Universidad Tecnológica de PanamáFacultad de Ingeniería Eléctrica

Ingeniería ElectromecánicaCircuitos Eléctricos III

Profesor Matzel Daniel Montes

LABORATORIO N°5 "DEFASE INDUCTIVO Y POTENCIA REACTIVA".

Resumen. Este laboratorio tiene como finalidad demostrar el concepto de defase inductivo, utilizando la conexión de una fuente de voltaje alterna en serie con una carga de tipo inductivo, calcular y medir dicho defase y analisar el fenomeno de potencia reactiva inductiva mediante mediciones de voltaje y corriente con el multimetro, y de potencias con uso del medidor watt-var.Descriptores: potencia aparente.inductor, fuente ca, multímetro, potencia activa, potencia reactiva,

1. Introducción.

Los inductores o bobinas son elementos lineales y pasivos que pueden almacenar y liberar energía basándose en fenómenos relacionados con campos magnéticos. Básicamente, todo inductor consiste en un arrollamiento de hilo conductor. La inductancia resultante es directamente proporcional al número y diámetro de las espiras y a la permeabilidad del interior del arrollamiento, y es inversamente proporcional a la longitud de la bobina.

Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella. En los circuitos inductivos puros, la tensión sobre el inductor se encuentra adelantada 90 grados sobre la corriente, como lo muestran las figuras 1 y 2:

Figura 1. Representacion fasorial de V y I del inductor Figura 2. Defase entre V y I del inductor en el dominio del tiempo

La potencia reactiva inductiva es una potencia puramente fluctuante que absorben momentáneamente los receptores durante una parte del ciclo y devuelven a la red a lo largo del ciclo, de forma que no supone un consumo neto. Esto implica, sin embargo, un consumo de corriente extra (corriente reactiva) y por tanto una corriente total mayor que la estrictamente necesaria para obtener el trabajo útil, produciendo pérdidas innecesarias en la instalación.Mientras más bajo sea el factor de potencia, mayor será la potencia reactiva consumida. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR) y está dada por números imaginarios.

La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente:

Q= (VpIp)/2 sen(ϕ)= VrmsIrms sen(ϕ)

O bien, puede estar dada por la ecuación:

Q= (S2-P2)1/2

De donde:

· Q = Valor de la potencia reactiva inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR)· S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)· P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)

En un circuito inductivo puro la potencia permanece pulsante, bidireccional, va de la fuente hacia la carga y de la carga hacia la fuente y su valor promedio es cero como se ilustra en la figura 3.

Figura 3. Potencia instantánea en el inductor

En el presente laboratorio se demuestra experimentalmente el comportamiento del voltaje, la corriente y la potencia real y reactiva en circuitos eléctricos compuestos por una fuente de corriente alterna con cargas inductivas.

2. Materiales y Métodos.

En este laboratorio utilizamos una fuente de alimentación (Es) figura , capas de regularse en voltajes de salida iguales a 55 y 110 V, conectada en paralelo mediante cables de conexión a un módulo de inductancia, el cual contaba con tres inductores (0.4771H) como mínimo, luego conectamos un módulo de medición de corriente ca, un módulo de medición de voltaje ca y un módulo de potencia reactiva y real (Watts-VAR) para medir el voltaje, la corriente, la potencia aparente, real y reactiva del circuito como lo muestran las figuras 4 y 5 . Posteriormente repetimos el mismo procedimiento con otra carga inductiva (0.64H) para el análisis y comparación de los datos obtenidos.

Figura 4. Carga inductiva Figura 5. Conexión física del circuito inductivo3. Resultados y Discusión.

Poniendo en funcionamiento la fuente de alimentación tras conectarla en paralelo con el módulo de inductancia con una L min

de 0.4771 H se obtuvieron los datos recopilados en la tabla 1:

Es(ca) I1(A) E1(V) Q(VAR) P(watts) Lmin(H)55 V 0.35 55 15 5 0.4771110 V 0.7 110 70 10 0.4771

Tabla 1. Mediciones de corriente, voltaje, potencia reactiva y potencia real en la carga inductiva del primer circuito.

Luego de recopilar los datos de la tabla 1, y utilizando los valores de corriente I1 y de voltaje E1 (en la cargar inductiva), un ángulo de desfase ϕ55=71.57° para el primer voltaje de entrada y uno de ϕ110=81.87° para el segundo, se realizaron los cálculos ordenados en la tabla 2:

Es(ca) I1(A) E1(V) S(VA) Q(VAR) P(watts) Lmin(H)55 V 0.35 55 19.25 18.26 6.09 0.417110 V 0.7 110 77 76.23 10.89 0.417

Tabla 2. Cálculos de potencia reactiva y potencia real en la carga inductiva del primer circuito.

Con esto observamos que los valores medidos de la tabla 1 no son exactamente iguales a los valores calculados de la tabla 2, debido posiblemente a imprecisión en el instrumento de medición o a perturbaciones en la línea que alimenta el laboratorio, pero aun dichos valores resultan comparables por su semejanza.

Después de aumentar el valor de la carga inductiva del circuito hasta 0.64 H, mediante la conexión de dos inductores en paralelo, se realizaron las mediciones agrupadas en la tabla 3:

Es(ca) I1(A) E1(V) Q(VAR) P(watts) L(H)55 V 0.24 55 10 0 0.64110 V 0.5 110 50 10 0.64Tabla 3. Mediciones de corriente, voltaje, potencia reactiva y potencia real en la carga inductiva del segundo circuito.

Posteriormente, utilizando los valores de corriente I1 y de voltaje E1 (en la cargar inductiva) de la tabla 3, un ángulo de desfase ϕ55=89.4° para el primer voltaje de entrada y uno de ϕ110=78.64° para el segundo, se realizaron los cálculos ordenados en la tabla 4:

Es(ca) I1(A) E1(V) S(VA) Q(VAR) P(watts) L(H)55 V 0.24 55 13.2 13.19 0.13 0.61110 V 0.5 110 55 53.92 10.83 0.58Tabla 4. Cálculos de potencia reactiva y potencia real en la carga inductiva del segundo circuito.

4. Conclusión. Con esto podemos concluir que solo la corriente y la potencia reactiva del circuito varían al cambiar el valor de la reactancia inductiva de la carga, ya que al aumentar el valor de la inductancia del circuito las magnitudes de la corriente y la potencia reactiva disminuyeron mientras que el voltaje permaneció constante. En cuanto al desfase de la corriente con respecto al voltaje, este presenta una tan una solo leve variación.

4. Referencias Bibliográficas

© 2002-12 Unicrom.com All Rights Reserved.“ Bobina o inductor”. Disponible desde:http://www.unicrom.com/Tut_bobina.asp

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INELAP, S.A. de C.V. PDF “Compensación de Potencia Reactiva”. Disponiblle desde:http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/2155/1/images/Comp_pot_reactiva.pdf