las conexiones, instrumentos y equipos.
CUESTIONARIO. 1. ¿Explicar el principio del funcionamiento de los vatímetros electromagnéticos. Así mismo, explicar la importancia de los asteriscos (a veces son +/-)? Es un instrumento para medir la potencia la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial».
Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella.
La potencia consumida por cualquiera de las partes de un circuito se mide con un vatímetro, un instrumento parecido al electrodinamómetro. El vatímetro tiene su bobina fija dispuesta de forma que toda la corriente del circuito la atraviese, mientras que la bobina móvil se conecta en serie con una resistencia grande y sólo deja pasar una parte proporcional del voltaje de la fuente. La inclinación resultante de la bobina móvil depende tanto de la corriente como del voltaje y puede calibrarse directamente en vatios, ya que la potencia es el producto del voltaje y la corriente.
A-A´: bobina de intensidad o amperimétrica. M-N: bobina de tensión o voltimétrica. 2. ¿Por qué es necesario conocer el factor de potencia en una instalación eléctrica? Porque el hecho de que exista un bajo factor de potencia en una instalación eléctrica o para este caso una industria produce los siguientes inconvenientes:
Al suscriptor:
Aumento de la intensidad de corriente Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los conductores La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento. Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.
A la empresa distribuidora de energía:
Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en KVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional. Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva. Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la estabilidad de la red eléctrica.
Una forma de que las empresas de electricidad a nivel nacional e internacional hagan reflexionar a las industrias sobre la conveniencia de generar o controlar su consumo de energía reactiva ha sido a través de un cargo por demanda, facturado en Bs./KVA, es decir cobrándole por capacidad suministrada en KVA. Factor donde se incluye el consumo de los KVAR que se entregan a la industria.
3. ¿Cuáles son las consideraciones para medir la potencia y factor de potencia en circuitos trifásicos? Medición de potencia Se utilizan varios tipos de conversores, tanto electromecánicos como electrónicos, para la medición directa de la potencia y energía activa (en DC y AC) y de potencia reactiva y aparente (en CA). Conversor electrodinámico Es utilizado en la actualidad para medir potencia activa y reactiva. Su principio de funcionamiento (como instrumento monofásico)
Conversores estáticos Existen distintos procedimientos utilizando técnicas analógicas y digitales para lograr la conversión de las señales de corriente y voltaje en una señal proporcional a la potencia instantánea, por ejemplo utilizando multiplicadores Hall, multiplicadores de división de tiempos, métodos de correlación o métodos digitales de procesamiento de las señales.
Medición el factor de potencia Medición del factor de potencia con voltímetro, amperímetro, vatímetro y varímetro. La potencia activa en función de los valores eficaces de tensión y corriente permite determinar, para una carga monofásica (o una fase de una carga trifásica desequilibrada) el valor del factor de potencia mediante el uso de voltímetro, amperímetro y vatímetro. En corriente trifásica, si el sistema es perfecto, sólo hay que agregar √ a la expresión anterior. Si el sistema trifásico es asimétrico y desequilibrado la determinación del factor de potencia promedio o total se realiza midiendo las potencias activas y reactivas totales. La cantidad de vatímetros y varímetros empleados dependerá del tipo de sistema (tri o tetrafilar). Es fácil entender que cualquiera de las conexiones estudiadas para medir P y Q según las características del sistema nos permitirá calcular el factor de potencia.
Medición directa del factor de potencia En la práctica industrial, y especialmente, en las centrales eléctricas, la medición directa del factor de potencia en forma analógica se realiza mediante instrumentos denominados cofímetros o indicadores del factor potencia. La exactitud de estos aparatos es menor, pero la medición resulta más rápida y sencilla. En sistemas trifásicos, simétricos ó no en tensiones y equilibrados ó no en corrientes, se utiliza la segunda definición de factor de potencia. En el caso más general se tiene distintas potencias Pi y Qi y desfases para cada fase de la carga. La suma de las potencias de cada fase determina la potencia activa y reactiva total:
P= P1+P2+P3 Q= Q1+Q2+Q3 Y la potencia aparente total:
S = P2 + Q2 (4) En el triángulo resultante ABC, el ángulo formado entre la hipotenusa ST con el cateto PT es el desfase por medio jT siendo el factor de potencia promedio:
Si el sistema es perfecto, los tres triángulos de potencia de cada fase son iguales y = = contante.
4. Comparar las indicaciones del vatímetro con las expresiones VIcos e I2R y discutir los resultados. La siguiente tabla se analiza tomando en cuenta la tabla inferior.
1001 999.9 999.68 999.24 1017.28 1000.12 En la tabla se observa que es menor que activa (W) y es reactiva (VAR).
1001 1001 1111 1665.4 2543.2 5000.6 , esto debido a que es potencia
5. Comentar el cambio de la corriente en función del factor de potencia. Completar la siguiente tabla:
Donde:
1000 1000 1000 1000 1000 1000
220 220 220 220 220 220
1 0.9 0.8 0.6 0.4 0.2
4.55 5.05 5.68 7.57 11.56 22.73
En la tabla se observa, a medida que el factor de potencia disminuye fluye mayor c orriente y si = 1 entonces fluye menor corriente, esto indica que el factor juega un papel importante en los circuitos.
RESPECTO A LA EXPERIENCIA. 1. Complete la siguiente tabla de acuerdo a los datos tomados en clase muestre Ud. el procedimiento para hallar el valor del capacitor y la capacitancia. Donde: CASO 01: CARGA RESISTIVA V A P S 19.82 39.50 58.70 77.80
1 2 3 4
19.30 80.00 180.0 310.0
Cos
19.31 19.75 19.56 19.45
0.999 0.999 1.000 1.000
CASO 02: CARGA CAPACITIVA V A P S 50 100 150 200
2.56 2.56 0 0
Cos
0.36 0.10 18 0.005 0.70 0.72 70 0.013 1.02 4.86 153 0.025 1.38 6.00 276 0.010
Volt=50V
88 → C=0.019µF
89.71 89.25 88.56 89.42
Asi para todos los casos.
CASO 03: CARGA REACTIVA (RL) V 50 100 150 200
A
P
0.12 0.55 0.23 2.30 0.36 5.25 0.52 11.52
S 6 23 54 104
CASO 04: CARGA MOTOR V A P S 50 100 150 200
Cos
-0.091 -0.103 -0.104 -0.111
95.22 95.91 95.96 96.37
Cos
1.16 30 58 -0.460 1.97 70 197 -0.334 3.06 160 459 -0.335 4.30 300 860 -0.350
117.38 109.51 109.57 110.48
CASO 05: CARGA R-C DATO: R=20.2Ω C=(9.8µF//8.8µF) V A P S Cos 50 100 150 200
0.34 2.52 0.68 10.05 1.01 21.93 1.36 40
17 0.146 68 0.143 151.5 0.151 272 0..147
81.60 81.77 81.31 81.54
2. Resumen de los equipos a utilizados.
Fuente reguladora vatímetro Multimetros (1 amperímetro 1 voltímetro) Reactor Resistencia Capacitor Conectores otros
3. Halle todos los valores que se obtuvieron en la práctica en forma teórica. Donde:
CASO 01: CARGA RESISTIVA V A P S 19.82 39.50 58.70 77.80
1 2 3 4
19.29 19.73 19.56 19.45
Cos
19.31 19.75 19.56 19.45
CASO 02: CARGA CAPACITIVA V A P S 50 100 150 200
0.999 0.999 1.000 1.000
2.56 2.56 0 0
Cos
0.36 0.09 18 0.005 0.70 0.91 70 0.013 1.02 3.825 153 0.025 1.38 2.76 276 0.010
CASO 03: CARGA REACTIVA (RL) V A P S 50 100 150 200
0.12 0.23 0.36 0.52
-0.546 -2.369 -5.616 -11.544
89.71 89.25 88.56 89.42 Cos
6 23 54 104
CASO 04: CARGA MOTOR V A P
-0.091 -0.103 -0.104 -0.111 S
95.22 95.91 95.96 96.37
Cos
50
1.16
-26.68
58
-0.460
117.38
100
1.97
-65.798
197
-0.334
109.51
150
3.06
-153.77
459
-0.335
109.57
200
4.30
-301
860
-0.350
110.48
CASO 05: CARGA R-C DATO: R =20.2Ω C=(9.8µF//8.8µF) V A P S Cos 50 100 150 200
0.34 2.482 0.68 9.724 1.01 22.87 1.36 39.98
17 0.146 68 0.143 151.5 0.151 272 0.147
81.60 81.77 81.31 81.54
4. Compare los valores teóricos y obtenidos en laboratorio, halle el error entre valor teórico y práctico, comente los resultados. PARA CARGA RESISTIVA
Primero
Tercero.
Cuarto.
Segundo.
PARA CARGA CAPACITIVA Primero error: 10% Segundo error:20.87% Tercero error:21.29% Cuarto error:54%
5. Procedimiento de la experiencia.
Segundo: se conecta el variador de voltaje, voltímetro, amperímetro, vatímetro al circuito que se conecto anteriormente. Primero: se arma el circuito en serie de la resistencia, bobina, condensador con conectores. Tercero: se conecta a la red de 220v. el variador de voltaje y luego se procede a la toma de datos. Cuarto: se analiza los datos tomados en forma teórica.
6. Muestre Ud. sus conclusiones y recomendaciones. Bueno el f.d.p varia en retraso y en adelanto cuando se usa reactor y condensadores. Para este caso se tendrá que tener en consideración el calibre de los conductores por que la corriente está en aumento y podrían dañar los conductores y los propios filtros que se usan.
6. Bibliografía.
Walter Pérez Terrel (física III) http://www.ingelectricista.com.ar/cosfi.htm Instalaciones Eléctricas, Tomo I, Albert F. Spitta - Günter G. Seip
