domingo, 27 de mayo de 2012

Potencia eléctrica




Mapa mental potencia eléctrica.




OBJETIVO.

Obtener conocimiento y desarrollar habilidades para el entendimiento del concepto de potencia eléctrica teniendo como base los principios y definiciones de la electricidad, teniendo en cuenta su función, uso y efectos.
Cada rama de conocimiento como la electricidad tiene una historia y un desarrollo se tocaran puntos importantes para tener un buen desenlace en el tema a tratar que es "potencia eléctrica"

TEMARIO.

  1. Mapa mental
     2. Objetivo

     3. Introducción(Electricidad)  
      3.1 ¿Que es la electricidad?
      3.2 Magnitudes.
      3.3 Ley de ohm.
      3.4 Tipos de corriente eléctrica.

   4.Potencia eléctrica.
      
      4.1 Definición.
      4.2 Unidades.

      4.3 Potencia eléctrica en CC.
          4.3.1 Definición.
          4.3.2 Formulas.
          4.3.3 Ejemplos.
          4.3.4 Problemas.

      4.4 Potencia eléctrica en CA.
          4.4.1 Definición.
         
          4.4.2 Potencia eléctrica monofásica.
               4.4.2.1 Definición.
               4.4.2.2 Formulas.
               4.4.2.3 Ejemplos.
               4.4.2.4 Problemas.


          4.4.3 Potencia eléctrica trifásica.
               4.4.3.1 Definición.
               4.4.3.2 Formulas.
               4.4.3.3 Ejemplos.
               4.4.3.4 Problemas.
           

     5.Factor de potencia.

      5.1 Definición.
      5.2 Formulas.
      5.3 Tipos de cargas.
      5.4 Diagramas fasoriales.
      5.5 Bajo factor de potencia.
      5.6 Compensación de bajo factor de potencia.
      5.7 Cálculos coeficiente K.
      5.8 Ejemplos.
        
  

ELECTRICIDAD 




La electricidad y sus efectos pueden explicarse a partir de una diminuta partícula llamada "electrón",ya que, es creada por la acción de traslado de los electrones de un punto a otro.

La corriente se desplaza a 300000 km/seg del polo negativo al positivo.Al paso de electrones se le llama descarga, hay tres tipos de descarga:
  • Por medio de un conductor
  • Por arco
  • Por contacto
 
  


MAGNITUDES ELÉCTRICAS


Dentro del estudio de la electricidad encontramos que hay tres magnitudes fundamentales:

 INTENSIDAD:Es la cantidad de la carga eléctrica, es decir, el    paso de 6.29 x 10 a la 18 en un segundo(coulomb).Se mide en Amperes.
 
VOLTAJE:Es la diferencia de potencial,es decir, el trabajo requerido para mover una carga y se mide en Volts.


RESISTENCIA:Es la oposición al flujo de corriente y se mide en Ohm.


LEY DE OHM.


Como base de la electricidad se ha creado una ley que se considera la herramienta principal del estudio de esta rama.Esta formula es conocida como la "ley de ohm", la cual establece que:
"La intensidad es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia"
Lo anterior significa que para un voltaje fijo, el aumento de en la resistencia disminuye la intensidad, y la disminución de la resistencia aumenta la intensidad.

TIPOS DE CORRIENTES ELÉCTRICAS.


CORRIENTE CONTINUA (CC).

La corriente continua es el resultado del flujo de electrones por un conductor en una sola dirección, es decir, que podemos asegurar que la corriente no cambia su magnitud, ni su sentido en el tiempo.

                                        


CORRIENTE ALTERNA (CA).

La corriente alterna a diferencia de la corriente continua, fluye durante un tiempo en un sentido y después de ese tiempo en otro sentido, volviendo a repetir su ciclo en forma constante.

La corriente alterna tiene ciertas características que la definen y son:
  • CICLO:es la variación completa de una señal de cero a un valor máximo positivo, regresando a cero y luego a un punto máximo negativo.
  • FRECUENCIA:es el numero de ciclos que se producen en un segundo.
  • PERIODO:es el tiempo necesario para que se repita un ciclo.
  • LONGITUD DE ONDA:es la distancia en linea recta medida en la dirección que se propaga la onda.
  • FASE:es la relación de tiempo entre señales.
  • DESFASAMIENTO:se dice desface cuando dos ondas presentan valores máximos negativos o positivos en distinto tiempo.

POTENCIA ELÉCTRICA.



La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).


Formula:

                                                               P=E*t



Unidades

Sistema Internacional (SI): 
vatio, (W)

Sistema inglés: 

caballo de potencia o horse power, (HP) 

1 HP = 550 ft·lbf/s

1 HP = 745,699 871 582 270 22 W.





POTENCIA ELÉCTRICA EN CORRIENTE CONTINUA (CC).



Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión.



P = \frac{dw}{dt} = \frac{dw}{dq}\cdot\frac{dq}{dt} = V\cdot I\,

Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como:



P = R\cdot I^2 = {V^2  \over R}
En caso de que la variante desconocida fuera I se tomaría como referencia la segunda formula desarrollada en el ejemplo anterior.Tomando siempre como referencia la ley de ohm.


POTENCIA ELÉCTRICA EN CORRIENTE ALTERNA (CA).

En corriente alterna la potencia entregada depende de la carga conectada al circuito y más concretamente al desfase que provoque la carga entre v e i.
Si la carga es resistiva pura, la tensión y la corriente están en fase, en este caso la 
potencia es siempre de signo positivo (ya que tensión y corriente tienen el mismo signo 
en cada instante) y su valor es el producto de los valores eficaces de la tensión por la 
corriente.






POTENCIA MONOFÁSICA.


En el caso de la potencia en corriente alterna  monofásica se presentan distintos tipos de potencia: 

Cuanto más pequeño sea el factor de potencia menor será la potencia aprovechada.

La potencia aprovechada es la potencia activa (P). Se mide en watios [W].

La potencia aparente (S) es la que circula por los conductores  y se mide en 

voltioamperios [VA].

La potencia reactiva (Q) es una potencia que no es consumida por la carga sino que está

continuamente circulando entre la carga y el generador . Provoca pérdidas al hacer 

circular más corriente de la necesaria por los conductores y hace que deban

sobredimensionarse. Se mide en voltioamperios reactivos [VAr].

Formulas de potencia monofásica.

  • POTENCIA INSTANTÁNEA:Es aquella dada por el valor instantáneo de una onda tomada desde x punto.
P (t) = V * I (cos (θ) - cos (2 wt-(θ))

  • POTENCIA ACTIVA O REAL:La potencia aprovechada es la potencia activa (P). Se mide en watios [W].



  • POTENCIA REACTIVA:La potencia reactiva (Q) es una potencia que no es consumida por la carga sino que está continuamente circulando entre la carga y el generador . Provoca pérdidas al hacer circular más corriente de la necesaria por los conductores y hace que deban sobredimensionarse. Se mide en voltioamperios reactivos [VAr].


  • POTENCIA APARENTE:La potencia aparente (S) es la que circula por los conductores y se mide en voltioamperios [VA].

S= P / fdp





             



  


POTENCIA ELÉCTRICA EN CORRIENTE ALTERNA TRIFÁSICA:


Un sistema trifásico equilibrado esta formado por tres fuentes de voltaje de la misma
magnitud, desfasadas 120 º (R,S,T).


Hay dos maneras de conectar las fuentes o las cargas trifásicas:

                                      Conexión Estrella (Y) Conexión Triangulo (Δ)

   

                                                    EN ESTRELLA                                                            DELTA O TRIANGULO


Las formulas para sistemas equilibrados son:


La formula para obtener la potencia en sistemas desequilibrados se tiene que obtener una de las potencia y luego sumar todas las potencias:




FACTOR DE POTENCIA:


El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente.
Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

TIPOS DE CARGA EN FACTORES DE POTENCIA:


En las cargas  resistivas como las lámparas 
incandescentes, el voltaje y la corriente están en 
fase. Por lo tanto,en este caso, se tiene un factor de potencia unitario. 






En las cargas  inductivas como los motores y 
transformadores, la corriente se encuentra retrasada respecto al voltaje.
Por lo tanto, en este caso se tiene un factor de potencia retrasado.









En las cargas  capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje.
Por lo tanto,en este caso se tiene un factor de  potencia 
adelantado.






DIAGRAMAS FASORIALES:


Según el tipo de carga, se tienen los siguientes diagramas: 








Bajo factor de potencia:


Causas:
•Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de energía.


•Cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del ángulo se incrementa y 
disminuye el factor de potencia.

Problemas técnicos:
• Mayor consumo de corriente.
•Aumento de las pérdidas en conductores.
•Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.
• Incremento de las caídas de voltaje.




 Compensación del factor de potencia.






  •  Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento.
  • Esta demanda de reactivos se puede reducir e incluso anular si se colocan capacitores en paralelo con la carga.
  • Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.




En la figura anterior se tiene:



  •  QL es la demanda de reactivos de un motor y  S1 la potencia aparente correspondiente.
  •  Qc es el suministro de reactivos del capacitor de compensación.
  •  La compensación de reactivos no afecta el consumo de potencia activa, por lo que P es constante.
  •  Como efecto del empleo de los capacitores, el valor del ángulo  φ 1  se reduce a φ 2.
  •  La potencia aparente S1  también disminuye, tomando el valor de S2.
  •  Al disminuir el valor del ángulo φ se incrementa el factor de potencia.



Existen tres tipos de compensación mas empleados en paralelo los cuales son:






  • Compensación individual:
Aplicaciones y ventajas 

  • Los capacitores son instalados por cada carga inductiva. 
  • El arrancador para el motor sirve como un interruptor para el capacitor. 
  • El uso de un arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores. 
  • Los capacitores son puestos en servicio sólo cuando el motor está trabajando. 



  • Desventajas 

  • El costo de varios capacitores por  separado es mayor que el de un capacitor individual de valor equivalente. 
  • Existe subutilización para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia. 



    • Compensación en grupo:

    Aplicaciones y ventajas  

    • Se utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas de igual potencia y que operan simultáneamente. 
    • La compensación se hace por medio de un banco de capacitores en común. 
    • Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el centro de control de motores. 
    Desventaja 
    • La sobrecarga no se reduce en las líneas de alimentación principales 


    • Compensación central.

    Aplicaciones y ventajas  

    • Se utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas de igual potencia y que operan simultáneamente. 
    • La compensación se hace por medio de un banco de capacitores en común. 
    • Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el centro de control de motores. 

    Desventaja 
    • La sobrecarga no se reduce en las líneas de alimentación principales 






















    Cálculo de los kVARs del capacitor 


    De la figura siguiente se tiene:
    QC=  QL – Q 

    Como: 
    Q=P*Tan
    QC= P (Tan 1 - Tan 2) 


    Por facilidad, 
    QC= P* K

    Cálculos coeficiente K en KVAR


    Cuestionario

     1. ¿Cuales son los tres tipos de descarga eléctrica?


         a) Por arco, por contacto y por medio de un conductor.
         b) Por contacto, por fricción y por arco.
         c) Por arco, por rozamiento, por un conductor.


     2. ¿Cuales son las magnitudes eléctricas?


         a) Intensidad, Voltaje, Potencia.
         b) Intensidad, Voltaje, Resistencia.
         c) Intensidad, Voltaje, Potencia aparente.


     3. ¿Cuales son las unidades de la potencia eléctrica?


         a) El Watt y el Horse Power.
         b) El Watt y la Intensidad.
         c) El Watt y el Voltaje.

     4. ¿Cual es la formula de potencia?


         a) P=I * R
         b) P=I * V
         c) P=V * t


     5. ¿Cuales son las dos formas de conectar la fuentes en la potencia alterna trifásica?


         a) En estrella y paralelo.
         b) En estrella y serie.
         c) En estrella y delta.


    Completa las siguientes oraciones

    Corriente trifásica, Potencia eléctrica, Factor de potencia, Potencia reactiva, Corriente continua

     1. La                                   es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo.

     2. En                                       la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales.

     3. La potencia                                    es una potencia que no es consumida por la carga sino que está continuamente circulando entre la carga y el generador.

     4. El                                        se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente.

    5. En                                       la potencia entregada depende de la carga conectada al circuito y más concretamente al desfase que provoque la carga entre v e i.

    Relaciona las columnas con una linea

    a) Formula Potencia aparente.                                         

    b) Formula Potencia reactiva.                                           

    c) Formula Potencia activa.                                               



    Ejemplos y Problemas

    Ejemplos:

    1)Si se tuviera trabajando una lampara conectada a 220V con una intensidad de 10A.
    a) Calcular la potencia.
    P=V * I 

    P= 220 * 10= 2200 KW.


    2) Una batería de automóvil de 12 V de fem proporciona 7,5 A al encender las luces delanteras. Cuando el conductor opera el motor de arranque con las luces encendidas, la corriente total llega a 40 A. 


    a)Calcule la potencia eléctrica en ambos casos.

    P1 = V*i1            P1 = 12 V*7,5 A  = 90 W
    P2 = V*i2            P2 = 12 V*40 A   = 480 W




    3) Un alternador trifásico de 440 V y conexión estrella, admite una corriente máxima de 35 A en cada devanado (línea). 


    a) Calcular la potencia aparente máxima que puede suministrar el generador.
    La potencia aparente máxima que puede suministrar el alternador vendrá dada por: 


    S = 3 x 440 x 35= 26,7 kVA




    4) Se tiene un motor trifásico de 200 Kw operando a 440V con un factor de potencia de 0.6 calcular:


    a) La potencia activa.


    S= P / fdp = 200 Kw / .6 =  333.333 KVA


    b) La potencia en KVAR del capacitor que es necesario para corregir el factor de potencia a .9.


    QC= P * K= 200Kw * 0.849K = 169.8 KVAR

    Problemas

    1) Una pila cuesta 2,00 €. Su tensión es de 1,5 V y puede entregar 2 A durante 6 horas, calcule:


    a) La potencia.

    b) La energía.

    c) El costo de cada kWh.




    2) Una lámpara cuya I es de 0,5 está conectada a una línea de 220v. Calcular:


    a)La potencia eléctrica.

    b)La energía consumida en Julios si ha estado encendido durante 5h.




    3)Se tiene un motor trifásico de 75 KVA. operando a 230V con un factor de potencia de .8, si la energía se entrega de un alimentador de .5 ohms de resistencia calcular:


    a) Potencia activa.


    b) Potencia en KVAR del capacitor que es necesario para corregir el factor de potencia a .9.




    4) Se tiene un motor trifásico de 20KW operando a 440V con un factor de potencia de .7 si la energía se entrega de un alimentador con .18 de resistencia.


    a) La potencia aparente.


    b) La potencia en KVAR del capacitor que es necesario para corregir el factor de potencia a .9.

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