UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA –ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA CURSO: LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS PRACTICA: CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA 2-. FUNDAMENTO TEÓRICO: Estudio de la potencia reactiva, evaluación de la potencia reactiva en un circuito, determinación del factor de potencia actual y el nuevo factor de potencia cuando se le inserta reactancias capacitivas en paralelo. Determinar las condiciones para que el circuito entre en resonancia y sus efectos en el sistema El factor de potencia, f.d.p., de un circuito un circuito de corriente de corriente alterna, como alterna, como la relación entre la potencia la potencia activa, P, activa, P, y la potencia la potencia aparente, S aparente, S.1 .1 Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0. Mejora del factor de potencia A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un sistema un sistema a un valor muy próximo a la unidad.1 unidad.1 Esta práctica es conocida como mejora o corrección del factor de potencia y se realiza mediante la conexión a través de conmutadores, en general automáticos, de bancos de condensadores (conocidos también como bancos de capacitores) capacitores)3 o de inductancias, según sea el caso el tipo de cargas que tenga la instalación. instalación. Por ejemplo, el efecto inductivo de las cargas de motores puede ser corregido localmente mediante la conexión de condensadores. En determinadas ocasiones pueden instalarse motores síncronos con los que se puede inyectar potencia capacitiva capacitiva o reactiva con tan solo variar la corriente de excitación del motor. Las pérdidas de energía en las líneas de transporte de energía eléctrica aumentan con el incremento de la intensidad. Como se ha comprobado, cuanto más bajo sea el f.d.p. de una carga, se requiere más corriente para conseguir la misma cantidad de energía útil. Por tanto, como ya se ha comentado, las compañías suministradoras de electricidad, para conseguir una mayor eficiencia de su red, requieren que los usuarios, especialmente aquellos que utilizan grandes potencias, mantengan los factores de potencia de sus respectivas cargas dentro de límites especificados, estando sujetos, de lo contrario, a pagos adicionales por energía reactiva. La mejora del factor de potencia debe ser realizada de una forma cuidadosa con objeto de mantenerlo lo más alto posible. Es por ello que en los casos de grandes variaciones en la composición de la carga es preferible que la corrección se realice por medios automáticos. Supongamos una instalación de tipo inductivo cuyas potencias P, Q y S forma el triángulo de la figura 1. Si se desea mejora el cosφ a otro mejor cosφ', sin variar la potencia activa P, se deberán conectar un banco de condensadores en paralelo a la entrada de la instalación para generar una potencia reactiva Qc de signo contrario al de Q, para así obtener una potencia reactiva final Qf. Analíticamen Analíticamente te
:
Luego,
donde ω es la pulsación y C la capacidad de la batería de condensadores que permitirá la mejora del f.d.p. al valor deseado. Sustituyendo en la primera igualdad,
VENTAJAS DE LA CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA. De manera invertida, lo que no produce un efecto adverso produce una ventaja; por lo tanto, el corregir el factor de potencia a niveles más altos, nos da como consecuencia: a. Un menor costo de energía eléctrica. Al mejorar el factor de potencia no se tiene que pagar penalizaciones por mantener un bajo factor de potencia. b. Aumento en la capacidad del sistema. Al mejorar el factor de potencia se reduce la cantidad de corriente reactiva que inicialmente pasaba a través de transformadores, alimentadores, tableros y cables. c. Mejora en la calidad del voltaje. Un bajo factor de potencia puede reducir el voltaje de la planta, cuando se toma corriente reactiva de las líneas de alimentación. Cuando el factor de potencia se reduce, la corriente total de la línea aumenta, debido a la mayor corriente reactiva que circula, causando mayor caída de voltaje a través de la resistencia de la línea, la cual, a su vez, aumenta con la temperatura. Esto se debe a que la caída de voltaje en una línea es igual a la corriente que pasa por la misma multiplicada por la resistencia en la línea. d. Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores. e. Aumento de la vida útil de las instalaciones TIPOS DE COMPENSACIÓN. Las inductividades se compensan con la conexión en paralelo de capacitancias, conocida como compensación en paralelo. Esta forma de compensación es la más usual, especialmente en sistemas trifásicos. Los tres tipos de compensación en paralelo más usados son:
a. Compensación Individual: A cada consumidor inductivo se le asigna el condensador necesario. Este tipo es empleado ante todo para compensar consumidores grandes de trabajo continuo.
El diagrama siguiente muestra la compensación individual de un transformador.
b. Compensación en Grupos: Los grupos se conforman de varios consumidores de igual potencia e igual tiempo de trabajo y se compensan por medio un condensador común. Este tipo de compensación es empleado, por ejemplo para compensar un grupo de lámparas fluorescentes.
c. Compensación Central: La potencia reactiva inductiva de varios consumidores de diferentes potencias y diferentes tiempos de trabajo es compensada por medio de un banco de compensadores. Una regulación automática compensa según las exigencias del momento.
COMPENSACIÓN INDIVIDUAL DE MOTORES. Para compensar un motor trifásico es necesario probar primeramente si el motor es arrancado directamente o si es arrancado por medio de un dispositivo arrancador estrella-delta. Para un arranque directo, por ejemplo, por medio de un arrancador electromagnético, la compensación individual es sencilla, El condensador se conecta directamente a los terminales A, B y C del motor, sin necesidad de más dispositivos
3.-ELEMENTOS A UTILIZAR: - Voltímetro - Amperímetro - Vatímetro monofásico - Multímetro digital - Capacitancia 4.5, 10. 20. 50 y 70 uF - Cosfímetro - Motor monofásico de 1 Hp 4.-PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN: V
A 225 225 225 225 225 225 226
S 4.6 1035 4.57 1028.25 4.55 1023.75 4.5 1012.5 4.5 1012.5 4.56 1026 4.55 1028.3
P
COS
O
150 200 175 175 175 200 200
Ae 0.45 0.48 0.56 0.74 0.88 0.995 0.995
Condensador Ac 4.68 0 4.34 4.5 3.78 10 2.94 20 2.09 30 0.87 50 1.79 70
4.1. Registrar los datos de los componentes del circuito R-L (motor monofásico). 4.2. Utilizando una fuente de tensión de 220V, 60Hz, alimentar al circuito construido. 4.3. Registrar la información de los instrumentos aplicados en el circuito y tabular siguiendo las instrucciones del formato de tabla presentado 4.4. Registrar la potencia activa que toma el circuito utilizando un vatímetro monofásico aplicando la conexión y los factores que indica el instrumento utilizado. 4.5. Para evaluar la potencia reactiva aplicada en el ensayo, registrar la información necesaria que permita establecer su cos Ф en forma directa e indirecta
4.6. Insertar en el circuito un cosfímetro para determinar el factor de potencia real del circuito y compara con el deducido en el paso anterior indicando el error y explicando la justificación del mismo.
4.7.- Insertar un capacitor de 4.5 microfaradios en paralelo al circuito y registrar la información de los puntos 4.3, 4.4, 4.6 y 4.6 ; tabulando adecuadamente los resultados, repetir los ensayos reemplazando el condensador por uno de 10, 25, 50, y finalmente reemplazarlo por uno de 70 microfaradios. (Verificar los valores) 4.8.- Para cada caso elaborar el diagrama fasorial correspondiente 5.-CUESTIONARIO 5.1. Desarrollar un breve comentario sobre las mediciones realizadas en el procedimiento paso 4.6 ? El Angulo primero está en desfase, y a a medida que colocamos de menor a mayor la capacitancia esta tiende a estar en fase en 0 para nuestro caso al colocar una de 50 Uf , al colocar uno de 70 este esta adelantado con un ángulo de 0.995 grados lo que nos indica que que mejoran notablemente al incluir capacitores 5.2. Graficar en el mismo plano cartesiano la potencia inicial y la evolución de la potencia cuando se corrige el factor de potencia con los diferentes condensadores. 5.3. ¿Por qué se presenta una elevada corriente en el momento de energizarse el circuito?, determinar en qué condición se presenta la mayor corriente de inserción. 6.-OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES La corriente de alimentación varía muy poco pero va disminuyendo de a poco El Angulo de desfase se va reduciendo lo cual nos indica que a medida que aumentamos la capacitancia este mejorara la práctica, ya que a más capacitores el circuito tendera a ser perfecto Puede que sea muy ventajoso colocar capacitores para mejorar la potencia pero a grandes industrias sería algo más complejo de analizar para ver si sale a cuenta o saldría perdiendo, recordando que implemente esto a gran escala costaría una fuerte inversión La corriente que ingresa al cosfimetro se va reduciendo ya que la corriente reactiva también se reduce gracias a los condensadores 7-.Biliografia http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Tecnologias/factor.pdf http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_factor_potencia/ke_factor_potencia_4.htm
