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sábado, 19 de mayo de 2012

Potencia Eléctrica

Nombre: Diego Yafté Granados Márquez

MK-“A”        N.821827

Tema: Potencia Eléctrica

Generación:   2010-2013






Indice:

Portada----------------------------------------------------------------------------------------------------------------0


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

Componentes de la Intensidad-------------------------------------------------------------------------------2.4


Potencia Activa (P)----------------------------------------------------------------------------------------------2.5


Potencia Reactiva (Q)--------------------------------------------------------------------------------------------2.6

Potencia Aparente (S)-------------------------------------------------------------------------------------------2.7


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


                                                     Mapa Mental



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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:


Energía: es la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico para realizar un trabajo.

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
Voltaje: La tensión eléctrica es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Se puede medir con un voltímetro y su unidad es el voltio.





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 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.

Formula de potencia


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 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. 



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) y se designa con la letra (Q).


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
*Es aconsejable que en una instalación eléctrica el factor de potencia sea alto y algunas empresas de servicio electro energético exigen valores de 0,8 y más. 





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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2.10 Mejora del Factor de potencia:


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
Para la instalación de los capacitores deberán tomarse en cuenta : La variación y distribución de cargas, el factor de carga, tipo de motores, uniformidad en la distribución, la disposición y longitud de los circuitos.

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:

Formula de Intensidad en trifásica


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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5. Bibliografía:











Imágenes:









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