P7 ELECTRICOS

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INFORME N°7

POTENCIA ELECTRICA EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA

I. OBJETIVOS:

Analizar y verificar en forma experimental la potencia activa, reactiva y aparente de los circuitos eléctricos de corriente alterna, mediante el vatímetro monofásico y el voltímetro –amperímetro.

Analizar y verificar el procedimiento correcto para la utilización y funcionamiento del instrumento vatímetro.

II. MARCO TEORICO:

En circuitos AC se presenta la siguiente situación, en una resistencia el voltaje y la

corriente siempre están en fase y la resistencia siempre es pasiva, todo el tiempo

la energía eléctrica se convierte en calor; los condensadores y las bobinas

almacenan energía y producen un ángulo de fase de 90° entre la corriente y el

voltaje por lo que por periodos son activos y periodos son pasivos, significa que

estos elementos devuelven energía hacia los generadores en un circuito AC en

general se consideran tres tipos

de potencia:

Potencia aparente (S): corresponde a la potencia total que envía la fuente al

circuito de carga, es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva, según se

muestra en la siguiente figura. Se representa por S y se mide en voltiamperios

(VA). Para una tensión dada la potencia aparente es proporcional a la intensidad

que circula por la instalación eléctrica:

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Potencia activa (P): corresponde a la potencia que realmente utiliza el circuito,

representa la capacidad de una instalación eléctrica para transformar la energía

eléctrica en trabajo útil: mecánica (movimiento o fuerza), lumínica, térmica,

química, etc. Esta potencia es realmente la consumida en una instalación

eléctrica. Se representa por P y se mide en vatios (W):

Donde ∅ es el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente, al “cos ∅” se le llama

el factor de potencia.

Potencia reactiva (Q): La potencia reactiva (y la energía reactiva) no es una

potencia (energía) realmente consumida en la instalación, ya que no produce

trabajo útil debido a que su valor medio es nulo.

Aparece en una instalación eléctrica en la que existen bobinas o condensadores, y

es necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos en dichos componentes.

Se representa por Q y se mide en voltamperios reactivos (VAr).

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III. ELEMENTOS A UTILIZAR:

Vatímetro.

01 variac monofásico

02 resistencia variable 0-44 ohmios

01 Multimetro digitales

01 amperímetro analógico

01 vatímetro electrodinámico 0-120 v, 5A

01 vatímetro digital

5 condensadores, Conductores de conexión

IV. PROCEDIMIENTO DE EJECUCION:

a) Armar el circuito de la siguiente figura:

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VATÍMETRO

MULTIMETROVARIAC

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b) Regulando el variac monofásico obtener en el voltímetro “VT” una

tensión de 80 voltios.

c) Variando la resistencia R1 desde su máximo valor de 88 ohmios hasta

20 ohmios como mínimo, y para diferentes capacitores en el circuito,

no deberá de circular más de 2.75 A en el circuito, registrar los valores

V1, V2, A, W del circuito para 08 valores de R1 y C.

PUNTO A(Amp) V1(V) V2(V) VT W(Watts) R1(Ω) C(uf Ω)

1 0.63 57.5 56.9 79.9 36 88 30

2 0.66 55.0 59.6 80.0 36 80 30

3 0.70 50.6 63.1 80.1 35 70 30

4 0.96 60.3 52.8 79.8 60 60 50

5 1.06 55.2 58.2 79.5 60 50 50

6 1.17 48.9 64.1 80.2 59 40 50

7 1.60 50.3 63.1 80.3 82 30 70

8 1.81 38.0 71.2 80.3 68 20 70

R1 C S total P total Q total

Punto P1=W P1=I 2.R1 P1=Vr2/R1 Qc=I 2.Xc Qc=Vc2/Xc

1 36 34.93 37.23 35.09 36.62 50.85 36.05 35.855

2 36 34.85 34.38 38.52 40.17 52.72 35.08 39.345

3 35 34.3 36.58 43.33 45.03 56.74 35.29 44.18

4 60 55.3 60.60 48.89 52.55 77.52 58.63 50.72

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5 60 56.18 60.94 59.61 63.85 85.42 59.04 61.73

6 59 54.76 59.78 72.62 77.45 94.75 57.85 75.04

7 82 76.80 84.34 97.0 105.08 129.53 81.05 101.04

8 68 65.52 72.2 124.13 133.79 146.0 68.57 128.90

V. CUESTIONARIO:

1. Explicar el principio de funcionamiento del vatímetro

El principio en el cual el instrumento funciona es como sigue: Suponga cualquier circuito, tal como un motor eléctrico, una lámpara o un transformador, está recibiendo la corriente eléctrica; entonces la energía dada a ese circuito contado en vatios es medida por el producto de la corriente que atraviesa el circuito en amperios y la diferencia potencial de los extremos de ese circuito en voltios, multiplicados por cierto factor llamado el factor de la energía en esos casos en los cuales el circuito sea inductivo y el alternarse actual. Hay dos tipos de vatímetros: los análogos y los digitales.

En un circuito de corriente alterna la deflexión de la aguja es proporcional al producto instantáneo medio del voltaje y la corriente, midiendo pues la potencia real y posiblemente (dependiendo de las características de cargo) mostrando una lectura diferente a la obtenida multiplicando simplemente las lecturas arrojadas por un voltímetro y un amperímetro independientes en el mismo circuito.

Los vatímetros electrónicos se usan para medidas de potencia directa y pequeña o para medidas de potencia a frecuencias por encima del rango de los instrumentos de tipo electrodinamómetro. Los tríodos acoplados se

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operan en la porción no lineal de sus curvas características al voltaje de red y la corriente de placa.

El rango de frecuencia de un vatímetro electrónico puede extenderse hasta los 20 megahercios usando tubos de pentodos en lugar de tríodos. Las condiciones de operación de un pentodo se ajustan de forma que la corriente de placa sea proporcional al producto de una función lineal del voltaje de placa y a una función exponencial del voltaje de red.

2. ¿Qué es la potencia eléctrica activa?

La denominada “potencia activa” representa en realidad la “potencia útil”, o sea, la energía que realmente se aprovecha cuando ponemos a funcionar un equipo eléctrico y realiza un trabajo. Por ejemplo, la energía que entrega el eje de un motor cuando pone en movimiento un mecanismo o maquinaria, la del calor que proporciona la resistencia de un calentador eléctrico, la luz que proporciona una lámpara, etc.

Por otra parte, la “potencia activa” es realmente la “potencia contratada” en la empresa eléctrica y que nos llega a la casa, la fábrica, la oficina o cualquier otro lugar donde se necesite a través de la red de distribución de corriente alterna.

La potencia consumida por todos los aparatos eléctricos que utilizamos normalmente, la registran los contadores o medidores de electricidad que instala dicha empresa para cobrar el total de la energía eléctrica consumida cada mes.

3. ¿Qué es la potencia eléctrica reactiva?

La potencia reactiva es la consumen los motores, transformadores y todos los dispositivos o aparatos eléctricos que poseen algún tipo de bobina o

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enrollado para crear un campo electromagnético. Esas bobinas o enrollados que forman parte del circuito eléctrico de esos aparatos o equipos constituyen cargas para el sistema eléctrico que consumen tanto potencia activa como potencia reactiva y de su eficiencia de trabajo depende el factor de potencia.

Mientras más bajo sea el factor de potencia, mayor será la potencia reactiva consumida. Además, esta potencia reactiva no produce ningún trabajo útil y perjudica la transmisión de la energía a través de las líneas de distribución eléctrica. La unidad de medida de la potencia reactiva es el VAR y su múltiplo es el kVAR (kilovolt-amper-reactivo).

4. ¿Qué es la potencia eléctrica aparente?

La potencia aparente o potencia total es la suma de la potencia activa y la aparente. Estas dos potencias representan la potencia que se toma de la red de distribución eléctrica, que es igual a toda la potencia que entregan los generadores en las plantas eléctricas. Estas potencias se transmiten a través de las líneas o cables de distribución para hacerla llegar hasta los consumidores, es decir, hasta los hogares, fábricas, industrias, etc.

5. ¿Cómo se conecta el vatímetro? Dibuje el esquema.

Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se

conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil

tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia

medida.

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Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo

electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en

fase con ella.

6. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica

activa que consume un circuito?

La potencia ACTIVA de un circuito de corriente alterna la podemos

encontrar mediante un vatímetro que sería el procedimiento más sencillo y

rápido.

7. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica

reactiva que consume un circuito?

La potencia REACTIVA de un circuito de corriente alterna la podemos encontrar con los siguientes instrumentos: Un multímetro el cual nos permite tener el valor de la tensión y la corriente del circuito también un cosfimetro para encontrar el Angulo de desfase y tendríamos que aplicar formula.

8. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica

aparente que consume un circuito?

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EL VATIMETRO SE CONECTA EN SERIE Y EN PARALELO

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Con un multímetro analógico medimos la corriente y el voltaje tomándolo como voltímetro y amperímetro, al realizar el producto de estos se conoce la potencia aparente.

9. Dibujar el diagrama fasorial completo correspondiente al circuito

armado

10. A partir de los datos, hallar las potencias activa, reactiva y

aparente teóricas.

S total P total Q total

50.85 36.05 35.855

52.72 35.08 39.345

56.74 35.29 44.18

77.52 58.63 50.72

85.42 59.04 61.73

94.75 57.85 75.04

129.53 81.05 101.04

146.0 68.57 128.90

11. A partir de los datos, hallar las potencias activa, reactiva y

aparente experimentales.

R1(Potencia Activa) C(Potencia reactiva)

Punto P1=W P1=I 2.R1 P1=Vr2/R1 Qc=I 2.Xc Qc=Vc2/Xc

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P=Potencia Activa

S=Potencia Aparente

Q=Potencia Reactiva

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1 36 34.93 37.23 35.09 36.62

2 36 34.85 34.38 38.52 40.17

3 35 34.3 36.58 43.33 45.03

4 60 55.3 60.60 48.89 52.55

5 60 56.18 60.94 59.61 63.85

6 59 54.76 59.78 72.62 77.45

7 82 76.80 84.34 97.0 105.08

8 68 65.52 72.2 124.13 133.79

12. En forma tabulada dar la divergencia de valores existentes

entre los valores teóricos y experimentales.

Divergencia en las Potencias Activas:

P1=W

P1=W Teórico Error Absoluto

Error Relativo Error Porcentual

36 36.05 -0.05 -0.001 -0.14%36 35.08 0.92 0.026 2.62%35 35.29 -0.29 -0.008 -0.82%60 58.63 1.37 0.023 2.34%60 59.04 0.96 0.016 1.63%59 57.85 1.15 0.020 1.99%82 81.05 0.95 0.012 1.17%68 68.57 -0.57 -0.008 -0.83%

P1=I 2.R1

P1=I 2.R1 Teórico E. Absoluto E. Relativo E. Porcentual

34.93 36.05 -1.12 -0.031 -3.11%34.85 35.08 -0.23 -0.007 -0.66%

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34.3 35.29 -0.99 -0.028 -2.81%55.3 58.63 -3.33 -0.057 -5.68%56.18 59.04 -2.86 -0.048 -4.84%54.76 57.85 -3.09 -0.053 -5.34%76.8 81.05 -4.25 -0.052 -5.24%65.52 68.57 -3.05 -0.044 -4.45%

P1= Vr2/R1

P1= Vr2/R1 Teórico E. Absoluto E. Relativo E. Porcentual

37.23 36.05 1.18 0.033 3.27%

34.38 35.08 -0.7 -0.020 -2.00%

36.58 35.29 1.29 0.037 3.66%

60.6 58.63 1.97 0.034 3.36%

60.94 59.04 1.9 0.032 3.22%

59.78 57.85 1.93 0.033 3.34%

84.34 81.05 3.29 0.041 4.06%

72.2 68.57 3.63 0.053 5.29%

Divergencia en las Potencias Reactivas:

Qc=I 2.Xc

P1= Teórico E. Absoluto E. Relativo E. Porcentual

35.09 35.855 -0.765 -0.021 -2.13%

38.52 39.345 -0.825 -0.021 -2.10%

43.33 44.18 -0.85 -0.019 -1.92%

48.89 50.72 -1.83 -0.036 -3.61%

59.61 61.73 -2.12 -0.034 -3.43%

72.62 75.04 -2.42 -0.032 -3.22%

97 101.04 -4.04 -0.040 -4.00%

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124.13 128.9 -4.77 -0.037 -3.70%

Qc=Vc2/Xc

P1= Teorico E. Absoluto E. Relativo E. Porcentual

36.62 35.855 0.765 0.021 2.13%

40.17 39.345 0.825 0.021 2.10%

45.03 44.18 0.85 0.019 1.92%

52.55 50.72 1.83 0.036 3.61%

63.85 61.73 2.12 0.034 3.43%

77.45 75.04 2.41 0.032 3.21%

105.08 101.04 4.04 0.040 4.00%

133.79 128.9 4.89 0.038 3.79%

VI. OBSERVACIONES:

Antes de energizar la conexión se debe consultar al docente.

El vatímetro analógico se debe colocar en dos formas a la vez ya que este consta con dos bobinas una para medir la corriente en serie y otra en paralelo para la caída de tensión, el vatímetro hace la realicen de estos y nos da la potencia.

Potencia activa es la potencia disipada por las cargas resistivas, las resistencias como ejemplo.

La potencia aparente sale de la suma de los fasores de la potencia reactiva y la activa ( suma de vectores)

La potencia reactiva no se genera, solo se produce cuando hay bobinas (inductores) o capacitores.

La impedancia del circuito es variable por eso la potencia que está presente

en esta no solo atina dar como resultado la generación de este si no que

esta para ser exactos en la suma de los vectores de la potencia activa y

reactiva.

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El ángulo de desfase entre la corriente y tensión es negativa, debido a que es un circuito R-C, el cual hace que la corriente se adelante a la tensión.

VII. CONCLUSIONES:

En el laboratorio se deberá conocer los diferentes instrumentos para el

uso correcto de los mismos ya que existen una infinidad de instrumentos

que se adaptan según lo requerido en la experiencia.

Para poder validar la medición realizada por los instrumentos de medición

debemos conocer la teoría, es decir que debemos conocer cómo es que

funciona el paso de la electricidad tanto físicamente como teóricamente.

Cada instrumento de medición tiene un diferente posicionamiento es decir

que el posicionamiento del voltímetro es diferente al del amperímetro y si

conectamos mal nuestros instrumentos esto podrá hacer que malogremos

o dañemos los dispositivos.

Un instrumento de medición debe cubrir dos requisitos: confiabilidad y

validez.

El trabajar en un laboratorio de electricidad implica mucha

responsabilidad ya que siempre se corre el riesgo de una posible descarga

o choque eléctrico es por eso que es necesario saber las normas de

seguridad

VIII. BIBLIOGRAFIA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_el%C3%A9ctrica

http://www.asifunciona.com/respuestas/respuesta_2/

respuestas_2.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Vat%C3%ADmetro

http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de

medida/medidores/medidores-de-potencia.htm

http://electricidad.usal.es/Principal/Circuitos/Comentarios/Temas/

EnergiaReactiva.php

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