Potencia en AC

Objetivo general

Determinar mediciones de potencia por el método de vatímetro en distintos niveles de tensión regulados por un variac y a su vez determinar factores de potencia que luego serán corregidos durante esta práctica.

Objetivos específicos

Determinar potencia en una carga rc y rl monofásica por método de vatímetro.

Determinar factor de potencia en un arreglo rc y rl

Corregir el factor de potencia de una carga por medio de condensadores.

Marco teórico

Potencia activaLa potencia eléctrica en AC está variando continuamente. Casi siempre la potencia que se desea en un circuito de AC es la potencia media, que está dada por

Pmed = VI cosφ

Donde φ es el ángulo de fase entre la corriente y el voltaje y donde V e I se entienden que son los valores efectivos o rms del voltaje y la corriente.

El término cos φ se llama "factor de potencia" del montaje propuesto

Potencia reactiva

No es una potencia (energía) realmente consumida en el circuito, ya que no produce trabajo útil debido a que su valor medio es nulo. Es presenciarle en montajes en los cuales existen bobinas o condensadores, y es necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos en dichos componentes. Se representa por Q y se mide en voltamperios reactivos (VAr) y está dada por la relación de la tensión la corriente y el senφ

Potencia compleja

El término V⋅ I*, es lo que se conoce como potencia compleja y se denota por la letra S. Se puede ver Que la potencia compleja se compone de una parte real que es la potencia promedio y una parte imaginaria que es la potencia reactiva, la cual se denota con la letra Q.

Factor de potencia

El factor de potencia de una carga se define como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, por lo tanto el factor de potencia es un número positivo, adimensional, que varía entre 0 y 1. Se puede interpretar como un porcentaje de la potencia promedio, de un total relacionado con la potencia aparente. De una forma alternativa el factor de potencia es el coseno del ángulo de potencia. El ángulo de la impedancia varía entre -90° y 0 para una carga resistivo capacitiva y entre 0 y 90° para una carga resistivo inductiva, por esto el coseno en este rango de valores de ángulo es siempre positivo; sin embargo, dos cargas diferentes pueden tener el mismo factor de potencia. Para diferenciarlos se recurre a lo que le pasa a la corriente con respecto al voltaje en una carga RL o RC; en una carga RL se sabe que la corriente se atrasa al voltaje, por lo tanto se dice que el factor de potencia en estas cargas es en atraso, denotándolo con FP (-), FP (↓) o FP (atraso). En una carga RC, la corriente se adelantará al voltaje por lo tanto en factor de potencia en este tipo de carga es en adelanto, denotándose como FP (+), FP (↑) o FP (adelanto). En una carga resistiva el ángulo de la impedancia es 0 y su factor de potencia es1, lo que quiere decir que la corriente se encuentra en fase con el voltaje y no tiene sentido decir que el factor de potencia es en atraso o adelanto.

Corrección del factor de potencia

La corrección del factor de potencia es el ejercicio de elevar el factor de potencia para una carga o un conjunto de cargas de acuerdo con normas que regulan los valores permitidos de factor de potencia. Dada la fórmula del factor de potencia, para aumentar su valor es necesario aumentar la potencia activa o disminuir la potencia aparente, obviamente ligada a una disminución de la potencia reactiva.

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.

Banco de elementos de Lorenzo.

Es un módulo de aprendizaje el cual cuenta con 3 resistencias variable, 3 inductores variables y 3 condensadores variables. Del cual se pueden obtener circuitos serie, paralelo y delta estrella de las diferentes configuraciones de cableado.

(nota: esta información fue tomada principalmente del cap 5 de circuitos eléctricos otorgado vía correo electrónico por el ingeniero narvaes como guía de aprendizaje del curso de circuitos 2, por lo cual se hace referencia que no es de mi autoría y el cual referencio mediante esta cita.)

Ecuaciones a utilizar

Tensión = I∗R

Corriente=VR

Impedancia= V fasorialI fasorial

(FactorDePotencia=¿V −¿ I)

∅=cos−1(FDP)

Potencia activa o promedio (P)=V∗I∗COS(∅ )

Potencia reactiva (Q) = V∗I∗SEN (∅ )

Potencia compleja=V∗I∗cos (∅ )+ jV∗I∗SEN (∅ )≈ P+JQ

Corrección del factor de potencia por medio de condensador= P (tanθ1−tanθ2)

w(Vrms)2

Procedimiento

Realizar un montaje de tipo rc y rl con el módulo de cargas delorenzo.

Como se realiza un montaje tipo rl: (observar diagrama fig1)

fig1: diseño de montaje esquema rl

Realizar la medición de corriente y tensión en la carga

Como se realiza la medición de tensión y corriente en la carga: (observar fig2)

Fig2 medición de corriente y tensión según se va variando el variac

NOTA: NO ENERGIZAR y tener en cuenta que para medir tensión es entre común y voltaje en el multímetro y para medir corriente es entre común y el socket que dice 10A

Realizar la medición de potencia activa por medio de vatímetro

Como se realiza la medición de potencia activa por medio del vatímetro: (observar fig3)

Fig3 montaje esquema de medición de potencia activa.

NOTA: no energizar y graduar a cero el vatímetro por medio de la perilla negra ubicada en la parte superior izquierda

Realización de medición de corriente tensión y potencia activa

Como se realiza la medición de tensión, corriente y potencia activa: ( ver fig4)

Fig4 montaje de multímetros y vatímetro para determinar tensión corriente y potencia activa en rc

NOTA: realizar recomendaciones anteriormente mencionadas una vez realizado todos estos procedimientos de seguridad y calibración se procede a energizar una vez que se ha determinado el valor de condensador, inductor y resistor a usar.

Como determinar que valores pueden obtenerse en el módulo de cargas delorenzo en caso de resistencias (ver fig5)

fig5 infografía de módulo de cargas resistivas

Como determinar que valores pueden obtenerse en el módulo de cargas delorenzo en caso de capacitores (ver fig6)

Fig6 infografía de módulo de cargas capacitivas

Como determinar que valores pueden obtenerse en el módulo de cargas delorenzo en caso de inductores (ver fig7)

Fig7 infografía de módulo de cargas inductivas

Toma de datos a verificar

Como se realiza la toma de datos: realizar variaciones en el en variac puede ser de a 5 o de a 10 unidades y tabular los datos obtenidos en multímetros y vatímetro.

De acuerdo a lo anteriormente informado en el marco teórico y en las ecuaciones a tener en cuenta se puede obtener el factor de potencia, y la posterior potencia reactivas y compleja ya que se cuenta con datos tales como tensión, corriente, potencia activa, tensión de manera fasorial y corriente de forma fasorial.

Tip 1: medición en vatímetro= tensión X corriente X FactorDePotenciaTip 2: FDP= <fuente-<corriente: entonces si fuente tiene <0……. Se puede ayar angulo de la

corriente

Hipótesis

En base a pre requerimientos propios de esta práctica tales como la impedancia debe tener un Angulo entre 20° y 70°

Asi que para el arreglo rl se tomó:Resistor=435 = posición 3 en el módulo de cargas delorenzoInductor= 1.27H= posición 4 en el módulo delorenzo

Por lo tanto nuestra impedancia = Zl=435+ j2 π∗60∗1.27=646.8∠47.74

Por otra parte para una configuración rc se tomaron Resistencia= 750 = posición 2 módulo delorenzoCondensador=2uf = posición 1 módulo delorenzo

Por lo tanto nuestra impedancia =Zc=750−j

2π∗2 x10.3=1523∠−60.51

Lo cual cumple con lo estipulado en los requerimientos previos del laboratorio teóricamente hablando. Ya que se han tomado estos valores de inductor y capacitor como ideales.

Que corriente se espera obtener

Si tenemos que nuestras impedancias son

Zl=646.8∠47.74

Zc=1523∠−60.51

Y tenemos una fuente variable con los siguientes valoresPosición Tensión

30405060708090

Las corrientes fasorialmente corresponderán a

I=VZ

Corriente en inductor Valor (A)1234567

Corriente en capacitor Valor (A)1234567

Que factor de potencia se espera obtener

Si tenemos que: FactorDePotencia=¿V −¿ I entonces

Angulo tensión Angulo corriente inductor Fdp inductor

Angulo tensión Angulo corriente capacitor Fdp capacitor

Que potencia se espera obtener

Posición inductor activa reactiva compleja

Posición condensador activa reactiva compleja

Resultados de mediciones

Simulación