domingo, 3 de junio de 2012

Potencia eléctrica

Potencia eléctrica

Objetivo

Dar a conocer que es potencia eléctrica, conocer sus características y derivaciones importantes aplicadas en el tema. Además de resolver problemas relacionados con el mismo.

Introducción

La potencia eléctrica, es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo.
Para poder entender esto es necesario entender cada una de estas palabras por separado:

"Potencia" y "Eléctrica”

Potencia (P): Es la cantidad de trabajo efectuado en un determinado tiempo.

Eléctrica: Refiriéndose a la energía eléctrica, la energía eléctrica es la capacidad de realizar un trabajo con ayuda de la electricidad.

Entonces, si potencia eléctrica es;
"La Relación de paso de energía de un flujo por una, unidad de tiempo."
Significa que:
! Es la relación de, Trabajo de un flujo eléctrico por un tiempo determinado ¡




Potencia eléctrica


Entonces, Como se dijo anteriormente.
La potencia eléctrica, como la energía consumida por un aparato eléctrico, en una unidad de tiempo.Pero tomando en cuenta que hay dos tipos de potencia.

1. Potencia Útil
 Es la energía transformada en trabajo
2. Potencia Disipada
 Es la energía perdida en calor.

La formula seria:
 P = E / T

Unidades.

  P = Potencia   EN    (Watt)
  E = Energía    EN    (Jouls)
           T = Tiempo      EN    (Segundos)

Entonces la formula de la potencia eléctrica es:  
   
      P = E / T    
  Tenemos que:      
 1 Watt = 1Joule / 1 segundo
Ley de Watt 
 

        Donde:                                          Se mide en:

     P= Potencia                                   Watt
      V= Voltaje                                      Volts
            I = Intensidad                                Amperes

Donde nos dice:
Que La potencia eléctrica (P) suministrada por receptores es  directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad (I) que circula en el.


Potencia
Es la energía eléctrica que existe en un circuito, medida en Watts.
Voltaje
Es la fuerza que impulsa a la corriente a lo largo de un conductor y se mide en Volts
Intensidad
Es la cantidad de electricidad que circula en un conductor por un tiempo determinado y se mide en Amperes.

Además la ley de Watt puede ser utilizada en potencias de corriente Alterna y de Corriente Continua, suponiendo que se vallan a utilizar en un circuito las Inductancias O capacitancias, tomando en cuanta que hay tres tipos de circuitos:


Resistivas
Inductivas
Capacitivas
Ley de joule

Los electrones que recorren el circuito cerrado, toman energía pero a la vez la pierden con átomos del conductor, provocando que se caliente o irradie calor al ambiente (hacia afuera) y esto es lo que el JOULE estudia.


El calor  adquirido se puede representar con: JOULS o CALORIAS
La ley de joule es:

Q = R * I2 * T

Tomando en cuenta que:

Q= Es el calor emitido en Calorías
R= Es la resistencia expresada en Volts
I2= Es la Intensidad expresada en Amperes
T= Tiempo expresado en segundos


Esto es en determinado momento malo ya que se va la mayoría de nuestra potencia en el calor y no en la potencia. Por eso la mayoría de los electrodomésticos se calientan demasiado. Reduciendo su capacidad de efectividad del producto.
Entonces las Unidades manejadas también manejadas son:
                                                   
1 Watt = 1J/ Seg
 1 joule = .24 Calorías
Unidades de medida.



Además de unidad de la potencia eléctrica básica (watt).Existen Múltiplos Y Submúltiplos

Múltiplos
Kilowatt = 1000 Watts
Kilowatt Hora = 1000 Watts en Una hora
Kilowatt Hora = 1000 Watts Por 3,600 Seg es = A 3, 600,000 Joule

Submúltiplos
Mili watt = 0.001 Watts
Micro Watt = 0.000 001 Watt

Sin Olvidar que podemos llegar a utilizar los caballos de fuerza (HP) O los caballos de vapor (CV)
1 Caballo de vapor = 735 Watt
1 Caballo de fuerza = 746 Watts

Potencia Eléctrica en Corriente Continua




Es la circulación de electrones, hacia una sola dirección dentro de un circuito cerrado.
Esta dirección de un solo sentido siempre es del polo negativo hacia el polo positivo.
Es generada por pilas, baterías y acumuladores.

Ahora bien cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales (Baterías), el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de la corriente que pasa a través del dispositivo.

Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión.

P = V * I

Donde sus Magnitudes son:

 I  (Amperios)      es el valor instantáneo de la corriente.
 V    (Voltios)          es el valor instantáneo del voltaje.
 P    (Vatios)           es el valor expresado en watts.





Potencia Eléctrica en corriente alterna. 
La corriente alterna es aquella en la, que la Intensidad (I) cambia de dirección en el conductor. Este cambio de dirección es causado por el cambio de polaridad periódico de la Tensión (V), aplicada en los polos.


La Corriente Alterna
Tiene magnitudes principales. Las cuales son:


1. Amplitud (A): Es la amplitud de señal los valores que hay de pico a pico.  Se miden en:
 Volt: Para señales de Tensión
 Ampere: Para señales de Intensidad O corriente eléctrica.

2. Periodo (T): Es el tiempo que tarda la señal en repetirse la misma forma varias veces.

3. Frecuencia (F): Es el numero de ciclos que se producen en o durante un segundo.
 Se miden en:
 Hercio: (Hz)




DESFASAJE DE LA CORRIENTE ALTERNA

Intensidad de la corriente en fase con el voltaje
Representado con la letra A
La corriente ( ) que fluye por un circuito eléctrico de corriente alterna, así como la tensión o voltaje (V) aplicado al mismo, se puede representar gráficamente por medio de dos sinusoides, que sirven para mostrar cada una de las magnitudes. Para un circuito cerrado con una carga resistiva conectada al mismo, tanto la sinusoide de la corriente como la del voltaje aplicado al circuito, coincidirán tanto en fase como en frecuencia.

Intensidad de la corriente atrasada con relación al voltaje
Representado con la letra B


Cuando la carga conectada en el circuito de corriente alterna es inductiva, como la de los motores y transformadores, la sinusoide de la corriente (I ) se atrasa o desfasa en relación con la tensión o voltaje (V). Es decir, cuando el voltaje ya ha alcanzado un cierto valor en la sinusoide, superior a “0” volt, en ese preciso instante y con cierto retraso la intensidad de la corriente comienza a incrementar su valor, a partir de “0” ampere.


Intensidad de la corriente adelantada con relación al voltaje
Representado con la letra CSi lo que se conecta al circuito de corriente alterna es una carga capacitiva, como un capacitor o condensador, entonces ocurrirá todo lo contrario al caso anterior, es decir, la sinusoide que representa la intensidad "I" de la corriente se desfasará ahora también, pero en esta ocasión en sentido contrario, es decir, adelantándose a la tensión o voltaje. Por tanto, en este caso cuando la corriente alcanza un cierto valor en la sinusoide, superior a “0” ampere, entonces en ese momento el voltaje comienza a aumentar su valor partiendo de “0” volt.



Impedancias 
Ahora bien, conociendo esto.
En cualquier circuito eléctrico de corriente alterna existen los tipos de Impedancias.
Por lo que es mas complicada la medición de potencia eléctrica debido a las impedancias. 
Una impedancia es la oposición  de componentes pasivos de un circuito en el paso de la corriente eléctrica las cuales son:


-Inductancia
-Capacitancia
-Resistencia


Inductancia O Reactancia inductiva (XL)
La reactancia inductiva es la oposición o resistencia que ofrecen al flujo de la corriente por un circuito eléctrico cerrado las bobinas o enrollados hechos con alambre de cobre, ampliamente utilizados en motores eléctricos, transformadores de tensión o voltaje y otros dispositivos. Esta reactancia representa una “carga inductiva” para el circuito de corriente alterna donde se encuentra conectada.




Capacitancia O Reactancia capacitiva (XC)
La reactancia capacitiva es la oposición o resistencia que ofrecen al flujo de la corriente eléctrica los capacito res o condensadores. Esta reactancia representa una “carga capacitiva” para el circuito de corriente alterna donde se encuentra conectada. En la foto de la derecha podemos ver varios capacitores (o condensadores) y filtros conectados en la placa de un circuito electrónico en función de cargas capacitivas


Resistencia O Resistencia activa (R)
Es la oposición al flujo de la corriente eléctrica por un circuito cerrado. La resistencia activa representa lo que se denomina una “carga resistiva”.








Diferentes tipos de potencias

En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencias eléctricas diferentes:

Potencia activa (P) (resistiva)
Potencia reactiva (Q) (inductiva)
Potencia aparente (S) (total)



Potencia activa o resistiva (P)
La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt.

Los múltiplos del watt
El kilowatt (kW)
Megawatt (MW)

Submúltiplos
miliwatt (mW)
microwatt (uW).


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:

P= (V) (I) (Cos φ)

P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W)
I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A)
Cos φ = 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 o inductiva (Q)

Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que posea bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo consumen la potencia activa que suministra la fuente de FEM, sino también potencia reactiva.

La potencia reactiva o inductiva 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 unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR).

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

Q=√S2-P2

Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, 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)


Potencia aparente o total (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:

S=V*I

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)

La potencia activa, por ejemplo, es la que proporciona realmente el eje de un motor eléctrico cuando le está transmitiendo su fuerza a otro dispositivo mecánico para hacerlo funcionar.

La cifra que se obtiene de la operación matemática de hallar el valor de la potencia aparente (S) que desarrolla un dispositivo será siempre superior a la que corresponde a la potencia activa (P), porque al realizar esa operación matemática no se está tomando en cuenta el valor del factor de potencia o coseno de “fi” (Cos φ).









FACTOR DE POTENCIA

El llamado triangulo de potencias es la mejor forma de comprender de forma gráfica, que es el factor de potencia O también conocido como Coseno de <fi> (cos) y cual es la relación con los tipos de potencia en un circuito eléctrico de corriente alterna.


Este factor de potencia o coseno de FI, representa el valor del angulo que se forma gráficamente con la potencia activa (P) Y la potencia Aparente (S).
O sea que la relación que hay entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida, conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna.
Se representa en esta formula.



El resultado de esta formula tendrá que ser "1" o u numero menor a "1" ya que si cumple con esto, representara el factor de potencia al defasaje en grados que existen entre la intensidad de la corriente eléctrica y la tensión del circuito de corriente alterna.


PERO LO IDEAL SERÍA QUE EL RESULTADO SIEMPRE FUERA "1" YA QUE SE APROVECHARÍA AL MÁXIMO EL CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.





Ejercicios
Ejercicio 1

¿Cuál es el calor total producido por una resistencia eléctrica que da una corriente de 10 A, con un voltaje de 240 volts durante 50 minutos?

La energía calorífica

En Joule:                                 Q = R * I2 * T

240 Volt X (10 A)2 X (50*60) seg =  72, 000, 000 Joule
La energía en Calorías:          Q= J * 0.24C
72,000,000 0.24c = 17,280, 000 Calorías.
2do Ejercicio
La potencia de una lavadora es 888 watt, si un generador le suministra una corriente de 
5.15 A, ¿a qué tensión está conectada?


             
V=P/I

                P= 888 Watt
                   I= 5.15 A  
      
                       888 Watt / 5.15 A = volt
                     V= 172.42 volts

3 ejercicio

Un generador trifásico la carga, alimentada a 360 voltios, está compuesta por un equipo trifásico que consume 50 kW con un factor de potencia 0,85 en retardo calcular la potencia aparente.

Pe= 50 kW

Q = (S^2 – P^2)^-1 =31 kVAR( r

S=50Kw/.85 = 58.8 KvA


4 Ejercicio
De un motor trifásico se conocen los siguientes datos: 220v/380v, factor de potencia a .85 , rendimiento a un 95% y una potencia útil de 50 Cv. Calcule la intensidad de corriente que pasa por la línea conectada a estrella.

P abs.=P ut./ n = 50/.9 = 40888.8 W
                                                                                                                        
I= Pabs. / √3 * V* Fp I=40888.8/ √3* 220*.85 =126.24 A
5 Ejercicio

Un alternador trifásico de 440 V y conexión estrella, admite una corriente máxima de 35 A en cada devanado (línea). Calcular la potencia aparente máxima que puede suministrar el generador.

S = 3^-1 * V*I
S = 3 x 440 x 35
S = 26,7 kVA



Cuestionario
1.    Si hablamos de potencia efectiva, aparente y reactiva, hablamos de un circuito de corriente:
a)    Corriente alterna.
b)    Corriente directa.
c)    Las dos.
                            
2.    Es la representación vectorial de las tres potencias.
            a)    coseno de phi
            b)    Triangulo de potencia
            c)    Conexión en serie

3,    ¿Qué es la potencia real?
        a)    Crea campos eléctricos.
        b)    Es la consumida en un circuito, la que se utiliza.
        c)    Ninguna.

4.  ¿Cuál es la unidad de potencia total o aparente?
        a)    VA
        b)    VAR
        c)     Phi

5,   Formula de potencia eléctrica.
        a)    P= V/I
        b)    P= V*I
        c)    P=V*J

6,  ¿Cuál es la potencia reactiva y cual es su unidad?
        a)    Es la consumida en un circuito, unidad W
        b)    Es la suma de las potencias, unidad W.
        c)    Es la que crea los campos magnéticos y eléctricos, unidad VAR.














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