PRÁCTICA N O 05: MEDICIÓN DE POTENCIA EN

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

1. OBJETIVOS

Analizar y verificar en forma experimental la potencia consumida en una carga, tanto en forma directa (Ratímetro), como en forma indirecta (voltímetro – amperímetro

Usar adecuadamente el Vatímetro para realizar mediciones de potencia en circuitos trifásicos.

Obtener las características eléctricas de un circuito trifásico con carga conectada en estrella.

Obtener las características eléctricas de un circuito trifásico con carga conectada en delta.

Aprender a determinar Potencia Eléctrica por medio de un Voltímetro y Amperímetro.

Aprender a utilizar el Wattmetro, para determinar la Potencia Eléctrica.

Definir Energía o Trabajo Eléctrico

Aprender a medir Energía Eléctrica.

Aprender a Conectar un Medidor de Energía Eléctrica

Determinar la Energía que consume una carga a partir de la lectura de Potencia

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2. MARCO TEÓRICO

Otro concepto importante, relacionado con los circuitos eléctricos, es la potencia, P. En corriente continua se calcula como el producto de V, el voltaje, o diferencia de potencial a través de la resistencia, y la corriente, I, que circula por ella. Es decir, P = V.I La unidad de potencia en el sistema internacional, SI, es el vatio, abreviado W. La potencia de una resistencia nos dice cuanto calor es capaz de disipar por unidad de tiempo. Si el producto VI de una resistencia en un circuito tiene un valor superior al de su potencia se sobrecalentará y quemará, quedando inutilizada. La unidad de voltaje en el SI es el voltio, abreviado, V; y de la corriente, el amperio, abreviado, A. De acuerdo con la expresión para calcular la potencia vemos que 1W = (1V) (1 A)

P = I * V

Dónde: V es la caída de potencia en esa parte del circuito.

Otra forma de expresarla puesto que V = R.I,

P = R.I2

Otra forma de expresarla puesto que I = V/R,

P = V2/R

Como abreviatura del vatio se usa la letra W.

En corriente alterna existen otros elementos pasivos tales como las inductancias y las capacitancias que van a consumir otro tipo de potencia que se llama Potencia Reactiva. La potencia que consumen las resistencias en corriente alterna se le llama Potencia Activa, ambas potencias dan lugar a la existencia de la potencia Aparente. La potencia activa en corriente alterna es igual a :

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P = I * V cos

La importancia de los instrumentos eléctricos de medición es incalculable, ya que mediante el uso de ellos se miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente, carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los circuitos, como la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia. Además que permiten localizar las causas de una operación defectuosa en aparatos eléctricos en los cuales, como es bien sabidos, no es posible apreciar su funcionamiento en una forma visual, como en el caso de un aparato mecánico.

Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje, tensión e intensidad.

De cualquier forma, la clasificación de los instrumentos de medición las detallaremos en el siguiente esquema:

3. ELEMENTOS A UTILIZAR Voltímetro (V)

Amperímetro (A)

Multitester (V/A)

Portalámparas

Lámparas incandescentes (3)

Herramientas para electricista

Conductores de conexión

Fuente de tensión 220V

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4. DESARROLLO EXPERIMENTALArmar el circuito de la figura 01.

Alimentar el circuito con una fuente de C.A. a 220v, 60Hz.

Medir la tensión en cada lámpara y la tensión total del circuito.

Medir la corriente en cada lámpara y la corriente total del circuito.

Desconectar la fuente y medir la resistencia en cada lámpara y la resistencia total.

Armar el circuito de la fig.01 pero con dos lámparas y luego con una sola lámpara.

Repetir los pasos 2; 3; 4; 5 para este circuito

5. CUESTIONARIO

5.1. Explicar el funcionamiento del 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», 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

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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.

5.2. ¿Qué importancia tienen los asteriscos en estos

instrumentos?

La importancia de los asteriscos en el vatímetro radica en que nos

indica por cual borne debe de entrar la corriente y por cual borne

debe conectarse la tensión positiva. Una conexión incorrecta

ocasionaría una lectura negativa del vatímetro, si es que este presenta

valores de lectura negativos, y en caso que solo tenga valores

positivos, ocasionaría el deterioro del instrumento, ya que la aguja

deflectora intentaría moverse más a la izquierda del cero.

En los vatímetros, los extremos de las bobinas, amperimétrica y

voltimétrica, con la misma polaridad, aparecen señalados con un

asterisco (*), de forma que la lectura del vatímetro es positiva cuando

los terminales están conectados

5.3. A partir de los datos experimentales de V e I, hallar la

potencia suministrada a las cargas indicadas.

N° lámpara Corriente (A) Tensión (V) Pexp=IV

1 0.45 228 102.6

2 0.41 228 93.8

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3 0.42 228 95.76

5.4. ¿Qué potencias eléctricas existen en corriente alterna?

Potencia fluctuante

Al ser la potencia fluctuante de forma senoidal, su valor medio será

cero. Para entender mejor qué es la potencia fluctuante, imaginemos

un circuito que sólo tuviera una potencia de este tipo. Ello sólo es

posible si φ = π / 2, quedando

caso que corresponde a un circuito inductivo puro o capacitivo puro.

Por lo tanto la potencia fluctuante es debida a un solenoide o a un

condensador. Tales elementos no consumen energía sino que la

almacenan en forma de campo magnético y campo eléctrico.

La potencia compleja (cuya magnitud se conoce como potencia

aparente) de un circuito eléctrico de corriente alterna, 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) 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).

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Esta potencia no es la realmente "útil", salvo cuando el factor de

potencia es la unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación

de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los

elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van

a "almacenar" las bobinas y condensadores. Se la designa con la letra

S y se mide en voltiamperios (VA) (la potencia activa se mide en vatios

(W), y la reactiva se mide en voltiamperios reactivos (VAR)

Potencia aparente

Relación entre potencia activa, aparente y reactiva.

Es la suma (en forma vectorial) de las potencias activa y reactiva. Su

valor depende del ángulo de desfasaje.

Pap = Ief2 Z

Potencia activa

Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar

un proceso de transformación de 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. Cuando se habla de demanda eléctrica, es

esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda.

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Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su

expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:

Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos

resistivos.

Potencia activa

Es la potencia consumida en el circuito (por ejemplo convertida en

calor, energía mecánica, etc.). El la potencia que se utiliza.

Pact = Ief2 R

Potencia reactiva

Es la potencia necesaria para crear los campos eléctricos y

magnéticos. Es una potencia devuelta al circuito, pero que está

presente.

Potencia reactiva

Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser

consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores

en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo

que no produce trabajo necesario. Por ello que se dice que es una

potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios

reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.

Preact = Ief2 (Xl-Xc)

Potencia trifásica

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La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico

equilibrado está dada por la ecuación:

|

5.5. ¿Qué tipo de potencia eléctrica consumen las inductancias en

corriente alterna?

La llamada potencia reactiva que se mide en Volt-Amperios.

En realidad no es nada, pues es la potencia que realmente consumiría

una resistencia igual a su impedancia, pero que no consume, porque a

través de ella la tensión y la corriente están desfasadas 90º (coseno fi =

0).

5.6. En forma tabulada dar la divergencia de valores (errores absolutos y

relativos) existentes entre los valores que registra directamente el

ratímetro y las potencias halladas según fórmula, adjuntar un ejemplo

de cálculo

N° lámparaPotencia (W) Pexp=IV

Error absoluto Error relativo

1 100 102.6 0.026 3%

2 100 93.8 0.062 6%

3 100 95.76 0.0424 4%

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Potencia Total= 300W

Potencia Experimental Total = 292.16W

E%=|Rexp−RteoRteo |×100%

E%=|292.16−300300 | x 100%

E%=3%

5.7. Llenar la siguiente tabla:

N° lámpara Corriente (A) Tensión (V) Potencia (W) Pexp=IV

1 0.45 228 100 102.6

2 0.41 228 100 93.8

3 0.42 228 100 95.76

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6. OBSERVACIONES

CONCLUSIONES* La medida de vatímetro es mas precisa, porque mide amperio y voltaje a la vez, en cambio utilizando el amperímetro y el voltaje separados, nos da una medida parecida a la de vatímetro generando un porcentaje de error. * Existen diferentes tipos de potencia : en corriente continua y corriente alterna. * Una de las posibles causas del error en la toma de los datos fue el humano, ya que no todos sabíamos con precisión el manejo de dicho equipo de laboratorio Para medir la potencia se necesita como mínimo conocer dos magnitudes.

* Se Analizo y verifico en forma experimental la potencia consumida en una carga, tanto en forma directa (Ratímetro), como en forma indirecta (voltímetro – amperímetro)

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7. BIBLIOGRAFÍA

http://www.buenastareas.com/ensayos/Preinforme-Osciloscopio/788135.html, consultado el 14 de Setiembre de 2013.

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