INDICEI.- OBJETIVOS Pg. 03II.- FUNDAMENTO TEORICO.. Pg. 04III.- ELEMENTOS A UTILIZARSE... Pg. 09IV.- PROCEDIMENTO... Pg. 12V.- CALCULOS Y RESULTADOS.. Pg. 13VI.- CUESTIONARIO. Pg. 26VII.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Pg. 37VIII.- BIBLIOGRAFIA Pg. 38

I.- OBJETIVOS: Familiarizar al alumno con el uso del vatmetro, del medidor de energa y del cosfmetro. Analizar y evaluar la medida de potencia, de energa y factor de potencia en un circuito monofsico. Analizar y evaluar la medida de la correccin del factor de potencia en un circuito monofsico.

II.-FUNDAMENTO TEORICO:2.1 Generalidades: En todo circuito elctrico es de suma importancia determinar la potencia que se genera y que se absorbe. Todo aparato elctrico tiene una capacidad para transformar energa elctrica en otro tipo de energa (Elctrica, calorfica, mecnica, etc.), lo cual hace que el clculo de la potencia asociada sea de suma importancia. La potencia instantnea est dada por el producto del voltaje instantneo por la corriente instantnea. A los efectos de definir si la potencia es entregada o absorbida por el elemento en estudio, adoptaremos la siguiente convencin de acuerdo a los diagramas de la figura 2.1 y 2.2. a) Fuentes de tensin:

Figura 2.1 Esquemas para determinar el sentido de flujo de potencia en fuentes de tensin b) Fuentes de corriente

Figura 2.2 Esquemas para determinar el sentido de flujo de potencia en fuentes de corriente

2.2 Elementos pasivos El resistor es un elemento que absorbe energa y la transforma en forma irreversible. El inductor y el capacitor por ser elementos que tienen capacidad de acumular energa en forma de campo magntico y elctrico, lo que permite que absorban o entreguen energa durante pequeos lapsos de tiempo. En la figura 2.3 se muestra los sentidos del flujo de potencia en los elementos considerados pasivos.

Figura 2.3 Esquemas para determinar el sentido de flujo de potencia en elementos pasivos

2.3 Potencia instantnea

Se define la potencia instantnea como el producto de:

Si consideramos:

Entonces la potencia entregada ser:

Desarrollando:

La figura 1 muestra la grfica de la potencia instantnea.

Observacin

El valor medio con respecto al tiempo del trmino que contiene a cos2t y del trmino que contiene a sen2t es igual a cero, cuando se computa a lo largo de un periodo.

Entonces el valor medio de la potencia con respecto al tiempo a lo largo de un periodo es igual a:

Este mismo resultado se puede encontrando el valor medio de la ecuacin (1).

Figura 2.4 potencia instantnea

Analizando los componentes de la ecuacin (2) nos ayudara a comprender porque la potencia elctrica es tratada en trminos de componentes activos y reactivos y porque estos dos componentes son a veces representados como catetos de un tringulo.

2.4 Potencia Activa

La potencia activa instantnea est representada por , es decir por los dos primeros trminos del segundo miembro de la ecuacin (2). Se puede observar que estos dos trminos se combinan para formar una variacin de potencia instantnea que no contienen valores negativos; de aqu que esta parte de la ecuacin (2) se llama potencia activa instantnea.

2.5 Potencia Reactiva

El tercer trmino del segundo miembro de la ecuacin (2), es llamada potencia reactiva instantnea, por la razn de que el rea situada bajo la curva:

Representa la energa que oscila entre fuente de mando y los elementos reactivos (capacitivos o inductivos) del circuito.

2.6 Factor de potenciaPor definicin, el factor de potencia es el coseno del ngulo de fase entre el voltaje y la corriente; por lo que la medicin se realiza a partir de dicho ngulo de fase.

2.7 Correccin del factor de potencia

La finalidad de corregir el factor de potencia es reducir o aumentar el costo de energa reactiva en la factura de electricidad. Para lograr esto, es necesario distribuir las unidades capacitivas, dependiendo de su utilizacin en el lado del usuario del medidor de potencia. Existen varios mtodos para corregir o mejorar el factor de potencia, entro los que destacan la instalacin de capacitores elctricos o bien, la aplicacin de motores sincrnicos que finalmente actan como capacitores.

Figura 2.5 Tipos de instalaciones de capacitors para corregir el factor de potencia

III.-ELEMENTOS A UTILIZARSE: 1 Autotransformador de 0 230V; 6A 1 Vatmetro de 0 250V; 5A (W)

1 Medidor de energa 220V; 5A (KWh)

1 Multmetro Digital

1 Cosfmetro 0 250V; 5A(Cos)

1 Motor monofsico de 220V

2 lmparas incandescentes de 220 Voltios c/u. 1 lmpara fluorescente. 1 banco de condensadores 1 cronmetro Conductores para conexiones

IV.-PROCEDIMIENTO:1. Medir las capacitancias del banco de condensadores.2. Anotar las especificaciones tcnicas que presentan el vatmetro, el medidor de energa y el cosfmetro.CASO A:1. Implementar el circuito de la figura, sin conectarlo a la red de 220V, 60 Hz:

2. Verificar la escala de los instrumentos para evitar posibles daos. Si no se conoce la potencia corriente de la carga, por precaucin el ampermetro, vatmetro y cosfmetro debern estar a la mxima escala.3. Cerrar el interruptor S y conectar a la red (220V, 60Hz) el circuito de la figura 1. Medir los valores de V, A, KWh, cos() y W.4. Desconectando las lmparas una por una del circuito cada 2 minutos, medir los valores de V, A, KWh, cos() y W.5. Conectando slo el motor, medir los valores de V, A, KWh, cos() y W.CASO B:1. Implementar el circuito de la figura, sin conectarlo a la red de 220V, 60Hz:

2. Conectar el circuito de la figura 2 a la red de 220 V, 60Hz y cerrar el interruptor S. medir los valores de V, A, KWh, cos() y W.3. Reemplazar los valores de C1 por C2 y C3 y medir los valores de V, A, KWh, cos() y W. para cada uno de los casos.

V.-CALCULOS Y RESULTADOS:Resistencia de las lmparas y fluorescente.LAMPARASVALOR()

R117.4

R235.6

F0

Valor de los condensadores:CONDENSADORESVALOR(F)

C120.2

C29.62

C320.3

CASO A:CASO B:VI.-CUESTIONARIO:CASO A:1. Comparar las indicaciones del vatmetro con las expresiones ; y la potencia obtenida con las mediciones realizadas en el medidor de energa. Previamente calcular el terico. Discutir y mencionar las causas que originan las divergencias en los valores.2. Graficar la potencia leda en el vatmetro en funcin del tiempo, a escala conveniente. A esta grafica se le denomina Diagrama de Carga en un periodo dado (15 minutos). De esta curva experimental calcular la energa consumida por la carga en el tiempo mencionado.3. Graficar la energa en funcin del tiempo y mencionar la utilidad que presenta esta curva.4. Graficar la potencia potencia activa, y el factor de potencia leda por los instrumentos en funcin de la corriente total consumida por la carga.5. Tomando como referencia el plano complejo, elaborar los tringulos de potencia obtenidos para cada carga diferente.

CASO B:1. Graficar la potencia potencia activa, y el factor de potencia en funcin de las capacitancias utilizadas2. Tomando como referencia el plano complejo, elaborar los tringulos de potencia obtenidos para cada correccin de condensadores.3. Qu influencia tiene el factor de potencia inductivo y capacitivo en el registro de la energa? Explique.4. Qu influencia tiene la correccin del factor de potencia en las instalaciones elctricas industriales?

Un bajo factor de potencia implica un aumento de la corriente aparente y por lo tanto un aumento de las perdidas elctricas en el sistema, es decir indica una eficiencia elctrica baja, lo cual siempre es costoso, ya que el consumo de potencia activa es menor que el producto V.l. (potencia aparente).Veamos algunos efectos de un bajo factor de potencia: Un bajo factor de potencia aumenta el costo de suministrar la potencia activa a la compaa de energa elctrica, porque tiene que ser transmitida ms corriente, y este costo ms alto se le cobra directamente al consumidor industrial por medio de clusulas del factor de potencia incluidas en las tarifas. Un bajo factor de potencia tambin causa sobrecarga en los generadores, transformadores y lneas de distribucin dentro de la misma planta industrial, as como tambin las cadas de voltaje y prdidas de potencia se tornan mayores de las que deberan ser. Todo esto representa prdidas y desgaste en equipo industrial.a. Generadores: La capacidad nominal de generadores se expresa normalmente en kVA. Entonces, si un generador tiene que proporcionar la corriente reactiva requerida por aparatos de induccin, su capacidad productiva se ve grandemente reducida, Una reduccin en el factor de potencia de 100% a 80% causa una reduccin en los kW de salida de hasta un 27%.b. Transformadores: La capacidad nominal de transformadores tambin se expresa en kVA, en forma similar a la empleada con generadores. De esta manera, a un factor de potencia de 60%, los kW de potencia disponible son de un 60% de la capacidad de placa del transformador. Adems, el % de regulacin aumenta en ms del doble entre un factor de potencia de 90% y uno de 60%. Por ejemplo: Un transformador que tiene una regulacin del 2% a un factor de potencia de 90% puede aumentarla al 5% a un factor de potencia del 60%.c. Lneas de Transmisin y Alimentadores: En una lnea de transmisin, o alimentador, a un factor de potencia de 60%, nicamente un 60% de la corriente total produce potencia productiva. Las prdidas son evidentes, ya que un factor de potencia de 90%, un 90% de la corriente es aprovechable, y a un factor de potencia de 100% toda es aprovechable.

5. De manera invertida, lo que no produce un efecto adverso produce una ventaja; por lo tanto, el corregir el factor de potencia a niveles ms altos, nos da como consecuencia:

a. Un menor costo de energa elctrica. Al mejorar el factor de potencia no se tiene que pagar penalizaciones por mantener un bajo factor de potencia.b. Aumento en la capacidad del sistema. Al mejorar el factor de potencia se reduce la cantidad de corriente reactiva que inicialmente pasaba a travs de transformadores, alimentadores, tableros y cables.c. Mejora en la calidad del voltaje. Un bajo factor de potencia puede reducir el voltaje de la planta, cuando se toma corriente reactiva de las lneas de alimentacin. Cuando el factor de potencia se reduce, la corriente total de la lnea aumenta, debido a la mayor corriente reactiva que circula, causando mayor cada de voltaje a travs de la resistencia de la lnea, la cual, a su vez, aumenta con la temperatura. Esto se debe a que la cada de voltaje en una lnea es igual a la corriente que pasa por la misma multiplicada por la resistencia en la lnea.d. Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, lneas y generadores.e. Aumento de la vida til de las instalaciones

6. Dar las divergencias de valores tericos y experimentales, con los errores absolutos y relativos porcentuales en forma tabulada.VII.-OBSERVACIONES Y CONCLUCIONES:VII.-BIBLIOGRAFIA: http://metis.umh.es/jacarrasco/docencia/ep/Tema2/Tema2.pdf Stephen Chapman Tercera Edicin _Capitulo 3 (154-233) McGrawHill. http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Tecnologias/factor.pdf http://www.slideshare.net/waltercast/potencia-y-factor-de-potencia-en-circuitos-monofsicos http://www.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/Apuntes_EyM/Capitulo_2_Potencia_en_sistemas_monofasicos.pdf

ML 12116