BALANCE DE POTENCIA ELECTRICA EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA I.OBJETIVOS: Analizar y verificar en forma experimental la existencia del balance de potencias en los circuitos eléctricos de corriente continua, tanto en forma directa (Vatímetro), como en forma indirecta (voltímetro –amperímetro). Analizar y verificar el procedimiento correcto para la utilización y funcionamiento del instrumento vatímetro II. MARCO TEORICO: La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt). Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías. La unidad de voltaje en el SI es el voltio, abreviado V, y la de la corriente, el amperio, abreviado A. De acuerdo con la expresión para calcular la potencia vemos que 1 W = (1 V) (1 A). P=I*V Donde V es la caída de potencial en esa parte del circuito. Otra forma de expresarla puesto que V = R * I P = R I2 Otra forma de expresarla puesto que I = V / R P =V2 / R III. ELEMENTOS A UTILIZAR 01 variac monofásico 02 resistencia variable 0-44 ohmios 01 Multímetro digitales 01 amperímetro analógico 01 vatímetro electrodinámico 0-120 v, 5A 01 vatímetro digital 01 puente de diodos, Conductores de conexión IV. ACTIVIDADES a) Armar el circuito de la siguiente figura: b) Regulando el variac monofásico y manteniendo R1 y R2 en su máximo valor, obtener en el voltímetro “V” una tensión de 110 voltios. c) Variando la resistencia R1 y R2 desde su máximo valor de 44 ohmios hasta 20 ohmios como mínimo CADA UNO, no deberá de circular más de 2.75 A en el circuito, registrar los valores V1, V2, A, W del circuito para 08 valores de R1 y R2. TABLA 1 Punto 1 2 3 4 5 6 A(amp) 0.89 0.94 1.01 1.06 1.13 1.21 V1(V) 40.2 42.11 39.5 417 39.4 42.3 V2(V) 38.2 37.1 3.6 37.9 39.5 36.6 VT 80.2 80.2 80.1 80.2 80.1 80.0 W(watts) 72.5 77.5 82.5 87.5 92.5 97.5 R1(Ω) 44 44 38 38 35 35 R2(Ω) 44 40 40 35 34.5 30 BALANCE DE POTENCIA: ∑POTENCIAS GENERADAS = ∑POTENCIAS CONSUMIDAS TABLA2 R1 Punto 1 2 3 4 5 6 P1=V*I 35.6 39.6 39.8 44.1 44.5 51.2 P1=𝑰𝟐 R 35.0 38.8 38.8 43.0 44.7 49.8 R2 P1=𝑽𝟐 /R 36.7 40.2 41.06 45.5 44.35 52.6 P2=V*I 39.176 39.874 39.996 39.644 44.625 44.407 P2=𝑰𝟐 R 34.85 35.34 40.8 39.33 44.05 43.92 ∑Pcons= P1+P2 P2=𝑽𝟐 /R 34.39 34.41 39.2 39.96 45.22 44.65 70.24 74.43 79.88 83.84 89.15 95.52 Potencias Generadas TABLA 3 Fuente1 Punto 1 2 3 4 5 6 W 72.5 77.5 82.5 87.5 92.5 97.5 Pf=𝑉𝑇 *I 71.37 76.38 80.9 85.012 90.51 96.8 ∑Pgener= Pf 71.93 76.94 881.8 86.75 92.05 97.15 d) Para registrar los valores anteriores se deberá tener en cuenta de no exceder los 2.75 amperios en el circuito (corriente máxima para el variac). V. CUESTIONARIO 1. Explicar el principio de funcionamiento del vatímetro. El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado El principio en el cual el instrumento funciona es como sigue: Suponga cualquier circuito, tal como un motor eléctrico, una lámpara o un transformador, está recibiendo la corriente eléctrica; entonces la energía dada a ese circuito contado en vatios es medida por el producto de la corriente que atraviesa el circuito en amperios y la diferencia potencial de los extremos de ese circuito en voltios, multiplicados por cierto factor llamado el factor de la energía en esos casos en los cuales el circuito sea inductivo y el alternarse actual 2. ¿Qué es la potencia eléctrica? Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, que no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo. Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria. Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. 3. ¿Cómo se conecta el vatímetro? Dibuje el esquema. Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella. 4. ¿Qué instrumentos nos permiten encontrar la potencia eléctrica que consume un circuito? EL Vatímetro(mide la potencia eléctrica) El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial ».Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella. 5. ¿Qué es “Balance de potencias” y cuándo se cumple? La cantidad de potencia absorbida por algunos de los elementos es igual a la cantidad de potencia generada por los elementos restantes del circuito. La suma de la totalidad de potencias absorbidas evaluadas en cada uno de los elementos del circuito es igual a cero. Donde n es el número de elementos del circuito, elementos pasivos. y elementos activos. Es de resaltar que algunas de estas potencias absorbidas resultaran designo negativo, es decir indican que el elemento se encuentra entregando potencia, es por esto que es posible encontrar en la literatura la siguiente ecuación como forma de evaluar el balance de potencia 6. A partir de los datos experimentales, hallar las potencias generadas y consumidas y verificar si existe “Balance de potencia” en el circuito eléctrico. Fuente1 Punto 1 W 72.5 Pf=𝑉𝑇 *I 71.37 ∑Pgener= Pf 71.93 2 3 4 5 6 77.5 82.5 87.5 92.5 97.5 76.38 80.9 85.012 90.51 96.8 76.94 881.8 86.75 92.05 97.15 Observamos que la sumatoria de potencias consumidas con la sumatoria de potencias generadas son casi iguales entonces vemos que si existe un balance de potencias. 7. En forma tabulada dar la divergencia de valores existentes entre los valores que registra directamente el vatímetro y las potencias calculadas teóricamente, adjuntar un ejemplo de cálculo. 1 2 3 4 5 6 Para el punto 1: Valor Experimental 72.5 77.5 82.5 87.5 92.5 97.5 Valor Teorico 70.24 74.43 79.88 83.84 89.15 95.52 R1=44, R2=44, I=0.89, V1=40.2, V2=38.2. 𝑃1 = 𝑉1 ∗ 𝐼 𝑃1 = 40.2 ∗ 0.89 𝑷𝟏 = 𝟑𝟓. 𝟕𝟕𝟖 𝑃2 = 𝑉2 ∗ 𝐼 𝑃2 = 38.2 ∗ 0.89 𝑷𝟐 = 𝟑𝟑. 𝟗𝟗𝟖 𝑃𝑇 = 𝑃1 + 𝑃2 𝑃𝑇 = 35.778 + 33.998 𝑷𝑻 = 𝟔𝟗. 𝟕𝟕𝟔 8. En el circuito desarrollado en la práctica ¿Se cumple el balance de potencias? ¿Por qué?. Realice un cuadro para realizar la comparación. Si existe un balance de potencias ya que los valores son semejantes ∑Pgener= Pf 71.93 76.94 881.8 86.75 92.05 97.15 ∑Pcons= P1+P2 70.24 74.43 79.88 83.84 89.15 95.52 9. Realice el cálculo teórico del circuito desarrollado en práctica y compare con los resultados experimentales. ¿Son iguales los resultados? Explique Observamos que las tablas N°1, N°2 Y N°3 y vemos que los resultados de la práctica a los resultados experimentales son semejantes estos datos eran de esperarse. VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: La potencia en corriente continua se obtiene como el producto de los valores medios de tensión y corriente, W, este concepto puede proyectarse a redes de corriente alterna donde existe una potencia en W (potencia activa) que es la encargada de convertir la energía eléctrica en otro tipo de energía. Se llegó a la conclusión que si el receptor tiene poca potencia y poca intensidad, entonces interesa la conexión larga. También si el receptor tiene poca potencia y poco voltaje, interesa la conexión corta. Si la potencia a medir es elevada, entonces podemos considerar despreciable el error de los aparatos. VII. BIBLIOGRAFIA http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//3000/3089/html/31 _potencia_en_corriente_continua.html http://apuntesingenieriaelectrica.blogspot.pe/2015/06/potencia-en-redes-de_19.html http://www.ujaen.es/investiga/solar/04proyectos/01divulgacion/Electrificacion_rural/ Conclusiones%20C5.htm http://www.geocities.ws/pnavar2/continua/rsis_dc.html
