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Medida de potencia y energÍa en circuitos trifÁsicos – prÁctica, informe de laboratorio



INFORME DE LABORATORIO

MEDIDA DE POTENCIA Y ENERGÍA EN CIRCUITOS TRIFÁSICOS – PRÁCTICA, INFORME DE LABORATORIO


INTRODUCCIÓN

El estudio de los circuitos es una de las partes fundamentales de las aplicaciones de la electricidad, razón que explica su importancia para la aproximación de los ingenieros mecánicos a los conceptos relacionados con la corriente y la tensión. Esta es la principal explicación de la relevancia del estudio de circuitos trifásicos, en particular, de las medidas de potencia y de energía que se pueden realizar con base en estos. Sin embargo, no sólo son importantes las medidas que se puedan tomar, sino que las habilidades que se desarrollan para hacer el circuito representan una aplicación directa de los conceptos teóricos vistos en clase, lo que permite relacionar la teoría con la práctica.

El análisis de circuitos trifásicos exige la aplicación de una serie de conceptos que se concatenan en el momento de hacer el circuito y de tomar las medidas pedidas en la práctica, como son el uso y funcionamiento de los vatímetros, del contador y del transformador, vistos en prácticas anteriores de forma individual, pero que ahora requieren un estudio de su interacción. Este tipo de prácticas ubican al estudiante dentro del campo de acción en el cual deberá aplicar los conceptos yhabilidades adquiridos en su vida profesional.



OBJETIVOS

Practicar las medidas de potencia y energía en sistemas trifásicos con carga RL en estrella y triángulo.
Adquirir habilidades en la construcción de circuitos que exijan la interacción de diferentes aparatos eléctricos para su funcionamiento.
Comprender el funcionamiento de aparatos eléctricos como el vatímetro, el contador y el transformador.
Obtener datos que se puedan relacionar y explicar por medio de la teoría vista en clase.

CONCEPTOS TEÓRICOS

MONTAJE
Montaje 1

El anterior montaje representa una conexión estrella con una inductancia en serie por fase con las resistencias de 15 ohmios. Es importante aclarar que en la práctica realizada en el laboratorio se utilizaron bobinas y no inductancias directamente. Este circuito está conformado por dos vatímetros, tres inductancias, tres resistencias, un voltímetro, un amperímetro, un transformador (TC) y un contador. Los vatímetros tienen la misma constantes K=8, y el amperímetro tiene un factor de conversión igual a 5. El tiempo de una revolución del contador se midió con reloj con segundero, lo que implica que se pueden presentar errores representativos debido a la lectura inexacta; para reducir este error se tomaron varias medidas (3).

Montaje 2

Para el segundo montaje, la conexión que se maneja es delta para cinco bobinas en serie para cada fase, con tres fases.


INFORME DE RESULTADOS



Hacer el circuito del montaje 1 (conexiónestrella); conecte una bobina en serie por fase con las resistencias de 15 ohmios. Esta conexión corresponde al montaje 1.



Potencia en los vatímetros, factor de conversión de conversión de 8.



Tiempo de una revolución del contador.



Hacer la conexión delta, conectando en cada fase cinco bobinas en serie con la resistencia de 15 ohmios.

Esta conexión corresponde al montaje 2.

Las medidas realizadas son:

Corriente de línea I=3,2 A (medida tanto con la pinza como con al amperímetro)

Tensión de línea V=208 V

Vatímetro W1 W1=-30W*8=-240W

Vatímetro W2 W2=53W*8=424W

Tiempo de 1 rev del contador t=35:303 s

Cálculos: consigne a continuación los cálculos abreviados y sus resultados.


a) sQue es el TC y que finalidad tiene?

Un Transformador de Corriente que es un accesorio o instrumento que detecta el flujo de corriente sin romper el circuito bajo prueba. Un transformador de corriente alterna, por lo general con disminución gradual; el listado de proporción típico seria 1000:1, esto indicaría 1000A en el primario, y 1A en el secundario.

b) Método de conexión aron.
Este método permite conocer la potencia de un circuito trifásico.

La potencia demandada por una carga trifásica es igual a la suma de las potencias suministradas por cada una de las fases. Esto se cumple para cualquier tipo de conexión de la carga y características de ésta. Luego, la potencia del sistema trifásico puede medirse con tres vatímetros monofásicos conectados en la forma indicada en el esquema. Obsérvese que esto requiere tener acceso al punto neutro del sistema.

El vatímetro 1 indicará: PR=UR .IR .cosφR
El vatímetro 2 indicará: PS=US .IS .cosφS
El vatímetro 3 indicará:PT=UT .IT .cosφT
La potencia total será: P= PR +PS +PT

En los sistemas trifilares la medida de la potencia se realiza conectando los elementos en la forma indicada en el esquema (conexión Aron). Los vatímetros monofásicos quedan conectados a una tensión 3 Vf, desfasadas a 30s

Consideremos los vatímetros monofásicos en forma independiente para estudiar su comportamiento y medida que permite el cálculo de la potencia total. Se analizan diferentes tipos de carga:

a- Carga ZR = ZS = ZT =R φ R =φ S = φ T = 0s

Del diagrama vectorial se deduce que el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:

P1=URT IRcos30s
P2=UST IScos30s

Considerando que: URT = UST = U; IRT = IST = I; cos30s =(√3)/2

La potencia total, resulta: P = W1 + W2 =√3 .UI lo que significa cos φ = 1 valor éste que, de acuerdo al tipo de carga considerado es correcto.



b- Carga ZR = ZS = ZT =R + j X; (X/R)=arctg30s

Del diagrama vectorial se deduce que el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:

P1=URT IRcos0s= U.I
P2=UST IScos60s=0.5 U.I

La potencia total, resulta: P = W1 + W2



c- Carga ZR = ZS = ZT = R + j X; (X/R)= arctg60s
Del diagrama vectorial se deduce que el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:

P1=URT IRcos30s= (√3)/2U.I
P2=UST IScos90s=0

El vatímetro 2 permanecerá en la posición cero y la potencia total, será: P = W1; = 90s



d- Carga ZR = ZS = ZT = j X; φ =90s
Del diagrama vectorial se deduceque el vatímetro 1 y el vatímetro 2 miden:

P1=URT IRcos60s= 0.5U.I
P2=UST IScos120s=-0.5U.I

El resultado negativo nos indica que el vatímetro 2 tenderá a señalar la medida con movimiento de la aguja en sentido contrario al normal. Para lograr la medida, se invierte la conexión de tensión (o de intensidad).


Para el tipo de carga considerada la potencia total será: P = P1 + (-P2 0. En general, cuando uno de los vatímetros (en este caso el 2), tiende a señalar en sentido contrario (lo que ocurre para 60s), se invierte la conexión de uno de sus circuitos y la potencia total se obtiene por diferencia: P = P1 - P2



c) Relaciones que existen entre la potencia aparente, potencia activa, y la potencia reactiva.
La potencia activa (P), medida en vatios (W), representa la capacidad del circuito para realizar un trabajo en un tiempo dado. Debido a los elementos reactivos de la carga, la potencia aparente (S), medida en voltamperios (VA), producto de la tensión por la intensidad, será igual o mayor que la potencia activa. La potencia reactiva (Q), medida en voltamperios reactivos (VAR), es una medida de la energía almacenada que es reflejada hacia la fuente durante cada ciclo de la corriente alterna.

POTENCIA ACTIVA (P) P = V I COS Ï•


S = P + jQ
POTENCIA REACTIVA (Q) Q = V I SEN Ï•

POTENCIA APARENTE (S) S = V I

CONCLUSIONES

a–S Cuando se manejan diferentes tipos de conexiones el estudiante se enfrenta de forma directa con comportamientos diferentes, que son un factor de selección de un tipo de conexión sobre otro definido por las características particulares de la conexión.

a–S La potencia que marca el contador (Pcon) es mayor en la conexión estrella que en la conexión delta o triángulo. Sin embargo, es importante aclarar que esto está relacionado con el número de inductancias utilizadas por fase.

a–S La forma imprecisa de medir el tiempo que demora el contador en dar una revolución genera datos erróneos que deben corregirse con la aplicación de métodos más precisos, por ejemplo, mediante el uso de un cronómetro.






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