Potencia Dc Y Ac 3h2c2l

Potencia en corriente continua Cuando se trata de corriente continua (DC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es, donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en vatios. Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P. Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R, la potencia también puede calcularse como

Potencia en corriente alterna Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Supongamos un receptor de carácter inductivo (caso más común) al que aplicamos una tensión v(t) de pulsación ω y valor de pico Vo: Esto provocará una corriente i(t) retrasada un ángulo φ respecto de la tensión aplicada: La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores: Mediante trigonometría, la anterior expresión puede transformarse en la siguiente:

Y sustituyendo los valores de pico por los eficaces: Se obtiene así para la potencia un valor constante, VIcos(φ) y otro variable con el tiempo, VIcos(2ωt - φ). Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante. Potencia fluctuante

Al ser la potencia fluctuante de forma senoidal, su valor medio será cero. Para entender mejor qué es la potencia fluctuante, imaginemos un receptor que sólo tuviera potencia de este tipo. Ello sólo es posible si φ = ±90º (cos±90º=0), quedando caso que corresponde a un circuito inductivo puro o capacitivo puro. Por lo tanto la potencia fluctuante es la debida a las bobinas y a los condensadores. Efectivamente, las bobinas o los condensadores (ideales) no consumen energía sino que la "entretienen". La bobina almacena la energía en forma de campo magnético cuando la corriente aumenta y la devuelve cuando disminuye, y el condensador almacena la energía en forma de campo eléctrico cuando se carga y la devuelve cuando se descarga. Componentes de la intensidad

Figura 1.- Componentes activa y reactiva de la intensidad; supuestos inductivo, izquierda y capacitivo, derecha 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 (véase Figura 1). Sus valores son:

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:

En el diagrama de la Figura 2 podemos ver el triángulo de potencias con la relación existente entre estas tres potencias.

Figura 2.- Relación entre potencias activas, aparentes y reactivas Potencia aparente 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), y nos señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "entretener" bobinas y condensadores. Se la designa con la letra S y se mide en voltamperios (VA). Potencia activa Es la potencia en que el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda. Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias: Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos. Potencia reactiva Esta potencia no tiene tampoco el carácter de realmente consumida y sólo aparecerá cuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo útil. Por ello que se dice que es una potencia desvatada (no

produce vatios), se mide en voltamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q. A partir de su expresión, Lo que nos reafirma en que esta potencia es debida únicamente a los elementos reactivos. [editar] Potencia trifásica La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico está dada por la ecuación:

Factor de potencia El factor de potencia de una corriente alterna se define como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. Depende de las características del circuito eléctrico al cual se suministra la corriente, y es un parámetro importante en instalaciones que consumen mucha potencia eléctrica. Otra definición es que el factor de potencia es el coseno del ángulo que forman los vectores representativos de la corriente y el voltaje. Dado que es un coseno solamente puede tomar valores entre 0 y 1 y es adimensional. En un circuito puramente resistivo recorrido por una corriente alterna, la intensidad y la tensión están en fase, esto es, cambian de polaridad en el mismo instante en cada ciclo. Por otro lado, cuando están presentes cargas reactivas, tales como bobinas o condensadores, el almacenamiento de energía en estas cargas da lugar a diferencias entre las formas de onda de la corriente y el voltaje. Debido a que esta energía almacenada retorna a la fuente y no es útil para realizar trabajo en la carga, para obtener una potencia útil dada un circuito con un bajo factor de potencia tendrá que transferir corrientes más altas que un circuito con un factor de potencia alto El Factor de Potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que: 0

1 muy malo

0,95

excelente

Por ejemplo, si el Factor de Potencia es 0,95 (valor mínimo exigido por la EPESF) indica que del total de la energía abastecida por la Distribuidora sólo el 95 % de la energía es utilizada por el Cliente mientras que el 5 % restante es energía que se desaprovecha. En los artefactos tales como lámparas incandescentes (focos), planchas, calefón y estufas eléctricas, toda la energía que requieren para su funcionamiento se transforma en energía lumínica o energía calórica, en estos casos el Factor de Potencia toma valor 1 (100 % energía activa). En otros artefactos, por ejemplo lavarropas, heladeras, equipos de aire acondicionado, ventiladores y todos aquellos que poseen un motor para su funcionamiento, como también los tubos fluorescentes, entre otros, una parte de la energía se transforma en energía mecánica, frío, luz o movimiento (energía activa), y la parte restante requiere otro tipo de energía, llamada energía reactiva, que es necesaria para su propio funcionamiento. En estos casos, el Factor de Potencia toma valores menores a 1. Resumiendo, la energía que se transforma en trabajo, se la denomina Energía Activa ACTIVA, mientras que la usada por el artefacto eléctrico para su propio funcionamiento, se la llama Energía Reactiva. Inconvenientes que ocasiona En caso que el Factor de Potencia sea inferior a 0,95, implica que los artefactos tienen elevados consumos de energía reactiva respecto a la energía activa, produciéndose una circulación excesiva de corriente eléctrica en sus instalaciones y en las redes de la Empresa Distribuidora, a saber: - Provoca daños por efecto de sobrecargas saturándolas. - Aumentan las pérdidas por recalentamiento. - Aumenta la potencia aparente entregada por el transformador para igual potencia activa utilizada. - Además, produce alteraciones en las regulaciones de la calidad técnica del suministro (variaciones de tensión), con lo cual empeora el rendimiento y funcionamiento de los artefactos y quita capacidad suficiente de respuesta de los controles de seguridad como ser interruptores, fusibles, etc. Potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente

Esquema de la relación entre potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente.

La potencia activa (P), medida en watts (W), representa la capacidad del circuito para realizar un trabajo en un tiempo dado. Debido a los elementos reactivos de la carga, la potencia aparente (S), medida en voltamperes (VA), producto de la tensión por la intensidad, será igual o mayor que la potencia activa. La potencia reactiva (Q), medida en voltamperes reactivos (VAR), es una medida de la energía almacenada que es reflejada hacia la fuente durante cada ciclo de la corriente alterna. El factor de potencia puede ser expresado como:

. En el caso de una onda perfectamente senoidal, P, Q y S pueden ser expresadas como vectores que forman un triángulo vectorial tal que:

Si φ es el ángulo de fase entre la corriente y la tensión, el factor de potencia es igual a

,y:

Por definición, el factor de potencia es un número adimensional comprendido entre 0 y 1. Cuando el factor de potencia es igual a 0, la energía que fluye es enteramente reactiva y la energía almacenada en las cargas retorna a la fuente en cada ciclo. Cuando el factor de potencia es igual a 1, toda la energía suministrada por la fuente es consumida por la carga. Los factores de potencia son expresados normalmente como "adelanto" o "retraso", para indicar el signo del ángulo de fase. Influencia del tipo de cargas El factor de potencia viene determinado por el tipo de cargas conectadas al suministro eléctrico. Estas pueden ser de naturaleza: • • •

Resistiva Inductiva Capacitiva

Si se conecta una carga puramente resistiva a una fuente de suministro eléctrico, la corriente y el voltaje cambiarán de polaridad en fase, el factor de potencia será 1 y la energía eléctrica fluirá en una sola dirección a través de la red en cada ciclo.

Las cargas inductivas, tales como transformadores, motores de inducción y, en general, cualquier tipo de inductancia (tal como las que acompañan a las lámparas fluorescentes) generan potencia reactiva con la intensidad retrasada respecto a la tensión. Las cargas capacitivas, tales como bancos de condensadores o cables enterrados, generan potencia reactiva con la intensidad adelantada respecto a la tensión. Ambos tipos de cargas absorberán energía durante parte del ciclo de corriente alterna y solamente devolverán energía a la fuente durante el resto del ciclo. Por ejemplo, para conseguir 1 kW de potencia activa, si el factor de potencia es la unidad se necesitará transferir 1 kVA de potencia aparente (1kVA = 1kW ×1). Con valores bajos del factor de potencia será necesario transferir más potencia aparente para conseguir la misma potencia activa. Así, para conseguir 1 kW de potencia activa con un factor de potencia igual a 0,2 será necesario transferir 5 kVA de potencia aparente (1 kW = 5 kVA × 0.2).

Corrección del factor de potencia A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un sistema a un valor muy próximo a la unidad. Esta práctica es conocida como corrección del factor de potencia y se realiza mediante la conexión a través de conmutadores, en general automáticos, de bancos de condensadores o de inductores. Por ejemplo, el efecto inductivo de las cargas de motores puede ser corregido localmente mediante la conexión de condensadores. En determinadas ocasiones pueden instalarse motores síncronos con los que se puede inyectar potencia capacitiva o reactiva con tan solo variar la corriente de excitación del motor. Las pérdidas de energía en las líneas de transporte de energía eléctrica aumentan con el incremento de la intensidad. Cuando una carga tiene un factor de potencia menor que 1, se requiere más corriente para conseguir la misma cantidad de energía útil. Por tanto, las compañías suministradoras de electricidad, para conseguir una mayor eficiencia de su red, requieren que los s, especialmente aquellos que utilizan grandes potencias, mantengan los factores de potencia de sus respectivas cargas dentro de límites especificados, estando sujetos, de lo contrario, a pagos adicionales por energía reactiva.

La corrección del factor de potencia debe ser realizada de una forma cuidadosa con objeto de mantenerlo lo más alto posible, pero sin llegar nunca a la unidad, ya que en este caso se produce el fenómeno de la resonancia que puede dar lugar a la aparición de tensiones o intensidades peligrosas para la red. Es por ello que en los casos de grandes variaciones en la composición de la carga es preferible que la corrección se realice por medios automáticos. La potencia de una central hidroeléctrica se mide generalmente en Megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:

donde: Ne = potencia en kW ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,90) ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97) Q = caudal que incide sobre los álabes de la turbina en m3/s H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros (m)

APLICACIÓN

Cos α: factor de potencia: fp.

Circuitos trifásicos

Nikola Tesla, un inventor Serbio-Americano fue quien descubrió el principio del campo magnético rotatorio en 1882, el cual es la base de la maquinaria de corriente alterna. Él inventó el sistema de motores y generadores de corriente alterna polifásica que da energía al planeta. Sin sus inventos el día de hoy no sería posible la electrificación que impulsa al crecimiento de la industria y al desarrollo de las comunidades. Historia El descubrimiento del campo magnético rotatorio producido por las interacciones de corrientes de dos y tres fases en un motor fue uno de los más grandes logros de Tesla [figura 1.] y fue la base para la creación de su motor de inducción y el sistema polifásico de generación y distribución de electricidad. Gracias a esto, grandes cantidades de energía eléctrica pueden ser generadas y distribuidas eficientemente a lo largo de grandes distancias, desde las plantas generadoras hasta las poblaciones que alimentan. Aún en estos días se continúa utilizando la forma trifásica del sistema polifásico de Tesla para la transmisión de la electricidad, además la conversión de electricidad en energía mecánica es posible debido a versiones mejoradas de los motores trifásicos de Tesla. En Mayo de 1885, George Westinghouse, cabeza de la compañía de electricidad Westinhouse compró las patentes del sistema polifásico de generadores, transformadores y motores de corriente alterna de Tesla. En octubre de 1893 la comisión de las cataratas del Niagara otorgó a Westinghouse un contrato para construir la planta generadora en las cataratas, la cual sería alimentada por los primeros dos de diez generadores que Tesla diseñó. Dichos dinamos de 5000 caballos de fuerza fueron los más grandes construidos hasta el momento. General Electric registró algunas de las patentes de Tesla y recibió un contrato para construir 22 millas de líneas de transmisión hasta Buffalo. Para este proyecto se utilizo el sistema polifásico de Tesla. Los primeros tres generadores de corriente alterna en el Niagara fueron puestos en marcha el 16 de noviembre de 1896.

Justificación de los Circuitos trifásicos

La principal aplicación para los circuitos trifásicos se encuentra en la distribución de la energía eléctrica por parte de la compañía de luz a la población. Nikola Tesla probó que la mejor manera de producir, transmitir y consumir energía eléctrica era usando circuitos trifásicos. Algunas de las razones por las que la energía trifásica es superior a la monofásica son: • La potencia en KVA (Kilovoltio amperio) de un motor trifásico es aproximadamente 150% mayor que la de un motor monofásico.

•

En un sistema trifásico balanceado los conductores necesitan ser el 75% del tamaño que necesitarían para un sistema monofásico con la misma potencia en VA por lo que esto ayuda a disminuir los costos y por lo tanto a justificar el tercer cable requerido. • La potencia proporcionada por un sistema monofásico cae tres veces por ciclo. La potencia proporcionada por un sistema trifásico nunca cae a cero por lo que la potencia enviada a la carga es siempre la misma. Las Ondas representativas se muestran en las figuras 2 y 3

Generación y Elementos Si rotamos un campo magnético a través de una bobina entonces se produce un voltaje monofásico y se observaría una señal de voltaje como se muestra en la grafica 4, En cambio, si colocamos tres bobinas separadas por ángulos de 120° se estarán produciendo tres voltajes con una diferencia de fase de 120° cada uno como los que se observan en la grafica 5. La energía trifásica se genera en unos sitios específicos llamados plantas generadoras en nuestro país de tipo hidroeléctrico (generación por aprovechamiento del agua)

El funcionamiento de la centrales hidroeléctricas o hidráulicos se basa en el aprovechamiento de la energía cinética proporcionada por el agua que, al caer sobre los alabes (hélices) de una turbina, da a ésta última un movimiento mecánico de rotación que se transmite a un generador eléctrico. La planta hidroeléctrica, utiliza la fuerza de ríos, cascadas y artificialmente mediante presas La Generación y Distribución de electricidad, son un conjunto de instalaciones que se utilizan para transformar otros tipos de energía en electricidad y transportarla hasta los lugares donde se consume. La generación y transporte de energía en forma de electricidad tiene importantes ventajas económicas debido al coste por unidad generada. Las instalaciones eléctricas también permiten utilizar la energía hidroeléctrica a mucha distancia del lugar donde se genera. Estas instalaciones suelen utilizar corriente alterna, ya que es fácil reducir o elevar el voltaje con transformadores. De esta manera, cada parte del sistema puede funcionar con el voltaje apropiado. Las instalaciones eléctricas tienen seis elementos principales: la central eléctrica, los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica generada a las altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte, las líneas de transporte, las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las líneas de distribución, las líneas de distribución y los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los consumidores. Cualquier sistema de distribución de electricidad requiere una serie de equipos suplementarios para proteger los generadores, transformadores y las propias líneas de conducción. Suelen incluir dispositivos diseñados para regular la tensión que se proporciona a los s y corregir el factor de potencia del sistema. Subestación: es el conjunto de elementos que nos permiten controlar, medir y transformar la energía eléctrica. Los cortacircuitos se utilizan para proteger todos los elementos de la instalación contra cortocircuitos y sobrecargas y para realizar las operaciones de conmutación ordinarias. Estos cortacircuitos son grandes interruptores que se activan de modo automático cuando ocurre un cortocircuito o cuando una circunstancia anómala produce una subida repentina de la corriente. En el momento en el que este dispositivo interrumpe la corriente se forma un arco eléctrico entre sus terminales. Un Transformador, es una máquina estática, constituida de dos circuitos inductivos llamados primario y secundario, los cuales no están conectados físicamente, sino acoplados magnéticamente, existen 3 tipos: elevador (El número de vueltas del secundario es mayor que el primario), reductor (El número de vueltas del secundario es menor que el primario), relación uno a uno ó compensador (El número de vueltas es igual para el primario y secundario)

Un motor, es una máquina que convierte energía en movimiento o trabajo mecánico. La energía se suministra en forma de combustible químico, como gasóleo o gasolina, vapor de agua o electricidad, y el trabajo mecánico que proporciona suele ser el movimiento rotatorio de un árbol o eje. Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dinamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Los motores eléctricos pueden ser de corriente eléctrica, de corriente alterna, y de corriente alterna y directa simultáneamente. A los motores de corriente alterna también se les conoce como motores de inducción o asíncronos. A los motores que operan con energía alterna y directa se les conoce como motores síncronos. Los motores de energía eléctrica alterna, trabajan con dos líneas de alimentación por lo que podemos decir que son que son monofásicos, cuando trabajan con tres líneas de alimentación se conocen como trifásicos.

Alambres Los alambres son conductores construidos con un solo hilo de metal y puede estar desnudo o revestido (ver el siguiente diagrama) por una o más capas de material aislante.

Dependiendo del aislante, el alambre se utiliza en bobinados o en instalaciones eléctricas Alambre para bobinados: Este tipo de alambre esta recubierto por esmaltes especiales, seda o algodón Alambre para instalaciones eléctricas: Este tipo de alambre esta cubierto de plástico o goma Cables

Los cables son un conjunto retorcido de alambres no aisldados entre si y pueden ser desnudos o revestidos (ver el siguiente diagrama) por una o varias capas de aislante. Estos aislante son de tela, goma o plástico.

Los cables son generalmento utilizados en instalaciones eléctricas de todo tipo e instalaciones automotrices Los hilos son de cobre blando o endurecido y también de aluminio Algunos alambres de cobre pueden estar estañados, para evitar la oxidación y facilitar la soldadura.