P08 - Balance de Potencia Eléctrica en los Circuitos de Corriente Alterna PDF

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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍAFACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FÍSICAS Y FORMALESESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICAELÉCTRICA Y MECATRÓNICABALANCE DE POTENCIAS ELÉCTRICAS EN LOS CIRCUITOSDE CORRIENTE ALTERNAArequipa – 2021Curso:Grupo:Docente:Alumno:Circuitos Eléctricos II04Ma...

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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FÍSICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

BALANCE DE POTENCIAS ELÉCTRICAS EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA Curso:

Circuitos Eléctricos II

Grupo:

04

Docente:

Mag. Deidamia Giovanna Chani Ollachica

Alumno:

Alcocer Arce Jaer Jefferson Arequipa – 2021

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERIAS FÍSICAS Y FORMALES ESCUELA PROFECIONAL INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

I.

Laboratorio de Circuitos Eléctricos II Balance de Potencia Eléctrica en los Circuitos de Corriente Alterna

Código Grupo

04

Apellidos y Nombres: Alcocer Arce Jaer Jefferson

Sesión. N°

08 22/11/2021

4K06047

Semestre

VI FECHA

Objetivo ·

· II.

Jefe de prácticas: Mag. Deidamia Giovanna Chani Ollachica

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.

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: 𝑆 = 𝑉𝐸𝐹 ∙ 𝐼𝐸𝐹

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 ).: 𝑃 = 𝑉𝐸𝐹 ∙ 𝐼𝐸𝐹 ∙ cos 𝜙

Balance de Potencia ∑𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 = ∑𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎𝑠 Donde 𝜙 es el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente, al cos 𝜙 se le llama 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 ). 𝑄 = 𝑉𝐸𝐹 ∙ 𝐼𝐸𝐹 ∙ sin 𝜙 III.

Elementos para Utilizar · · · · · · ·

IV.

01 02 01 01 01 01 05

variac monofásico. resistencias variable 0-44 ohmios. multímetro digital. amperímetro analógico. vatímetro electrodinámico 0-120V, 5A. vatímetro digital. condensadores, conductores de conexión.

Actividades a. Armar el circuito de la siguiente figura:

b. Regulando el variac monofásico obtener el voltímetro 𝑉𝑇 una tensión desde 80 voltios a 220V.

c. Variar los valores de las resistencias, capacitor e inductancia. Tabla 01:

Valores Obtenidos

𝐴1

𝐴2

𝐴3

𝑉1

𝑉2

𝑉3

𝑉4

𝑉𝑇

𝑊

𝑓𝑑

𝑅1

𝑅2

𝐿

𝐶

𝐴

𝐴

𝐴

𝑉

𝑉

𝑉

𝑉

𝑉

𝑊

/

Ω

Ω

𝑚𝐻

𝜇𝐹

01

1.194

1.082

0.729

219.998

89.543

136.337 134.216

23.976

252.194

0.960

75

124

58

14

02

1.579

0.916

1.540

219.995 142.151 106.114 102.637

26.949

318.592

0.917

90

112

77

38

03

1.698

0.716

1.806

219.993 178.340

76.282

71.620

26.259

354.231

0.948

105

100

96

62

04

1.640

0.561

1.811

219.990 196.763

55.152

49.347

24.628

350.311

0.971

120

88

115

86

05

1.528

0.450

1.733

219.988 206.245

41.247

34.215

23.039

330.511

0.983

135

76

134

110

06

1.411

0.364

1.633

219.999 211.607

31.900

23.558

21.509

307.211

0.990

150

64

153

134

07

1.303

0.302

1.526

219.999 214.927

25.284

15.693

19.824

284.722

0.994

165

52

172

158

08

1.206

0.245

1.415

219.998 217.069

20.353

9.786

17.847

264.193

0.996

180

40

191

182

09

1.120

0.195

1.302

219.998 218.418

16.552

5.456

15.627

245.737

0.997

195

28

210

206

10

1.044

0.153

1.194

219.997 219.221

13.592

2.446

13.370

229.223

0.998

210

16

229

230

N°

Tabla 02:

Potencias Consumidas 𝑅1

N°

𝑅2

𝐶

𝑆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑥𝑝

𝑄𝐶 = 𝐼2 ⁄𝑋𝐶 𝑄𝐶 = 𝑉𝐶2⁄ 𝑋𝐶

𝐿

𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑥𝑝

𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑥𝑝

𝑆 = 𝑉𝑇 𝐼𝑇

𝑉𝑇 𝐼𝑇 cos 𝜙

𝑉𝑇 𝐼𝑇 sin 𝜙

𝑃1 = 𝐼12 𝑅1

𝑃1 = 𝑉𝑟2⁄ 𝑅1

𝑃2 = 𝐼22 𝑅2

𝑃2 = 𝑉𝑟2⁄ 𝑅2

𝑄𝐿 = 𝐼2⁄ 𝑋𝐿

𝑄𝐿 = 𝑉𝐿2 ⁄𝑋𝐿

01

106.923

106.906

145.170

145.274

25.598

26.290

100.692

98.104

262.678

252.092

75.094

02

224.392

224.521

94.056

94.057

24.378

25.019

165.549

161.310

347.372

318.448

141.171

03

302.736

302.906

51.295

51.294

18.564

19.053

139.544

136.009

373.548

354.031

120.980

04

322.752

322.631

27.672

27.672

13.633

13.990

101.160

98.617

360.784

350.424

87.527

05

315.196

315.089

15.403

15.404

10.238

10.507

72.422

70.552

336.142

330.599

62.184

06

298.638

298.517

8.484

8.672

7.646

8.021

52.788

51.406

310.419

307.122

45.142

07

280.138

279.961

4.736

4.736

5.906

6.061

39.095

38.078

286.659

284.874

33.189

08

261.798

261.772

2.394

2.394

4.310

4.423

29.182

28.422

265.318

264.193

24.872

09

244.608

244.648

1.063

1.063

3.006

3.085

21.828

21.276

246.398

245.671

18.823

10

228.887

228.847

0.374

0.374

2.018

2.071

16.442

16.019

229.677

229.260

14.424

Tabla 03:

Datos Teóricos

𝑆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑜

𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑜

𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑜

𝑆 = 𝑉𝑇 𝐼𝑇

𝑃 = 𝑉𝑇 𝐼𝑇 cos 𝜙

𝑄 = 𝑉𝑇 𝐼𝑇 sin 𝜙

01

262.680

252.437

02

347.380

03

N°

𝑋𝐿

𝑋𝐶

𝑋𝑇

𝑍𝑇

𝜙

72.637

21.865

189.470

167.605

184.608

16.053

318.584

138.482

29.028

69.805

40.776

140.022

23.494

373.560

353.951

119.440

36.191

42.784

6.592

130.052

18.647

04

360.800

350.215

86.753

43.354

30.844

-12.510

134.544

13.913

05

336.160

330.447

61.711

50.517

24.114

-26.402

144.279

10.578

06

310.420

307.187

44.685

57.680

19.795

-37.884

156.160

8.276

07

286.660

284.748

33.050

64.842

16.788

-48.054

169.051

6.620

08

265.320

264.158

24.805

72.005

14.575

-57.431

182.534

5.364

09

246.400

245.681

18.811

79.168

12.877

-66.292

196.470

4.378

10

229.680

229.227

14.420

86.331

11.533

-74.798

210.780

3.600

V.

Cuestionario 1 Explique en que consiste el balance de potencias. El principio de balance de potencias se apoya en que la potencia entregada por una fuente constantemente va a ser igual a la potencia consumida por los recursos resistivos, inductivos y capacitivos del circuito. 2 ¿Qué es el factor de potencia? El factor de potencia de un circuito viene dado por el coseno del ángulo de desfase que forman la tensión y la corriente (cos 𝜙) y es un concepto muy importante en el campo del suministro eléctrico. Digamos que, lo ideal sería que todas las cargas que se conectan a un circuito eléctrico de corriente alterna fuesen resistivas puras, es decir, con cos 𝜙 = 1, ya que, de esta forma, se aprovecharía al máximo la energía entregada por el generador. Si nos fijamos en el triángulo de potencias, que tengamos un cos 𝜙 = 1 significa que, en el circuito, la potencia reactiva sería igual a cero. La potencia reactiva no es una potencia que realice un trabajo útil, por lo tanto, interesa que sea igual a cero o lo más próximo posible a cero. Las cargas que consumen potencia reactiva son las bobinas, por lo tanto, los motores, y también los convertidores electrónicos utilizados en la regulación y control de las máquinas eléctricas. También se suele indicar el tipo del factor de potencia, esto es, si es de tipo inductivo o capacitivo, y eso depende de: · ·

En los circuitos capacitivos, la corriente adelanta a la tensión. En estos casos se dice que el factor de potencia está en adelanto. De otra forma, en los circuitos inductivos, la corriente retrasa respeto a la tensión, por lo tanto, el factor de potencia está en retraso.

3 ¿Explique sobre el instrumento analizador de redes y su conexión? ·

·

·

El analizador de redes eléctricas es una herramienta que posibilita examinar diferentes características de una instalación. Se concentra en especial en los límites de dispersión (Parámetros-S) y los datos que arroja permiten llevar un control preciso del consumo de energía eléctrica. Lo primero que se debería hacer es la conexión terrestre debido a que esta va a ser la que protegerá al instrumento de cualquier problema, después se conectara el neutro, luego el pin A, B y C a cada cable de tensión y al final conectar cada pinza amperimétrica a cada cable conforme el sentido de la corriente que se sugiere en la misma pinza. Para la desconexión, se seguirá el mismo método, sin embargo, de forma inversa.

4 Dibujar el diagrama fasorial completo correspondiente al circuito armado de todos los voltajes y corrientes.

5 A partir de los datos, hallar las potencias activa, reactiva y aparente teóricas. N° 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

𝑆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑜 262.680 347.380 373.560 360.800 336.160 310.420 286.660 265.320 246.400 229.680

𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑜 252.437 318.584 353.951 350.215 330.447 307.187 284.748 264.158 245.681 229.227

𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑜 72.637 138.482 119.440 86.753 61.711 44.685 33.050 24.805 18.811 14.420

6 A partir de los datos experimentales, hallar las potencias activa, reactiva y aparente experimentales. N° 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

𝑆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐸𝑥𝑝 262.678 347.372 373.548 360.784 336.142 310.419 286.659 265.318 246.398 229.677

𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐸𝑥𝑝 252.092 318.448 354.031 350.424 330.599 307.122 284.874 264.193 245.671 229.260

𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐸𝑥𝑝 75.094 141.171 120.980 87.527 62.184 45.142 33.189 24.872 18.823 14.424

7 En forma tabulada dar la divergencia de valores existentes entre los valores teóricos y experimentales. N° 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

𝑆𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑖𝑣 0.002 0.008 0.012 0.016 0.018 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003

𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑖𝑣 0.345 0.136 -0.080 -0.209 -0.152 0.065 -0.126 -0.035 0.010 -0.034

𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑖𝑣 -2.457 -2.690 -1.540 -0.774 -0.473 -0.457 -0.140 -0.067 -0.012 -0.004

VI.

Observaciones y Conclusiones Hacer las observaciones y conclusiones en forma clara y empleando el menor número de palabras. · · · · · · ·

VII.

Se analizó y verificó en forma experimental la potencia activa, reactiva y aparente de los circuitos eléctricos de corriente alterna, mediante el vatímetro monofásico y el voltímetro amperímetro. Se analizó y verificó el procedimiento correcto para la utilización y funcionamiento del instrumento vatímetro. La diferencia entre Potencias Aparentes, Reactiva y Activa, son bastante pequeñas, por lo cual tenemos la posibilidad de asegurar que los cálculos son bastante exactos. Conocimos un nuevo instrumento de medición, capaz de permitirnos llevar un control preciso del consumo de energía eléctrica. Somos capaces de solucionar cualquier circuito, con diversos elementos serie o paralelo y encontrar potencias, componente de Potencia y diagramas topológicos. No es aconsejable poner muchos artefactos de medición a la vez ya que la resistencia interna de todos dichos perjudica al resultado de medición de dichos. Se debe tener baste cuidado y, más que nada, tener los implementos de estabilidad, al instante de usar y conectar el Analizador de Redes pues tenemos la posibilidad de padecer descargas eléctricas de un elevado voltaje.

Bibliografía Indique la bibliografía utilizada o la página web. · · · · · ·

https://es.wikipedia.org/wiki/Vat%C3%ADmetro https://miuniversoelectronico.com/corriente-alterna/potencia-en-corriente-alterna/ http://www.imergia.es/eficiencia-energetica/que-es-la-potencia-reactiva0 https://html.rincondelvago.com/vatimetro.html?url=vatimetro Resource not found (tec.mx) Analizador de redes eléctricas: manejo y aplicación (maeswell.com)...