Trabajo y potencia. Trabajo mecánico: Energía consumida al desplazar un cuerpo. Se mide en julios (J).

Transcripción

1 Tema 21.6 Trabajo y potencia Trabajo mecánico: Energía consumida al desplazar un cuerpo. Se mide en julios (J). Trabajo = Fuerza espacio 1 J (1 julio) = 1 N m (newton metro) 1 cal (caloría) = 4,187 J 1 J = 0.24 cal Potencia: Trabajo realizado o energía consumida (J) por unidad de tiempo (s). Se mide en vatios (W). P = Trabajo/Tiempo = Fuerza Velocidad 1 W (vatio) = 1 J/s (julio / segundo) = 1 N m / s 1 CV = 736 W 1

2 Potencia Eléctrica Potencia eléctrica: Trabajo que realiza o absorbe un elemento eléctrico en la unidad de tiempo. Se mide en vatios (W). En un circuito eléctrico la energía se puede transferir: haciendo un trabajo mecánico (motor) o termodinámico al convertir la energía eléctrica en calor (radiador), luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos (carga batería). La energía eléctrica total consumida por un dispositivo eléctrico se suele medir en kilovatios-hora (kwh). De Potencia = Energía/tiempo (W=J/s) Energía= P t (Ws ó Wh ó kwh) >> Ver en Tema 7 2

3 Potencia Eléctrica en CC. En corriente continua solo las resistencias eléctricas se oponen al paso de la corriente, sin que se produzca desfase entre la corriente y la tensión. Potencia eléctrica de un circuito CC: Producto de la tensión que existe en sus extremos por la intensidad que recorre el circuito. (El voltaje es como la fuerza y la intensidad como la velocidad) Se mide en vatios (W). 1 W = 1 V A (1 vatio = 1 voltio amperio) Para grandes instalaciones (consumos) se utiliza el kilovatio. 3

4 Potencia Eléctrica en CC. No toda la potencia que entra en un circuito se convierte en potencia útil, ya que parte se pierde: calor, pérdidas en línea, rozamientos, etc.. Por lo tanto, en corriente continua se puede decir que hay tres tipos de potencia, la absorbida P a (total), la útil P u y la potencia perdida P p. La potencia absorbida es igual a la suma de la potencia útil más la potencia perdida. 4

5 Potencia Eléctrica en CA. En corriente alterna, los valores de la tensión y de la intensidad, se encuentran variando constantemente, por lo que el valor del producto de ambos también varia constantemente. Al igual que la tensión, en la que se usa el valor eficaz V ef, para calcular la potencia se usan valores eficaces de tensión e intensidad (menores que los valores máximos de la senoidal correspondiente). El concepto de valor eficaz de una corriente alterna es un valor contante que produciría el mismo efecto sobre una resistencia (calentamiento) que la tensión alterna y variable correspondiente. 5

6 Potencia Eléctrica en CA. En los circuitos de CA, además de elementos resistivos, encontramos elementos inductivos y capacitivos, por lo que las sinusoides de la tensión y la intensidad no se encuentran en fase, es decir que a veces su polaridad no coincide en el tiempo, por lo que la potencia en ocasiones puede tener valores negativos. + + = = = - 6

7 Tipos de Potencia Eléctrica en CA. Los elementos capacitivos e inductivos, que hacen que la intensidad de corriente se adelante o se retrase respecto a la tensión, determinan que la potencia en estos circuitos no sea constante y tenga varios tipos: aparente, activa y reactiva. Entre los tres tipos de potencia existe una relación trigonométrica. Forman un triángulo, en el que la potencia aparente es la hipotenusa, la potencia activa o real es el cateto del coseno y la potencia reactiva es el cateto del seno. 7

8 Tipos de Potencia Eléctrica en CA. POTENCIA APARENTE: Es la total que tiene que suministrar el generador al circuito, aunque no toda pueda utilizarse como trabajo útil. Se mide en voltio-amperio (VA), ó múltiplo el kilo voltio-amperio (kva). POTENCIA ACTIVA: La potencia que realmente se utiliza para realizar un fin concreto dentro del circuito. Se encarga de realizar todo el trabajo útil de la instalación eléctrica. Se mide con el vatímetro. La unidad es el vatio (W), y como múltiplo, el kilovatio (kw). POTENCIA REACTIVA: Es la potencia que se necesita para que los elementos inductivos y capacitivos, como transformadores, motores y condensadores, puedan funcionar como tales. Es una potencia necesaria pero no productiva. Se intenta que sea del menor valor posible. Se mide con el varímetro y la unidad es el voltio amperio reactivo (VAr) y como múltiplo, el kilovoltio amperio reactivo (kvar). 8

9 Potencia Eléctrica en CA Monofásica En estos circuitos, la corriente recorre solamente un hilo activo y un hilo neutro, que tiene carga solo cuando el circuito esta cerrado y alimenta a algún receptor. Al coseno del ángulo se le llama factor de potencia. 9

10 Potencia Eléctrica en CA Trifásica En estos circuitos, la corriente recorre tres hilos activos y un hilo neutro. Si el sistema está equilibrado (circula la misma intensidad por la tres fases), la potencia se puede calcular por: V es la tensión de línea (entre fases 400 V) I la intensidad que circula por una fase (A) 10 Circuito desequilibrado. Puede ocurrir que la intensidad no sea igual por las tres fases (por avería o por mal reparto entre fases). Por tanto la potencia que transporta cada hilo es diferente. La potencia se calcula como suma de la de cada fase SS = UU ff1 II ff1 ccccccφφ 1 + UU ff2 II ff2 ccccccφφ 2 +UU ff3 II ff3 ccccccφφ 3

11 Factor de Potencia en CA El factor de potencia es el desfase entre las dos curvas sinusoidales de la tensión y la intensidad de un circuito alimentado por corriente alterna. Es muy importante controlar este factor de potencia, pues cuanto menor sea (mayor ángulo entre V y I), mayor será el aumento de la intensidad de corriente que ha de soportar el circuito, ya que para una misma potencia activa, al disminuir el factor de potencia aumenta la potencia aparente y la reactiva, y por tanto la intensidad que recorre el circuito. 11

12 Importancia de controlar Factor de Potencia Tabla de resultados: P=230x10x1=2300 W Factor potencia cccccc φφ 1 0,90 0,75 0,50 Intensidad (A) 10 11,1 13,