CORRIENTE ALTERNA - Con el fin de recuperar este concepto en circuitos de corriente alterna se...

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    CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA UNIDAD Nº III

    Potencia eléctrica en corriente alterna.

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    Introducción

    En esta cuarta semana se revisará el concepto de potencia en corriente alterna, que desde

    el punto de vista de la fórmula que se vio en corriente continua, esta magnitud sigue siendo

    dependiente de la corriente que circula por un componente y el voltaje sobre sus terminales,

    pero como vimos, las impedancias tienen un componente real o resistivo y uno reactivo,

    que puede ser inductivo o capacitivo, pero estos componentes tendrán un efecto importante

    en la energía que disipa o consume un elemento.

    SEMANA 4

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    Ideas Fuerza 1. Identifica los tipos de potencia en corriente alterna.

    La potencia eléctrica, al igual que cualquier variable alterna, puede ser representada

    por una cantidad fasorial, que tendrá una parte real o potencia activa, una parte

    imaginaria o potencia reactiva y un módulo resultante llamado potencia aparente.

    Estas potencias corresponden a la energía que efectivamente consume un

    elemento, la energía que se pierde dado los componentes reactivos del circuito y la

    energía que se consume en total o que nos cobra la compañía, respectivamente.

    2. Cálculo el factor de potencia en sistemas de corriente alterna.

    Tal como en todo fasor existe un ángulo que representa el adelanto o el atraso de

    la corriente respecto del voltaje y que dentro del fasor, representa el ángulo del

    módulo resultante respecto de las partes real e imaginaria de estas magnitudes

    vectoriales, la potencia desde el punto de vista de corriente alterna, también

    presentará este ángulo, el cual se explica por el triángulo de potencia y que tiene

    directa relación con el factor de potencia, el cual se determina, al encontrar las

    magnitudes fasoriales que componen el vector de potencia en alterna.

    3. Realiza la corrección del factor de potencia.

    Cómo se verá en este documento, el factor de potencia tiene directa relación con

    los consumos de energía y las pérdidas de ésta, por ende, mejorar el factor de

    potencia tiene directa incidencia en los costos de consumo de energía, así como en

    el desgaste de los equipos por el excesivo consumo de corriente, además de que

    ayuda a reducir las pérdidas de energía en los conductores, entre otras ventajas.

    Para poder corregir este factor, se agregan componentes reactivos que compensen

    los efectos producidos por las reactancias, generalmente inductivas.

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    Desarrollo

    Potencia y Factor de Potencia

    En esta semana vamos a analizar las características de los circuitos de corriente alterna

    cuando las ondas sinusoidales de voltaje y de corriente no están en fase, y los circuitos no

    presentan distorsión armónica.

    Cómo ya se ha indicado en la introducción y en las ideas fuerzas de la semana, se mostrará

    que la energía eléctrica de corriente alterna tiene un componente denominado potencia

    activa y otro denominado potencia reactiva.

    La potencia activa es la más familiar porque es la que usan los equipos para efectuar un

    trabajo útil (calor, movimiento, luz, etc.). Esta potencia activa se mide en Watts (W), y se

    representa con la letra P.

    La potencia reactiva es más difícil de comprender, porque solo se hace evidente por sus

    efectos, ya que es la que establece el campo magnético de un motor, o bien el campo

    electrostático de un condensador o capacitor. La potencia reactiva se mide en VAR, (volts-

    amperes reactivos), y se representa con la letra Q (de Quadratur). Para efectos técnicos,

    se dice que las bobinas generan potencia reactiva y los condensadores la consumen.

    Las máquinas eléctricas consumen potencia activa y generan potencia reactiva en su

    operación. La potencia reactiva es la que establece los campos magnéticos en el motor y

    se deben a la presencia de las reactancias inductivas presentes en la máquina, pues ésta

    está construida a partir de bobinas o inductores, y la potencia activa es la que hace que gire

    la flecha del motor, para obtener potencia mecánica o torque mecánico. Los VAR

    corresponden a la operación de los campos magnéticos donde se almacena energía

    momentáneamente para regresar al sistema eléctrico en el siguiente medio ciclo de la onda

    de 60 Hz, por ende, es por ello que la potencia reactiva no corresponde a un consumo. La

    corriente de magnetización, que forma la potencia reactiva, permite fluir a la energía por los

    núcleos de las máquinas eléctricas y las laminaciones de los motores.

    Ya que tenemos potencia activa y reactiva presentes en los sistemas eléctricos de potencia

    en corriente alterna, los ingenieros definen el término de potencia aparente para describir

    el total, o aparente flujo de potencia. La potencia aparente se mide en VA (volts-amperes),

    y se representa con la letra S (de Scheinleistung - Potencia Aparente).

    Para poder comprender de forma más coloquial estos conceptos, analicemos la siguiente

    figura:

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    En esta imagen podemos ver como se hace la analogía entre las distintas potencias, con

    un vaso de Shop, donde podemos ver que el líquido de la cerveza representa la potencia

    activa (kW), que es lo que realmente consumimos. La espuma representa la potencia

    reactiva (kVAR), la cual no es aprovechada para el consumo, por ende, no aporta al trabajo

    que se realizará con la energía y, por último, vemos que la suma de ambas, corresponde a

    la potencia aparente (KVA), que corresponde a la parte real y la parte reactiva de la

    potencia, donde, aprovechando este mismo ejemplo, es por lo que estamos pagando

    cuando compramos el vaso de Shop y corresponde a la energía que nos cobra la compañía.

    Lo anterior se explica con lo que se denomina, triángulo de potencia:

    De éste triángulo tenemos las definiciones:

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    Potencia activa (P)

    Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de corriente alterna,

    el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia activa que tendrá que

    proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). Por eso en corriente continua, dónde

    sólo teníamos resistores, la potencia activa sólo se denominaba potencia, pues no existían

    efectos reactivos.

    La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo eléctrico

    cualquiera, cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna

    es la siguiente:

    De donde:

    P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W)

    I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A)

    Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi”

    (En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre

    igual a “1”,mientras que en los que poseen carga inductiva ese valor será siempre menor

    de “1”).

    Potencia reactiva (Q)

    La potencia reactiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que

    poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir

    el campo magnético con el cual funcionan.

    La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la

    siguiente:

    De donde:

    Q = Valor de la carga reactiva, en volt-ampere reactivo (VAR)

    S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)

    P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)

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    Potencia aparente o total (S)

    La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el resultado de la suma

    geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra

    una planta eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de

    carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito

    eléctrico es potencia activa (P).

    La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el volt-ampere

    (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente:

    De donde:

    S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)

    V = Voltaje de la corriente, expresado en volt

    I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)

    En función de las potencias anteriores, se puede expresar como:

    Si medimos con un voltímetro la tensión o voltaje (V) que llega hasta los bornes de un motor

    y seguidamente, por medio de un amperímetro, medimos la intensidad de corriente en

    ampere (A) que fluye por el circuito eléctrico de ese motor, luego multipliquemos las cifras de

    los dos valores obtenidos, el resultado de la operación será el valor de la potencia aparente

    (S), expresada en volt-ampere (VA) que desarrolla dicho motor y no precisamente su

    pot