POTENCIA
La confusión entre watios (o también le dicen Vatios en españa por ejemplo) y Voltios-Amperios (voltiamperios) Los watios, los VA y el Factor de Potencia La potencia consumida por un equipo de computación es expresada en watios (W) ó Voltios-Amperios (VA).La potencia en watios es la potencia real consumida por el equipo.
Se denomina Voltios-Amperios a la "potencia aparente" del equipo, y es el producto de la tensión aplicada y la corriente que por él circula.
Ambos valores tienen un uso y un propósito. Los watios determinan la potencia real consumida desde la compañía de energía eléctrica y la carga térmica generada por el equipo. El valor en VA es utilizado para dimensionar correctamente los cables y los circuitos de protección.
En algunos tipos de dispositivos eléctricos, como las lámparas incandescentes, los valores en watios y en VA son idénticos. Sin embargo, para equipos de computación, los watios y los VA pueden llegar a diferir significativamente, siendo el valor en VA siempre igual o mayor que el valor en watios. La relación entre los watios y los VA es denominada "factor de potencia" y es expresada por un número (ejemplo: 0,7) ó por un porcentaje (ejemplo: 70%). El valor del consumo, en watios, para un ordenador, es típicamente 60 a 70% de su valor en VA Virtualmente todas las computadoras modernas, utilizan una fuente de alimentación de tipo conmutada con un gran condensador de entrada. Debido a las características de las baterías convertidores, las fuentes de alimentación presentan un factor de potencia de 0.6 a 0.7, tendiendo las computadoras personales a 0.6. En fabricas como veras en los graficos de abajo se toma un valor superior de 0.7 a 0.8. Esto significa que los watios consumidos por un ordenador típico son aproximadamente el 60% de su consumo medido en VA
Recientemente fue introducida al mercado un nuevo tipo de fuente de alimentación, llamada fuente conmutada con factor de potencia corregido. Para este tipo de fuente, el factor de potencia es igual a 1. Este tipo de fuente es utilizado en grandes servidores, usualmente con consumos sobre los 500 watios. La mayoría de las veces, no será posible para el usuario determinar el factor de potencia de la carga, y por lo tanto deberá asumir el peor caso cuando calcule la potencia necesaria para un equipo de protección.
POR EJEMPLO UNA AMASADORA
SI TIENES ALGO Q TE CONSUME 1000 WATTS, Y EL FACTOR DE POTENCIA (Fp) ES DE 0,8 VOY A TENER COMO RESULTADO 1250 VA
¿Qué es el Factor de potencia (F.p)?
El factor de potencia es una medida de eficiencia o rendimiento eléctrico de un receptor o sistema eléctrico.
Pongamos un ejemplo para entender mejor el concepto de factor de potencia. Si una lámpara toda la energía que consume se transformara en luz, sería un receptor totalmente eficiente, con un factor de potencia de valor 1.
Podríamos decir que el factor de potencia de un dispositivo eléctrico o electrónico es la relación entre la energía que extrae de la red y la energía útil que obtenemos en su funcionamiento.
En los ejemplos rápidos te recomiendo usar 0,8 o 0,7 para tus maquinas.
Pero te dejo un listado de Factores de potencia comunes
HASTA AQUI - 7MO AÑO -
LO QUE SIGUE NO ES NECESARIO PARA SU EMPRESA SIMULADA NI PARA LOS CALCULOS QUE LES PIDO - PROFE DANY
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En electricidad, a la potencia que realmente produce trabajo en el motor la llamamos Potencia activa o útil, y será la transformada en trabajo en el eje del motor. A la potencia absorbida de la red (la total) se le llama Potencia Aparente, y a la potencia perdida (por las bobinas) se le llama Potencia Reactiva.
La potencia aparente del motor (o del cualquier receptor) será la suma de estas dos potencias, la activa y la reactiva, pero OJO suma vectorial, como luego veremos. Luego veremos más sobre las 3 Potencias.
Los motores eléctricos de corriente alterna, los transformadores, la iluminación con fluorescentes o los compresores eléctricos son ejemplos típicos de receptores inductivos.
Hay aparatos eléctricos compuestos por uno o varios receptores que son inductivos, por ejemplo, una fuente de alimentación que tiene en su interior un transformador, por lo que será un dispositivo inductivo.
Un dispositivo "ideal" convierte toda la energía que extrae de la red en energía útil, no tendrá potencia reactiva. Como dijimos que el factor de potencia es una medida del rendimiento, su factor de potencia será de 1, luego veremos detalladamente por qué.
En la práctica, algunos dispositivos tienen factores de potencia unitarios, pero los elementos con bobinas (inductivos) no tendrá este factor de potencia, porque como vimos hay una perdida de potencia útil, por lo tanto su factor de potencia será menor de 1.
El factor de potencia cuanto más cercano a 1 es (más alto), mejor será el rendimiento del receptor.
Si el factor de potencia es muy bajo, lo normal es aumentarlo de alguna manera, como luego veremos, hasta hacerlo lo más cercano a 1. Si no se aumenta la compañía eléctrica nos cobrará más en la factura eléctrica, ya que un bajo factor de potencia aumenta el costo para la compañía eléctrica (EPEC) para poder suministrar la potencia activa necesaria, porque tiene que ser transmitida más potencia aparente (y por lo tanto más corriente eléctrica).
Este costo más alto se le cobra directamente al consumidor industrial por medio de cláusulas del factor de potencia incluidas en las tarifas. Pagar menos por el consumo eléctrico es solo una de las ventajas de aumenta el factor de potencia de los receptores eléctricos, al final del tema veremos todos los beneficios de aumentar el factor de potencia.
Todos los receptores en corriente alterna tienen 3s diferentes, como ya vimos, pero además, los receptores en corriente alterna provocan un desfase entre la onda de tensión y la de la intensidad, muy importante para entender el factor de potencia y su cálculo.
Desfases entre la Tensión e Intensidad
En corriente alterna (c.a.), las tensiones y las intensidades suministradas por las compañías eléctricas son ondas senoidales. Cuando la onda de la tensión empieza y acaba en el mismo sitio, se dice que están en fase.
En c.a. tenemos 3 tipos de receptores diferentes, los resistivos que son resistencias puras, los inductivos que son bobinas, y los capacitivos que son condensadores.
- Cuando el receptor es una resistencia pura (resistivo), la onda de la intensidad está en fase con la onda de la tensión.
- Cuando el receptor es una bobina (inductivo), la onda de la intensidad está retrasada 90º con respecto a la de la tensión.
- Cuando el receptor es un condensador (capacitivo), la onda dela intensidad está adelantada 90º respecto a la de la tensión.
En la siguiente imagen puedes ver las ondas para los 3 tipos de receptores y además como se representan de forma vectorial la tensión y la intensidad.
Coseno phi y El Factor de Potencia
Como vimos una resistencia tiene 0º de desfase entra la onda de tensión e intensidad, están en fase, pero una bobina la intensidad tiene -90º de retraso (desfase) con respecto a la tensión y un condensador + 90º.
Pero... ¿Qué ocurre si el receptor es una mezcla de resistivo e inductivo o incluso de los 3 tipos?
Por ejemplo, una bobina es inductiva, pero al ser un cable enrollado también tendrá una resistencia, por lo tanto también será resistiva.
En estos casos el ángulo de desfase no será ni 0º, ni + 90º, ni -90º, será otro diferente, por ejemplo podría ser de 30º, -40º, etc.
Precisamente este ángulo de desfase es el que utilizamos para calcular el famoso coseno de phi, íntimamente relacionado con el factor de potencia.
El coseno del ángulo de desfase entre la tensión y la intensidad por un receptor, es el coseno de phi, también llamado cos fi o cos φ. Vamos, el que estamos estudiando.
El factor de potencia y el coseno de phi tienen el mismo valor. Cuando hablamos del factor de potencia también estamos hablando del valor del coseno de este ángulo en un receptor de corriente alterna, es decir, el desfase que produce entre la tensión y la intensidad. Luego, el factor de potencia y el coseno de phi tienen el mismo valor.
Pero expliquemos todo esto para entenderlo mucho mejor.
Las 3 Potencias en Alterna
La Potencia Eléctrica Total, también llamada Potencia Aparente, usada en un sistema eléctrico por una instalación industrial o comercial de corriente alterna se mide en Voltio Amperios (VA) o Kilovoltio Amperios (KVA) y tiene dos componentes:
- Potencia Activa que produce trabajo y se mide en vatios o Kw. Por ser la que produce realmente trabajo también se llama Potencia Productiva o útil.
- Potencia Reactiva. Esta potencia es la utilizada para genera los campos magnéticos requeridos por los aparatos eléctricos que tiene alguna parte inductiva (bobinas), como los motores de corriente alterna, transformadores, hornos inductivos, etc. Se mide en VAR (Voltio Amperios Reactivos o kVAR) .
Como vemos en un receptor en corriente alterna tenemos 3 potencias diferentes, pero relacionadas entre sí. La potencia aparente o total es la suma vectorial de la potencia activa y la reactiva. Se suelen representar mediante el llamado triángulo de potencias:
Como ves en la imagen la S representa y es la Potencia Aparente, la Pa es la Potencia Activa y la Q es la Potencia Reactiva.
De las 3 solo se transforma en trabajo útil la Pa o Potencia Activa. La S o aparente es la que consume en total el receptor, y la Q será las pérdidas de potencia que tenga.
Este triángulo también nos da el ángulo para calcular el coseno de phi. El ángulo φ del triángulo de potencias determinará el valor del coseno de phi del receptor que vimos anteriormente.
Cuanto más pequeño sea el ángulo φ, más se parecerá la S a la Pa y mejor rendimiento tendrá el receptor (por ejemplo un motor). Si φ es de 0º, la S y la Pa o útil serán la misma, lo que quiere decir que toda la potencia o energía absorbida será útil, no habrá Q. En este caso el rendimiento es máximo y diremos que el factor de potencia es 1. Luego veremos como se calcula.
* Recuerda: un ángulo menor mayor el valor del coseno del ángulo, ángulo 0º su coseno será 1, ángulo de 90º su coseno será 0.
Dos Potencias Reactivas
Si te fijas en el triángulo de potencias, la Q es el resultado de la resta de otras dos potencias QL - Qc. Dijimos que las bobinas tienen una potencia reactiva para generar campos magnéticos, en el triángulo esa potencia será QL y se llama potencia reactiva inductiva. Entonces ... ¿Qué es la Qc?
Las bobinas producen campos magnéticos, y los condensadores son elementos que producen campos eléctricos. Para producir esos campos eléctricos, al igual que las bobinas los magnéticos, los condensadores en corriente alterna tienen una potencia reactiva, pero en este caso es de sentido contrario a la potencia reactiva de las bobinas. Los condensadores también suelen llamarse Capacitores.
Si en un receptor inductivo colocamos un condensador o capacitor en paralelo, resulta que la potencia reactiva total (recuerda la mala) será la resta vectorial de la QL -Qc.
Corrección del Factor de Potencia
Según lo visto, si queremos disminuir el vector Q (potencia reactiva) en el triángulo de potencias, solo tendremos que colocar condensadores en paralelo con el receptor. Con esto aumentamos Qc, disminuimos Q total y por lo tanto disminuimos el ángulo φ y aumentamos el coseno de φ o phi. Si aumentamos este coseno, como tiene el mismo valor que el factor de potencia, hemos conseguido aumentar el factor de potencia y por lo tanto el rendimiento del receptor.
Dependiendo de la potencia reactiva capacitiva Qc de los condensadores se anula total o parcialmente la potencia reactiva inductiva tomada de la red. Ha esto es a lo que se llama compensación o "Corrección del Factor de Potencia" = Cambiar este ángulo φ inicial por otro mejor (más bajo) y por lo tanto por un coseno φ o factor de potencia más alto.
En definitiva si corregimos el ángulo, corregimos el coseno de ese ángulo y corregimos el factor de potencia. Para corregirlo, antes tendremos que determinar que factor de potencia inicial y final queremos conseguir. Fíjate en la imagen siguiente en donde a un motor le hemos colocado un condensador o capacitor en paralelo con su bobinado. Mira lo que pasa con el triángulo inicial y el final.
En el final disminuye S´por S, y el ángulo inicial φ´ pasa a φ más bajo. Todo eso gracias a la Qc del condensador en paralelo, que reduce la Q inicial por la Q final más pequeña. La Potencia útil, Pa, no cambia, pero la absorbida de la red S, es más parecida en valor a la útil, consumiendo menos energía total, por la Potencia Aparente (S) y con la misma energía útil, por la potencia activa (Pa).
Ahora veamos como se hacen los cálculos para calcular el factor de potencia y su corrección.
Calcular Factor de Potencia
Si te fijas en el triángulo de potencias, calcular el coseno del ángulo φ; del triángulo es muy fácil por Pitágoras o trigonometría.
*Recuerda: en un triángulo rectángulo, como el de potencias, el coseno del triángulo es igual al cateto contiguo al ángulo partido por la hipotenusa. El seno es lo mismo pero el cateto opuesto al ángulo partido por la hipotenusa.
En el triángulo de potencia el cateto contiguo al ángulo φ; es Pa y la hipotenusa es S. Calculemos el coseno.
coseno de φ = Pa / S; ¿Fácil NO? Si es muy alto solo tenemos que reducirlo con un condensador o capacitor en paralelo con el motor como vimos anteriormente. El problema es como calcular el condensador necesario para reducirlo hasta donde queramos, pero eso problema lo solucionaremos más adelante.
Según la fórmula anterior podríamos definir el factor de potencia como:
"El factor de potencia es el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente".
Pero además sabiendo que la S = V x I, y según el triángulo, la S también será igual a la raíz cuadrada de Pa al cuadrado más Q al cuadrado, tenemos otras fórmulas para el factor de potencia que podemos usar:
Del triángulo y Pitágoras podemos deducir otras fórmulas importantes, por ejemplo los valores de las 3 potencias:
S = V x I se mide en voltio amperios (VA)
Pa = S x cosen φ; o lo que es lo mismo P = V x I x cose φ. (recuerda S = V x I, sustituye S por estos valores en la primera fórmula). Se mide en vatios w o Kilovatios KV
Q = S x seno φ; o lo que es lo mismo Q = V x I x seno φ. Se mide en VAR.
Ya tenemos calculado el factor de potencia, si fuera muy bajo, aparentemente lo mejor sería reducirlo con un condensador hasta un valor de 0º y nos quedaría un coseno de φ o factor de potencia de valor 1 y con rendimiento máximo, pero en la práctica y por razones técnicas que aquí no explicaremos, no es bueno tener cosenos de φ o factores de potencia de 1 en los receptores. Los mejores valores suelen ser cercanos a 1, como 0,8, 0,9 o 0,95.
Condensador Necesario para Mejorar el Factor de Potencia
Ya tenemos nuestro factor de potencia, ahora imagina que quiero mejorarlo. Si por ejemplo fuera un motor, conoceríamos su Pa y el coseno φ que tiene inicialmente (lo podríamos calcular como hicimos antes). Si ese cose φ lo quiero mejorar a otro tendré que determinar cual es el nuevo que quiero obtener. Con estos datos podemos calcular la nueva S que quedaría en el motor con el nuevo coseno φ y su Pa:
coseno φ = Pa/S; despejando la S;
S = Pa /coseno φ; Este coseno de φ o factor de potencia será el que queremos conseguir al final, por ejemplo de 0,9.
Ahora tendremos 2 triángulos de potencias, el inicial y el final. El final es el de 0,9 que queremos conseguir, y el inicial el que tiene el receptor. A partir de ahora fíjate siempre en la imagen de más abajo según vamos explicando los cálculos.
¿Qué conocemos del nuevo triángulo? Conocemos la Pa que no cambia y el coseno de φ nuevo que queremos conseguir (0,9). Además ya tenemos calculada la nueva S.
S nueva= Pa/cose φ ; en la imagen S.
Ahora podría calcular la Q nueva; en la imagen Q.
Q = S x seno φ;
Sabiendo la Q nueva y la inicial, el condensador necesario tiene que tener una Qc cuyo valor es la resta de la inicial de la final.
Qc = Qi - Qf; en la imagen Q´- Q.
Teniendo este dato del condensador o capacitor necesario, el problema que tenemos es que los condensadores no se pueden comprar por el valor de su potencia reactiva capacitiva (Qc), se deben comprar por el valor de su capacidad (C) en Faradios, microfaradios o nanofaradios. La unidad más usada de capacidad de los condensadores son los microfaradios μF. En la imagen de abajo puedes ver la fórmula para calcular el condensador necesario sabiendo su Q y la tensión a la que está conectado. La frecuencia (f) es siempre la misma, por ejemplo en Argentina y Europa es de 50Hz.
Aunque no es necesario, si quieres saber de donde sale la fórmula de la capacidad del condensador, a continuación lo tienes. Partimos de la Intensidad del condensador, sabiendo que es la tensión dividido por su impedancia. Si no tienes esto muy claro, y quieres entender el desarrollo te sugerimos que veas: Circuitos de Corriente Alterna aquí en los blogs del profe Dany.
Todo esto servirá para un motor monofásico. La instalación es muy sencilla, de hecho la mayoría de los motores monofásicos ya vienen con su condensador para corregir el factor de potencia instalado en el propio motor
Bueno amigos, listo por hoy, espero lo logres entender, cualquier cosa consulta ala profe de Matematicas jeje
