CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN CIRCUITOS MONOFÁSICOS

I.- OBJETIVO.-

Analizar y evaluar en forma experimental la secuencia de fases de un sistema trifásico utilizando diferentes métodos.

II.-CIRCUITO ELECTECTRICO.-

III.-CALCULOS ELECTRICOS.-

DESARROLLO TEORICO DEL CIRCUITO

220 0

I T I M

I C

- j XCZ M

Sea Z M la impedancia del motor.

I M =220 0

Z M

I M = 220

Z M

I C = 220 w C 90 I C =220 0

X C - 90

Debido a que: Xc = 1 / w C

Sabemos que: I T = I M + I C

I T = 220 w C 90 220

Z M

+

I T = 220

Z M

j 220 w C+Cos 220

Z M

Sen - j

I T = 220 w C - Z M

Sen Z M

Cos( )2

( )2

+ arc tg w C Z M - Sen

Cos( )

Llamemos, al ángulo del fasor corriente total y trabajemos con su módulo. El módulo de la corriente total será:

I T =220

Z M1 + (w C Z M ) - 2 ( w C ZM Sen )2

IV.-ELEMENTOS A UTILIZAR.-

1 Transformador 250V - 6amp. 1 Vatímetro de bajo factor de potencia(f.p. =0.2, 220v – 5 amp.) 1 Cosfímetro (f.p.= 2 a 1)(Fluke 39) 1 Condensador variable de 0 30uF 1 Motor monofasico de inducción 220V- 0.9 Amp 1 Multimetro.

V.-FUNDAMENTO TEORICO.-

Factor de Potencia:

Denominamos factor de potencia al cociente entre la potencia activa y la potencia aparente, que

es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente cuando la forma de onda es

sinusoidal pura, etc. Cuando están presentes cargas reactivas, tales como bobinas o condensadores,

el almacenamiento de energía en estas cargas da lugar a diferencias entre las formas de onda de la

corriente y el voltaje. La potencia activa (P), medida en vatios (W), representa la capacidad del

circuito para realizar un trabajo en un tiempo dado. Debido a los elementos reactivos de la carga, la

potencia aparente (S), medida en voltamperios (VA), producto de la tensión por la intensidad, será

igual o mayor que la potencia activa. La potencia reactiva (Q), medida en voltamperios reactivos

(VAR), es una medida de la energía almacenada que es reflejada hacia la fuente durante cada ciclo

de la corriente alterna.

Es aconsejable que en una instalación eléctrica el factor de potencia sea alto y algunas empresas

de servicio electro energético exigen valores de 0,8 a más. O es simplemente el nombre dado a la

relación de la potencia activa usada en un circuito, expresada en vatios o kilovatios (KW), a la

potencia aparente que se obtiene de las líneas de alimentación, expresada en voltio-amperios o

kilovoltio-amperios (KVA).Cargas inductivas, tales como transformadores, motores de inducción y en

general cualquier tipo de inductancia (tal como las que acompañan a las lámparas fluorescentes

generan potencia reactiva con la intensidad de corriente retrasada respecto a la tensión.

Cargas capacitivas, tales como bancos de condensadores o cables enterrados generan potencia

reactiva con la intensidad adelantada respecto a la tensión.

Ambos tipos de cargas absorberán energía durante parte del ciclo de corriente alterna y solamente

devolverán energía a la fuente durante el resto del ciclo.

Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo a causa de la presencia

principalmente de equipos de refrigeración, motores, etc. Este carácter reactivo obliga que junto al

consumo de potencia activa (KW) se sume el de una potencia llamada reactiva (KVAR), las cuales en

su conjunto determinan el comportamiento operacional de dichos equipos y motores. Esta potencia

reactiva ha sido tradicionalmente suministrada por las empresas de electricidad, aunque puede ser

suministrada por las propias industrias. Al ser suministradas por las empresas de electricidad deberá

ser producida y transportada por las redes, ocasionando necesidades de inversión en capacidades

mayores de los equipos y redes de transmisión y distribución. Todas estas cargas industriales

necesitan de corrientes reactivas para su operación. La potencia reactiva, la cual no produce un

trabajo físico directo en los equipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone

en funcionamiento elementos tales como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes,

equipos de refrigeración y otros similares.

Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable los requerimientos de potencia reactiva también

se hacen significativos, lo cual produce una disminución exagerada del factor de potencia. Un alto

consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de:

Un gran número de motores.

Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.

Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una

mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.

Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.

Cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente, resistencias de calentamiento,

etc. no causan este tipo de problema ya que no necesitan de la corriente reactiva.

Corrección del factor de potencia

Mejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de la instalación de un

banco de capacitores eléctricos estáticos, o utilizando motores sincrónicos disponibles en la

industria (algo menos económico si no se dispone de ellos).La corrección del factor de potencia debe

ser realizada de una forma cuidadosa con objeto de mantenerlo lo más alto posible, pero sin llegar

nunca a la unidad, ya que en este caso se produce el fenómeno de la resonancia que puede dar

lugar a la aparición de tensiones o intensidades peligrosas para la red. Es por ello que en los casos de

grandes variaciones en la composición de la carga es preferible que la corrección se realice por

medios automáticos.

Donde:

- φ es el ángulo de desfasaje de la corriente del motor (Im) con respecto al eje x

- Q es una corriente reactiva que produce pérdidas y no es deseable, por lo tanto hay que

minimizarla.

VI.-SIMULACION DEL CIRCUITO.-

Con datos Aproximados para el circuito

Donde las gráficas de las corrientes de

cada rama son:

V 1

F R E Q = 6 0 H zV A M P L = 3 1 1 vV O F F = 0 v

R 1

2 4I

L 1

3 0 0 m H

C 1

3 0 u f

0

I

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms-I(R1) I(C1) -I(V1)

-800mA

-400mA

0A

400mA

800mA

VI.- BIBLIOGRAFIA.-

ANÁLISIS CIRCUITOS ELECTRICOS

Alexander Sadiku

ANÁLISIS CIRCUITOS ELECTRICOS II

Ing. F. López A.

Ing. O. Morales G.

APUNTES DE CLASE “ ANALISIS DE CIRCUITOS ELECTRICOS II ”

INSTURCCIONES DE LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRICOS II