POTENCIA EN RÉGIMEN PERMANENTE SINUSOIDAL

  1. POTENCIA INSTANTANEA, ACTIVA Y APARENTE. FACTOR DE POTENCIA. POTENCIA REACTIVA

    La tensión y la corriente sinusoidales en la entrada de un dipolo se encuentran, en general, defasadas una respecto de la otra un ángulo j , siendo sus valores instantáneos:

    La potencia instantánea, igual al producto de la tensión por la corriente vale:

    que podemos transformar mediante relaciones trigonométricas en

    resultado en el que reconocemos un término constante y otro fluctuante, éste de frecuencia doble a la tensión. Siendo el período

    la potencia media o activa resulta

    y recordando la relación existente entre los valores eficaz y máximo de una sinusoide obtenemos

    Tomando en cuenta los defasajes de la tensión y la corriente en cada elemento, la potencia activa vale UI en una resistencia y es cero en la inductancia y la capacidad.

    Ilustremos lo expuesto:

    Las máquinas y aparatos eléctricos se construyen para determinados valores de tensión y corriente. Por tal motivo, cuando la potencia depende de la carga, es necesario caracterizarlos por su potencia aparente:

    Definimos el factor de potencia

    Para un mejor aprovechamiento de las instalaciones eléctricas y para disminuir la caída de tensión y las pérdidas en las líneas y cables de transmisión y distribución, conviene disponer de un factor de potencia lo más alto posible, o de una mínima diferencia de fase entre la tensión y la corriente. El mejor rendimiento se obtiene cuando cosj =1. Para una potencia activa P del receptor, la intensidad en la línea es inversamente proporcional al valor de cosj :

    La pérdida de potencia en la resistencia RL de los conductores de la línea vale:

    inversamente proporcional al cuadrado del factor de potencia del receptor de energía.

    Consideremos la magnitud

    a la que designamos potencia reactiva. La potencia reactiva vale cero en la resistencia, UI en la inductancia y -UI en la capacidad, resultando una magnitud asociada con los elementos que almacenan energía en sus campos, a los que llamamos elementos reactivos, energía que intercambian con las fuentes o con otros elementos reactivos, sin que se produzca una transformación que implique un consumo efectivo.

    Valen las siguientes relaciones:

    La conveniencia de aumentar el cosj exige que se reduzca la potencia reactiva de la carga. Es fácil comprobarlo representando la pérdida de potencia de la forma siguiente:

  2. CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA.

Todos los receptores cuyo principio de funcionamiento reposa sobre los efectos de campos electromagnéticos (motores, transformadores, iluminación fluorescente o lámparas de descarga, etc.) demandan energía reactiva, indispensable para su funcionamiento. Son consecuencias resultantes:

Valores estimados del factor de potencia, en aparatos corrientes:

Tomando en cuenta que los receptores son inductivos, siendo su potencia reactiva mayor que cero y que la potencia reactiva de los condensadores es negativa, estos son utilizados para mejorar el factor de potencia.

La corrección del factor de potencia se logra conectando una batería de condensadores en paralelo con la carga:

Demuestre que la capacidad necesaria para obtener la corrección propuesta vale

Por su parte la potencia reactiva de los capacitores de corrección será:

En la República Argentina, las compañías distribuidoras, de acuerdo con la Resolución ENRE N° 74/2001, aplican, para la tarifa 3 (Grandes demandas) un recargo sobre la facturación de energía activa, del 1.5% por cada centésima de tgj en exceso de 0.62 (cosj <0.85). En el gráfico siguiente se muestra el valor de tal recargo en función de cosj .

3. POTENCIA COMPLEJA

Es una útil herramienta para evaluar potencias en régimen permanente sinusoidal. De acuerdo con la igualdad de Euler:

4. TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE POTENCIA EN C.A.

Dada una impedancia de carga variable y una impedancia de fuente fija, se transfiere máxima potencia a la impedancia de carga si esta es conjugada de la impedancia de la fuente.

Zi=Ri+j Xi

ZL=RL+j XL;

Si la impedancia de carga es una resistencia

 

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