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23 julio 2009

Potencia reactiva: ¿alguien sabe de verdad que es?

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Recuerdo mis días en la universidad cuando comencé a estudiar sistemas de corriente AC, el concepto de fasor lo comprendí años después (lamentablemente muy tarde para la fecha de exámenes :S ), sobretodo por lo abstracto que resulta manejar números imaginarios,  más raro aún era tener una potencia real y una imaginaria, que es la forma en como se representa la potencia compleja:

S = P + iQ

Siempre me llamó la atención saber que era esa Q, después de todo, sabemos que la P, era mas asociada a cosas comunes y que vimos en sistemas DC. que venia descrita en Vatios y que era finalmente la energía que usamos en los procesos, pero: ¿que pasaba con Q?, ¿de donde venia? y ¿por que surge?.

Las respuestas mas comunes que encontré eran:

“Eso es la potencia por el desfase de la corriente y el voltaje”

“Es la potencia que se pierde por magnetismo”

“¿Eso va para el examen?”

“Es la potencia necesaria para establecer los campos electromagnéticos”.

La ultima respuesta fue la que mas tranquilo me dejó, por un momento. 

 

Con el tiempo se llego a la regla practica de que una potencia reactiva podía tener características inductivas y capacitivas, dependiendo del desfase. los motores entonces eran de tipo inductivo (jaula de ardillas / rotor devanado) o podían ser capacitivos (síncronos), los cables podía tener partes capacitivas e inductivas ( líneas largas en AC).

 

Cuando vi motores de inducción quede simplemente fascinado al ver como el circuito pasaba de eléctrico a magnético y sin cables, podía transmitir energía hasta el rotor, aun así, quedaba la pregunta: ¿Por que los campos electromagnéticos hacen mover a las partículas?  que como en el caso del motor, producían corrientes.

 

Resulta que al estudiar electricidad, estamos estudiando directamente una de las 4 fuerzas fundamentales, cuya compresión aunque muy avanzada, sigue dejando perplejo a mas de un científico. mas aun a los pobres estudiantes de ingeniería.

 

Tenemos entonces que la potencia reactiva de carácter inductivo, establece principalmente un campo magnético ( de allí el uso en electroimanes)  la energía entonces es “almacenada” en el campo, cuando la fuente deja de alimentar la bobina, el campo colapsa generando una inducción y por ende devolviendo la energía (salvo por las perdidas de líneas de flujo y resistivas) por eso los inductores se colocan como reactores para estabilizar las corrientes.

 

Por otro lado, la potencia reactiva capacitiva, esta ligada los campos eléctricos, el ejemplo clásico es el de un capacitor, donde se establece un campo que agrupa las cargas, cuando la fuente de voltaje es “cortocircuitada” el capacitor va a intentar compensar la perdida de tensión para ello el campo eléctrico colapsa y las cargas se mueven por el conductor, de allí el uso para estabilizadores de voltajes  (colocándolos en paralelo).

 

Aun así continua la pregunta de por que las partículas se comportan así en los campos, La respuesta llego finalmente tiempo después que salí de la universidad, cuando leí sobre la electrodinámica cuántica (QED en ingles), básicamente, no definía los campos electromagnéticos como “campos” sino mas bien como un “intercambio” de partículas de información.

 

Así pues, el circuito magnético en un motor de inducción por ejemplo, es en realidad un circuito fotonico, ya que la partícula encarga de transmitir el electromagnetismo es el fotón. Entonces finalmente se pudo hacer la relación de por que los campos electromagnéticos producen corriente y viceversa, por que durante el proceso, los fotones que se emiten le dicen a otras partículas como comportarse.

 

Entonces la potencia reactiva no es mas que la potencia requerida para establecer ese intercambio fotonico, de hecho la potencia reactiva debería regresar totalmente al sistema eléctrico ya que es una energía “prestada” pero por las perdidas normales de sistemas no ideales merma.

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Para mas información:

QED wikipedia

Es articulo es:

15 comentarios:

Me haces recordar a un profesor de teoria electromagnetica, quien se ufanaba de decir que la ley de ohm era solo una simplificacion para quienes la cabeza no les da para abstraerse mas alla de una formula matematica...

yo por mi parte creo que me quede en las ecuaciones de maxwell, pero me imagino que ligandolas con la teoria de la relatividad (por eso de que la energia y la masa son una sola cosa) debe salir esto del foton, mas alla de eso necesito ayuda para lograr mas abstraccion

buscando en internet me tope con este articulo (en ingles):

http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=139763

Es una interesante dicusion de por que si en los campos E y B interactuan fotones no se produce luz

Les advierto que ya despues de la segunda pagian de discusion esta se torna densa y abstracta. como toda buena platica donde este un fisico involucrado.

Bueno, no tanto asi como una simplificación, es mas bien un caso particular, al igual que las ecuaciones de maxwell, tiene un error que se arregla cuando se cuantifica. Claro, para fines prácticos ni nos damos cuenta. Todo esto del foton no sale de la relatividad (que es la otra rama de la física que estudia lo macroscopico). El concepto de foton viene dado por la mecánica cuántica, la que básicamente dice que la energia, en sus manifestaciones no pude variar de manera continua, sino que "pasa" por medio de paquetes (cuantos) en el caso del electromagnetismo (luz,rayos X, microndas, etc) es por medio del foton. algún día, si todo sale bien se podra unificar la gravedad (y la teoría de la relatividad) con la mecánica cuantica.

Hermosa explicación, me has ayudado mucho y gracias a ti lo se desde temprano (tengo 15 años). Mi profesor de electrotecnia se hace el más y no exlpica nada y no sabe nada. Me resulta maravilloso eso de como los capacitores y las bobinas devuelven la energía almacenada (lo que es un concepto muy conocido)en este caso, a la red, por lo que las empresas de energía sólo te cobran la potencia activa. Es un tema interesante esto de la corriente alterna, y se pone mucho mejor cuando se tratan la radiofrecuencia y los transistores. Gracias por tu explicación.
Livio leiva.

asi es livio, sin embargo, si tienes un factor de potencia bajo, pueden llegar a cobrarte la potencia reactiva (por lo menos en venezuela) a menos que la mejores. que gusto ver que jovenes se interesan por estos temas tan importantes.
saludos

Sí, creo que es cierto, a pesar de que la potencia reactiva no genera un consumo real de trabajo, sí generan un flujo de corriente eléctrica, la corriente para cargar el capacitor o bien para "cargar" o establecer el campo magnético en la bobina. Entonces, aunque no consumamos energía, si producimos un flujo de corriente, y esto significa para la empresa, cables de mayor sección, más pesados y caros, lo que no les conviene, por ello supongo que es que exigen por ley reducir el coseno de fi a un valor cercano a la unidad. Eso también nos conviene a nosotros, pues usamos cables más chicos.
Otra cosa interesante es que al obtener un valor de desfasaje nulo en AC con una bobina y un capacitor entramos en una condición denominada resonancia eléctrica, que de seguro en tu sabiduría la conoces muy bien Fidel, que ayuda mucho en el filtraje de frecuencias.
Saludos
por cierto, soy de argentina

así es, amigo livio, aunque la verdad encontrar y mantener el sistema en resonancia es algo mas difícil en la practica, un caso típico es que cuando tenemos muchos motores podrías entonar el resonador para cuando todos están encendidos, pero eventualmente se tendrán que apagar por razones del proceso, así pues se pierde el FP=1

Amigo fidel, parece que sabes mucho sobre el tema, así que me parece lo más provechoso pedirte ayuda sobre un tema que estuve investigando hace unos meses, sobre la transferencia inalámbrica de potencia, a través de un acoplamiento inductivo en resonancia. Subí un video a youtube,ahí puedes verlo
http://www.youtube.com/watch?v=V3bnWpd-uV8
Agradecería mucho si me pudieras ayudar a mejorar el proyecto con tus conocimientos, te dejo mi dirección de e-mail para que puedas enviar cualquier dato que me pueda ayudar a mejorarlo

Parece que no apareció o me olvidé de poner la dirección de e-mail. Ahí va: lapulga5@hotmail.com
Gracias, Saludos

Buenos días. Primero que nada permítame felicitarle por este espacio que brinda un estupendo a porte de su parte.
Quisiera que si esta a su alcance o cualquier otra persona que desee colaborar y dar su intervención me pudiese aclarar una serie de dudas sobre el siguiente planteamiento.
Destaco que el Ing. Guerrero me refirió ante su persona para exponerle estas inquietudes.
En el trascurso de estos días se me ha desarrollado la gran curiosidad por profundizar en lo concerniente a la generación de potencia y consumo de esta.
He leído varios temas, foros y artículos relacionados generándoseme varias dudas.
Mi curiosidad esta en lograr dominar el manejo de potencias en KVA, Kw así como determinar por medio de estos el amperaje o viceversa.
He aclarado que para el manejo en trifásica es decir 380V puedo utilizar las siguientes ecuaciones:
- I = (KVA / V x 1,73) x 1000

- I = P(w) / V x F.P x 1,73
Y para el manejo en monofásica es decir 120V:
- I = (KVA/V) x 1000

- I = P(w) / V x F.P
I = Intensidad.
V = Voltaje.
F.P = Factor de Potencia. Que por lo que pude indagar en mi estado esta por el alrededor de 0,75.

Ahora que sucede, como hay diversos equipos que trabajan de forma bifásica fase fase 220V, no he logrado dar con la ecuación exacta, también ley que este tipo de tención es monofásica y que existe otra que es de conexión fase fase neutro que la verdad aún no la distingo. Algunas de las ecuaciones que pude observar fueron:
- I = (KVA / 1,73 x V(220)) x 1000

- I = P(w) / V(220) x F.P

- I = P(w) / 1,73 x V(220) x F.P

- I = 1,73 x P(w) / (2 x 220 x F.P)

En un block observe el siguiente ejemplo don un motor bifásico, como que lo agregan a una red trifásica ya que los demás motores son trifásicos y este era el único bifásico.
Motor bifásico de 2 Hp = 1,5 Kw.
I = P(w) / V x F.P
I = 1500w / 220 x 0,8 = 8,52 Amp.

P = 1,73 x V x I x F.P
P = 1,73 x 220 x 8,52 x 0,8 = 2594,17w = 2,59Kw.
Ok. En el siguiente ejemplo el exponente explica que debe agregar los 2,59Kw a la sumatoria de los demás Kw trifásico que tiene con los otros equipos ya que la cantidad de potencia en bifásica es menor a la que debe entregar un transformador en trifásica de la misma potencia.
Ok puede parecer lógico el ejercicio aunque no estoy seguro. Puede ser otra interrogante más a la pregunta.
Ahora lo que más duda me da es que leí en otros sitios que un proveedor le indicaba que cuando se trata de cargas trifásicas los componentes se deben calcular bajo ese parámetro es decir utilizando el (1,73 para 380V) lo cual me deja totalmente inseguro a las ecuaciones recaudadas que plantean las multiplicaciones de (1,73 x 220V).
Espero ser claro sobre mis dudas las cuales tratare de puntualizar a continuación claro que no sean limitativas y puedan sustanciar y corregir todo lo que e recabado.
- Las ecuaciones para monofásica y trifásica son las acertadas?
- Calculo de potencias e intensidades en suministros bifásicos (ecuaciones acertadas y parámetros generales)?
- Conexiones fase fese y fase fase neutro?

Para tratar de culminar agrego que también observe que a la hora de tener los KVA los Kw deben ser menores. Por supuesto entiendo que depende del factor de potencia pero aparte de este que los kw debe ser un total del 60% de los KVA. Todo esto se podría hablar en relación de generación eléctrica por supuesto, pudiendo puntualizarlo en plantas eléctricas y transformadores. Un ejemplo de esto último pudiera ser:
Si tengo 60KVA tomando un factor de potencia de 0,8 mis Kw serian 48Kw es decir que la carga máxima para esos KVA debe ser 29 Kw?

Ante todo muchas gracias por el simple hecho de leer esto. Y estaré ansioso en la espera de sus colaboradoras aclaratorias y comentarios.

Agradeciendo nuevamente y disculpándome por tal vez abusar de su valioso tiempo se despide Atentamente.

Carlos Márquez.

Buenos días. Primero que nada permítame felicitarle por este espacio que brinda un estupendo a porte de su parte.
Quisiera que si esta a su alcance o cualquier otra persona que desee colaborar y dar su intervención me pudiese aclarar una serie de dudas sobre el siguiente planteamiento.
Destaco que el Ing. Guerrero me refirió ante su persona para exponerle estas inquietudes.
En el trascurso de estos días se me ha desarrollado la gran curiosidad por profundizar en lo concerniente a la generación de potencia y consumo de esta.
He leído varios temas, foros y artículos relacionados generándoseme varias dudas.
Mi curiosidad esta en lograr dominar el manejo de potencias en KVA, Kw así como determinar por medio de estos el amperaje o viceversa.
He aclarado que para el manejo en trifásica es decir 380V puedo utilizar las siguientes ecuaciones:
- I = (KVA / V x 1,73) x 1000

- I = P(w) / V x F.P x 1,73
Y para el manejo en monofásica es decir 120V:
- I = (KVA/V) x 1000

- I = P(w) / V x F.P
I = Intensidad.
V = Voltaje.
F.P = Factor de Potencia. Que por lo que pude indagar en mi estado esta por el alrededor de 0,75.

Ahora que sucede, como hay diversos equipos que trabajan de forma bifásica fase fase 220V, no he logrado dar con la ecuación exacta, también ley que este tipo de tención es monofásica y que existe otra que es de conexión fase fase neutro que la verdad aún no la distingo. Algunas de las ecuaciones que pude observar fueron:
- I = (KVA / 1,73 x V(220)) x 1000

- I = P(w) / V(220) x F.P

- I = P(w) / 1,73 x V(220) x F.P

- I = 1,73 x P(w) / (2 x 220 x F.P)

En un block observe el siguiente ejemplo don un motor bifásico, como que lo agregan a una red trifásica ya que los demás motores son trifásicos y este era el único bifásico.
Motor bifásico de 2 Hp = 1,5 Kw.
I = P(w) / V x F.P
I = 1500w / 220 x 0,8 = 8,52 Amp.

P = 1,73 x V x I x F.P
P = 1,73 x 220 x 8,52 x 0,8 = 2594,17w = 2,59Kw.
Ok. En el siguiente ejemplo el exponente explica que debe agregar los 2,59Kw a la sumatoria de los demás Kw trifásico que tiene con los otros equipos ya que la cantidad de potencia en bifásica es menor a la que debe entregar un transformador en trifásica de la misma potencia.
Ok puede parecer lógico el ejercicio aunque no estoy seguro. Puede ser otra interrogante más a la pregunta.
Ahora lo que más duda me da es que leí en otros sitios que un proveedor le indicaba que cuando se trata de cargas trifásicas los componentes se deben calcular bajo ese parámetro es decir utilizando el (1,73 para 380V) lo cual me deja totalmente inseguro a las ecuaciones recaudadas que plantean las multiplicaciones de (1,73 x 220V).
Espero ser claro sobre mis dudas las cuales tratare de puntualizar a continuación claro que no sean limitativas y puedan sustanciar y corregir todo lo que e recabado.
- Las ecuaciones para monofásica y trifásica son las acertadas?
- Calculo de potencias e intensidades en suministros bifásicos (ecuaciones acertadas y parámetros generales)?
- Conexiones fase fese y fase fase neutro?

Para tratar de culminar agrego que también observe que a la hora de tener los KVA los Kw deben ser menores. Por supuesto entiendo que depende del factor de potencia pero aparte de este que los kw debe ser un total del 60% de los KVA. Todo esto se podría hablar en relación de generación eléctrica por supuesto, pudiendo puntualizarlo en plantas eléctricas y transformadores. Un ejemplo de esto último pudiera ser:
Si tengo 60KVA tomando un factor de potencia de 0,8 mis Kw serian 48Kw es decir que la carga máxima para esos KVA debe ser 29 Kw?

Ante todo muchas gracias por el simple hecho de leer esto. Y estaré ansioso en la espera de sus colaboradoras aclaratorias y comentarios.

Agradeciendo nuevamente y disculpándome por tal vez abusar de su valioso tiempo se despide Atentamente.

Carlos Márquez.

porq se queman los condensadores en un banco de compensacion y segundo es cierto q funcionan como filtros armonicos

Lo mas simple es por el manual Packmann y luego las conclusiones al sacar la potencia desde la señal, manantial o bobinados del tranformador de alimentacion:

P(potencia) = 3 . V (bobina). I (bobina) [W]

En conexion estrella seria:

V (total)= 1.73. V (bobina) [volts]
I (total)= I (bobina) [amperes]

En conexion triangulo seria:

V (total)= V (bobina) [volts]
I (total)= 1,73 .I (bobina) [amperes]

El I total es el que tomamos en las fases respectivas con un amperimetro, con cargas balanceadas por el neutro circula 0 Amperes.

Ahora si la carga es inductiva se va a dar que con el voltimetro midamos mayor tension que la que nos cita la empresa de elctricidad ya sea sistema de 120 volts (Brasil) o de 220 volts (Argentina), que seria la tension de salida de las bobinas del transformador de alimentacion

Teniendo en cuenta una carga de motor o inductiva se afecta por el coseno de Ø o FP y quedaria:

P= 3. V(bobina) . I(bobina) . FP [W]

La potencia suministrada o consumo y la potencia real del motor. Sepan entender diferencias y diferenciales. Adios.

El año pasado sacaron una resolucion que sino recuerdo mal es la numero 75 para la energia reactiva ¿la estan penalizando en la actualidad en Venezuela?

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