Potencia Electrica En Los Circuitos De Corriente Alterna.docx

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA Curso: Circuitos Eléctricos II

SESIÓN N° 7: POTENCIA ELECTRICA EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA

Alumna:

Arequipa - Perú

POTENCIA ELÉCTRICA EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA. I.

OBJETIVOS: Analizar y verificar en forma experimental la potencia activa, reactiva y aparente de los circuitos eléctricos de corriente alterna, mediante el vatímetro monofásico y el voltímetro –amperímetro. Analizar y verificar el procedimiento correcto para la utilización y funcionamiento del instrumento vatímetro.

II.

MARCO TEÓRICO: En circuitos AC se presenta la siguiente situación, en una resistencia el voltaje y la corriente siempre están en fase y la resistencia siempre es pasiva, todo el tiempo la energía eléctrica se convierte en calor; los condensadores y las bobinas almacenan energía y producen un ángulo de fase de 90° entre la corriente y el voltaje por lo que por periodos son activos y periodos son pasivos, significa que estos elementos devuelven energía hacia los generadores; en un circuito AC en general se consideran tres tipos de potencia: Potencia aparente (S): corresponde a la potencia total que envía la fuente al circuito de carga, es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva, según se muestra en la siguiente figura. Se representa por S y se mide en voltiamperios (VA). Para una tensión dada la potencia aparente es proporcional a la intensidad que circula por la instalación eléctrica:

Potencia activa (P): corresponde a la potencia que realmente utiliza el circuito, representa la capacidad de una instalación eléctrica para transformar la energía eléctrica en trabajo útil: mecánica (movimiento o fuerza), lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es realmente la consumida en una instalación eléctrica. Se representa por P y se mide en vatios (W):

Donde ∅ es el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente, al “cos ∅” se le llama el factor de potencia.

Potencia reactiva (Q): La potencia reactiva (y la energía reactiva) no es una potencia (energía) realmente consumida en la instalación, ya que no produce trabajo útil debido a que su valor medio es nulo. Aparece en una instalación eléctrica en la que existen bobinas o condensadores, y es necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos en dichos componentes. Se representa por Q y se mide en voltiamperios reactivos (VAr):

III.

ELEMENTOS A UTILIZAR:       

IV.

01 variac monofásico 02 resistencia variable 0-44 ohmios 01 Multímetro digitales 01 amperímetro analógico 01 vatímetro electrodinámico 0-120 v, 5A 01 vatímetro digital 5 condensadores, Conductores de conexión

ACTIVIDADES: a) Armar el circuito de la siguiente figura:

b) Regulando el variac monofásico obtener en el voltímetro “VT” una tensión de 80 voltios. c) Variando la resistencia R1 desde su máximo valor de 88 ohmios hasta 20 ohmios como mínimo, y para diferentes capacitores en el circuito, no deberá de circular más de 2.75 A en el circuito, registrar los valores V1, V2, A, W del circuito para 08 valores de R1 y C. Punto

A(amp)

V1(V)

V2(V)

VT

W(watts)

R1(Ω)

C(uFΩ)

1

1.78

35.71

93.4

100.5

65

20

50

2

2.12

62.14

78.5

100.3

130

30.3

70

3

1.87

72.2

69.2

1003

135

40

70

4 5

1.02 0.99

49.7 54.35

87.6 84.1

100.3 100.2

52.5 55

50.4 56.3

30 30

6

0.71

42.53

90.9

100.3

33.5

60.0

20

7

1.16

80.5

60.3

100.3

95

70.4

50

8

0.35

30.7

93.9

100.2

12.5

85.3

10

Potencias Consumidas R1

C

Stotal

Ptotal

Qtotal

Punto 1 2

P1=W

P1= I .R1

P1=Vr /R1

Qc=I .Xc

Qc=Vc /Xc

65 130

63.36 136.18

63.76 134.09

168.08 170.29

164.44 162.64

178.17 213.34

64.04 133.4

166.3 166.5

3

135

4 5

52.5 55

139.88 52.44

130.32 49.01

132.5 91.99

126.38 86.79

187.08 103.07

135.1 51.32

129.4 89.4

55.18

52.47

86.66

79.99

99.41

54.22

83.3

6

33.5

7 8

95 12.5

30.25 94.73

30.15 92.05

66.86 71.38

62.3 68.54

71.764 117.12

31.3 93.93

64.6 69.96

10.45

11.05

32.491

33.24

34.77

11.33

32.87

V.

2

2

2

2

CUESTIONARIO: 1. Explicar el principio de funcionamiento del vatímetro. Es un instrumento para le medida de la energía eléctrica, o índice de la energía eléctrica a cualquier circuito. En la construcción general el instrumento se asemeja a un electrodinamómetro, la bobina fija se llama la bobina actual, y la bobina movible se llama la bobina potencial, y cada uno de éstos arrolla hace sus extremos traer para separar los terminales en la base del instrumento. El principio en el cual el instrumento funciona es como sigue: Suponga cualquier circuito, tal como un motor eléctrico, una lámpara o un transformador, está recibiendo la corriente eléctrica; entonces la energía dada a ese circuito contado en vatios es medida por el producto de la corriente que atraviesa el circuito en amperios y la diferencia potencial de los extremos de ese circuito en voltios, multiplicados por cierto factor llamado el factor de la energía en esos casos en los cuales el circuito sea inductivo y el alternarse actual. 2. ¿Qué es la potencia eléctrica activa? Es la potencia capaz de transformar la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos y, en consecuencia, cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda. Se designa con la letra P y se mide en vatios -watt- (W) o kilovatios -kilowatt(kW). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias: P=I⋅V⋅cosӨ=I⋅Z⋅IcosӨ=I2⋅Z⋅cosӨ=I2⋅R

3. ¿Qué es la potencia eléctrica reactiva? Reactiva Inductiva Esta potencia no se consume ni se genera en el sentido estricto (el uso de los términos "potencia reactiva generada" y/o "potencia reactiva consumida" es una convención) y en circuitos lineales solo aparece cuando existen bobinas o condensadores. Por ende, es toda aquella potencia desarrollada en circuitos inductivos. Reactiva Capacitiva Es toda aquella potencia desarrollada en un circuito capacitivo. Considerando el caso ideal de que un circuito pasivo contenga únicamente un capacitor (R = 0; Xl = 0; Xc = 0) al que se aplica una tensión senoidal. En los circuitos capacitivos puros no existe potencia activa, pero si existe la potencia reactiva de carácter capacitivo que vale:

QC=I2⋅XC 4. ¿Qué es la potencia eléctrica aparente? Es la suma (vectorial) de la potencia que disipa dicho circuito y se transforma en calor o trabajo (conocida como potencia promedio, activa o real, que se designa con la letra P y se mide en vatios (W)) y la potencia utilizada para la formación de los campos eléctrico y magnético de sus componentes, que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energía (conocida como potencia reactiva, que se identifica con la letra Q y se mide en voltamperios reactivos (var)). La relación entre todas las potencias aludidas es: S2=P2+Q2

5. ¿Cómo se conecta el vatímetro? Dibuje el esquema. El vatímetro si es exterior se debe tener un terminal que dice Tx, ese va al Transmisor, y otro que dice Antena, ese va a la antena, después una llave que debería decir Directa que es lo que mide la potencia y otro que diga Reflejada que es lo que mide la ROE, remanente de ondas estacionarias.

6. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica activa que consume un circuito? •Vatímetro: es un instrumento para le medida de la energía eléctrica, o índice de la energía eléctrica a cualquier circuito que tiene su sistema electrodinámico. Es un instrumento su que mide potencia activa. Según su uso se divide en monofásicos y trifásicos.

•Se puede medir indirectamente realizando las mediciones de tensión y corriente para utilizar la siguiente ecuación: 𝑃 = 𝑉 × 𝐼 × 𝑐𝑜𝑠Ө

7. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica reactiva que consume un circuito? La potencia eléctrica reactiva no puede medirse directamente, es por eso que se realiza una medición indirecta midiendo primero la caída de tensión, la intensidad, para luego utilizar las fórmulas de potencia reactiva. 𝑸 = 𝑽 × 𝑰 × 𝒔𝒆𝒏Ө

8. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica aparente que consume un circuito? La potencia eléctrica aparente solo puede ser medida indirectamente realizando las mediciones de tensión y corriente y utilizando la siguiente fórmula: 𝑺=𝑽×𝑰 9. Dibujar el diagrama fasorial completo correspondiente al circuito armado.

Triángulo de Potencias

10. A partir de los datos, hallar las potencias activa, reactiva y aparente teóricas. Stotal 178.89 212.636 187.561 102.306 99.198 71.213 116.348 35.07

Ptotal 65 130 135 52.5 55 33.5 95 12.5

Qtotal 166.37 167.9 125.7 87.9 82.3 62.7 66.32 32.97

11. A partir de los datos experimentales, hallar las potencias activa, reactiva y aparente experimentales. Stotal 178.17 213.34 187.08 103.07 99.41 71.764 117.12 34.77

Ptotal 64.04 133.4 135.1 51.32 54.22 31.3 93.93 11.33

Qtotal 166.3 166.5 129.4 89.4 83.3 64.6 69.96 32.87

12. En forma tabulada dar la divergencia de valores existentes entre los valores teóricos y experimentales.

VI.

P teórica

P experimental

64.04

65

Error Absoluto P 0.96

Error Relativo P% 0.014769

133.4

130

-3.4

-0.02615

135.1

135

-0.1

-0.00074

51.32

52.5

1.18

0.022476

54.22

55

0.78

0.014182

31.3

33.5

2.2

0.065672

93.93

95

1.07

0.011263

11.33

12.5

1.17

0.0936

OBSERVACIONES Y CONCLUCIONES: • Podemos darnos cuenta la conexión de un vatímetro y a la vez el funcionamiento de este para medir las diferentes potencias en el circuito desarrollado. • La potencia reactiva está en el eje imaginario Y y la activa en el eje real X, por lo cual forma un triángulo rectángulo cuya magnitud de la hipotenusa es denominado potencia "aparente". • La Potencia eléctrica es directamente proporcional al trabajo que realiza una corriente al desplazarse por una carga e inversamente proporcional al tiempo que demora en realizarse este trabajo, esta potencia se mida en Watt.

• Tanto en los circuito inductivos como capacitivos la corriente se desfasa de la tensión en ángulo Ø esto provoca que aparezcan componentes activos y reactivos en la corriente eléctrica y que la corriente total o aparente del circuito sea la suma vectorial de ambos componentes, algo muy similar sucede con la potencia eléctrica del circuito. • La Potencia se puede obtener por el producto de la Tensión y la Intensidad de corriente eléctrica que circulan por la carga, es decir, que la potencia es directamente proporcional a la Tensión e Intensidad eléctrica. • La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. VII.     

BIBLIOGRAFÍA: http://www.uco.es/grupos/giie/cirweb/practicas/electrotecnia/et prat-5.pdf http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/vatimetro.pdf http://www.uhu.es/geyer/Congresos_nac/congresos%20nacional es/CN_18.pdf http://potenciaelectrica.wikispaces.com/4+Potencia+Activa++Reactiva+-+Aparente https://sites.google.com/site/instrumentaciones7mo/home/isfdna39/unidad3