P5 Circuitos

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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
Laboratorio de Circuitos Eléctricos
Grupo: 1 - Semestre: 2023-1
Práctica #5:
Corrección del factor de potencia
Brigada: 1
Fecha de entrega: 07/12/2022
Profesor:
Ayala Hernández Mauricio Ing.
Alumnos:
Hernández Lara Jesús Eduardo
Rodríguez López Rogelio
Téllez González Jorge Luis
1. Objetivos
· Determinar el factor de potencia de una carga monofásica y de una carga trifásica.
· Efectuar la correción del factor de potencia de una carga monofásica y de una carga trifásica.
· Comparar los resultados prácticos obtenidos con los cálculos teóricos esperados.
2. Desarrollo
Las actividades de esta práctica representan una continuación de la práctica anterior, en donde se realizaron mediciones del factor de potencia en distintos sistemas para obtener su eficiencia y sus distintos valores de potencia (real, reactiva y compleja). Tras haber comprendido cómo el factor de potencia representa un indicativo de la eficiencia de consumo de un sistema, ahora se estudiará como realizar una corrección del factor de potencia.
	La corrección del factor de potencia consiste básicamente en caracterizar un sistema de acuerdo a su naturaleza (inductiva o capacitiva) y, posteriormente, añadir un inductor o capacitor (según sea el caso) al sistema de forma que este nuevo elemento neutralice a la naturaleza original de circuito y provoque que este adquiera un comportamiento cercano a un sistema de carácter resistivo.
2.1 Experimento I Sistema trifásico inductivo (motor)
A continuación se muestra el sistema a armar para el primer experimento.
Figura 1. Motor trifásico conectado en Delta.
Generalmente, la mayor parte de sistemas utilizados en industria se tratan de sistemas inductivos como el motor. Para estos casos, la corrección del factor de potencia consistirá en calcular un capacitor con un valor tal que, al momento de calcular el factor de potencia, este adquiera un valor lo más cercano posible a la unidad; reduciendo en consecuencia su consumo y el paso de corriente a través del sistema. 
	Realizando las conexiones correspondientes de forma semejante a la práctica anterior se obtiene el siguiente circuito:
Figura 2. Motor conectado al analizador y la corriente eléctrica del laboratorio.
	
Figura 3. Conexión en delta del motor. 
A continuación se muestran las mediciones obtenidas con el analizador:
	Como se observa, el factor de potencia obtenido resulta muy bajo. Si graficamos lo anterior en el triángulo de potencias esto resulta:
Figura 4. Triángulo de potencias del motor (sistema puramente inductivo).
2.1 Experimento II Corrección del sistema trifásico inductivo (motor)
Ahora, para realizar la corrección del factor de potencia obtenido es necesario obtener el valor del capacitor requerido para obtener un comportamiento lo más resistivo posible, que esta dado por la siguiente expresión:
Es posible calcular dividiendo únicamente la potencia reactiva entre 3:
El voltaje de línea se obtiene por medio del promedio de los 3 voltajes medidos previamente:
Considerando que el suministro eléctrico en México es a una frecuencia de 60 [Hz], entonces, es posible sustituir en la expresión del capacitor para obtener su valor:
	Con el valor obtenido anteriormente es posible plantear un nuevo esquema en donde el motor trifásico se conectará con un banco de capacitores que proporcione un capacitor equivalente con un valor lo más cercano posible al del capacitor calculado previamente. El efecto esperado es que el factor de potencia obtenido previamente aumente y la eficiencia del sistema se vea incrementada.
Figura 5. Motor trifásico conectado con el banco de capacitores.
Figura 6. Circuito armado en el laboratorio.
Nuevamente se realizan las mediciones correspondientes con el analizador:
	Por medio de los resultados anteriores, la primer diferencia notable radica en la gran caída en el amperaje que pasa por las fases de alimentación. Por otra parte, se observa que el factor de potencia ha aumentado notablemente y ahora este está cercano a la unidad. Si graficamos lo anterior en el triángulo de potencias resulta:
Figura 7. Corrección del factor de potencia en el triángulo de potencias.
Cabe señalar que la primera intensidad de corriente se observa sin valor debido a que el analizador no puede leer corrientes menores a 500 [mA]. Elegir capacitores equivalentes con un valor más cercano o no puede tener un impacto en estas mediciones. 
2.1 Experimento III Corrección del sistema con carga monofásica (transformador)
En este experimento, el circuito a realizar es el siguiente:
Figura 8. Diagrama eléctrico del circuito a analizar.
En donde en la carga de 56Ω se pondrá un divisor de voltaje de 110k, al igual que en la carga del inductor con la resistencia de 500Ω.
El circuito ya con los divisores de voltaje queda de la siguiente manera:
Figura 9. Diagrama eléctrico del circuito con divisor de voltaje.
El cableado quedó de la siguiente manera:
Figura 10. Arreglo del cableado del circuito.
En este circuito, con ayuda del osciloscopio obtuvimos las siguientes imágenes:
Figura 11. Gráfica de los voltajes de los canales.
Figura 12. Gráficas con la medición del desfasamiento.
En donde podemos observar en la figura 12 que existe un pequeño desfasamiento entre el voltaje y la corriente, el ángulo de desfasamiento se obtiene:
El osciloscopio nos arrojó los siguientes valores:
Calculando el voltaje en la resistencia de 56
Calculando la corriente de fase:
Calculando el voltaje de fase:
Calculando el factor de potencia:
fp=cos(25.9)
fp=0.89
Calculando las potencias:
El triángulo de potencias queda de la siguiente manera:
Figura 13. Triángulo de potencias obtenido.
Obteniendo la capacitancia para corregir el factor de potencia:
Con un capacitor cercano al calculado, la gráfica fue la siguiente:
Figura 14. Gráfica corregida con el capacitor.
Podemos observar que la corriente ya está en fase, difiere en unas cuantas décimas de milisegundos.
Si utilizáramos un capacitor mayor al calculado, el resultado sería el siguiente:
Figura 15. Gráfica con un capacitor mayor al calculado.
Podemos observar que ahora existe un desfase en la gráfica amarilla, ya que la capacitancia predomina levemente sobre la inductancia, por lo que hay desfase.
En el caso de que, el capacitor sea menor, obtuvimos la siguiente gráfica:
Figura 16. Gráfica con un capacitor menor al calculado.
En este caso, la gráfica no varía mucho de lo visto en la figura 12, el inductor predomina sobre el capacitor, por lo que existe todavía un ángulo, leve, pero está desfasado.
3. Conclusiones
Por medio del trabajo desarrollado pudimos observar las distintas formas de corregir un factor de potencia, el cual, es muy importante en la industria, sobre todo en la industria de fabricación, ya que si las empresas tienen un factor de potencia mayor o igual a 0.86 sería acreedor a una multa la empresa y lo que se requiere es economizar. Por lo que conocer cómo corregir el factor de potencia con lo que tenemos es muy importante, ya que no podemos realizarlo simplemente con puras resistencias o focos debido al calor que generan y que esto implicaría un gasto mayor en la corriente demandada. Sí, el factor de potencia estará corregido a un buen nivel, pero el costo-beneficio de esto se iría en la corriente consumida por los focos, por eso, lo mejor es un capacitor que contrarreste el factor de potencia de un motor y viceversa.