PRÁCTICA 1 RED ELÉCTRICA PARTE 1.- MEDIDA DE POTENCIAS EN UN CIRCUITO MONOFÁSICO. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA OBJETIVOS - Diferenciar entre los tres tipos de potencia que se ponen en juego en un receptor monofásico de corriente alterna - Adquirir destreza en el uso del vatímetro monofásico - Adquirir destreza en el uso de la pinza vatimétrica - Realizar diferentes medidas de potencia en un sistema monofásico - Entender la necesidad de realizar la corrección del factor del factor de potencia de cargas monofásicas inductivas y realizar dicha corrección en dos ejemplos típicos de las mismas INTRODUCCIÓN En esta parte 1 de la primera práctica se realizarán medidas de potencia activa, tensión y corriente en cargas monofásicas. Las cargas monofásicas que se van a utilizar son: - Un transformador monofásico (220/110, 630VA) funcionando en vacío - Una pantalla con dos tubos fluorescentes de 18W conectados en paralelo En ambos casos se medirán la tensión de alimentación, 220V, la corriente absorbida, así como la potencia activa. A partir de estos datos, se calcularán: el factor de potencia (cosϕ), el desfase entre la corriente y la tensión (ϕ), la potencia reactiva (Q= V I senϕ) y la potencia aparente ( S =V I). Una vez realizados estos cálculos, se procederá, con cada una de estas cargas monofásicas, a compensar su factor de potencia conectando en paralelo con cada una de ellas un condensador del valor adecuado, volviéndose a repetir tanto las medidas como los cálculos anteriormente realizados, y sacando las conclusiones adecuadas tanto desde el punto de vista de la compañía eléctrica como desde el punto de vista del abonado final. Además, cada grupo deberá de realizar alguna de las medidas de potencia con la pinza vatimétrica, con el objetivo de que se familiarice con la utilización de este tipo de instrumentos. PRECAUCIONES A TENER EN CUENTA Como anteriormente se ha indicado, las tensiones que se van a utilizar para alimentar ambas cargas monofásicas son de 220V eficaces (310V máximos), como puedes suponer, cualquier error en las conexiones de los montajes, o cualquier descuido puede acarrear graves consecuencias, no sólo para los equipos que se estén utilizando, sino, y lo más importante, para PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 1
la salud del propio alumno, es por esto que os recomendamos encarecidamente que sigais a rajatabla las siguientes instrucciones: - No realices ninguna manipulación sobre el montaje objeto de estudio con alimentación en la mesa (luz roja de la mesa encendida) - Alimenta todos los montajes a través del variac que se encuentra en el puesto de trabajo. Siempre debes de comenzar a aplicar tensión desde tensión cero en adelante y hasta la tensión de alimentación especificada, de forma gradual, lo cual te permitirá poder detectar problemas, si los hubiera, sin causar daño ni a los equipos ni a los demás alumnos. - Los instrumentos de medida no debes de manipularlos mientras que el montaje esté alimentado, sino que éstos deben de conectarse en los bornes que a tal efecto se han dispuesto: - En el transformador, sobre la propia plataforma sobre la que está montado - En los tubos fluorescentes, en la plataforma auxiliar que se os facilita (conexiones roja y negra para cargas monofásicas) De esta forma se evita que los cables de conexión queden sueltos sobre la mesa de trabajo, sin control, de forma que no puedan provocar ningún accidente (un cortocircuito entre fases, o una descarga accidental al alumno) o bien que por un descuido al realizar una medida se puedan producir los accidentes antes mencionados. Para conocer el conexionado de ambas plataformas de bornes de conexión, ha de tenerse en cuenta lo siguiente: - En el transformador están unidas todas los bornes de cada fila horizontal, excepto aquellas que se encuentran marcadas con una A (de amperímetro), que se han dejado sin conectar para poder introducir entre ellas el mencionado instrumento. - En la plataforma auxiliar de bornes, sus conexiones están reflejadas en la figura explicativa que puedes encontrar en el puesto de trabajo. - Ten presente que los limitadores de corriente de las mesas de trabajo son de 20 A, y que están dotadas todas ellas del correspondiente interruptor diferencial (en el cuadro de alimentación) PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 2
CARGA: TRANSFORMADOR MONOFÁSICO (220/110V, 630VA) FUNCIONANDO EN VACÍO INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS 1 amperímetro de CA 1 voltímetro de CA 1 vatímetro monofásico 1 pinza amperimétrica 1 transformador monofásico 220/110V, 630VA PROCESO 1.- Móntese el circuito de la figura 2.- Asegúrate de que el variac se encuentra a tensión cero. Conecta la alimentación de la mesa de trabajo y ve subiéndola gradualmente, actuando sobre el variac hasta obtener una tensión de salida de 220V entre fases. En estas condiciones rellena la siguiente tabla: TENSIÓN (V) CORRIEN- TE POT. APA S = V I (VA) POT. ACTIVA (W) POT.REAC TIVA (VAr) Q=V I senϕ Fdp= cosϕ ÁNG. DE DESFASE ϕ (en grados) 3.- Baja a cero la tensión de salida del variac. Desconecta la alimentación de la mesa. Conecta en paralelo con el primario del transformador un condensador de 4μF/250V AC PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 3
y alimenta el conjunto transformador carga con una tensión de 220V siguiendo el procedimiento indicado en el punto 2. En estas condiciones rellena la siguiente tabla: TENSIÓN (V) CORRIEN- TE POT. APA S = V I (VA) POT. ACTIVA (W) POT.REAC TIVA (VAr) Q=V I senϕ Fdp= cosϕ ÁNG.DE DESFASE ϕ (en grados) 3.- Conclusiones desde el punto de vista de la compañía eléctrica suministradora y desde el punto de vista del abonado PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 4
CARGA: DOS TUBOS FLUORESCENTES DE 18W CONECTADOS EN PARALELO INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS 1 amperímetro de CA 1 voltímetro de CA 1 vatímetro monofásico 1 pinza amperimétrica 1 luminaria de dos tubos fluorescentes de 18W conectados en paralelo INTRODUCCIÓN Debido al elevado rendimiento luminoso del alumbrado fluorescente, alrededor de 80 lúmenes/vatio, y la aceptable calidad que lo caracteriza, han hecho que este tipo de dispositivo sea utilizado masivamente. Si bien es cierto que el valor total del equipo (reactancia o balastro, cebador, carcasa, condensador, soportes, etc.) es más elevado que el del alumbrado de incandescencia, a la larga, su rentabilidad es superior. Los elementos básicos del equipo son: Lámpara o tubo fluorescente, que contiene gas argón a baja presión y una gota de mercurio. El tubo está recubierto en el interior de su superficie de un polvo fluorescente. En ambos extremos del tubo se sitúan los filamentos de wolframio, que emiten electrones a altas temperaturas. Reactancia, que no es más que una bobina arrollada sobre un núcleo de chapas magnéticas. La reactancia representa una carga eminentemente inductiva, con un factor de potencia típico de entre 0.5 y 0.6. En la actualidad, estas reactancias se han reemplazado por balastros electrónicos, que mejoran notablemente el rendimiento del equipo, hasta un 62% con respecto a los de reactancia tradicional. Cebador, que está formado por dos electrodos separados una determinada distancia, que se doblan y se unen por la acción del calor. Estos dos electrodos están situados en una ampolla de vidrio con gas neón a baja presión. Fuera de la ampolla se encuentra un pequeño condensador que se encarga de absorber el arco que se genera durante la separación de las láminas de los electrodos. En la actualidad se utilizan cebadores electrónicos, que reducen el tiempo de encendido a la mitad y su vida es cuatro veces superior a los tradicionales. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 5
El montaje básico de un tubo fluorescente se puede analizar en la siguiente figura El funcionamiento del tubo fluorescente se puede resumir de la siguiente forma: 1.- Al alimentar el circuito, esta tensión se aplica directamente entre las láminas bimetálicas de los electrodos del cebador, produciéndose una descarga entre ambas a través del gas neón. Los electrodos se calientan y se provoca una curvatura que acaba por unirlas, de tal forma que por un instante, el circuito se cierra circulando corriente por los filamentos del tubo. 2.- El paso de la corriente por los filamentos del tubo fluorescente, hace que estos emitan electrones. Nada más ocurrir esto, las láminas del cebador se enfrían y se separan, abriendo el circuito, y haciendo que la reactancia genere un impulso de sobretensión que provoca la descarga o ionización del gas a través del tubo que se hace conductor, generando una radiación ultravioleta que al incidir sobre la sustancia fluorescente que recubre el interior del tubo se transforma en una radiación de onda larga visible. En la tabla adjunta se da un resumen de los principales datos técnicos de diferentes equipos de alumbrado fluorescente. Tipo De Lámpara Corriente de la lámpara Tensión de la lámpara (V) Potencia con balastro (W) Condensador de compensación del fdp (uf) Condensador en serie para conexión dúo (uf/v) 18W 0.37 50 30 4.5 2.9/440 20W 0.37 57 32 4.5 2.9/440 40W 0.43 103 50 4.5 3.6/420 70W 0.67 110 78 7 5.7/420 En la figura adjunta se da el esquema de conexiones de un panel de tubos fluorescentes similar al utilizado en nuestra práctica. En nuestro caso se trata de dos tubos fluorescentes. PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 6
Como puedes comprobar, en nuestro caso, del panel de tubos fluorescentes salen cuatro hilos: dos negros y dos rojos. Los hilos negros se corresponden con los terminales de fase y neutro (o dos fases) del montaje de la figura anterior sin incluir el condensador para mejorar el factor de potencia. Para incluir el condensador de corrección del factor de potencia, deberán de conectarse los dos hilos rojos en paralelo con los dos negros (fase y neutro, o dos fases) PROCESO Teniendo esto último en cuenta, sigue el siguiente proceso: 1.- Realiza el montaje de la figura, sin conectar el condensador de corrección del factor de potencia (hilos rojos). Utiliza para realizar las conexiones la plataforma auxiliar de bornes de que dispones en el puesto de trabajo. Utiliza las fases roja y negra de esta plataforma para cargas monofásicas. 2.- Asegúrate de que el variac se encuentra a tensión cero. Conecta la alimentación de la mesa de trabajo. Ve subiendo gradualmente la tensión de salida del variac, hasta obtener una tensión de 220V entre fases, momento en el cual los tubos fluorescentes comenzarán a lucir. En estas condiciones rellena la siguiente tabla: TENSIÓN (V) CORRIEN- TE POT. APA S = V I (VA) POT. ACTIVA (W) POT.REAC TIVA (VAr) Q=V I senϕ Fdp= cosϕ ÁNG.DE DESFASE ϕ (en grados) PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 7
3.- A partir de los valores obtenidos en el apartado anterior, calcula el valor de los condensadores a conectar en paralelo con los fluorescentes, si se quiere corregir el f.d.p. a 0.9. Aproxima el valor calculado teóricamente al valor comercial más aproximado. 4.- Baja a cero la tensión de salida del variac. Desconecta la alimentación de la mesa. Conecta el condensador de corrección del factor de potencia (hilos rojos) en paralelo con lo hilos negros y alimenta el conjunto con una tensión de 220V siguiendo el procedimiento indicado en el punto 2. En estas condiciones rellena la siguiente tabla: TENSIÓN (V) CORRIEN- TE POT. APA S = V I (VA) POT. ACTIVA (W) POT.REAC TIVA (VAr) Q=V I senϕ Fdp= cosϕ ÁNG.DE DESFASE ϕ (en grados) 4.- Compara los resultados obtenidos en los dos puntos anteriores PRÁCTICA 1.- RED ELÉCTRICA. PARTE 1. POTENCIA EN CARGAS MONOFÁSICAS.- 8