MEDIDA DE POTENCIA Y CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

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1 MEDIDA DE POTENCIA Y CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA OBJETIVOS: I Utilizar el vatímetro análogo y el digital para medir la potencia activa absorbida por una puerta. II Repasar los fundamentos teóricos e implementar en la práctica el método más utilizado para mejorar el porcentaje de energía extraída de la red que se aprovecha o convierte en trabajo útil en una carga o dispositivo conectado a ella: factor de potencia PROBLEMAS PREPARATORIOS 1 Para el circuito de la Figura con los valores de la ecuación (1) obtener los voltajes, corrientes y potencias (aparentes, activas y reactivas) absorbidas para cada uno de los elementos de circuito y calcular y el factor de potencia en la carga (puerta p-q): (a) Con S 1 cerrado y S 2 y S 3 abiertos; (b) Con S 1 y S 2 cerrados y S 3 abierto; (c) Con S, S y S cerrados; FIGURA 1 (1)

2 2 Para el caso (c) del problema anterior suponer conocido el factor de potencia de la puerta p-q y hallar C en función de f, L y R 2 y ecuación (1). Verificar el valor obtenido en el problema 1. con los parámetros de la 3 Suponer una puerta a través de la cual hay una diferencia de potencial y una corriente definida en el sentido de la caída de potencial dicha puerta. Demostrar que la potencia instantánea absorbida por viene dada por la siguiente expresión: (2) donde se denomina potencia activa instantánea y la potencia reactiva instantánea Nótese que (3) donde es el valor promedio de y es el valor máximo de y 4 Describir brevemente los detalles constructivos del vatímetro análogo. Para registrar el valor de cuál de las cantidades definidas en (3) se usa dicho instrumento de medida. Cómo debe conectarse?. 5 Cuál debe ser la resistencia de un bombillo incandescente de 100 vatios a 120 Voltios 6 Obtener el valor promedio de la potencia absorbida por una resistencia conectada a una fuente sinusoidal de amplitud. Cuál debería ser el valor de una fuente de voltaje de valor constante que produzca el mismo valor de potencia promedio. Con qué nombre se conoce este valor?

3 7 La Figura 2 muestra 2 bombillos de 100 vatios a 120 Voltios conectados en paralelo a través de un interruptor termo-magnético que sirve de protección contra sobre-corriente y/o corto-circuito a una fuente sinusoidal de voltaje de 60 ciclos por segundo y valor eficaz de 120 Voltios. Si y obtener la corriente de línea para cada una de las siguientes configuraciones: (a) S 1 y S 2 abiertos; (b) S 1 cerrado y S 2 abierto; (c) S 1 y S 2 cerrados. FIGURA 2 8 Para cada uno de los casos del problema anterior obtener el factor de potencia de la carga compuesta conectada a los terminales de la fuente y la potencia activa promedio absorbida por ella. 9 En qué unidades se mide el consumo de potencia activa y reactiva. Definir cada una de ellas. 10 Es costumbre generalizada de las empresas distribuidoras de energía eléctrica permitir a las industrias un consumo de energía reactiva equivalente a la mitad de la activa. La energía reactiva en exceso a este límite se cobra al mismo precio de la activa. Es decir, denotando por A y B el consumo de energía activa y reactiva, respectivamente, el criterio de tarifa descrito se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera: donde es el costo total del consumo de energía eléctrica en pesos y es el precio unitario de energía en pesos por kilovatio-hora. Suponiendo que suponiendo que la carga instalada y el ciclo de trabajo de los dispositivos eléctricos de una industria no varían, que su consumo de energía activa y

4 reactiva se puede simular mediante el caso (b) del problema 7 (carga inductiva) y que el precio unitario permanece constante, comparar las cuentas de cobro mensuales con y sin corrección del factor de potencia como ilustra el caso (c) del problema 7. PRÁCTICA 1 Con los parámetros de la ecuación (1) montar el circuito de la Figura 1. Ajustar los valores de y con S 1 cerrado y S 2 y S 3 abiertos hasta que por el circuito circule una corriente de 1 A disminuyendo la primera y/o aumentando la segunda. Medir los valores de las resistencias mediante un puente de Wheatstone. 2 Con los parámetros de la ecuación (1), excepto y que son los valores medidos en 1, instalar instrumentos de medida necesarios para medir experimentalmente los fasores. Conectar un interruptor termo-magnético entre la fuente y la resistencia y medir la resistencia interna de la inductancia con el puente de Wheatstone. Tomar lecturas de las variables mencionadas así como de la potencia absorbida por cada elemento de circuito para los casos (a), (b) y (d) del problema preparatorio 1. Observar y explicar en cada caso el efecto sobre la magnitud del voltaje y sobre la magnitud de la corriente. Medir los voltajes para evaluar las potencias aparentes y determinar para cada puerta individual como para la compuesta. Verificar el equilibrio de potencias tanto activas como reactivas. Nótese que simula las pérdidas en el sistema de transmisión de energía desde la fuente hasta el punto de consumo donde se ubica la carga p-q. 3 Con los datos del problema 7 montar el circuito de la Figura 2. Con S 1 y S 2 abiertos medir las potencias absorbidas por las bombillas para los valores de voltaje de la siguiente tabla: Voltaje (V) Potencia (W) Suponiendo que la potencia es proporcional a determinar. 4 En el circuito de la Figura 2 tomar lecturas de,,, (a) cuando ambos interruptores están abiertos; (b) cuando se cierra S 1 y S 2 se deja abierto y (c) cuando ambos interruptores se cierran. Observar y explicar el comportamiento de. Medir

5 la potencia activa entregada por la fuente de voltaje sinusoidal y la absorbida por las puertas m-n, x-y y p-q.. Medir los voltajes para evaluar las potencias aparentes y determinar para cada puerta individual como para la compuesta. Verificar el equilibrio de potencias tanto activas como reactivas.

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