Nombre: Diego Yafté Granados Márquez
MK-“A” N.821827
Tema: Potencia Eléctrica
Generación: 2010-2013
Indice:
Portada----------------------------------------------------------------------------------------------------------------0
Mapa mental---------------------------------------------------------------------------------------(Referencia)
Mapa mental---------------------------------------------------------------------------------------(Referencia)
Introducción--------------------------------------------------------------------------------------------------------1
Propiedades de la electricidad-------------------------------------------------------------------------------1.1
Desarrollo------------------------------------------------------------------------------------------------------------2
Concepto------------------------------------------------------------------------------------------------------------2.1
Potencia en corriente continua (CD)------------------------------------------------------------------------2.2
Potencia en corriente alterna (CA)--------------------------------------------------------------------------2.3
Potencia Activa (P)----------------------------------------------------------------------------------------------2.5
Potencia Reactiva (Q)--------------------------------------------------------------------------------------------2.6
Factor de potencia------------------------------------------------------------------------------------------------2.8
Mejora del Factor de Potencia-------------------------------------------------------------------------------2.9
Determinación de condensadores-------------------------------------------------------------------------2.10
Instalación de capacitores-------------------------------------------------------------------------------------2.11
Potencia Trifásica-------------------------------------------------------------------------------------------------2.12
Riesgo Eléctrico-------------------------------------------------------------------------------------------------------3
Cuestionario-------------------------------------------------------------------------------------------------------------4
Bibliografía---------------------------------------------------------------------------------------------------------------5
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Fuente:http://sextoaposeeunblog.blogspot. mx/2011/05 /c-del-medio-tema-6-electricidad-y.html |
1.Introducción:
La electricidad es un fenómeno físico, se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, entre otros.
1.1Propiedades de la electricidad:
De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”.
La energía para un trabajo, se mide en “joule” y se representa “J”.Fuente:http://www.monografias.com /trabajos11/coele/coele.shtml |
Intensidad: La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material, su unidad se denomina amperio.
Resistencia eléctrica: es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico.
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2.Desarrollo:
2.1 Concepto:
La potencia eléctrica es el producto de la diferencia de potencial y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios).
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Las resistencias puras, tienen su factor de
potencia que es igual a “1”, que es el valor ideal para un circuito
eléctrico; (por tanto no se toma en cuenta).
Las cargas reactivas o inductivas, como la de los motores eléctricos, tienen un factor de potencia menor que “1”, por lo que la eficiencia del equipo varía, traduciéndose en un gasto de energía. Normalmente el valor correspondiente al factor de potencia viene señalado en una placa metálica
junto con otras características del equipo.
La potencia
eléctrica es la relación de paso de energía por unidad de tiempo; es
decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento
en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de
Unidades es el vatio (watt).
2.2 Potencia en Corriente Continua (CD):
Cuando una
corriente eléctrica fluye en un circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo
mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica
de muchas maneras útiles, como calor, luz , o movimiento.
La potencia eléctrica es el producto de la diferencia de potencial y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios).
Formula de potencia (con resistencia) |
Ejercicios:
Calcula la
potencia eléctrica de un motor eléctrico por el que pasa una intensidad de
corriente de 3 A
y que tiene una resistencia de 200 ohmios. Calcula la energía eléctrica
consumida por el motor si ha estado funcionando durante 10 minutos.
V=I*R ; V= 3*200 = 600
voltios
P=V*I ; P= 600*3 = 1800 w = 1,8 kw ; 10 minutos=¿? Horas
60 min =1 hrs
10 min = X hrs.
60*X=10*1 X=10*1/60 X=.16 hrs.
E=P*t ; E= 1,8*0,16 = 0,3 kw.h
Calcula la
potencia eléctrica de un calefactor eléctrico alimentado a un voltaje de 120
voltios y que tiene una resistencia de 50 ohmios. Calcula la energía eléctrica
consumida por el motor si ha estado funcionando durante 15 minutos.
I=V/R ; I=120/50 ; I= 2,4 A
P=V*I ; P= 120*2,4 = 288 w = 0,288 kw ; 15 minutos= 0,25 horas
E=P*t ;
E= 0,288*0,25 = 0,072 kw.h
Calcula la
potencia eléctrica de un motor por el
que pasa un intensidad de 4 A
y que tiene una resistencia de 100 ohmios. Calcula la energía eléctrica
consumida por el motor si ha estado funcionando durante media hora.
V=I*R ; V= 4*100 = 400
voltios
P=V*I ; P= 400*4 = 1600 w = 1,6 kw ; media hora= 0,5 horas
E=P*t ; E= 1,6*0.5 = 0,8 kw.h
Calcula la
potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220voltios y que
tiene una resistencia de 10 ohmios. Calcula la energía eléctrica consumida por
la bombilla si ha estado encendida durante 2 horas.
I=V/R ; I=22/10 ; I= 22 A
P=V*I ; P= 220*22 = 4840 w = 4,84 kw
E=P*t ; E= 4,84*2 = 9,68 kw.h
Calcula la
potencia eléctrica de una bombilla alimentada a un voltaje de 220voltios y por
el que pasa una intensidad de corriente de 2 amperios. Calcula la energía
eléctrica consumida por la bombilla si ha estado encendida durante 1 hora.
P=V*I ; P= 220*2= 440
w = 0,44 kw
E=P*t ; E= 0,44*1= 0,44 kw.h
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2.3 Potencia en Corriente Alterna (CA):
Fuente: http://aulaweb.uca.edu.ni/blogs/joorvelo/ |
Para el calculo de la potencia con corriente
alterna, es necesario tener en cuenta el factor de potencia o
coseno de “phi” que poseen.
Fuente: http://www.asifunciona.com /electrotecnia/ke_potencia/ke_ potencia_elect_2.htm |
Las cargas reactivas o inductivas, como la de los motores eléctricos, tienen un factor de potencia menor que “1”, por lo que la eficiencia del equipo varía, traduciéndose en un gasto de energía. Normalmente el valor correspondiente al factor de potencia viene señalado en una placa
En el caso de un receptor al que se aplica una tensión v(t) de pulsación ω y valor de pico Vo resulta:
Formula de voltaje total en alterna |
Esto provocará una corriente i(t) retrasada un ángulo φ respecto de la tensión aplicada:
Formula de intensidad total en alterna |
La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:
Formula de potencia total en alterna |
Mediante relaciones trigonométricas, la anterior expresión puede transformarse en la siguiente:
Formula de potencia total en alterna (trigonométrica) |
Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces:
Formula de potencia total en alterna (sustituida) |
Calcula la
intensidad de corriente en un circuito que consta de 6V pico y una frecuencia
de 10 Hrz y una resitencia de 2 ohm.
F=10 Hrz F=1/t t=1/F
=1/10= .1 seg 1 seg=
360
Vp=6 V W= φ/T =
90/.25 = 3600
.1 seg= 36
I=? I = Vp*sen wt/R I= 6 sen 90/2 = 3A
Calcula la
corriente que pasa por un motor de corriente alterna, al que se le aplica una
tensión de línea de 9v con una frecuencia de 5Hrz, con una resistencia de 6
ohm.
F=5 Hrz
F=1/t t=1/F =1/5= .2 seg 1 seg= 360
Vp=9 V W= φ/T =
90/.25 = 3600
.2 seg= 72
I=? I = Vp*sen wt/R I= 9 sen 90/6
=1.5 A
Calcular la
corriente alterna que pasa por una bobina la cual cosnta de una resistencia de
5ohm, y que se le aplica una tensión de 10v a una frecuencia de 15Hrz.
F=15 Hrz F=1/t t=1/F
=1/15= .06 seg 1 seg=
360
Vp=10 V W= φ/T =
90/.25 = 3600
.06 seg= 21.6
I=? I = Vp*sen wt/R I= 10 sen 90/5 =2 A
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2.4 Componentes de la Intensidad:
Consideremos un circuito de C. A. en el que la corriente y la tensión tienen un desfase φ. Se define componente activa de la intensidad, (Ia), a la componente de ésta que está en fase con la tensión, y componente reactiva, (Ir), a la que está en cuadratura con ella, sus valores son:
Formula de intensidad en alterna |
El producto de la intensidad, I, y las de sus componentes activa, Ia, y reactiva, Ir, por la tensión, V, da como resultado las potencias aparente (S), activa (P) y reactiva (Q), respectivamente:
Formula de potencia alterna |
Componentes activa y reactiva de la intensidad: (a)
inductiva; (b) capacitivo.
|
2.5 Potencia Activa (P):
Es definida como la potencia que representa la capacidad
de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía
eléctrica en trabajo. Se designa con la letra P y se mide en
vatios -watt- (W) o kilovatios -kilowatt- (kW).
Formula de potencia activa |
2.6 Potencia Reactiva (Q):
Los motores, transformadores y en general todos los
dispositivos eléctricos que hacen uso del efecto de un campo electromagnético,
requieren de la
potencia reactiva que es utilizada para la generación del campo magnético,
almacenaje de campo eléctrico que en sí, no produce ningún trabajo.
La potencia reactiva esta 90 ° desfasada de la potencia activa y esta potencia es expresada en volts-amperes reactivos (VAR)
Formula de potencia reactiva |
2.8 Potencia Aparente (S).
La potencia aparente de un
circuito eléctrico de corriente alterna, es la suma de la energía que disipa
dicho circuito en cierto tiempo en forma de calor o trabajo y la energía
utilizada para la formación de los campos eléctricos y magnéticos de sus
componentes.
Esta potencia no es la realmente consumida, salvo cuando
el factor de potencia es la unidad (cos φ=1). Se la designa con la letra (S).
La fórmula de la potencia aparente es:
Formula de potencia aparente |
2.9 Factor de potencia:
Denominamos factor de potencia al cociente entre la potencia
activa y la potencia aparente, que es coincidente con el coseno del ángulo
entre la tensión y la corriente cuando la forma de onda es sinusoidal pura,
etc.
Formula de Factor de potencia |
Fuente: http://www.maquinaselectricas.mex.tl/55330_ Unidad-2.html |
Las cargas son de carácter reactivo a causa de la presencia de equipos de refrigeración, motores, etc. Este carácter obliga que junto al consumo de potencia activa (KW) se sume el de una potencia llamada reactiva (KVAR), las cuales determinan el comportamiento de dichos equipos y motores. Esta potencia ha sido suministrada por las empresas de electricidad, aunque puede ser suministrada por las propias industrias.
Ejercicios:
Un motor trifásico tiene una potencia de 50CV Y está conectada a una tención de 380V. Su factor de potencia es de .8 y su rendimiento es del 85%, determine, intensidad de fase y sus potencias activa, reactiva y aparente.
Pab.=Put./n =
50.736/.85=43294.1W
I= Pabs. / √3 * V* Fp I=43294.1W.
/ √3 * 380* .8= 82.22 A
P=√3*V*I*cos φ= √3*380*82.22*.8= 43292W
Q=√3*V*I*sen φ= √3*
380*82.22*.6= 32469 VAR
S=√3*V*I= √3* 380*82.22= 54115.5 VA
Se ha corregido el factor de potencia de 300 kW de un factor de potencia inicial de .65 a uno de .9 mediante condensadores. ¿cuantos kVAR devén de suministrar los condensadores?
Fp1=.65 Qc=P*K= 300kW*.849=254700kVAR
Fp2=.9 S= P/Fp=300000/.65=461538.461kVA.
P=300kW
Cuando se conecta en una lienea de potencia de 120V a 60Hrz una carga de 4kW con un factor de potencia de .8 hallar el valor del capasitor si se corrige a .95 el factor de potencia.
cos phi=.8 Q1=S*sen phi=5000*sen 36.87=3000VAR
phi=cos-1*.8=36.87 Q2=S*sen phi=4210.5*sen18.9=1314.1 VAR
Qc=Q1-Q2=3000-1314.1=1685.6VAR
S=P/cos phi C=Qc/W*V2=1685.6/2pi*60*120^2=310.5mF
S=4000/.8=5000VA
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Se ha corregido el factor de potencia de 300 kW de un factor de potencia inicial de .65 a uno de .9 mediante condensadores. ¿cuantos kVAR devén de suministrar los condensadores?
Fp1=.65 Qc=P*K= 300kW*.849=254700kVAR
Fp2=.9 S= P/Fp=300000/.65=461538.461kVA.
P=300kW
Cuando se conecta en una lienea de potencia de 120V a 60Hrz una carga de 4kW con un factor de potencia de .8 hallar el valor del capasitor si se corrige a .95 el factor de potencia.
cos phi=.8 Q1=S*sen phi=5000*sen 36.87=3000VAR
phi=cos-1*.8=36.87 Q2=S*sen phi=4210.5*sen18.9=1314.1 VAR
Qc=Q1-Q2=3000-1314.1=1685.6VAR
S=P/cos phi C=Qc/W*V2=1685.6/2pi*60*120^2=310.5mF
S=4000/.8=5000VA
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La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico en los equipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamiento los elementos.
Fuente:http://clacificacioncapitulo84.blogspot.mx/2010/0 3/se-denomina-transformador-una-maquina.html |
Mejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de la instalación de condensadores eléctricos estáticos, o utilizando motores sincrónicos.
El consumo de KW y KVAR (KVA) en una industria se mantienen inalterables antes y después de la instalación de los condensadores, la diferencia se encuentra en los KVAR que esa planta estaba requiriendo, y debían ser producidos .
Pero esta potencia reactiva puede ser generada y entregada de forma económica, por cada una de las industrias que lo requieran, a través de los bancos de capacitores y/o motores sincrónicos.
Formula:
Qc = P. K (Qc= suministro del capasitor, K= coeficiente)
Fuente: http://todocondensado.blogspot.mx /2010/11/condensadores.html |
2.11 Determinación de condensadores:
Midiendo la energía activa y reactiva que consumen las instalaciones , se puede calcular la potencia necesaria (KVAR) que deben tener los condensadores para lograr la compensación deseada. Sin embargo, es recomendable la instalación de registradores de potencia.
Los intervalos de medición recomendados oscilan entre cada 5 y cada 15 min. como máximo. Aquellas empresas donde sus ciclos de carga varían lentamente, podría extenderse aún mas el intervalo de medición.
kVARs del capacitor (Coeficiente K)
Fp actual
|
.8
|
.85
|
.9
|
.95
|
1
|
.3
|
.243
|
2.56
|
2.695
|
2.851
|
3.18
|
.4
|
1.541
|
1.672
|
1.807
|
1.963
|
2.291
|
.5
|
.982
|
1.112
|
1.248
|
1.403
|
1.732
|
.6
|
.583
|
.714
|
.849
|
1.005
|
1.333
|
.7
|
.27
|
.4
|
.536
|
.692
|
1.02
|
.8
|
.13
|
.266
|
.421
|
.75
|
|
.9
|
.156
|
.484
|
2.12 Instalación de capacitores:
Fuente: http://www.tecnopinball.org/wpc_ comparativa_pdb.php |
Se puede hacer una corrección del grupo de cargas conectando en los transformadores primarios y secundarios de la planta.
La corrección de grupo es necesaria cuando las cargas cambian entre alimentadores y cuando los voltajes del motor son bajos 230 V.
Cuando la longitud de los alimentadores es considerable, se recomienda la instalación de capacitores individuales a los motores.
Vídeo 6:http://www.youtube.com/watch?v=JyBaQypRvII
Ejercicios:
A una carga de 880VA a 220V y 50Hrz tiene un factor de atraso de .8 ¿que valor de capasitancia se requiere para corregir el factor?
Fp=.8=cos phi Qc=Q=528VAR
sen phi= .6 C=2Qc/wV2
Q=S*sen phi=880*.6=528 C=2*528/(2pi)(50)(220)2=69.45
Si se tiene un motor trifásico de 20kW operando a 440V , una resistencia de .166ohm y con un factor de potencia de .7.
Calcula la potencia perdida y los KVAR del capasitor para mejorar a .9
Pper= 3*R*I^2=3*.166*37.49^2=700W
Qc=P*K=20000*.536=107201KVAR
=10.72KVAR
En una maquina le es aplicada una potencia de 1000kW a un voltaje de 480V con un factor de potencia de .7 con una resistencia de 5ohm, si se requiere un factor de potencia de .95.¿ cual es la potencia perdida y la potencia reactiva de el capasitor para corregir los KVAR?
I=P/(3)^-1*P*fp=1000000/(3)^-1*480*.7=1718.3A
Pper= 3*R*I^2=3*5*37.1718.3^2=44288323.35W
Qc=P*K=10000000*.692=692000KVAR
=692KVAR
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2.13 Potencia Trifásica.
Un sistema polifásico está formado por dos o más tensiones iguales con diferencia de fase constante, que suministran energía a las cargas conectadas. En un sistema bifásico la diferencia de fase entre las tensiones es de 90°, mientras que en los trifásicos dicha diferencia es de 120°. Los sistemas trifásicos son los utilizados en la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica.
Su intensidad se calcula mediante la ecuación:
La representación de la potencia activa
en un sistema trifásico
está dada por la ecuación:
Formula de Potencia reactiva en trifásica |
Formula de Potencia aparente en trifásica |
Formula de Potencia activa en trifásica |
Ejercicios:
Un alternador trifásico de 440 V y conexión estrella, admite una corriente máxima de 35 A en cada
devanado (línea). Calcular la potencia aparente máxima que puede suministrar el generador.
S= 3^-1 * V*I S = 3 x 440 x 35= 26,7 kVA
Un
generador trifásico la carga, alimentada a 360 voltios, está compuesta por un
equipo trifásico que consume 50 kW con un factor de potencia 0,85 en retardo calcular
la potencia aparente.
Pe=
50 kW
Q = (S^2 – P^2)^-1 =31 kVAR(
r
S=50Kw/.85 = 58.8
KvA
De un motor trifásico
se conocen los siguientes datos: 220v/380v, factor de potencia a .85 , rendimiento
a un 95% y una potencia útil de 50 Cv. Calcule la intensidad de corriente que pasa
por la línea conectada a estrella.
P abs.=P ut./
n = 50/.9 = 40888.8 W
I= Pabs. / √3 * V* Fp I=40888.8/
√3* 220*.85 =126.24 A
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3. Riesgo eléctrico
El riesgo eléctrico es la posibilidad de circulación de la corriente eléctrica a través del cuerpo humano. Puede producir daños sobre las personas (parada cardiaca, respiratoria, quemaduras, etc.) y sobre los bienes, debido al riesgo asociado de incendios y explosiones.
Fuente: http://www.ahb.es/senaletica /senaletica_advertencia/1/ficha1229.htm |
En países como los Estados Unidos se producen más de 1000 muertos anuales por esta causa, además de 150 muertos por rayo. Las quemaduras eléctricas representan un 2 % de los ingresos en los hospitales, el 65 % se producen en el lugar de trabajo, el 32 % son domésticos y el 3 % de causas varias.
Factores que intervienen
Intensidad de la corriente que pasa por el cuerpo humano: Se ha demostrado que es la intensidad que atraviesa el cuerpo humano y no la tensión la que puede ocasionar lesiones debido al accidente eléctrico.
Para cada intensidad de corriente se establecen, según el tiempo de contacto, tres niveles:
Nivel de seguridad: Abarca desde la mínima percepción de corriente hasta el momento en que no es posible soltarse voluntariamente del conductor
Nivel de intensidad soportable: Se produce aumento de la presión sanguínea y alteraciones del ritmo cardíaco, pudiéndose llegar a parada cardiaca reversible, llegándose al coma por encima de 50 mA.
Fuente: http://electricidad.pasoxpaso.net /fotos-guantes-de-proteccion-contra-agresiones -de-origen-electrico/2832 |
Nivel de intensidad insoportable: Estado de coma persistente y parada cardiaca.
Recorrido de la corriente eléctrica por el cuerpo humano: Las consecuencias del contacto dependerán de los órganos del cuerpo humano que atraviese la corriente. Las mayores lesiones se producen cuando la corriente circula en las siguientes direcciones:
Mano izquierda - pie derecho
Mano derecha - pie izquierdo
Manos - cabeza
Mano derecha - tórax (corazón) - mano izquierda
Pie derecho - pie izquierdo
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4 Cuestionario.
1.La potencia eléctrica es la relación de paso de ________ por unidad de tiempo.
2.En CD la potencia eléctrica es el producto de la diferencia de potencial y la_______ de corriente que pasa a través del dispositivo.
3.La formula de la potencia en CA es:V*I*____φ.
4.Los componentes de la potencia en un circuito de corriente alterna son: potenncia activa, reactiva y______.
5.La formula de la potencia activa es :
6.El factor de potencia es el cociente entre la potencia _____ y la potencia aparente.
7.El coseno de φ es igual a _______.
8.Para la mejora de el factor de potencia es necesario la implementación de un banco de______.
9.Para la instalación de los capacitores se debe de medir la energía activa y _____ que consumen las instalaciones.
10.A la implementación de una corriente trifásica, sus potencia se caracterizan por tener una factor de multiplicación de ___en todas sus formulas.
Respuestas:
energía, intensidad, coseno, factor de potencia, aparente, V*I*cos φ, activa, capacitores, reactiva, √3.
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Imágenes:
5. Bibliografía:
http://www.tuveras.com/electrotecnia/Potencias_trifasica/potencias_trifasica.htm
http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot2.shtml
http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot2.shtml
Imágenes:
http://www.tecnopinball.org/wpc_comparativa_pdb.php
http://electricidad.pasoxpaso.net/fotos-guantes-de-proteccion-contra-agresiones-de-origen-electrico/2832
http://electricidad.pasoxpaso.net/fotos-guantes-de-proteccion-contra-agresiones-de-origen-electrico/2832
Vídeos:
http://www.youtube.com/watch?v=RyZxOWlNowQ&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=JyBaQypRvII
http://www.youtube.com/watch?v=JyBaQypRvII