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UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NAL.INGENIERIA CARRERA ING.MECANICA ELECTROMECANICA Catedrático: Ing . Roberto Sandoval E.

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Page 1: 2  Definiciones Notaciones

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO FACULTAD NAL.INGENIERIA

CARRERA ING.MECANICA ELECTROMECANICA

Catedrático:Ing . Roberto Sandoval E.

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1.- Información General1.- Información General

Asignatura :Asignatura : Código :Código : Carrera :Carrera : Facultad :Facultad :

MEC - 3342MEC - 3342Ing. Mecánica - ElectromecánicaIng. Mecánica - Electromecánica

Nacional de Ingeniría Nacional de Ingeniría

2.- Contenido Mínimo2.- Contenido Mínimo2.1 Representación de tres corrientes de un sistema equilibrado sinuosidad.2.2. Potencia activa y reactiva en sistemas de corriente alterna Monofásica2.3 Factor de potencia y necesidad del mejoramiento de potencia2.4. Corriente alterna Monofásica2.5 Definiciones principales de la corriente alterna

3.- Objetivo3.- Objetivo. . Lograr el conocimiento de los conceptos de la corriente alterna y los esquemas de conexión trifásico para las instalaciones eléctricas industriales

Instalaciones Electromecánica Instalaciones Electromecánica

Identificación de la materia

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DEFINICONES Y NOTACIONES La potencia se genera, transmite y distribuye en trifásica Noción de fase: Los generadores trifásicos constan de tres bobinas donde se inducen tres voltajes monofásicos desfasados entre sí 120º. A cada una de estas partes físicas se denomina fase. Este mismo razonamiento se puede hacer en los motores

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Noción de secuencia

Secuencia directa Secuencia inversa

Afecta:

• Conexión de un motor ó alternador a un sistema ya existente (sentido de giro).• Medidores trifásicos de potencia.• Cargas desequilibradas

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Tipo de conexiones: Las tres fases físicas de los elementos trifásicos se pueden conectar entre sí de dos formas: conexión en estrella y conexión en triángulo.

Conexión en estrella Conexión en triángulo

Relaciones entre las tensiones e intensidades de línea y de fase. Estas relaciones dependen del tipo de conexión y de la secuencia de fases. Destacar en este punto que la secuenci a de fase sólo afecta a los desfases.

En estrella IL = IF

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En Estrella

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En TrianguloEn Estrella

Relaciones entre las tensiones e intensidades de línea y de fase

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Circuitos equivalentes monofásicosEl objetivo es aprender a pasar de un circuito trifásico a un circuito monofásico equivalente.

La ventaja de este proceso es que se reduce el número de intensidades y tensiones que hay que hallar, pudiéndose usar las técnicas de resolución de circuitos monofásicos.

Inconveniente: Para poder realizar esta conversión el circuito trifásico debe de ser equilibrado y todos los elementos del mismo deben de estar en estrella.

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Circuitos equivalentes monofásicos

Tomando el nudo n como referencia se puede plantear la ecuación nodal del nudo N.

Al no existir caída de tensión entre N y n la intensidad que atraviesa Zn vale 0.

Al no existir caída de tensión entre N y n la intensidad que atraviesa Zn vale 0.

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Circuitos equivalentes monofásicos

• Como la tensión entre los neutros es nula, estos se pueden unir con una impedancia de valor nulo, un cortocircuito. • Este cortocircuito desacopla el circuito trifásico en tres circuitos independientes.• La única diferencia existente entre cada uno de estos circuitos es el desfase que presentará las distintas fuentes de tensión.

Para pasar de un circuito trifásico a uno monofásico habrá que tener en cuenta las siguientes consideraciones:•.Las intensidades que van a circular por el circuito monofásico equivalente son las Intensidades de línea.• Las tensiones del circuito monofásico equivalente son las tensiones de fase.• Elementos del circuito monofásico equivalente generarán o consumirán potencias monofásicas

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Circuitos equivalentes monofásicos

• La relación entre tensión de fase y línea en configuración en estrella es:

• Intensidad de línea es igual a la de fase si el elemento está en estrella. IL=IF• La potencia monofásica es un tercio de la trifásica.

Recordar que:• Las cargas en triángulo se convierten a estrella, creando un neutro virtual ZY = ZD /3.

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Potencia y energía en circuitos trifásicos

La potencia instantánea trifásica es la suma de las potencias instantáneas monofásicas de cada una de las fases.

Esta potencia instantánea no depende del tiempo y por tanto es constante.

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Potencia y energía en circuitos trifásicos

Diferentes aspectos de la potencia en un elemento

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Ventajas de los circuitos trifásicos con respecto a losMonofásicos

• Potencia trifásica constante: Reduce las vibraciones en máquinas.• Mayor capacidad de transmisión de potencia al disminuir las Caídas de tensión y las pérdidas respecto a una línea monofásica.

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Ventajas de los circuitos trifásicos con respecto a los monofásicos Si se halla la intensidad de línea, que alimenta una carga conectada a una tensión UL

y que consume una potencia P, se observa la siguiente relación.

Se observa que la intensidad que circula por la línea en el caso monofásico es mayor que en el caso trifásico. Esto provoca mayores pérdidas en el sistema y caídas de tensión.

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Ventajas de los circuitos trifásicos con respecto a los monofásicos

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Ventajas de los circuitos trifásicos con respecto a losMonofásicos

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Factor de potenciaEl factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:

Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo.• Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.

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Tipos de potencia

La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo.

• Unidades: Watts (W) • Símbolo: P

Potencia reactivaLa potencia reactiva es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores.

• Unidades: VAR • Símbolo: Q

Potencia aparenteLa potencia aparente es la suma geométrica de las potencias efectiva y reactiva; es decir:

• Unidades: VA • Símbolo: S

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El triángulo de potencias

El ángulo nos indica si las señales de voltaje y corriente se encuentran en fase.Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia FP = Cos f puede ser: • Adelantado • Retrasado • Igual a 1.

FP = Cos f

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Tipos de cargas

Cargas resistivasEn las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, el voltaje y la corriente están en fase.• Por lo tanto, f = 0• En este caso, se tiene un factor de potencia unitario.

Cargas inductivasEn las cargas inductivas como los motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasada respecto al voltaje.• Por lo tanto, f < 0• En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.

Cargas capacitivasEn las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje.• Por lo tanto, f > 0• En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.

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Diagramas fasoriales del voltaje y la corriente

Según el tipo de carga, se tienen los siguientes diagramas:

El bajo factor de potencia

Causas:• Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de energía.• Cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del ángulo f se incrementa y disminuye el factor de potencia.

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Factor de potencia VS ángulo f

Problemas técnicos: Pérdidas en un conductor VS factor de potencia

• Mayor consumo de corriente.• Aumento de las pérdidas en conductores.• Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.• Incremento de las caídas de voltaje.

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Problemas económicos:• Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.• Penalización de hasta un 120 % del costo de la facturación.

Beneficios por corregir el Factor de Potencia Beneficios en los equipos:• Disminución de las pérdidas en conductores.• Reducción de las caídas de tensión.• Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.• Incremento de la vida útil de las instalaciones.

Beneficios económicos:• Reducción de los costos por facturación eléctrica.• Eliminación del cargo por bajo factor de potencia.• Bonificación de hasta un 2.5 % de la facturación cuando se tenga factor de potencia mayor a 0.9Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento.• Esta demanda de reactivos se puede reducir e incluso anular si se colocan capacitores en paralelo con la carga.• Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.

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Compensación del factor de potencia

• QL es la demanda de reactivos de un motor y S1 la potencia aparente correspondiente.

• Qc es el suministro de reactivos del capacitor de compensación• La compensación de reactivos no afecta el consumo de potencia activa, por lo que P es constante. Como efecto del empleo de los capacitores, el valor del ángulo

f1 se reduce a f2

• La potencia aparente S1 también disminuye, tomando el valor

de S2

• Al disminuir el valor del ángulo f se incrementa el factor de potencia.

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Compensación del Factor de Potencia

Los tipos de compensación en paralelo más empleados:a) Compensación individualb) Compensación en grupoc) Compensación central

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Compensación individualAplicaciones y ventajas• Los capacitores son instalados por cada carga inductiva.• El arrancador para el motor sirve como un interruptor para el capacitor.• El uso de un arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores.• Los capacitores son puestos en servicio sólo cuando el motor está trabajando.Desventajas• El costo de varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitor individual de valor equivalente.• Existe subutilización para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia

Compensación en grupoDesventajas• La sobrecarga no se reduce en las líneas de alimentación principales

Compensación centralCaracterísticas y ventajas• Es la solución más general para corregir el factor de potencia.• El banco de capacitores se conecta en la acometida de la instalación.• Es de fácil supervisión.Desventajas• Se requiere de un regulador automático del banco para compensar según las necesidades de cada momento.• La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en las líneas de distribución

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Cálculo de los KVARs del capacitor

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EjemploSe tiene un motor trifásico de 20 KW operando a 440 V, con un factor de potencia de 0.7, si la energía se entrega a través de un alimentador con una resistencia total de 0.166 Ohms calcular:a) La potencia aparente y el consumo de corrienteb) Las pérdidas en el cable alimentadorc) La potencia en KVAR del capacitor que es necesario para corregir el F.P. a 0.9d) Repetir los incisos a) y b) para el nuevo factor de potenciae) La energía anual ahorrada en el alimentador si el motor opera 600 h/mes

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