Scientia et Technica Año XVI, No 49, Diciembre de 2011. Universidad Tecnológica Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701
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Medida De Potencia Y Corrección Del Factor De Potencia. Power measurement and power factor correction.. Cristian Alfonso Jiménez Castaño, Carolina Tobón Rendón, Aldemar Enríquez, Edir Jael Bedoya Chávez. Ingeniería Eléctrica, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia Correo-e:
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Resumen — — En este artículo se presenta la medición de la
potencia a varios tipos de carga (puramente resistiva, resistiva-inductiva y resistiva-inductiva-capacitiva), para la medición de sus potencias y de los factores de potencia correspondientes; observando la diferencia de valores, y su significado físico y real. También con el fin de entender la corrección del factor de potencia en un circuito eléctrico.
Encontramos que:
p(t): potencia instantánea Pa: potencia activa. Pq: potencia reactiva. Donde:
Palabr as clave — carga, capacitor, circuito eléctrico, inductor,
potencia, resistor.
Abstract In this article the power measurement is presented — In
to various types of load (purely resistive, resistive-inductive and resistive-inductive-capacitive), to measure their powers and power factors for, noting the difference in values and physical and real meaning. Also in order to understand the power factor correction in an electric circuit.
Key Wor d — load, load, capacitor, circuit, inductor, power, resistor.
I.
De las anteriores ecuaciones se halla que el promedio de la potencia activa instantánea da como resultado la potencia útil (P), y el valor máximo de la potencia reactiva instantánea da nacimiento a la potencia reactiva (Q).
INTRODUCCIÓN
Dentro del mundo de la electricidad existe la generación y consumo de potencia la cual se expresa comúnmente como el producto de la tensión por la corriente.
(1)
En los circuitos eléctricos existen básicamente dos clases de potencia: la potencia activa y potencia reactiva. Estas se hallan operando la ecuación (1), pero donde V e I dependen del tiempo, es decir, de forma instantánea (y sinusoidal) encontramos que: Fecha de Recepción: (Letra Times New Roman de 8 puntos) Fecha de Aceptación: Dejar en blanco
(2)
(3)
Las unidades de P son los vatios (Watts) y de Q son los voltiosamperios reactivos (VAr).cada elemento de circuito consume su propia potencia, la resistencia solo consume potencia p otencia útil dado que la tensión y la corriente en tres su par de terminales se encuentran en fase, mientras que la inductancia y la capacitancia solo consumen potencia reactiva, ya que, para cada caso la diferencia de fase entre sus tensiones y corrientes es de 90°; con la diferencia de que en el inductor el voltaje adelanta a la corriente y en el capacitor la corriente es la que adelanta la tensión. Como el valor promedio de la potencia reactiva instantánea es nula, quiere decir que el inductor y el capacitor en un periodo de tiempo T/2 (donde T es el periodo de la señal de
2Scientia et Technica Año XVI, No 49, Diciembre de 2011. Universidad Tecnológica de Pereira. potencia) consumen potencia reactiva, y en los otros T/2 la devuelven (la generan por verlo de alguna forma). En el dominio de la frecuencia es más sencillo introducir una expresión fasorial para la potencia, esto da nacimiento a la potencia compleja la cual tiene unidades de voltamperios (VA) y se expresa de la forma:
⃗ ⃗
III.
PROCEDIMIENTO
dos resistencias, un inductor, un capacitor, tres amperímetros y tres conmutadores. Materiales:
Procedimos a interconectar el circuito de la figura 1, con los datos de la tabla 1.
(4)
Donde es el fasor de la corriente conjugada, y θ es la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente, esta diferencia coincide con el ángulo expresado en las ecuaciones (3). Comparando (3) con (4) hallamos:
⃗
(5)
Por último se define el factor de potencia se define como la potencia útil (P) sobre la magnitud de la potencia aparente (o potencia compleja), esté factor expresa una razón de cuanta potencia útil se consume con respecto a la potencia total, es decir, es un porcentaje de cuanta potencia útil es consumida o generada.
(6)
-90° y 90°, el factor de potencia se encuentra entre 0 y 1, como el la función coseno es par entonces se expresa el valor de esta junto con una flecha, sí la flecha apunta hacia arriba quiere decir que la corriente esta en adelanto con respecto a la tensión, y si apunta hacia abajo la corriente esta en atraso con respecto al voltaje. Como el ángulo θ se encuentra entre
Figura 1. Circuito a interconectar en el laboratorio. Elemento
Valor
Vrms
120 V
f
60 Hz
R1
22 Ω
R2
98Ω
L
280 mH
C
28 µF
Tabla1. Valores de los parámetros de la Figura 1.
La corrección del factor de potencia es muy importante ya que si se genera mucha potencia reactiva, los elementos reactivos (inductores, capacitores) la consumen pero en un instante de tiempo la devuelven a la red, lo cual congestiona las líneas y puede conllevar a errores y/o daños. Por esto para la corrección de este factor se agrega un capacitor a la red, como el mientras que un inductor genera potencia reactiva el capacitor consume está y viceversas, lo cual a los “ojos” de la fuente no le piden ni le
dan este tipo de potencia. II.
OBJETIVOS
Utilizar el vatímetro análogo y el digital para medir la potencia activa absorbida por una puerta. Repasar los fundamentos teóricos e implementar en la práctica el método más utilizado para mejorar “el
porcentaje de energía extraída de la red que se aprovecha o convierte en trabajo útil en una carga o dispositivo
Figura 2. Conexión monofásica de un vatímetro. La figura 2 ilustra la conexión realizada entre el generador y la carga para medir su potencia activa.
conectado a ella: factor de potencia”.
____________________________ 1. Las notas de pie de página deberán estar en la página donde se citan. Letra Times New Roman de 8 puntos
Scientia et Technica Año XVI, No 49, Diciembre de 2011. Universidad Tecnológica de Pereira.
CHARLES K. ALEXANDE| MATTHEW N. O. SADIKU, FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELECTRICOS, MC GRAW HILL EDUCATION, QUINTA EDICION, 2013.
Tomamos los datos en tres fases: 1)
S1 cerrado, S2 y S3 abiertos, en este caso tenemos una carga netamente resistiva, de la cual medimos: Dato
Valor
I(R2) V(R2) Ppq Pf Fp
0.997 A 100.7 V 100 W 142.8 W 1
Tabla 2. Datos obtenidos experimentalmente con una carga netamente resistiva. 2)
S1 y S2 cerrados y S3 abiertos, en este caso la carga RL. Dato
Valor
I I(R2) I(L) V Ppq Pf Fp
1.23 A 0.9 A 0.6 A 98 V 104 W 142.8 W 0.97
Tabla 3. Datos obtenidos experimentalmente con la carga RL. 3)
S1, S2 y S3 cerrados, en este caso la carga es RLC. Dato
Valor
I I(R) I(L) I(C) V Ppq Pf Fp
1.19 A 0.92 A 0.61 A 0.93 A 100 V 104 W 141.2 W 0.99
Tabla 4. Datos obtenidos con la carga RLC.
IV.
CONCLUSIONES
Las cargas inductivas empeoran el factor de potencia, dado que congestiona al circuito cuando genera potencia reactiva. Por medio de la conexión de un capacitor se logra mejorar el factor de potencia, dado que cuando el inductor genera potencia reactiva el capacitor la consume y viceversa.
V.
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BIBLIOGRAFIA
____________________________ 1. Las notas de pie de página deberán estar en la página donde se citan. Letra Times New Roman de 8 puntos
