ESPECIALIZACIÓN EN ENERGÍAS RENOVABLES
Docente: José Ricardo Núñez Alvarez
Programa: Ingeniera Eléctrica Curso: 2021-2
ENERGÍA ELÉCTRICA
Conferencia 2. Energía Eléctrica
- Introducción.
- Generalidades de la Energía Eléctrica.
- Ejercicios.
CORRIENTE ELÉCTRICA. FUNDAMENTOS
La corriente eléctrica es el movimiento de electrones a través de un conductor.
Existen 2 tipos de corrientes eléctricas:
- Corriente Continua: los electrones se mueven en la misma dirección y su valor es constante en el tiempo. Por ejemplo, generadores de CD, pilas, baterías, etc.
- Corriente Alterna: los electrones cambian constantemente de sentido, 50 o 60 veces por segundo, y su valor no es constante en el tiempo.
CORRIENTE ELÉCTRICA. FUNDAMENTOS
V = constante v(t) = Vm sen 𝜔t
CORRIENTE ELÉCTRICA. FUNDAMENTOS
¿Por qué la corriente eléctrica es ampliamente utilizada?
Debido fundamentalmente a dos características:
- Capacidad para transformarse con facilidad en otras formas de energía (lumínica en bombillas; caloríficas en estufas y calentadores; mecánica en motores eléctricos, etc).
- Posibilidad de transportarla a grandes distancias con bajos costos, de forma rápida y con un rendimiento relativamente alto (no se pierde mucha energía).
En las instalaciones llamadas centrales eléctricas es donde se transforman algunas de las fuentes de energía en energía eléctrica.
CORRIENTE ELÉCTRICA
- Fuentes de tensión y corriente. Conversión.
- Conexión de elementos de circuitos. Simplificación de redes.
- Métodos de análisis de circuitos eléctricos.
- Elementos de circuitos (R, X, Z, L, C)
EJERCICIO
Determine los valores de las corrientes eléctricas que circulan
por el siguiente circuito.
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Si un aparato conectado a la red de una tensión de 220 V toma una corriente de 5 A, la potencia que consume es de 220 V x 5 A
= 1100 W (P = V I).
Cuando los aparatos que usan energía eléctrica poseen núcleos de hierro, como ocurre en los motores, las reactancias de luminarias, entre otros, para obtener la potencia correcta hay que multiplicar el resultado de ese producto por un coeficiente llamado factor de potencia, que depende de la clase de aparato (valores típicos entre 0,2 y 1,0. El promedio de la red de distribución de la compañía es alrededor de 0,9).
P = V I cos φ
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Se define factor de potencia, f.p, de un circuito de CA a la
relación entre la Potencia Activa (P) y la Potencia Aparente (S).
f.p (cos φ) = !
"
En circuitos puramente resistivos la tensión (V) está en fase con la corriente (I), ejemplos: lámparas incandescentes, planchas, estufas eléctricas, etc. Toda la energía se transforma en energía lumínica o energía calorífica.
Mientras que en un circuito inductivo o capacitivo la tensión y la corriente están desfasadas 90° una respecto a la otra.
En un circuito puramente inductivo la corriente está atrasada 90° respecto de la tensión, y en un circuito puramente capacitivo la corriente va adelantada 90° respecto de la tensión.
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Dispositivos Eléctricos predominantemente Inductivos
Dispositivos Eléctricos predominantemente Capacitivos Dispositivos Eléctricos Resistivos
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Existen 3 tipos de Potencias:
- Potencia Activa: P = V I cos φ
Esta potencia corresponde a la energía útil o potencia activa
similar a la consumida por una resistencia. Se expresa en Watts.
- Potencia Reactiva: Q = V I sen φ
La potencia reactiva es utilizada para la generación o
almacenamiento del campo magnético o eléctrico y no produce ningún trabajo útil.
La potencia reactiva esta 90° desfasada de la potencia activa.
Esta potencia se expresa en Volts-Amperes reactivos (VAr).
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
- Potencia Aparente: S = V I = 𝑷𝟐 + 𝑸𝟐 tan#𝟏 𝑸
𝑷
Es la potencia que resulta de considerar la tensión aplicada al consumo de la corriente que éste demanda. Es también la
resultante de la suma de los vectores de P y Q.
Se expresa en volts-amperes (VA).
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Ejemplo 1: Determinar el f.p de un horno de fundición de acero que funciona con 100 kW (Potencia de trabajo) cuando el
medidor de Energía registra un valor de 125 kVA.
f.p (cos φ) = !
" = '((
')* = 0,8
Esto significa que solo el 80% de la corriente entrante hace un trabajo útil y el 20% se desperdicia al calentar los conductores.
Debido a que la empresa suministradora de energía debe satisfacer las necesidades tanto de kW como de kVA de todos los clientes, cuanto mayor sea el Factor de Potencia, más eficiente será nuestro sistema de distribución.
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Ejemplo 2: Un motor de 5 HP (1HP = 746W) con una eficiencia del 90% y un factor de potencia de 0.8 en atraso está conectado a una fuente de 220 V a 60 Hz. Determine:
a) El triángulo de potencias de la carga
b) El valor del capacitor que debe conectarse para hacer una corrección del fp a 0.95 en atraso.
c) Los valores de las corrientes antes y después de la corrección del fp.
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
a) El triángulo de potencias de la carga 𝜂 = !+,-
!./0 , Psal = 𝜂 * Pent = 3730 * 0,9 = 3357 (W) P = 3357 (W)
Determinando el ángulo 𝜑: cos 𝜑 = 0,8, 𝜑 = cos-1 0,8, 𝜑 = 36,87o Determinando Q:
Q = P tan 𝜑 = 3357 * tan36,87º = 2517,8 (VAr) Por lo tanto: S = P + JQ,
S = 3357 + J2517,8 = 4.196,28 ∠36,87° (VA)
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
R/a)
R/b) cos 𝜑 = 0,95 , 𝜑 = cos-1 0,95 , 𝜑 = 18,19o
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
C = 3357 (tan36,87º − tan18,19º)
122 ())())
C = 3357 (0,75 − 0,33)
'5)675(( = 1409,94
'5)675((
C = 77,3 𝜇𝐹
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
R/c) Conociendo que S = V I
I1 = "!
# = 4196,28
$$% = 19 (A) , I2 = ""
#
S2 = P2 + jQ2 , pero P1 = P2 = 3357 (W) P = VI cos 𝜑 , P = S2 cos 𝜑2
S2 = cos& '2 = (()*
%,,) = 3533,7 (VA) I2 = ()((,*
$$% = 16 (A)
PRODUCCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA
Problemas Técnicos por bajo f.p Beneficios al corregir el f.p - Mayor consumo de corriente. - Disminución de pérdidas en los
conductores.
- Aumento de las pérdidas en conductores.
- Reducción de las pérdidas por caídas de tensión.
- Desgaste prematuro de los conductores.
- Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores y líneas.
- Sobrecarga de transformadores y líneas de distribución.
- Incremento de la vida útil de las instalaciones eléctricas.
- Incremento en el importe de la factura.
- Reducción del costo de su
facturación de energía eléctrica.
TALLER FINAL DE LA ASIGNATURA
Realice el dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico (SSF) de la instalación seleccionada.
Especificaciones:
- Realice los cálculos con expresiones matemáticas (no utilizar programas).
- Seleccione de catálogos, manuales, etc, los diferentes elementos del SSF.
- Dimensione el sistema de almacenamiento para 2 horas.
- Resalte las características de entrada y salida de cada elemento del SSF.
- Realice el esquema de conexión del SSF.
TALLER FINAL DE LA ASIGNATURA
Realice el dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico (SSF) de la instalación seleccionada.
Tabla de datos de la instalación.
Equipo Potencia (W)
Tensión (V)
Corriente (A)
Horas/día (# horas día)
Energía Requerida
(Ah/día)
