Todos nos enfrentamos cada día a los aparatos eléctricos. Sin ellos, nuestra vida parece detenerse. Y cada aparato tiene una potencia nominal en su ficha técnica. Hoy vamos a descubrir qué es, sus tipos y cómo calcularlo.
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Potencia en un circuito de CA
Los aparatos eléctricos enchufados a los circuitos de la red eléctrica funcionan con corriente alterna, por lo que es en estas condiciones en las que vamos a tratar la potencia. Sin embargo, primero vamos a dar una definición general del término.
Potencia . - Cantidad física que representa la velocidad de conversión o transmisión de la energía eléctrica.
En un sentido más estricto, se dice que la potencia eléctrica es la relación entre el trabajo realizado en un periodo de tiempo y ese periodo de tiempo.
Para reformular esta definición de forma menos científica, la potencia es la cantidad de energía consumida por un consumidor en un periodo de tiempo determinado. El ejemplo más sencillo es una bombilla normal. La velocidad a la que una bombilla convierte la electricidad que consume en calor y luz es su potencia. En consecuencia, cuanto mayor sea la clasificación inicial de la bombilla, más energía consumirá y más luz emitirá.
Ya que en este caso no sólo se está llevando a cabo el proceso de convertir la electricidad en algún otro proceso (luz, calor, etc.).luz, calor, etc.), sino también el proceso de oscilación del campo eléctrico y magnético, aparece un desplazamiento de fase entre la corriente y la tensión, que debe tenerse en cuenta en los cálculos posteriores.
Al calcular la potencia en un circuito de corriente alterna, es habitual distinguir entre componentes activos, reactivos y totales.
El concepto de potencia activa
La potencia activa "útil" es la parte de la potencia que se utiliza para convertir directamente la energía eléctrica en otras formas de energía. Se identifica con la letra latina P y se mide en Watt (W).
Calculado con la fórmula: P = U⋅I⋅cosφ,
donde U e I son el valor eficaz de la tensión y la corriente respectivamente, cos φ es el coseno del ángulo de fase entre la tensión y la corriente.
¡IMPORTANTE! La fórmula descrita anteriormente es adecuada para el cálculo de 220VSin embargo, las máquinas de uso intensivo suelen utilizar un circuito con 380 V. Por lo tanto, es necesario multiplicar la fórmula por la raíz de tres o 1,73.
El concepto de potencia reactiva
La potencia reactiva "perjudicial" es la que se genera durante el funcionamiento de aparatos con cargas inductivas o capacitivas y que refleja las oscilaciones electromagnéticas que se producen. En pocas palabras, es la energía que se transfiere de la fuente de alimentación al consumidor y luego se devuelve a la red.
Además, es muy perjudicial para la red de alimentación, por lo que suelen intentar compensarla.
Este valor se designa con la letra latina Q.
RECUERDA La potencia reactiva no se mide en vatios convencionales (Wpero en voltio-amperio reactivo (GUERRA).
Se calcula según la fórmula:
Q = U⋅I⋅sinφ,
donde U e I son el valor eficaz de la tensión y la corriente respectivamente, sinφ es el seno del ángulo de fase entre la tensión y la corriente.
¡IMPORTANTE! En el cálculo este valor puede ser positivo o negativo, dependiendo del movimiento de fase.
Cargas capacitivas e inductivas
La principal diferencia entre los reactivos (capacitiva e inductiva) son en realidad cargas capacitivas e inductivas que tienen la propiedad de almacenar energía y devolverla a la red.
Una carga inductiva convierte primero la energía de una corriente eléctrica en un campo magnético (durante medio período) y luego convierte la energía del campo magnético en corriente eléctrica y la transmite a la red. Algunos ejemplos son los motores asíncronos, los rectificadores, los transformadores y los electroimanes.
¡IMPORTANTE! En el caso de las cargas inductivas, la curva de corriente siempre va por detrás de la curva de tensión en medio período.
Una carga capacitiva convierte la energía de una corriente eléctrica en un campo eléctrico y luego convierte la energía del campo resultante de nuevo en corriente eléctrica. Ambos procesos, de nuevo, tienen lugar durante medio período cada uno. Algunos ejemplos son los condensadores, las baterías y los motores síncronos.
¡IMPORTANTE! Durante el funcionamiento de una carga capacitiva, la curva de corriente se adelanta a la curva de tensión en medio período.
Factor de potencia cosφ
Factor de potencia cosφ (que lee el coseno phies una cantidad escalar que indica la eficiencia del consumo de energía eléctrica. En términos sencillos, el cosφ muestra la presencia de la parte reactiva y la magnitud de la parte activa resultante en relación con la potencia total.
El factor cos ϕ se encuentra en la relación entre la potencia eléctrica activa y la potencia eléctrica total.
¡NOTA! Para un cálculo más preciso, deben tenerse en cuenta las distorsiones no lineales de la forma de onda sinusoidal, pero se desprecian en los cálculos normales.
El valor de este factor puede variar de 0 a 1 (si el cálculo se realiza en forma de porcentaje, entonces de 0% a 100%). Es fácil ver en la fórmula que cuanto más alto sea el valor, mayor será el componente activo y, por tanto, mejor será el rendimiento.
Concepto de potencia total. Triángulo de poder
La potencia aparente se calcula geométricamente como la raíz de la suma de los cuadrados de las potencias activa y reactiva respectivamente. Se designa con la letra latina S.
También puedes calcular la potencia total multiplicando la tensión y la corriente respectivamente.
S = U⋅I
¡IMPORTANTE! La potencia total se mide en voltios-amperios (VA).
El triángulo de potencia es una representación conveniente de todos los cálculos y relaciones descritas anteriormente entre la potencia activa, reactiva y aparente.
Las catetos representan los componentes reactivos y activos, mientras que la hipotenusa representa la potencia total. Según las leyes de la geometría, el coseno del ángulo φ es igual a la relación de las componentes activa y total, es decir, es el factor de potencia.
Cómo encontrar las potencias activas, reactivas y aparentes. Ejemplo de cálculo
Todos los cálculos se basan en las fórmulas mencionadas anteriormente y en el triángulo de potencia. Veamos un problema que se da con frecuencia en la práctica.
Normalmente, los aparatos están etiquetados con una potencia activa y un valor de cosφ. Con esta información es fácil calcular los componentes reactivos y totales.
Para ello, divide la potencia activa por el cosφ y obtén el producto de la corriente y la tensión. Esta será la potencia aparente.
A continuación, a partir del triángulo de potencias, hallar la potencia reactiva igual al cuadrado de la diferencia entre los cuadrados de las potencias total y activa.
Cómo se mide el cosφ en la práctica
El valor del cos ϕ suele figurar en las etiquetas de los aparatos, pero si es necesario medirlo en la práctica, se puede utilizar un aparato especializado, un un fasómetro .. Un vatímetro digital también hará fácilmente el trabajo.
Si el cosφ resultante es lo suficientemente bajo, puede ser prácticamente compensado. Esto se hace principalmente incluyendo instrumentos adicionales en el circuito.
- Si es necesario corregir la componente reactiva, hay que añadir al circuito un elemento reactivo que actúe en sentido contrario al dispositivo que ya está funcionando. Se conecta un condensador en paralelo para compensar el motor asíncrono, para un ejemplo de carga inductiva. Se conecta un solenoide para compensar un motor síncrono.
- Si es necesario corregir problemas de no linealidad, se incorpora un corrector de cosφ pasivo, por ejemplo, una reactancia de alta inductancia conectada en serie con la carga.
Potencia - este es uno de los indicadores más importantes de los aparatos eléctricos, por lo que para saber lo que es y cómo se calcula, es útil no sólo para los escolares y las personas especializadas en la tecnología, sino también todos nosotros.
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