Práctica – Red eléctrica

PARTE 1.

Medida de
potencias en un circuito monofásico. Corrección del
factor de potencia

OBJETIVOS

• Diferenciar entre los tres tipos de potencia que se
  ponen en juego en un receptor monofásico de corriente
  alterna

• Adquirir destreza en el uso del vatímetro
  monofásico

• Adquirir destreza en el uso de la pinza
  vatimétrica

• Realizar diferentes medidas de potencia en un
  sistema monofásico

• Entender la necesidad de realizar la
  corrección del factor del factor de potencia de cargas
  monofásicas inductivas y realizar dicha
  corrección en dos ejemplos típicos de las
  mismas

INTRODUCCIÓN

En esta parte 1 de la primera práctica se
realizarán medidas de potencia activa, tensión y
corriente en cargas monofásicas. Las cargas
monofásicas que se van a utilizar son:

• Un transformador monofásico (220/110, 630VA)
  funcionando en vacío

• Una pantalla con dos tubos fluorescentes de 18W
  conectados en paralelo

Una vez realizados estos cálculos, se
procederá, con cada una de estas cargas
monofásicas, a compensar su factor de potencia conectando
en paralelo con cada una de ellas un condensador del valor
adecuado, volviéndose a repetir tanto las medidas como los
cálculos anteriormente realizados, y sacando las
conclusiones adecuadas tanto desde el punto de vista de la
compañía eléctrica como desde el punto de
vista del abonado final.

Además, cada grupo deberá de realizar
alguna de las medidas de potencia con la pinza
vatimétrica, con el objetivo de que se familiarice con la
utilización de este tipo de instrumentos.

PRECAUCIONES A TENER EN CUENTA

Como anteriormente se ha indicado, las tensiones que se
van a utilizar para alimentar ambas cargas monofásicas son
de 220V eficaces (310V máximos), como puedes suponer,
cualquier error en las conexiones de los montajes, o cualquier
descuido puede acarrear graves consecuencias, no sólo para
los equipos que se estén utilizando, sino, y lo más
importante, para la salud del propio alumno, es por esto que os
recomendamos encarecidamente que sigais "a rajatabla" las
siguientes instrucciones:

• No realices ninguna manipulación sobre el
  montaje objeto de estudio con alimentación en la mesa
  (luz roja de la mesa encendida)

• Alimenta todos los montajes a través del
  variac que se encuentra en el puesto de trabajo. Siempre
  debes de comenzar a aplicar tensión desde
  tensión cero en adelante y hasta la tensión de
  alimentación especificada, de forma gradual, lo cual
  te permitirá poder detectar problemas, si los hubiera,
  sin causar daño ni a los equipos ni a los demás
  alumnos.

• Los instrumentos de medida no debes de manipularlos
  mientras que el montaje esté alimentado, sino que
  éstos deben de conectarse en los bornes que a tal
  efecto se han dispuesto:

• En el transformador, sobre la propia plataforma
  sobre la que está montado

• En los tubos fluorescentes, en la plataforma
  auxiliar que se os facilita (conexiones roja y negra para
  cargas monofásicas)

De esta forma se evita que los cables de conexión
queden sueltos sobre la mesa de trabajo, sin control, de forma
que no puedan provocar ningún accidente (un cortocircuito
entre fases, o una descarga accidental al alumno) o bien que por
un descuido al realizar una medida se puedan producir los
accidentes antes mencionados.

Para conocer el conexionado de ambas plataformas de
bornes de conexión, ha de tenerse en cuenta lo
siguiente:

• En el transformador están unidas todas los
  bornes de cada fila horizontal, excepto aquellas que se
  encuentran marcadas con una A (de amperímetro), que se
  han dejado sin conectar para poder introducir entre ellas el
  mencionado instrumento.

• En la plataforma auxiliar de bornes, sus conexiones
  están reflejadas en la figura explicativa que puedes
  encontrar en el puesto de trabajo.

• Ten presente que los limitadores de corriente de las
  mesas de trabajo son de 20 A, y que están dotadas
  todas ellas del correspondiente interruptor diferencial (en
  el cuadro de alimentación)

Carga:
transformador monofásico (220/110v, 630va) funcionando en
vacío

INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS

1 amperímetro de CA

1 voltímetro de CA

1 vatímetro monofásico

1 pinza amperimétrica

1 transformador monofásico 220/110V,
630VA

PROCESO

1.- Móntese el circuito de la figura

2.- Asegúrate de que el variac se encuentra a
tensión cero. Conecta la alimentación de la mesa de
trabajo y ve subiéndola gradualmente, actuando sobre el
variac hasta obtener una tensión de salida de 220V entre
fases. En estas condiciones rellena la siguiente
tabla:

3.- Conclusiones desde el punto de vista de la
compañía eléctrica suministradora y desde el
punto de vista del abonado

Carga: dos tubos
fluorescentes de 18w conectados en paralelo

INSTRUMENTOS Y MATERIAL NECESARIOS

1 amperímetro de CA

1 voltímetro de CA

1 vatímetro monofásico

1 pinza amperimétrica

1 luminaria de dos tubos fluorescentes de 18W conectados
en paralelo

INTRODUCCIÓN

Debido al elevado rendimiento luminoso del alumbrado
fluorescente, alrededor de 80 lúmenes/vatio, y la
aceptable calidad que lo caracteriza, han hecho que este tipo de
dispositivo sea utilizado masivamente. Si bien es cierto que el
valor total del equipo (reactancia o balastro, cebador, carcasa,
condensador, soportes, etc.) es más elevado que el del
alumbrado de incandescencia, a la larga, su rentabilidad es
superior.

Los elementos básicos del equipo son:

• Lámpara o tubo fluorescente, que contiene gas
  argón a baja presión y una gota de mercurio. El
  tubo está recubierto en el interior de su superficie
  de un polvo fluorescente. En ambos extremos del tubo se
  sitúan los filamentos de wolframio, que emiten
  electrones a altas temperaturas.

• Reactancia, que no es más que una bobina
  arrollada sobre un núcleo de chapas magnéticas.
  La reactancia representa una carga eminentemente inductiva,
  con un factor de potencia típico de entre 0.5 y 0.6.
  En la actualidad, estas reactancias se han reemplazado por
  balastros electrónicos, que mejoran notablemente el
  rendimiento del equipo, hasta un 62% con respecto a los de
  reactancia tradicional.

• Cebador, que está formado por dos electrodos
  separados una determinada distancia, que se doblan y se unen
  por la acción del calor. Estos dos electrodos
  están situados en una ampolla de vidrio con gas
  neón a baja presión. Fuera de la ampolla se
  encuentra un pequeño condensador que se encarga de
  absorber el arco que se genera durante la separación
  de las láminas de los electrodos. En la actualidad se
  utilizan cebadores electrónicos, que reducen el tiempo
  de encendido a la mitad y su vida es cuatro veces superior a
  los tradicionales.

El montaje básico de un tubo fluorescente se
puede analizar en la siguiente figura

El funcionamiento del tubo fluorescente se puede resumir
de la siguiente forma:

1.- Al alimentar el circuito, esta tensión se
aplica directamente entre las láminas bimetálicas
de los electrodos del cebador, produciéndose una descarga
entre ambas a través del gas neón. Los electrodos
se calientan y se provoca una curvatura que acaba por unirlas, de
tal forma que por un instante, el circuito se cierra circulando
corriente por los filamentos del tubo.

2.- El paso de la corriente por los filamentos del tubo
fluorescente, hace que estos emitan electrones. Nada más
ocurrir esto, las láminas del cebador se enfrían y
se separan, abriendo el circuito, y haciendo que la reactancia
genere un impulso de sobretensión que provoca la descarga
o ionización del gas a través del tubo que se hace
conductor, generando una radiación ultravioleta que al
incidir sobre la sustancia fluorescente que recubre el interior
del tubo se transforma en una radiación de onda larga
visible.

En la tabla adjunta se da un resumen de los principales
datos técnicos de diferentes equipos de alumbrado
fluorescente.

En la figura adjunta se da el esquema de conexiones de
un panel de tubos fluorescentes similar al utilizado en nuestra
práctica. En nuestro caso se trata de dos tubos
fluorescentes.

Como puedes comprobar, en nuestro caso, del panel de
tubos fluorescentes salen cuatro hilos: dos negros y dos rojos.
Los hilos negros se corresponden con los terminales de fase y
neutro (o dos fases) del montaje de la figura anterior sin
incluir el condensador para mejorar el factor de potencia. Para
incluir el condensador de corrección del factor de
potencia, deberán de conectarse los dos hilos rojos en
paralelo con los dos negros (fase y neutro, o dos
fases)

PROCESO

Teniendo esto último en cuenta, sigue el
siguiente proceso:

1.- Realiza el montaje de la figura, sin conectar el
condensador de corrección del factor de potencia (hilos
rojos). Utiliza para realizar las conexiones la plataforma
auxiliar de bornes de que dispones en el puesto de trabajo.
Utiliza las fases roja y negra de esta plataforma para cargas
monofásicas.

2.- Asegúrate de que el variac se encuentra a
tensión cero. Conecta la alimentación de la mesa de
trabajo. Ve subiendo gradualmente la tensión de salida del
variac, hasta obtener una tensión de 220V entre fases,
momento en el cual los tubos fluorescentes comenzarán a
lucir. En estas condiciones rellena la siguiente
tabla:

3.- A partir de los valores obtenidos en el apartado
anterior, calcula el valor de los condensadores a conectar en
paralelo con los fluorescentes, si se quiere corregir el f.d.p. a
0.9. Aproxima el valor calculado teóricamente al valor
comercial más aproximado.

4.- Baja a cero la tensión de salida del variac.
Desconecta la alimentación de la mesa. Conecta el
condensador de corrección del factor de potencia (hilos
rojos) en paralelo con lo hilos negros y alimenta el conjunto con
una tensión de 220V siguiendo el procedimiento indicado en
el punto 2. En estas condiciones rellena la siguiente
tabla:

4.- Compara los resultados obtenidos en los dos puntos
anteriores

Autor:

Pablo Turmero