GUÍA DE ESTUDIO / DE EJERCICIOSMONTAJE Y CONSTRUCCIONES ELECTRICAS

GUÍA Nº2 Profesor/a(s) LUIS RAMIREZ RAMIREZ

Nivel o Curso/s 4º

Unidad/Sub Unidad Repaso de circuitos de corriente alterna

Contenidos 1. Compensacion y correccion del factor de potencia

Aprendizajes Esperados 1. Comprende de los efectos de conectar cargas inductivas en redes electricas de corriente alterna

2. Describe las tecnicas de compensacion en sistemas electricos de corriente alterna y sus potenciales ventajas.

3. Efectua los calculos de los bancos de condensadores a fin de corregir el factor de potencia y comprueba sus efectos.

FACTOR DE POTENCIA

Determinados aparatos electricos de consumo toman potencias reactivas de la red para crear campos magneticos. Esta demanda de potencia reactiva se presenta por ejemplo en las instalaciones electricas con bobinas de choques para equipos fluorescentes, en motores de corriente alterna monofasica y trifasica así como en transformadores. En estas instalaciones de consumo se precisan aparatos que compensen la potencia reactiva. Estos aparatos son desfasadores estaticos ( condensadores) o desfasadores rotativos ( motores sincronicos.

Los condensadores de potencia, se utilizan de preferencia, dado que su costo es mucho menor que los rotativos, fáciles de instalar, reducido mantenimiento, gran duracion asi como la sencillez y rapidez de una ampliacion ulterior.

Los condensadores de potencia descargan, por lo tanto, la red de suministro, es decir, reducen la demanda de potencia de esta, ademas de ofrecer las siguientes ventajas:

Mayor transmision de potencia por redes aereas y cables Menores perdidas de potencia Menores caidas de tensión Ahorro de los gastos de potencia reactivas Reduccion de los gastos de inversión en las ampliaciones Ahorro de perdidas por efecto joule en toda la instalación

La industria fabrica condensadores de potencia para baja tensión de hasta 690 V nominales, de hasta 100 KVAR de potencia reactiva (QC) y con perdidas de potencia menores de 0,5 W/KVAR, según enl tamaño del condensador.Existen diversas realizaciones tecnicas de los dispositivos de compensación; distinguimos la compensacion individual, la compensacion por grupo y la compensacion central. La compensacion individual se utiliza en aquellas cargas inductivas sueltas que deban compensarse directamente en conexión serie o paralelo. Las condiciones tecnicas de conexión prescriben las siguientes normas para la compensación individual:

Compensacion de transformadores, por ejemplo, las soldadoras para 150 A a 24 V, como minimo cos phi = 0,7

Compensación de motores para la potencia del motor en vacio o a plena carga, para un factor de potencia cos phi= 0.95

Compensación de la potencia reactiva de las bobinas de choque de tubos fluorescentes mediante compensacion en serie o en paralelo a un factor de potencia cos phi= 0,9.

En la practica, en instalaciones grandes de alumbrado con tubos fluorescentes se forman grupos de lamparas y se distribuyen uniformemente entre las tres fases de la red trifasica. Este tipo de compensación, por grupo, resulta mas economica pues los condensadores empleados para 380 V solo precisan 1/3, de la capacidad de los empleados a 220 V.

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Para la compensación central de la potencia reactiva en grandes instalaciones electricas se utilizan equipos reguladores de potencia reactiva. Los diferentes condensadores se añaden o se desconectan mediante reguladores electronicos de potencia reactiva. Es posible calcular la capacidad precisa en cada caso . La experiencia recomienda emplear, para potencias nominales del motor de hasta 30 KW, potencias de condensador entre el 40% y el 50%, y para potencias mayores aproximadamente el 35% de la potencia nominal del motor.

TECNICAS DE COMPENSACION

La forma de cálculo de la potencia reactiva capacitiva para compensar, relaciona el factor de potencia de la máquina que generalmente se encuentra en la placa característica y el factor que se desea llegar. Si llamamos φ1 al ángulo de desfase entre el voltaje y la corriente de la máquina que se quiere compensar y llamamos φ2 al ángulo que se desea compensar, entonces:

QC = P* (Tang φ1 - Tang φ2), en donde P: potencia en Watt del motor o maquina a compensar.

Mientras que el condensador se calcula de la siguiente expresión:

C = QC/ (2* π* f * V^2).

Ejemplo 1:Una instalación eléctrica consta de tres cargas reactivas, siendo sus potencias de 1,1 KW en equipos de alumbrado fluorescentes, 3 KW en un grupo de motores y 2,2 Kw. en lámparas de incandescencias. Si el cos φ1 medio es igual a 0,6, calcular el condensador para realizar una compensación a 0.95.

Solución Lo primero es determinar la potencia total, para lo que sumamos todas las potencias activas de la instalación:

Pt = P1+ P2+P3 = 1.1 + 3 + 2.2 = .6.3 KW

A continuación determinamos los ángulos respectivos, aplicando el inverso del coseno en cada caso. Así: φ1= 53,1 grados y φ2 =18,2grados.

Luego:QC = Pt*( Tang53,1º - Tang 18,2º)

QC = 6,3KW * (tng53,1º - tng18,2º)

QC = 6,32 KVAR

Con esta potencia reactiva, el condensador a instalar será:

C = 6,32/( 2* π*50* 220^2)

C = 416 uF.

La corriente si no se compensa se puede calcular fácilmente. Así, la potencia aparente de esta instalación es sin compensar:

S = P/cos φ1

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S =6,3 KW/ 0,6

S= 10,5 KVA

In = S/ V

In = 10,5KVA / 220V

In = 47,7 A.

Después de compensar la corriente nominal será:

Sdc = P/cos φ2

Sdc = 6,3KW/0,95

Sdc = 6,63 KVA

In = 6,63 KVA/220V

In = 30,1 A

De los resultados obtenidos se puede concluir que con la compensación las corrientes nominales demandadas de la red, se ven bastante reducidas. En este caso en poco mas de 17 A.Para redes trifásicas, los cálculos son exactamente iguales, solo cambia un poco el valor del condensador, ya que en vez de dividir por 220V en la formula, se divide por 380 V.

Ejemplo 2.-

Un motor trifásico registra en placa una potencia de 10 Hp, un cos φ = 0.5. Calcular su potencia aparente, su corriente nominal, el condensador para que su cos φ = 0,95 y la corriente nominal demandada después de compensar.Solución:

P = 10 Hp * 746 W

P= 7460 W

S = P / Cos φ1

S = 7460 W /0,5

S = 14920 VA

In = S/( √3 * 380 V)

In = 14920/(√3 * 380 V)

In = 22.66 A

Esos son los valores de S y la corriente antes de compensar

QC = P* (Tang φ1 - Tang φ2)

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QC = 7460* (Tang φ1 - Tang φ2)A continuación determinamos los ángulos respectivos, aplicando el inverso del coseno en cada caso. Así: φ1= 60º y φ2 = 18.2º.

QC = 7460* ( Tang60º - Tang 18.2º)

QC = 10468 VAR

C= QC/(2* π* f * V^2)

C = 10468/(2* π* 50 *380 V^2)

C = 230 uF

Este valor del condensador, se divide por tres ya que se trata de una instalación trifásica, siendo entonces necesario tres condensadores de 76,9 uF ( uno por fase).

Después de compensar, la potencia y la corriente serán:

Sdc= P/ 0.95

Sdc = 7460/0.95

Sdc = 7852.6 VA

In = 7852.6 /√3 * 380 V In =11.93 A

De los resultados obtenidos, tanto la potencia aparente como la corriente nominal se reducen a la mitad casi, una vez compensado.

Ejemplo .- Una Máquina herramienta esta accionada por un motor de corriente alterna de 220V/ 2,2KW a carga nominal, el motor, con un factor de potencia de 0,78 en retraso una corriente de 15 A. La línea de alimentación tiene una longitud de 29 mts. , la caída tensión no debe sobrepasar en 3% de Vnom.

Determinar:a.- Potencia de entrada del motor PE(W)b.- El rendimiento del motorc.- La caída de tensión de la línea de alimentación Vp (V).d.- La potencia Reactiva del Banco de condensadores Qc (VAR)e.- La capacidad del banco de condensador C micro-faradiofj.- La corriente nominal de la fuente y la potencia aparente, una vez compensado.

Solucion:

a) PE(W) = 2,2 Kwb) η = (PE(W)/P) * 100%

η =

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P = S*cosФ

P = 220V*15 A * 0.78

P = 2574 W

Luego

η = PE(W)/P * 100 η =( 2200W / 2574W) * 100η = 85,47 %

c) V

Donde q : sección del conductor ϰ: Conductividad del cobre ɭ : Largo del conductor i : Intensidad de corriente nominal

En este caso, es el 3% de la tensión nominal, lo que nos da 220 * 0.03 = 6.6 V

d) QC=

Luego:

QC=

QC = 1218,58 VAR

e) C= =

C = 80,18 uF

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