Laboratorio n7 Medida de La Energia Electrica

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LABORATORIO N°7

MEDIDA DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

ASIGNATURA:

Laboratorio de Circuitos Eléctricos II

CATEDRÁTICO:

Lic. Egberto Gutiérrez Atoche

ALUMNO:

Céspedes Gonzales Maxidiano Isidro

CODIGO:

104010-C

FECHA:

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA - ELÉCTRICA

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LABORATORIO N°7

MEDIDA DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

I. I. OBEJTIVO:

OBEJTIVO:

-- Analizar y verificar la forma de medir la energía en circuito monofásico.Analizar y verificar la forma de medir la energía en circuito monofásico.

-- Aprender el funcionamiento de los contadores de energíaAprender el funcionamiento de los contadores de energía electromecánicos.

electromecánicos.

II. II. FUNDAMENTO TEORICO:

FUNDAMENTO TEORICO:

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA

Cuando se trata de

Cuando se trata de corriente corriente alternaalterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia(AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los

los valores eficaces valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entreo valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. En el los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una tensión

tensión sinusoidal sinusoidal concon velocidad angular velocidad angular y y valor valor de de pico pico resulta:resulta:

Esto

Esto provocará provocará una una corriente corriente retrasada retrasada un un ángulo ángulo respecto respecto de de la la tensióntensión aplicada:

aplicada:

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores: La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:

Mediante

Mediante trigonometría, trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente: la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:

Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces: Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:

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LABORATORIO N°7

MEDIDA DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

I. I. OBEJTIVO:

OBEJTIVO:

-- Analizar y verificar la forma de medir la energía en circuito monofásico.Analizar y verificar la forma de medir la energía en circuito monofásico.

-- Aprender el funcionamiento de los contadores de energíaAprender el funcionamiento de los contadores de energía electromecánicos.

electromecánicos.

II. II. FUNDAMENTO TEORICO:

FUNDAMENTO TEORICO:

POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA

Cuando se trata de

Cuando se trata de corriente corriente alternaalterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia(AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los

los valores eficaces valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entreo valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. En el los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una tensión

tensión sinusoidal sinusoidal concon velocidad angular velocidad angular y y valor valor de de pico pico resulta:resulta:

Esto

Esto provocará provocará una una corriente corriente retrasada retrasada un un ángulo ángulo respecto respecto de de la la tensióntensión aplicada:

aplicada:

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores: La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:

Mediante

Mediante trigonometría, trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente: la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:

Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces: Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:

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Se

Se obtiene obtiene así así para para la la potencia potencia un un valor valor constante, constante, y y otro otro variable variable con con elel ttiieemmppoo,, . . AAl l pprriimmeer r vvaalloor r sse e lle e ddeennoommiinnaa

potencia activa

potencia activa y al

y al segundo

segundo

potencia fluctuante

potencia fluctuante..

Componentes de la intensidad

Figura 1.- Componentes activa y reactiva de la

Figura 1.- Componentes activa y reactiva de la intensidad; supuestos inductivos,

intensidad; supuestos inductivos,

izquierdos y capacitivos, derecha.

Consideremos un circuito de C. A. en el que la corriente y la tensión tienen un Consideremos un circuito de C. A. en el que la corriente y la tensión tienen un desfase

desfaseφφ. Se define componente activa de la intensidad,. Se define componente activa de la intensidad,

II

aa, a la componente de ésta, a la componente de ésta

que está en fase con la tensión, y componente reactiva,

II

rr, a la que está en cuadratura, a la que está en cuadratura

con ella (véase Figura 1). Sus valores son: con ella (véase Figura 1). Sus valores son:

El producto de la intensidad,

II, y las de sus componentes activa,

, y las de sus componentes activa,

II

aa, y reactiva,, y reactiva,

II

rr, por, por

la tensión,

V

V, da como resultado las potencias aparente

, da como resultado las potencias aparente

(S)

(S), activa

, activa

(P)

(P) y reactiva

y reactiva

(Q)

(Q),,

respectivamente:

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Potencia aparente

Figura 2.- Relación entre potencia activa, aparente y reactiva.

La potencia compleja de un circuito eléctrico de corriente alterna (cuya magnitud se conoce como potencia aparente y se identifica con la letraS), es la suma (vectorial) de la potencia que disipa dicho circuito y se transforma en calor o trabajo (conocida como potencia promedio, activa o real, que se designa con la letra P y se mide en vatios (W)) y la potencia utilizada para la formación de los campos eléctrico y magnético de sus componentes, que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energía (conocida como potencia reactiva, que se identifica con la letraQ y se mide en voltiamperios reactivos (var)). Esto significa que la potencia aparente representa la Potencia total desarrollada en un circuito con impedancia Z. La relación entre todas las potencias aludidas es:

.

Esta potencia aparente (S) no es realmente la "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad

(cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no

sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" las bobinas y condensadores. Se mide en voltiamperios (VA), aunque para aludir a grandes cantidades de potencia aparente lo más frecuente es utilizar como unidad de medida el kilovoltiamperio (kVA).

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Potencia activa

Es la potencia capaz de transformar la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos y, en consecuencia, cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda.

Se designa con la letra

P y se mide en vatios -watt-

(W) o kilovatios -kilowatt-

(kW).

De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:

Resultado que indica que la potencia activa se debe a los elementos resistivos.

Potencia Reactiva Inductiva

Esta potencia no se consume ni se genera en el sentido estricto (el uso de los términos "potencia reactiva generada" y/o "potencia reactiva consumida" es una convención) y en circuitos lineales solo aparece cuando existen bobinas o condensadores. Por ende, es toda aquella potencia desarrollada en circuitos inductivos. Considérese el caso ideal de que un circuito pasivo contenga exclusivamente, un elemento inductivo (R = 0; Xc = 0 y Xl = o) al cual se aplica una tensión senoidal de la forma u(t) = Umáx * sen w*t. En dicho caso ideal se supone a la bobina como carente de resistencia y capacidad, de modo que sólo opondrá su rectancia inductiva a las variaciones de la intensidad del circuito. En dicha condición, al aplicar una tensión alterna a la bobina la onda de la intensidad de corriente correspondiente resultará con el máximo angulo de desfasaje (90º). La onda representativa de dicho circuito es senoidal, de frecuencia doble a la de red, con su eje de simetría coincidiendo con el de abscisas, y por ende con alternancias que encierran áreas positivas y negativas de idéntico valor. La suma algebraica de dichas sumas positivas y negativas da una potencia resultante nula, fenómeno que se explica conceptualmente considerando que durante las alternancias positivas el circuito toma energía de la red para crear el campo magnético en la bobina; mientras en las alternancias negativas el circuito la devuelve, y a dicha devolución se debe la

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constantemente no produce trabajo y recibe el nombre de "energía oscilante", correspondiendo a la potencia que varía entre cero y el valor (Umáx*Imáx)/2 tanto en sentido positivo como en negativo.

Por dicha razón, para la condición indicada resulta que P = 0 y por existir como único factor de oposición la reactancia inductiva de la bobina, la intensidad eficaz del circuito vale:

En circuitos inductivos puros, pese a que no existe potencia activa alguna igual se manifiesta la denominada "Potencia reactiva" de carácter inductivo que vale:

L = U/Xl = U/ (2πf*L)

Siendo φ = 90º (Dado que la corriente atrasa con respecto de la tensión).

Ql = I²*Xl

El desfasaje angular de la corriente (I) respecto de la tensión (U) es de 90º, tal como se puede apreciar en este diagrama de un circuito inductivo puro. Nótese como la sinusoide correspondiente a la Potencia (P = U*I) es positiva en las partes en que tanto I como U son positivas o negativas, y cómo es negativa en las partes en que ya sea U o I es positiva y la otra negativa.

La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo y se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos

(var) y se designa con la letra

Q.

A partir de su expresión,

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Potencia Reactiva Capacitiva

Es aquella potencia desarrollada en un circuito capacitivo. Considerando el caso ideal de que un circuito pasivo contenga únicamente un capacitor (R = 0; Xl = 0; Xc = 0) al que se aplica una tensión senoidal de la forma U (t) = Umáx*sen w*t, la onda correspondiente a la corriente I, que permanentemente carga y descarga al capacitor resultará 90º adelantada en relación a la onda de tensión aplicada. Por dicha razón también en este caso el valor de la potencia posee como curva representativa a una onda senoidal de valor oscilante entre los valores cero y (Umáx*Imáx)/2 en sentido positivo y negativo.

Las alternancias de dicha onda encierran áreas positivas correspondientes a los períodos en que las placas del capacitor reciben la carga de la red; significando los períodos negativos el momento de descarga del capacitor, que es cuando se devuelve a la red la totalidad de la energía recibida. En esta potencia también la suma algebraica de las áreas positivas y negativas es nula dado que dicha áreas son de igual y opuesto valor. La potencia activa vale cero, y por existir como único factor de oposición la reactancia capacitiva del circuito la intensidad eficaz que recorre al mismo vale:

I = U/Xc = U2Πf*C

Siendo φ = 90º (La tensión atrasa respecto de la corriente). En los circuitos

capacitivos puros no existe potencia activa, peri si existe la potencia reactiva de carácter capacitivo que vale:

Qc = I²*Xc

Diagrama de un circuito puramente capacitivo en el cual la tensión atrasa 90º respecto de la corriente.

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Potencia de cargas reactivas e in-reactivas

Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es necesario tener en cuenta también el valor del factor de potencia o coseno de phi ( ) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir, aquellos aparatos que para funcionar utilizan una o más bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los motores eléctricos, o también con los aparatos de aire acondicionado o los tubos fluorescentes.

Las cargas reactivas o inductivas, que poseen los motores eléctricos, tienen un factor

de potencia menor que “1” (generalmente su valor varía entre 0,85 y 0,98), por lo

cual la eficiencia de trabajo del equipo en cuestión y de la red de suministro eléctrico disminuye cuando el factor se aleja mucho de la unidad, traduciéndose en un mayor gasto de energía y en un mayor desembolso económico.

Potencia trifásica

La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico equilibrado (las tres tensiones de fase tienen idéntico valor y las tres intensidades de fase también coinciden) está dada por la ecuación:

Siendo la intensidad de línea y la tensión de línea (no deben emplearse para esta ecuación los valores de fase). Para reactiva y aparente:

Factor de potencia

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Se define

factor de potencia

, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S. Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0.

Se define el factor de potencia como:

Influencia del tipo de cargas

El valor del f.d.p. viene determinado por el tipo de cargas conectadas en una instalación. De acuerdo con su definición, el factor de potencia es adimensional y

solamente puede tomar valores entre 0 y 1 (cos (φ)). En un circuito resistivo puro

recorrido por una corriente alterna, la intensidad y la tensión están en fase (φ = 0), esto es, cambian de polaridad en el mismo instante en cada ciclo, siendo por lo tanto el factor de potencia es 1. Por otro lado, en un circuito reactivo puro, la intensidad y

la tensión están en cuadratura (φ=90º) siendo el valor del f.d.p. igual a cero, y si es

un circuito inductivo φ < 0.

En realidad los circuitos no pueden ser puramente resistivos ni reactivos, observándose desfases, más o menos significativos, entre las formas de onda de la corriente y la tensión. Así, cuando el f.d.p. está cercano a la unidad, se dirá que es un circuito fuertemente resistivo por lo que su f.d.p. es alto, mientras cuando está cercano a cero se dirá fuertemente reactivo y su f.d.p. es bajo. Cuando el circuito sea de carácter inductivo, caso más común, se hablará de un f.d.p. en atraso, mientras que se dice en adelanto cuando lo es de carácter capacitivo.

Las cargas inductivas, tales como; transformadores, motores de inducción y, en general, cualquier tipo de inductancia (tal como las que acompañan a las lámparas fluorescentes) generan potencia inductiva con la intensidad retrasada respecto a la tensión.

Las cargas capacitivas, tales como bancos de condensadores o cables enterrados, generan potencia capacitiva con la intensidad adelantada respecto a la tensión.

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Mejora del factor de potencia

A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un sistema a un valor muy próximo a la unidad.

Esta práctica es conocida como mejora o corrección del factor de potencia y se realiza mediante la conexión a través de conmutadores, en general automáticos, de bancos de condensadores o de inductancias, según sea el caso el tipo de cargas que tenga la instalación. Por ejemplo, el efecto inductivo de las cargas de motores puede ser corregido localmente mediante la conexión de condensadores. En determinadas ocasiones pueden instalarse motores síncronos con los que se puede inyectar potencia capacitiva o reactiva con tan solo variar la corriente de excitación del motor.

Las pérdidas de energía en las líneas de transporte de energía eléctrica aumentan con el incremento de la intensidad. Como se ha comprobado, cuanto más bajo sea el f.d.p. de una carga, se requiere más corriente para conseguir la misma cantidad de energía útil. Por tanto, como ya se ha comentado, las compañías suministradoras de electricidad, para conseguir una mayor eficiencia de su red, requieren que los usuarios, especialmente aquellos que utilizan grandes potencias, mantengan los factores de potencia de sus respectivas cargas dentro de límites especificados, estando sujetos, de lo contrario, a pagos adicionales por ener gía reactiva.

La mejora del factor de potencia debe ser realizada de una forma cuidadosa con objeto de mantenerlo lo más alto posible. Es por ello que en los casos de grandes variaciones en la composición de la carga es preferible que la corrección se realice por medios automáticos.

Supongamos una instalación de tipo inductivo cuyas potencias P, Q y S forma el

triángulo de la figura 1. Si se desea mejora el cosφ a otro mejor cosφ', sin variar la

potencia activa P, se deberán conectar un banco de condensadores en paralelo a la

entrada de la instalación para generar una potencia reactiva Qc de signo contrario al de Q, para así obtener una potencia reactiva final Qf. Analíticamente:

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y análogamente

Luego,

donde ω es la pulsación y C la capacidad de la batería de condensadores que

permitirá la mejora del f.d.p. al valor deseado. Sustituyendo en la primera igualdad,

de donde

Cálculo del f.d.p. medio de una instalación

Algunas instalaciones cuentan a la entrada con dos contadores, uno de energía reactiva (kVArh) y otro de energía activa (kWh). Con la lectura de ambos contadores podemos obtener el factor de potencia medio de la instalación, aplicando la siguiente

fórmula:

MEDICIÓN ELÉCTRICA

Medición de energía eléctrica

es la técnica para determinar el consumo de energía eléctrica en un circuito o servicio eléctrico. La medición de la energía eléctrica es una tarea del proceso dedistribución eléctrica y permite calcular el costo de la energía consumida con fines domésticos y comerciales.

La medición eléctrica comercial se lleva a cabo mediante el uso de un medidor de consumo eléctrico o contador eléctrico. Los parámetros que se miden en una instalación generalmente son el consumo en kilovatios-hora o kilowatt-hora, la demanda máxima, la demanda base, la demanda intermedia, la demanda pico, el

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factor de potencia y en casos especiales la aportación de ruido eléctrico o componentes armónicos a la red de la instalación o servicio medido.

La tecnología utilizada en el proceso de medición eléctrica debe permitir determinar el costo de la energía que el usuario consume de acuerdo a las políticas de precio de la empresa distribuidora de energía, considerando que la energía eléctrica tiene costos de producción diferentes dependiendo de la región, época del año, horario del consumo , hábitos y necesidades del usuario.

Tipos de distribución

 Monofásica 2 lineas (1 Fase y un Neutro) Y/O

 bifasica 3 lineas (2 Fases y un Neutro)

 Trifásica 4 lineas (3 Fases y un Neutro)"en las lineas trifasicas, no

necesariamente debe existir un neutro, puesto que hay equipos que trabajan con tres lineas, sin neutro"

Tensiones de distribución y medición

 Alta Tensión

 Media Tensión

 Baja Tensión o Distribución doméstica

Tipos de suministro y de medición eléctrica

 Alta-Alta

 Alta-Baja

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Vatihorímetro o Medidor de Energía

El Vatihorímetro, watthorímetro, contador eléctrico, contador de luz o medidor de consumo eléctrico es un dispositivo que mide el consumo de energía eléctrica de un circuito o un servicio eléctrico, siendo esta la aplicación usual.

Existen medidores electromecánicos y electrónicos. Los medidores electromecánicos utilizan bobinados de corriente y de tensión para crear corrientes parásitas en un disco que, bajo la influencia de los campos magnéticos, produce un giro que mueve las agujas de la carátula. Los medidores electrónicos utilizan convertidores analógico-digitales para hacer la conversión.

Funcionamiento:

El medidor electromecánico utiliza dos juegos de bobinas que producen campos magnéticos; estos campos actúan sobre un disco conductor magnético en donde se producen corrientes parásitas.

La acción de las corrientes parásitas producidas por las bobinas de corriente sobre el campo magnético de las bobinas de voltaje y la acción de las corrientes parásitas producidas por las bobinas de voltaje sobre el campo magnético de las bobinas de corriente dan un resultado vectorial tal, que produce un par de giro sobre el disco. El par de giro es proporcional a la potencia consumida por el circuito.

El disco está soportado por campos magnéticos y soportes de rubí para disminuir la fricción, un sistema de engranes transmite el movimiento del disco a las agujas que cuentan el número de vueltas del medidor. A mayor potencia más rápido gira el disco, acumulando más giros conforme pasa el tiempo.

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Las tensiones máximas que soportan los medidores eléctricos son de aproximadamente 600 voltios y las corrientes máximas pueden ser de hasta 200 amperios. Cuando las tensiones y las corrientes exceden estos límites se requieren transformadores de medición de tensión y de corriente. Se utilizan factores de conversión para calcular el consumo en dichos casos.

También es importante indicar que existe una bobina de sombra que es una chapita la cual esta cortocircuitada. Dicha bobina posee una resistencia despreciable y por ende en esta se generará una corriente muy importante, la cual al estar sometida a un campo generara un par motor que eliminara el coeficiente de rozamiento de los engranajes. El medidor comenzara a funcionar con el 1 % de la carga y entre un factor de potencia 0,5 en adelanto y atraso.

III. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS:

- Un Autotransformador o Tomacorriente.

- Un Wattimetro monofásico Analógico.

- Un Multitester Digital.

- Una pinza Amperimetrica.

- Un medidor de Energía monofásica.

- Elementos de carga.

- Un panel de Prueba.

-

Cables de conexión.

IV. PROCEDIMIENTO:

1. Armar el circuito de la fig.01

W I

220 V V Z

Kw-H

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2. Regular la salida del autotransformador a un valor de 220V. 3. Colocar como carga Z(Elementos de carga)

4. Medir V ; Kw-h ,W , I. Durante un tiempo determinado.

N

1

2

3

4 V

230 229 230 229

Kw-H

0.02 0.01 0.01 0.03

W

170 40 1320 280

I

0.6 0.09 5.68 1.03

T(min)

10 15 0.5 10

5. Comparar el valor medido por el medidor de energía en Kw-h con el c alculado.

6. Medir el valor de: V ,I ,W, Kw-h y T anotar en la tabla #01.

N

1

2

3

4 V

230 229 230 229

Kw-H

0.02 0.01 0.01 0.03

W

170 40 1320 280

I

0.6 0.09 5.68 1.03

T(min)

10 15 0.5 10

N

E

real(Kw-H)

E

ideal(Kw-H)

%

error

1

0.02 0.023 13.0

2

0.01 0.0144 30.6

3

0.01 0.0109 8.3

4

0.03 0.0393 23.7

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7. Comparar la energía consumida por el producto de potencia por tiempo, indicado por el Wattimetro y el cronometro respectivamente.

8.

Utilizar todos los elementos de carga en forma simultánea y medir los valores de: V, I, W, kW-h y T, medir la energía duran

te un

determinado tiempo de 5 min.

V.CUESTIONARIO:

1. Comparar las indicaciones del Wattimetro con la expresión: VICosØ.

EQUIPO

E

exp(Kw-H)

E teo(Kw

–

H)

% Error

Carga 1

Lámpara (2 focos) 0.02 0.0283 29.3

Carga 2

Ventilador 0.01 0.0144 30.6

Carga 3

Plancha 0.01 0.011 9.1

Carga 4

Lámpara (4 focos) 0.03 0.0467 35.8

Carga 1 , Carga 2 , Carga 3, Carga 4

V

230 I

10.5 W

2415

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2. Graficar energía vs tiempo ,explique los resultados.

 Considerando la fórmula: _          

Donde:

V= Tensión (V); I=intensidad de corriente (A); T= Tiempo (min);

Cosθ= f.d.p =

0.96 (inductivo) y Cosθ=1 (resistivo)

Los valores de Tensión e Intensidad de corriente son sustraídos de la Tabla de datos. 0.0000 0.0025 0.0050 0.0075 0.0100 0.0125 0.0150 0.0175 0.0200 0.0225 0.0250 0.0275 0.0300 0.0325 0.0350 0.0375 0.0400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Kw-H T (min)

ENERGÍA VS. TIEMPO

Carga 1 Carga 2 Carga 3 Carga 4

N

W

real(w)

W

ideal(w)

%

error

1

170 138 23.2

2

60 60 0.0

3

1320 1306.4 1.0

4

280 235.9 18.7

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 Considerando la fórmula: _   

Donde:

W= Potencia Activa (W)

El valor de la Potencia es sustraído de la Tabla de Datos.

El medidor de energía mide el consumo de energía total en un intervalo de tiempo. En la práctica de laboratorio esta varía linealmente. Pero en nuestras casas o

industrias el consumo de energía no varía linealmente porque los equipos eléctricos no funcionan constantemente durante 24 horas.

Carga 2

Ventilador

Carga 3

Plancha

Carga 4

Lámpara (4 focos)

0.0000 0.0025 0.0050 0.0075 0.0100 0.0125 0.0150 0.0175 0.0200 0.0225 0.0250 0.0275 0.0300 0.0325 0.0350 0.0375 0.0400 0.0425 0.0450 0.0475 0.0500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Kw-H T (min)

ENERGÍA VS. TIEMPO

Carga 1 Carga 2 Carga 3 Carga 4

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3. Graficar la potencia vs corriente, explique resultados.

 Considerando la Potencia Ideal.

 Considerando la Potencia Real.

Carga 2Carga 1 Carga 4 Carga 3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 W(Watt) I(A)

POTENCIA VS. CORRIENTE

0.09 0.6 1.03 5.68 Carga 2Carga 1 Carga 4 Carga 3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 W(Watt) I(A)

POTENCIA VS. CORRIENTE

0.09 0.6 1.03 5.68

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Se muestra que a mayor intensidad de corriente que circule por la carga mayor potencia requerirá. Porque la potencia es directamente proporcional a la intensidad

de corriente.

4. Que influencia tiene el CosØ inductivo en el registro de energía?

Las cargas inductivas, tales como transformadores, motores de inducción y, en general, cualquier tipo de inductancia (tal como las que acompañan a las lámparas fluorescentes) generan potencia inductiva con la intensidad retrasada respecto a la tensión. Produciendo un bajo factor de potencia.

Generan:

 Mayor consumo de corriente eléctrica

 Incremento de las pérdidas por efecto Joule: Donde la potencia activa se pierde por calentamiento. Se manifiesta mediante:

- Calentamiento de cables.

- Calentamientos de los bobinados de los transformadores de distribución y disparo aparente de los dispositivos de protección.

El principal problema que causa el sobrecalentamiento es el daño irreversible del aislamiento de los conductores, que además de reducir la vida útil de los

equipos, puede provocar cortocircuitos.

 Sobrecarga en los transformadores, generadores y líneas de distribución.

 Aumento de la caída de tensión: La circulación de corriente a través de los conductores ocasiona una pérdida de potencia transportada por el cable , y una caída de tensión o diferencia entre las tensiones de origen y la que lo canaliza , resultando en un insuficiente suministro de potencia a las cargas ; sufriendo una reducción en la potencia de salida. Esta caída de tensión afecta:

(22)

- Los bobinados de los transformadores de distribución.

- Los cables de alimentación.

- Los sistemas de control y de protección.

 Incremento en la facturación eléctrica: Debido a que un bajo factor de potencia implica pérdidas de energía en la red eléctrica, el productor y distribuidor penaliza al usuario.

A pesar de que la potencia reactiva no produce trabajo útil, puede ser medida por un metro contador reactivo y se expresa en Var-h (esta unidad de medida se utiliza tanto para la energía inductiva como para la capacitiva). De manera general, un equipo consumidor de energía eléctrica (motor eléctrico) demanda los tres tipos de energía o una combinación de dos de ellos, y por lo tanto la potencia total

demandada tiene una componente activa (que realiza trabajo úti l) y otra componente reactiva (creación del campo magnético), por lo que analíticamente se puede

formular la siguiente ecuación:

S =√ (P2 + Q2)

En conclusión los circuitos inductivos baja el factor de potencia y por ente sube el consumo de energía reactiva, en el registro de energía hay un límite que se puede consumir energía reactiva en el caso de instalaciones domiciliarias, si se sobrepasa este límite se le cobrara dicha energía en porcentaje según como lo estipula el suministrador.

5. Que influencia tiene el CosØ capacitivo en el registro de energía?

Las cargas capacitivas, tales como bancos de condensadores o cables enterrados, generan potencia capacitiva con la intensidad adelantada respecto a la tensión.

Mejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de la instalación de condensadores eléctricos estáticos, o utilizando motores sincrónicos disponibles en la industria (algo menos económico si no se dispone de ellos).

(23)

El consumo de KW y KVAR (KVA) en una industria se mantienen inalterables antes y después de la compensación reactiva (instalación de los condensadores), la diferencia estriba en que al principio los KVAR que esa planta estaba requiriendo, debían ser producidos, transportados y entregados por la empresa de distribución de energía eléctrica, lo cual como se ha mencionado anteriormente, le produce consecuencias negativas.

La potencia reactiva puede ser generada y entregada de forma económica, por cada una de las industrias que lo requieran, a través de los bancos de capacitores y/o motores sincrónicos, evitando a la empresa de distribución de energía eléctrica, el generarla transportarla y distribuirla, y el consecuente ahorro para el consumidor al pagar menos por los KVAR que deja de suministrarle la empresa distribuidora.

En conclusión los circuitos capacitivos mejoran o sube el factor de potencia y por ente baja el consumo de energía reactiva.

6. Elabore una tabla indicando el equipo eléctrico y su potencia de consumo.

7. Indique la clasificación de los medidores o contadores de energía eléctrica.

Los medidores de energía eléctrica, o contadores, utilizados para realizar el control del consumo, pueden clasificarse en tres grupos:

 Medidores electromecánicos: o medidores de inducción, compuesto por un conversor electromecánico (básicamente un vatímetro con su sistema móvil de giro libre) que actúa sobre un disco, cuya velocidad de giro es proporcional a la potencia demandada, provisto de un dispositivo integrador.

 Medidores electromecánicos con registrador electrónico: el disco giratorio del medidor de inducción se configura para generar un tren de pulsos (un valor determinado por cada rotación del disco, p.e. 5 pulsos) mediante un captador

EQUIPO

POTENCIA( Watts)

Carga 1

Lámpara (2 focos) 100

Carga 2

Ventilador 60

Carga 3

Plancha 1200

(24)

procesados por un sistema digital el cual calcula y registra valores de energía y de demanda. El medidor y

el registrador pueden estar alojados en la misma unidad o en módulos separados.

 Medidores totalmente electrónicos: la medición de energía y el registro se realizan por medio de un proceso análogo-digital (sistema totalmente electrónico) utilizando un microprocesador y memorias. A su vez, de acuerdo a las facilidades implementadas, estos medidores se clasifican como:

- Medidores de demanda: miden y almacenan la energía total y una única demanda en las 24 hs. (un solo períodos, una sola tarifa).

- Medidores multitarifa: miden y almacenan energía y demanda en diferentes tramos de tiempo de las 24 hs., a los que le corresponden diferentes tarifas (cuadrantes múltiples). Pueden registrar también la energía reactiva, factor de potencia, y parámetros especiales adicionales. Para los pequeños consumidores, industriales y domiciliarios, se mantiene aún el uso de medidores de inducción de energía activa y reactiva. Para los medianos consumidores se instalan generalmente medidores electrónicos. Para los grandes consumidores, a fin de facilitar la tarea de medición y control, el medidor permite además la supervisión a distancia vía módem (en muchas marcas incorporado al medidor).

8. Indique los elementos de carga que tiene en su domicilio, dando a conocer la

potencia de cada uno.

ELEMENTO

POTENCIA

(Watts)

6 focos ahorradores

18

1 foco

25

Televisor

75

Computadora

450

Monitor Led

20

Plancha

1200

Radio

150

Radio

10

(25)

Subwoofer

28

9. Registre el consumo de energía diario durante una semana de análisis.

DIA

Kw-H

Lunes

1.5

Martes

2.4

Miércoles

2.5

Jueves

2.6

Viernes

1.6

Sábado

2.6

Domingo

2.3

(26)

(27)

11. Describa el funcionamiento de un medidor electrónico de energía eléctrica.

Medidores electromecánicos con registrador electrónico: el disco giratorio del medidor de inducción se configura para generar un tren de pulsos (un valor determinado por cada rotación del disco, p.e. 5 pulsos) mediante un captador óptico que sensa marcas grabadas en su cara superior. Estos pulsos son procesados por un sistema digital el cual calcula y registra valores de energía y de demanda. El medidor y el registrador pueden estar alojados en la misma unidad o en módulos separados.

12. De a conocer el sistemas de tarifa vigente en el Perú.

La Tarifa de Suministro, está en función a la ubicación del suministro en los sistemas eléctricos, al nivel de tensión del suministro, y la Opción Tarifaria elegida y contratada por el cliente según su consumo de potencia y energía registrada mensualmente.

Opción

Tarifaria

Sistema y Parámetros de

Medición

Cargos de Facturación

Media Tension

MT2

Medición de dos energías activas y

dos potencias activas (2E2P)

Energía : Punta y Fuera de Punta Potencia: Punta y Fuera de Punta Medición de energía reactiva

Cargo fijo mensual.

Cargo por energía activa en horas de punta.

Cargo por energía activa en horas fuera de punta.

Cargo por potencia activa de generación en horas de punta.

MT3

Medición de dos energías activas y una potencia activa (2E1P)

Energía: Punta y Fuera de Punta Potencia: Máxima del Mes

Medición de energía reactiva Modalidad de facturación de

Cargo fijo mensual.

Cargo por potencia activa de generación. Cargo por potencia activa por uso de las redes de distribución.

(28)

MT4

Medición de una energía activa y una

potencia activa (1E1P)

Energía: Total del mes. Potencia: Máxima del mes Medición de energía reactiva Modalidad de facturación de

Cargo fijo mensual. Cargo por energía activa.

Cargo por energía reactiva.

Opción

Tarifaria

Sistema y Parámetros de

Medición

Cargos de Facturación

Ba a

BT2

Medición de dos energías activas y

dos potencias activas (2E2P)

Energía: Punta y Fuera de Punta Potencia: Punta y Fuera de Punta Medición de energía reactiva

Cargo fijo mensual.

Cargo por potencia activa de generación en horas de punta.

BT3

Medición de dos energías activas y una potencia activa (2E1P)

Energía: Punta y Fuera de Punta Potencia: Máxima del Mes Medición de energía reactiva Modalidad de facturación de potencia

activa variable

Cargo fijo mensual.

(29)

BT4

Medición de una energía activa y una potencia activa (1E1P)

Energía: Total del mes Potencia: Máxima del mes Medición de energía reactiva Modalidad de facturación de potencia

Cargo fijo mensual. Cargo por energía activa.

Cargo por energía reactiva.

BT5A

Medición de dos energías activas (2E)

Energía: Punta y Fuera de Punta

Cargo fijo mensual.

BT5B

Medición de una energía activa (1E) Cargo fijo mensual. Cargo por energía activa.

13. Indique las normas técnicas para la constrastación de medidores de Energía

Eléctrica.

Normas técnica:

R. Nº 056-97-INDECOPI-CRT.- Aprueban el Reglamento para la Autorización y Supervisión de Entidades Contrastadoras.

Los procedimientos que aplique la entidad contrastadora estarán contenidos en un Manual

Procedimientos. En ellos se describirá las actividades técnicas y administrativas que deben desarrollarse para la prestación del servicio de contraste.

En el formato de Memoria Descriptiva (ver Formato) se da una lista de los principales procedimientos que contendrá el Manual de Procedimientos.

Estos documentos deberán cumplir los requisitos siguientes:

1º. Los ensayos que se indiquen en los procedimientos y que se realicen sobre el medidor como parte del contraste, deberán estar referidos a normas técnicas o metrológicas o normas establecidas por asociaciones u or ganismos internacionales de normalización, aplicables al tipo de medidor que se contras te. Entre estas normas

(30)

- Norma Metrológica Peruana NMP 006 *

Medidores de energía activa para corriente alterna de clases 0,5; 1 y 2. - Norma CEI 514

Control de recepción de medidores de energía activa de clase 2. - Norma CEI 145*

Medidores de energía reactiva. - Norma UNE 21-311*

Indicadores de máxima de clase 1 para contadores de energía eléctrica de corriente alterna.

- Norma UNE 21-374* (equivalente a CEI 687)

Contadores estáticos de energía activa. Especificaciones metrológicas para las clases 0,2S

0,5 S.

* Estas normas están referidas a los «ensayos de tipo». - Norma ANSI C12.10

Medidores de energía activa. - Normas ANSI C 12.16

Medidores eléctricos estáticos.

2º. En líneas generales los procedimientos deberán:

a) Describir en forma detallada los pasos a seguir para desarrollar la actividad correspondiente, indicando también los datos que serán registrados (por ejemplo: datos técnicos del medidor a contrastar, mediciones efectuadas, cálculos realizados, etc.);

b) indicar los responsables de realizar y supervisar la actividad;

c) presentar los formatos en donde se registrarán los datos concernientes a la actividad;

d) d) tener un código de identificación, llevar las páginas numeradas, indicar la fecha de elaboración, llevar la firma de la persona que lo elaboró y/o de la que lo aprobó.

3º. El procedimiento o instrucción de operación de un instrumento o sistema de medición deberá detallar los pasos a seguir por el técnico para ponerlo en

funcionamiento, para efectuar los ajustes iniciales y las conexiones necesarias, etc; asegurando así su correcto uso.

(31)

4º. Los procedimientos deberán estar a disposición del personal responsable de su ejecución y en el lugar de trabajo.

5º. Los resultados de cada contraste deberán ser informados con exactitud, claridad, sin Ambigüedad y objetivamente, mediante un Informe de Contraste, el cual deberá incluir toda la información necesaria para la interpretación de los resultados del contraste.

6º. El Informe de Contraste deberá incluir por lo menos la siguiente información: a) nombre o razón social y dirección de la entidad contrastadora;

b) identificación única del informe (tal como número de serie) y de cada página, así como del número total de páginas;

c) razón social del concesionario de energía eléctrica; d) nombre y dirección del usuario;

e) identificación del medidor contrastado (marca, tipo, número de seri e, número de suministro, etc.);

f) condición o estado de los precintos del medidor;

g) indicación (kWh; kVarh; kW; etc.) del medidor antes y después del contraste; h) del acta de retiro del medidor, cuando corresponda;

i) fecha del contraste;

j) identificación de la norma técnica, metrológica, recomendación o documento técnico que haga referencia a los ensayos realizados en el contraste;

k) cualquier otra información pertinente al contraste, tal como las condiciones ambientales, cuando corresponda;

l) mediciones y resultados derivados, sustentados mediante tablas, gráficos, etc.; así como cualquier falla identificada;

m) si el informe contiene resultados de un contraste efectuado con instrumentos y/o sistemas de medida de terceros, deberá identificarse claramente al

propietario, debiendo contar con el Certificado de Calibración vigente. n) una declaración de la incertidumbre estimada del resultado del contraste

(cuando sea pertinente);

o) o) una firma y el cargo, o una identificación equivalente de la(s) persona(s) que acepta(n) la responsabilidad del contenido del informe, y fecha de emisión.

(32)

específicamente para cada tipo de contraste, pero los epígrafes deberán normalizarse en lo posible.

El procedimiento de contratación de medidores, será dispuesto en la Resolución Ministerial N 012-2003-EM/DM, sea que:

SEAL en un plazo máximo de dos (2) días posteriores a la

Recepción de la solicitud del usuario, comunicará al contrastador seleccionado para que efectúe pruebas correspondientes.

El contrastador dentro de los seis (6) días siguientes de recibida la comunicación deberá (i) comunicar por escrito, con un mínimo de dos (2) días de anticipación, a SEAL y usuario la fecha y hora en la que se pr ocederá a intervenir el equipo de medición para efectos de contratación; cuando la contratación se a en laboratorio, se comunicará al momento del retiro del medidor el día y hora en que se

efectuará la contrastación en laboratorio la cual se llevara a cabo en un plazo no mayor de los dos días calendario siguientes. (ii) realizar las pruebas de acuerdo a las pautas indicadas en el numeral 5.2 de la R. M. 012-2003-EM/DM y (iii) remitir al Usuario el Informe de Contratación correspondiente con los resultados de las pruebas, con copia a SEAL

El usuario, SEAL o sus representantes tienen derecho a presenciar la

contrastación en campo o laboratorio, según sea el caso, s in que el contrastador pueda limitar el ejercicio de tal derecho.

La presencia del usuario o de SEAL, en el momento de la contratación, será potestativa. La no participación de alguna de las partes no invalidará el procedimiento de la contratación.

VI. CALCULOS Y RESULTADOS:

TABLA DE DATOS: Después de haber seguido el procedimiento de la practica de laboratorio obtenemos los siguientes datos.

N

1

2

3

4 V

230 229 230 229

Kw-H

0.02 0.01 0.01 0.03

W

170 40 1320 280

I

0.6 0.09 5.68 1.03

T(min)

10 15 0.5 10

(33)

Ahora si comparamos la potencia ideal calculada con la formula       

y la potencia real medida en laboratorio.

VI. CONCLUSIONES:

 Se comprueba que el medidor de energía mide la energía consumida por la carga en un lapso de tiempo determinado; lográndose los objetivos propuestos en la respectiva práctica de Laboratorio.

 Mediante la lectura correcta del contador de energía se hace la facturación respectiva de acuerdo a la opción tarifaria que tenga el usuario por parte de la empresa concesionaria.

VII. SUGERENCIAS:

 Se recomienda realizar correctamente las conexiones en el circuito para realizar la práctica de laboratorio y tener óptimos resultados al realizar las mediciones respectivas.

 Los instrumentos de medición deben estar en buenas condiciones como sus fuentes de energía (baterías).

 Adecuar la escala respectiva en el Wattimetro de acuerdo a cada elemento de carga.

 Emplear un cronometro digital para mayor exactitud.

VIII. BIBLIOGRAFÍA:

 JOSEPH A. Edminister (1979). Circuitos Eléctricos. Editorial McGRAW-HILL BOOK. México. 289 p.p.

 ALEXANDER, CHARLES K. ALEXANDER, MATHEW N. O SADIKU (2006). Fundamentos de Circuitos Eléctricos. Editorial McGRAW-HILL Interamericana.1015p.p.

N

W

real(w)

W

ideal(w)

% error

1

170 138 23.2

2

60 60 0.0

3

1320 1306.4 1.0

4

280 235.9 18.7