Potencia elctricaLapotencia elctricaes la relacin de paso de
energa de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad
deenergaentregada o absorbida por un elemento en un tiempo
determinado. La unidad en elSistema Internacional de Unidadeses
elvatio(watt).Cuando una corriente elctrica fluye en cualquier
circuito, puede transferir energa al hacer untrabajo mecnicoo
termodinmico. Los dispositivos convierten la energa elctrica de
muchas maneras tiles, comocalor,luz(lmpara
incandescente),movimiento(motor elctrico),sonido(altavoz) oprocesos
qumicos. La electricidad se puede producir mecnica o qumicamente
por lageneracin de energa elctrica, o tambin por la transformacin
de la luz en lasclulas fotoelctricas. Por ltimo, se puede almacenar
qumicamente enbateras.La energa consumida por un dispositivo
elctrico se mide envatios-hora(Wh), o enkilovatios-hora(kWh).
Normalmente las empresas que suministran energa elctrica a la
industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en
vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en
vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos elctricos debe
figurar junto con la tensin de alimentacin en una placa metlica
ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En
los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y
en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en
el cristal o en su base.Potencia en corriente alterna[editar]Cuando
se trata decorriente alterna(AC) sinusoidal, el promedio de
potencia elctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales
es una funcin de losvalores eficaceso valores cuadrticos medios, de
la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad
de corriente que pasa a travs del dispositivo.Si a un circuito se
aplica una tensin sinusoidalconvelocidad angulary valor de picode
forma
Esto provocar, en el caso de un circuito de carcter inductivo
(caso ms comn), una corrientedesfasada un ngulorespecto de la
tensin aplicada:
Donde, para el caso puramente resistivo, se puede tomar el ngulo
de desfase como cero.La potencia instantnea vendr dada como el
producto de las expresiones anteriores:
Mediantetrigonometra, la expresin anterior puede transformarse
en la siguiente:
Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:
Se obtiene as para la potencia un valor constante,y otro
variable con el tiempo,. Al primer valor se le denominapotencia
activay al segundopotencia fluctuante.Componentes de la
intensidad[editar]
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 tensin tienen un
desfase. Se define componente activa de la intensidad,Ia, a la
componente de sta que est en fase con la tensin, y componente
reactiva,Ir, a la que est en cuadratura con ella (vase Figura 1).
Sus valores son:
El producto de la intensidad,I, y las de sus componentes
activa,Ia, y reactiva,Ir, por la tensin,V, da como resultado las
potencias aparente(S), activa(P)y reactiva(Q), respectivamente:
Potencia aparente[editar]
Figura 2.- Relacin entre potencia activa, aparente y
reactiva.Lapotencia complejade un circuito elctrico de corriente
alterna (cuya magnitud se conoce comopotencia aparentey se
identifica con la letraS), es la suma (vectorial) de la potencia
que disipa dicho circuito y se transforma encalorotrabajo(conocida
comopotencia promedio, activa o real, que se designa con la letraPy
se mide envatios(W)) y la potencia utilizada para la formacin de
los campos elctrico y magntico de sus componentes, que fluctuar
entre estos componentes y la fuente de energa (conocida
comopotencia reactiva, que se identifica con la letraQy se mide
envoltiamperiosreactivos(var)). Esto significa que la potencia
aparente representa la potencia total desarrollada en un circuito
con impedancia Z. La relacin entre todas las potencias aludidas
es.Estapotencia aparente(S) no es realmente la "til", salvo cuando
elfactor de potenciaes la unidad(cos =1), y seala que la red de
alimentacin de un circuito no slo ha de satisfacer la energa
consumida por loselementos resistivos, sino que tambin ha de
contarse con la que van a "almacenar" las bobinas y condensadores.
Se mide envoltiamperios(VA), aunque para aludir a grandes
cantidades de potencia aparente lo ms frecuente es utilizar como
unidad de medida el kilovoltiamperio (kVA).La frmula de la potencia
aparente es:Potencia activa o Potencia absorbida[editar]Es la
potencia capaz de transformar laenerga elctricaen trabajo. Los
diferentes dispositivos elctricos existentes convierten la energa
elctrica en otras formas de energa tales como: mecnica, lumnica,
trmica, qumica, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente
consumida por los circuitos y, en consecuencia, cuando se habla de
demanda elctrica, es esta potencia la que se utiliza para
determinar dicha demanda.Se designa con la letraPy se mide en
vatios -watt-(W)o kilovatios -kilowatt-(kW). De acuerdo con su
expresin, laley de Ohmy el tringulo deimpedancias:
Resultado que indica que la potencia activa se debe a
loselementos resistivos.Potencia Reactiva Inductiva[editar]Esta
potencia no se consume ni se genera en el sentido estricto (el uso
de los trminos "potencia reactiva generada" y/o "potencia reactiva
consumida" es una convencin) y en circuitos lineales solo aparece
cuando existen bobinas o condensadores. Por ende, es toda aquella
potencia desarrollada en circuitos inductivos. Considrese el caso
ideal de que un circuito pasivo contenga exclusivamente, un
elementoinductivo(R = 0; Xc = 0 y Xl = o) al cual se aplica una
tensin senoidal de la forma u(t) = Umx * sen w*t. En dicho caso
ideal se supone a la bobina como carente de resistencia y
capacidad, de modo que slo opondr su reactancia inductiva a las
variaciones de la intensidad del circuito. En dicha condicin, al
aplicar una tensin alterna a la bobina la onda de la intensidad de
corriente correspondiente resultar con el mximo ngulo de desfasaje
(90). La onda representativa de dicho circuito es senoidal, de
frecuencia doble a la de red, con su eje de simetra coincidiendo
con el de abscisas, y por ende con alternancias que encierran reas
positivas y negativas de idntico valor. La suma algebraica de
dichas sumas positivas y negativas da una potencia resultante nula,
fenmeno que se explica conceptualmente considerando que durante las
alternancias positivas el circuito toma energa de la red para crear
el campo magntico en la bobina; mientras en las alternancias
negativas el circuito la devuelve, y a dicha devolucin se debe la
desaparicin temporaria del campo magntico. Esta energa que va y
vuelve de la red constantemente no produce trabajo y recibe el
nombre de "energa oscilante", correspondiendo a la potencia que
vara entre cero y el valor (Umx*Imx)/2 tanto en sentido positivo
como en negativo.Por dicha razn, para la condicin indicada resulta
que P = 0 y por existir como nico factor de oposicin la reactancia
inductiva de la bobina, la intensidad eficaz del circuito vale:
El desfasaje angular de la corriente (I) respecto de la tensin
(U) es de 90, tal como se puede apreciar en este diagrama de un
circuito inductivo puro. Ntese como la sinusoide correspondiente a
la Potencia (P = U*I) es positiva en las partes en que tanto I como
U son positivas o negativas, y cmo es negativa en las partes en que
ya sea U o I es positiva y la otra negativa.En circuitos inductivos
puros, pese a que no existe potencia activa alguna igual se
manifiesta la denominada "Potencia reactiva" de carcter inductivo
que vale:
Siendo = 90 (Dado que la corriente atrasa con respecto de la
tensin)
La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no
produce trabajo y se dice que es una potenciadesvatada(no produce
vatios), se mide envoltiamperiosreactivos(var)y se designa con la
letraQ.A partir de su expresin,
Lo que reafirma en que esta potencia se debe nicamente a los
elementos reactivos.Potencia Reactiva Capacitiva[editar]Es toda
aquella potencia desarrollada en un circuito capacitivo.
Considerando el caso ideal de que un circuito pasivo contenga
unicamente uncapacitor(R = 0; Xl = 0; Xc = 0) al que se aplica una
tensin senoidal de la forma U(t) = Umx*sen w*t, la onda
correspondiente a la corriente I, que permanentemente carga y
descarga al capacitor resultar 90 adelantada en relacin a la onda
de tensin aplicada. Por dicha razn tambin en este caso el valor de
la potencia posee como curva representativa a una onda senoidal de
valor oscilante entre los valores cero y (Umx*Imx)/2 en sentido
positivo y negativo.Las alternancias de dicha onda encierran reas
positivas correspondientes a los perodos en que las placas del
capacitor reciben la carga de la red; significando los perodos
negativos el momento de descarga del capacitor, que es cuando se
devuelve a la red la totalidad de la energa recibida. En esta
potencia tambin la suma algebraica de las reas positivas y
negativas es nula dado que dicha reas son de igual y opuesto valor.
La potencia activa vale cero, y por existir como nico factor de
oposicin la reactancia capacitiva del circuito la intensidad eficaz
que recorre al mismo vale:
Siendo = 90 (La tensin atrasa respecto de la corriente)
Diagrama de un circuito puramente capacitivo en el cual la
tensin atrasa 90 respecto de la corriente.En los circuitos
capacitivos puros no existe potencia activa, pero si existe la
potencia reactiva de carcter capacitivo que vale:
Potencia de cargas reactivas e in-reactivas[editar]Para calcular
la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente
alterna, es necesario tener en cuenta tambin el valor delfactor de
potenciao coseno dephi() que poseen. En ese caso se encuentran los
equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir,
aquellos aparatos que para funcionar utilizan una o ms bobinas o
enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con
losmotores elctricos, o tambin con los aparatos de aire
acondicionado o los tubos fluorescentes.Las cargas reactivas o
inductivas, que poseen los motores elctricos, tienen un factor de
potencia menor que 1 (generalmente su valor vara entre 0,85 y
0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo del equipo en cuestin y
de la red de suministro elctrico disminuye cuando el factor se
aleja mucho de la unidad, traducindose en un mayor gasto de energa
y en un mayor desembolso econmico.
Factor de potencia
Figura 1. tringulo de potencias activa P y aparente S en un caso
particular ideal.Se definefactor de potencia, f.d.p., de
uncircuitodecorriente alterna, como la relacin entre lapotencia
activa, P, y lapotencia aparente, S.1Da una medida de la capacidad
de una carga de absorber potencia activa. Por esta razn, f.d.p = 1
en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y
capacitivos ideales sin resistencia f.d.p =
0.ndice[ocultar]1Introduccin2Importancia del factor de
potencia3Influencia del tipo de cargas4Regla Nemotcnica5Mejora del
factor de potencia6Ejemplo de modificacin del factor de
potencia7Clculo del f.d.p. medio de una instalacin8Componentes no
senoidales9Vase tambin10Referencias11Enlaces
externosIntroduccin[editar]Se define el factor de potencia
como:
Donde es el ngulo entre la potencia activa P y el valor absoluto
de la aparente S.Si las ondas de voltaje y corriente son
PERFECTAMENTE senoidales entonces. v es el ngulo del voltaje. i es
el ngulo de la corriente.
El Factor de Potencia (FP) es la relacin entre las Potencias
Activa (P) y Aparente (S). Si la onda de corriente alterna es
perfectamente senoidal, FP y Cos coinciden.Si la onda no fuese
perfecta S no estara nicamente compuesta por P y Q, sino que
aparecera una tercera componente suma de todas las potencias que
genera la distorsin. A esta componente de distorsin le llamaremos
D.Supongamos que en la instalacin hay una Tasa de Distorsin Armnica
(THD) alta y debido a que hay corrientes armnicas. Estas corrientes
armnicas, junto con la tensin a la que est sometido el conductor
por el fluyen da como resultado una potencia, que si fuese sta la
nica distorsin en la instalacin, su valor se correspondera con el
total de las distorsiones D.El Cos (Coseno de ) no es ms que el
coseno del ngulo que forman la potencia activa (P) y la aparente
(S) en el tringulo de potencias tradicional.Si las corrientes y
tensiones son perfectamente senoidales se tiene la figura 1 y por
lo tanto:
Resultando que el f.d.p es el coseno del ngulo que forman
losfasoresde lacorrientey latensin. En este caso se puede observar
que cos(