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LABORATORIO No 4 POTENCIA EN REDES DE CORRIENTE CONTÍNUA 4.1. OBJETIVO GENERAL. Al finalizar la presente práctica estaremos en condiciones de identificar, analizar, evaluar, concluir y encarar redes de corriente continua en las que se encuentre involucrada la potencia eléctrica, y para su cuantificación se apelará al uso y principio de funcionamiento del Vatímetro. 41.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Para alcanzar el objetivo general, debemos manejar y usar adecuadamente los siguientes parámetros eléctricos involucrados en la práctica: Potencia Transformación de la energía eléctrica Remuneración Demanda Máxima Ley de Joule Calentamiento Pérdida Energía Vatímetro Principio de Operación del Vatímetro Cargo por Potencia Cargo por Energía 4.2. PUNTUALIZACIONES TEÓRICAS. La potencia es la rapidez con la que se realiza un trabajo, es decir, es el trabajo realizado por una carga eléctrica al desplazarse desde un punto A hasta otro punto B, y podemos representarlo por la siguiente ecuación:
W = q ( V A − V B )
Si en un circuito existe un receptor que transforma la energía potencial en otra forma de energía, el valor de ésta última para un paso de corriente por el receptor durante un tiempo t es:
W = E = I ∗ t ( V A − V B )
Esta expresión corresponde a la energía consumida por un receptor. La potencia eléctrica en Corriente Continúa es aquella que en su totalidad se transforma en otro tipo de energía, cuyo trabajo es útil. En el interior de un resistor, los electrones se mueven con una velocidad de arrastre constante sin ganar energía cinética, cuando dicho resistor se somete a una diferencia de potencial eléctrico. La energía potencial eléctrica adquirida por los electrones se pierde y se transmite al resistor en forma de calor. A este efecto, se le llama calentamiento por efecto Joule. Se desarrolla una cierta cantidad de calor que es proporcional a la potencia, ésta sigue la siguiente expresión: FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE ING. ELÉCTRICA E ING. ELECTRÓNICA
Estas ecuaciones se conocen como la Ley de Joule y se aplican solamente en la transformación de energía eléctrica en energía calorífica. Otra forma de expresar la potencia es de la siguiente forma:
P = I ∗ V ( W )
La cantidad de calor que produce un conductor al paso de la corriente eléctrica, se encuentra en razón directa a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de corriente y al tiempo, su expresión es: La potencia en corriente continua se diferencia de la potencia eléctrica en corriente alterna, por que es netamente útil, esto quiere decir que cumple la misión de transformarse en otro tipo de energía aprovechable, sin embargo, este grado de utilidad está limitado por el rendimiento del equipo a utilizar. 4.3. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR.
- Tres resistencias (Focos de 220 [V]; 200 [W] c/u)
- Multímetro Electrónico. Dos Unidades
- Escala de Voltaje 200-700 V
- Escala de Corriente 20 A
- Escala de Óhmetro 200 Ω
- Analizador de Redes. Sensor Amperimétrico 5 A. Dos derivadores de Tensión tipo cocodrilo
- Fuente de Tensión: Red Laboratorio. 220 V; F-N
- Cables de conexión con terminales tipo banana y tenazas con derivación.
- Papeleta de Consumo de Energía de cualquier categoría. 4.4. CIRCUITO DE ANÁLISIS. Conexión Serie: Circuito Propuesto: FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE ING. ELÉCTRICA E ING. ELECTRÓNICA
P = I
2
⋅ R =
V
2
R
⇒[ W ]
Q = R ∗ I
2
∗ t ∗ 0 , 24 ⇒ [ Cal ]
Conexión Paralelo: Circuito Propuesto: Medición de Corriente: Medición de Voltaje: FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE ING. ELÉCTRICA E ING. ELECTRÓNICA
Medición de Potencia: 4.5. MONTAJE Y EJECUCIÓN DE LA PRÁCTICA.
- Seleccionar y verificar las lámparas a usar en la práctica, es decir, probar continuidad.
- Seleccionar los cables o chichotillos para usar en la conexión Serie y Paralelo para que éstos arreglos tengan confiabilidad y accesibilidad para los instrumentos de medición.
- Identificar en el Analizador de Redes Ar6, tanto los terminales de corriente y terminales de voltaje, en ellos determinar los dos derivadores de tensión L1-N y el sensor de corriente de 5 A de la línea 1 de corrientes..
- Identificar en la operación del analizador de redes la ventana correspondiente a ‘ mediciones ‘, ésta nos permitirá cuantificar la potencia la tensión y la corriente.
- Use un Multímetro que no difiera mucho de los valores de Tensión y Corriente desplegados por el analizador de redes.
- Realice la conexión serie de las tres lámparas, lea corriente y diferencia de potencial, este último en cada una de ellas según el circuito de análisis.
- Conecte el Analizador de Redes, en esta conexión según el circuito de análisis, es decir, analizador a la entrada de la carga y analizador de redes en cada receptor y compare con las magnitudes registradas, por el multímetro, tomando como verdadero la desplegada por el analizador de redes.
- Apunte en la tabla correspondiente a Lectura de Datos, todos los valores requeridos en la presente práctica.
- Al igual que la conexión serie, proceda a efectuar la conexión Paralelo de las tres lámparas, de forma análoga, instale el Analizador de Redes con el mismo criterio anterior.
- Efectúe las lectura de potencia, corriente y voltaje según el circuito de análisis y lectura de datos correspondiente.
- Vuelva a comparar las lecturas de corriente y potencia en cada resistencia con la lectura total de corriente y de potencia..
- Leer la parte correspondiente al Cuestionario de la práctica y efectúe algunos cálculos adicionales y lecturas necesarias para su solución. FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE ING. ELÉCTRICA E ING. ELECTRÓNICA
CARGAS TENSIÓN [V] CORRIENTE [A] POTENCIA [V][A]= [W] POTENCIA LEC. [W] ERROR %* R1 30.4 [V] 0.31 [A] 9.424 [W] 9.8 [W] 3.84% R2 30.4 [V] 0.33 [A] 10.032[W] 10.0 [W] 0.32 % R2 30.4 [V] 0.32 [A] 9.728 [W] 10.0 [W] 2.72% Σ 29. Determine errores de Corriente y de Potencia:
er %=
I V − I m
I v
x 100 %
I V – Corriente Verdadera ( Corriente de alimentación)
Im – Corriente Medida (Lectura de Corriente en R1, R2 y R3)
er %=
PV − Pm
Pv
x 100 %
PV – Potencia Verdadera. (Potencia total Analizador)
Pm – Potencia Medida. (Potencia VxA y Potencia Despl. Anal.)
4.6. CUESTIONARIO.
**1. Muestre un catálogo de un analizador de redes.
- Qué cuidados se debe tener antes de conectar un analizador de redes.
- Justifique analíticamente los circuitos analizados y compare con los valores de potencia lecturados.
- Existe eléctricamente el concepto de potencia en corriente continúa?
- Cuando se habla en corriente continua se estará siempre refiriéndose a una potencia útil?
- Será necesario cuantificar la potencia en instalaciones en corriente contínua?
- Adjunte una papeleta de consumo de energía residencial. proforma o factura. 4.7. CONCLUSIONES.** Antes de usar el analizador de redes se debe identificar terminales de Tensión y Corriente, fijarse la escala de corriente de la pinza amperimétrica o sensor de corriente. Comparar la instalación del analizador de redes con el plano existente en su manual para redes en dos hilos F-N La demanda de potencia, como era de esperar, siempre es mayor cuando las tres resistencias se encuentran conectados en paralelo, sin embargo se puede generalizar esta apreciación puntualizando que existirá mayor demanda de potencia en un circuito de corriente continua o alterna, cuando la resistencia equivalente sea pequeña. FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE ING. ELÉCTRICA E ING. ELECTRÓNICA
Conceptualmente el demandar o consumir potencia (Demanda en KW) y energía en KWh, siempre es remunerada, ya sea por parte del consumidor o por parte de la empresa distribuidora. La potencia en vatios en cualquier sistema siempre quiere decir; transformación de la energía eléctrica en otro tipo de energía, a través de un trabajo útil. Las papeletas de pago (Proformas) por consumo de energía eléctrica son impresas en un solo formato para todas las categorías existentes en la empresa de luz ELFEOSA, vale decir, Pequeñas Demandas, Medianas Demandas y Grandes Demandas, cada una de estas categorías tiene habilitada en la Proforma respectiva, parámetros característicos como ser el consumo de energía en kwh, la estadística del consumo de kwh anteriores, el Monto en Bolivianos a cancelar, el descuento por tarifa dignidad, el descuento por la tercera edad. A ello se debe sumar los montos correspondientes a Basura y Alumbrado Público; La demanda máxima y la energía consumida en kwh, el cargo por demanda y energía; La demanda máxima horaria, la energía horaria, el factor de potencia, etc, y a ellos también se suman los montos correspondientes a Recojo de Basura y Alumbrado Público. 4.8. BIBLIOGRAFÍA. Análisis básico de circuitos eléctricos David E. Jonson Análisis de Circuitos en Ingeniería Kemmerly Fundamentos de Circuitos Electricos Sadiku-Alexander Circuitos Eléctricos Dorf-svoboda Redes Eléctricas Balabanian Circuitos eléctricos I Ing. Gustavo Nava Circuitos Eléctricos Laboratorio Oscar Anave León Medidas Eléctricas Oscar Anave León Diagramas Fasor. Aplic. a Sist. de Med. Monofásico Oscar Anave León Y Trifásico Electrotecnia Curso Básico GTZ FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA CARRERA DE ING. ELÉCTRICA E ING. ELECTRÓNICA
