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Redes Electricas II

PRE INFORME DE LABORATORIO 1“Medición de Potencia Monofásica”

IntegrantesJovanni Pino BenavidesFelipe Neira Malatesta

CarreraIngeniería Civil Eléctrica

ProfesoraNorma Donoso Menares

29/08/2012

Índice general

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.- Datos de placa de los componentes de un sistema eléctrico . . . . . . . . . . . . . 4

Datos de placa de generadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Datos de placa de motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4Datos de placa de luminarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Datos de placa de transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Datos de placa de electrodomésticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.- Factor de potencia y como lo aplican las distribuidoras eléctricas . . . . . . . . . 9Definición de factor de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Factor de potencia mínimo y sanción exigida por las distribuidoras eléctricas . 11

3.- Cálculos teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Circuito a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Circuito b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

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Universidad de La Frontera Departamento de Ingeniería Eléctrica

IntroducciónLas placas de datos o de identificación de un componente de un sistema eléctrico suministran

una gran cantidad de información útil sobre diseño y mantenimiento. Esta información esparticularmente valiosa para los instaladores y personal electrotécnico de la planta o en unhogar. Durante la instalación, mantenimiento o reemplazo, la información sobre la placa es demáxima importancia para la ejecución rápida y correcta del trabajo. Normalmente los datosentregados en estos componentes son,el tipo de armazón (Frame), potencia (HP), designaciónde servicio (tiempo),temperatura ambiente, velocidad (rpm), frecuencia (Hz), número de fases,corriente de carga nominal (A), voltaje nominal (V), letra clave de diseño,factor de potencia yclase de aislamiento. Además, el fabricante puede indicar la ubicación de la fábrica o servicioautorizado. Casi todos los datos de placa se relacionan con las características eléctricas delcomponente. Las cargas con bajos factores de potencia son de operación costosa a causa de querequieren corrientes grandes. La situación ideal sería S=P, Q=0 con lo cual f.p.=1, con estola corriente extraída por la carga seria mínima. Una carga con Q6=0 significa que la energíafluye de un lado a otro entre la carga y la fuente, lo que provoca pérdidas adicionales depotencia. Por ese motivo las compañías suministradoras de energía eléctrica suelen alentar asus consumidores a tener factores de potencia lo más cercanos posible de la unidad y sancionana los clientes que no mejoran sus factores de potencia de carga.

Redes Electricas II 3 Pre Informe de Laboratorio I


1.- Datos de placa de los componentes de un sistema eléctricoDatos de placa de generadoresLa placa de datos de un generador indica la potencia, el voltaje, la velocidad y otros detalles

sobre la maquina, Estos parámetros o características nominales , son los valores garantizadospor el fabricante.Por ejemplo en la placa de datos de un generador de 100 kW aparece la siguiente información

Potencia 100 kwVoltaje 250 V

Corriente de excitación 20 AElevacion de temperatura 50 °C

Velocidad 1200 r/min

Tipo CompuestoClase B

Figura 1.1: Placa de datos de un generador

Estas especificaciones nos indican que la maquina puede suministrar de forma continua, unapotencia de 100 kW a un voltaje de 250 V, sin exceder la elevación de temperatura de 50 °C.Por consiguiente, puede suministrar una corriente de carga de 100000/250 = 400A Posee undevanado en serie y la corriente en el campo en derivación es de 20 A . En la practica, elvoltaje en la terminales se ajusta a un valor cercano a su capacidad de 250 V . Podemosobtener cualquier cantidad de potencia del generador, en tanto no sobrepase los 100 kW y lacorriente sea menor a 400 A. La designación de clase B se refiere al tipo de aislante utilizadoen la maquina.

Datos de placa de motoresLa placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente al motor

detallada continuación.

Número de serie [SERIAL No./I.D.]: Es el número exclusivo de cada motor odiseño para su identificación, en caso de que sea necesario ponerse en comunicación conel fabricante.

Tipo [TYPE]: Combinación de letras, números o ambos, seleccionados por el fabri-cante para identificar el tipo de carcasa y de cualquier modificación importante en ella.Es necesario tener el sistema de claves del fabricante para entender este dato



Número de modelo [MODEL/ STYLE]: Datos adicionales de identificación delfabricante.

Potencia [HP]: La potencia nominal (hp) es la que desarrolla el motor en su eje cuan-do se aplican el voltaje y frecuencia nominales en las terminales del motor, con un factorde servicio de 1.0.

Armazón o Carcasa [FRAME]: La designación del tamaño de la armazón es paraidentificar las dimensiones del motor. Si se trata de una armazón normalizada por laNEMA o IEC incluye las dimensiones para montaje (que indica la MG1), con lo cual nose requieren los dibujos de fábrica.

Factor de servicio [SERVISE FACTOR o SF]: Los factores de servicio más co-munes sonde 1.0 a 1.15. Un factor de 1.0 significa que no debe demandarse que el motorentregue más potencia que la nominal, si se quiere evitar daño al aislamiento. Con unode 1.15 (o cualquiera mayor de 1.0), el motor puede hacerse trabajar hasta una potenciaigual a la nominal multiplicada por el factor de servicio sin que ocurran daños al siste-ma de aislamiento. Sin embargo, debe tenerse presente que el funcionamiento continuodentro del intervalo del factor de servicio hará que se reduzca la duración esperada delsistema de aislamiento.

Corriente [AMPS]: Indica la intensidad de la corriente que toma el motor al voltajefrecuencia nominales, cuando funciona a plena carga (corriente nominal).

Voltaje [VOLTS]: Valor de la tensión de diseño del motor, que debe ser medida en lasterminales del motor, y no la de la línea. Los voltajes nominales estándar se presentanen la publicación MG1-10-30.

Clase de aislamiento [INSULATION CLASS]: Se indica la clase de materialesde aislamiento utilizados en el devanado del estator. Son sustancias aislantes sometidasapruebas para determinar su duración al exponerlas a temperaturas predeterminadas.La temperatura máxima de trabajo del aislamiento clase B es de 130 °C; la de clase Fes de155 °C, y la de clase H, de 180 °C.

Velocidad [RPM]: Es la velocidad de rotación (rpm) del eje del motor cuando seentrégala potencia nominal a la máquina impulsada, con el voltaje y la frecuencia no-minales aplicados a las terminales del motor (velocidad nominal).

Frecuencia [HERTZ o Hz]: Es la frecuencia eléctrica (Hz) del sistema de suminis-tro para la cuál está diseñado el motor. Posiblemente este también funcione con otras



frecuencias,pero se alteraría su funcionamiento y podría sufrir daños.

Servicio o Uso [DUTY]: En este espacio se graba la indicación «intermitente»o«continuo». Esta última significa que el motor puede funcionar las 24 horas los 365días del año, durante muchos años. Si es «intermitente» se indica el periodo de trabajo,lo cual significa que el motor puede operar a plena carga durante ese tiempo. Una veztranscurrido éste, hay que parar el motor y esperar a que se enfríe antes de que arranquede nuevo.

Temperatura ambiente [AMBIENT]: Es la temperatura ambiente máxima (°C) ala cual el motor puede desarrollar su potencia nominal sin peligro. Si la temperaturaambiente es mayor que la señalada, hay que reducir la potencia de salida del motor paraevitar daños al sistema de aislamiento.

Figura 1.2: Placa de datos motor trifasico

Datos de placa de luminariasEn la actualidad las especificaciones del fabricante para luminarias domésticas se centran en

garantizar la seguridad del sistema de iluminación una vez conectado a la red eléctrica, puesdado que dicha red se supone estandarizada con determinados valores de voltaje y frecuencia laetiqueta debe informar acerca de estos parámetros para que el vendedor y el usuario descartencualquier incompatibilidad. Estas incompatibilidades pueden ocurrir, por ejemplo, cuando elpaís fabricante cuenta con una infraestructura eléctrica diferente a la del país importador.Entonces los rótulos de las luminarias tanto importadas como fabricadas nacionalmente

suelen informar de a lo más ocho parámetros:

Información de trabajo en AC o DC.

Voltaje de operación (por lo general el fabricante provee un rango de voltaje en el cualgarantiza el funcionamiento seguro del dispositivo)

Amperaje.



Frecuencia AC.

Potencia en Watts (referida potencia total consumida por el aparato en relación a nivelesRMS, pues en el caso de las lámparas incandescentes sólo un 10% de esta potencia esconvertida en luz visible)

Nivel de iluminación, según el fabricante puede venir expresado en lux o bien en lm/W.

Temperatura de trabajo.

Factor de potencia

Datos de placa de transformadoresEl proveedor debe considerar que el equipo se suministrará con una placa de acero inoxidable

(ASTM-304 ó equivalente) grabada con los datos y diagramas de conexiones, de acuerdo a loindicado en la norma de referencia NRF-048-PEMEX-2003 y cumplir con los datos requeridosy especificaciones de la Norma MNXJ-284-1998-ANCE. La placa se debe localizar en un lugarvisible y sujetarse al equipo en forma permanente mediante remaches o puntos de soldadura.No se aceptan placas atornilladas ni menos se aceptaran adhesivos. Los dibujos del fabricantedeben hacerse usando el sistema métrico de acuerdo a la norma NOM-008- SCFI-2002. Cuandose trate de partes elaboradas usando el sistema inglés, las equivalencias se mostrarán entreparéntesis después de cada dimensión métrica, los datos deben estar en idioma español.En el caso en que se suministren transformadores de corriente, se debe proporcionar una

placa de datos adicional con las características como: relación, número de devanados, co-nexiones, clase de precisión, diagrama, polaridad. Debe ser una placa exclusiva para estainformación. Para el cambiador de derivaciones bajo carga se debe tener también una placade datos exclusiva para la información de este equipo. Complementariamente la placa de datosdel transformador debe contar como con la información siguiente:

Nombre del fabricante.

Medio y clase de enfriamiento.

Número de fases y frecuencia.

Número de serie.

Número del instructivo y del reporte de pruebas finales.

Tipo de construcción del núcleo.

Tensiones en Volts y tipo de conexión de los devanados.

Capacidades del transformador en KVA por pasos de enfriamiento, elevación de tempe-ratura, impedancia y pérdidas en cobre, hierro y totales, corriente de excitación.

Nivel básico de impulso para cada tensión.

Año de fabricación.



Número de pedido de PEMEX.

Número de partida.

Elevación de temperatura a plena carga continua a la altura especificada.

Diagrama vectorial de conexiones.

Diagrama esquemático de conexiones que debe mostrar:

Datos de conexiones, tensión, corriente.

Valor de la impedancia medida en la posición extrema de las derivaciones.

Contenido de líquido aislante en litros a 298.15K (25°C). (con error máximo del 5% dela cantidad mínima)

Humedad residual (por ciento) y la fecha de embarque.

Presión de diseño del tanque tanto positiva como negativa.

Resistencia de aislamiento

Figura 1.3: Placa de datos transformador trifasico

Datos de placa de electrodomésticosLos datos técnicos entregados para electrodomésticos, normalmente son datos simples y

generales, como potencia máxima y voltaje nominal.Los más comunes son:



Frecuencia nominal [Hz]: Es la frecuencia eléctrica (Hz) del sistema de suministro parala cual está diseñado el electrodoméstico. Normalmente los electrodomésticos funcionancon 50 o 60 Hz

Voltaje [V]: Valor de la tensión, que comúnmente es de 220 V.

Corriente [A]: Indica la intensidad de la corriente que toma el electrodoméstico al vol-taje(220)

Potencia de salida, potencia activa [W] : La potencia activa máxima que consume elaparato a voltaje y frecuencia nominales.

Figura 1.4: Placa de datos de un televisor

2.- Factor de potencia y como lo aplican las distribuidoras eléctricasDefinición de factor de potenciaLa mejor forma de representarlos es por medio del triangulo de potencia, donde podemos

graficar la estrecha relación entre los tipos de potencia en un circuito de corriente alterna.

Figura 1.5: Triangulo de potencia

También llamado “Coseno Fi” (cos φ), representa el valor del ángulo que se forma al re-presentar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relaciónexistente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o elconsumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puederepresentar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:

cosϕ = P

S

El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en depen-dencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico. Ese



número responde al valor de la función trigonométrica “coseno”, equivalente a los grados delángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un decimal

menor que “1” (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor de potenciacorrespondiente al desfase en grados existente entre la intensidad de la corriente eléctrica y latensión o voltaje en el circuito de corriente alterna.Lo ideal sería que el resultado fuera siempre igual a “1”, pues así habría una mejor optimi-

zación y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría menos pérdida deenergía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producenesa energía.En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es “1”, porque como ya

vimos anteriormente en ese caso no existe desfase entre la intensidad de la corriente y la tensióno voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores devoltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrolladoo bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fracción decimal menor que “1”(como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfase que produce la carga inductiva enla sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de latensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cos φ= 0,95 , por ejemplo, será mucho más eficiente que otro que posea un Cos φ = 0,85 .Valor correspondiente a la función trigonométrica “coseno” de diferentes ángulosLa mejor forma de representarlos es por medio del triangulo de potencia, donde podemos

graficar la estrecha relación entre los tipos de potencia en un circuito de corriente alterna.También llamado “Coseno Fi” (cos φ), representa el valor del ángulo que se forma al re-

presentar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relaciónexistente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o elconsumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puederepresentar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en depen-

dencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico. Esenúmero responde al valor de la función trigonométrica “coseno”, equivalente a los grados delángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un decimal

menor que “1” (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor de potenciacorrespondiente al desfase en grados existente entre la intensidad de la corriente eléctrica y latensión o voltaje en el circuito de corriente alterna.Lo ideal sería que el resultado fuera siempre igual a “1”, pues así habría una mejor optimi-

zación y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría menos pérdida deenergía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producenesa energía.En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es “1”, porque como ya

vimos anteriormente en ese caso no existe desfase entre la intensidad de la corriente y la tensióno voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores devoltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrolladoo bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fracción decimal menor que “1”(como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfase que produce la carga inductiva enla sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la



tensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cos φ= 0,95 , por ejemplo, será mucho más eficiente que otro que posea un Cos φ = 0,85.

Factor de potencia mínimo y sanción exigida por las distribuidoras eléctricasEn Chile, el factor de potencia máximo aceptado es de 0,93 y las empresas distribuidoras

están facultadas para recargar un 1% por cada 0,01 en que dicho factor baje de 0,93.

Ejemplo 1. Si tenemos un factor de 0,79, corresponde un recargo de 14% y se calcula

Recargo = FactorExigido–FactorReal

Recargo = 0, 93–0, 79

Recargo = 0,14

El factor de potencia tiene directa relación con el rendimiento de la instalación y cuantomás cercano a 1 se encuentre, será mejor la utilización de la potencia instalada y no producirácalentamientos ni caída de tensión. Este problema es muy significativo si consideramos que escomún encontrarse con instalaciones que poseen un factor de potencia muy cercano a 0,6 , loque significa que pagarán un 33% de recargo solo por este concepto.

3.- Cálculos teóricosCircuito aConexión R-L serie con una resistencia de 20 Ω y bobina con una reactancia de 20 Ω a 50

c.p.s. Vfuente = 75[V ] obteniendo: VR, VL, Ifuente, Pcto.

Figura 1.6: Circuito a

Se obtienen los siguientes datos del circuito

Vtotal = 75(V )

Zeq = 20 + j20



Luego comoVR = I · Z

EntoncesI = V

Zeq

Reemplazando los valores

I = 75∠020 + j20

Finalmente la corriente es

I = 75∠028, 8∠45

I = 2, 652∠− 45 [A] (0.1)

Luego

VR = I · Zeq

VR = 2, 652∠− 45 · 20∠0

El voltaje de la resistencia es

VR = 53, 04∠− 45 [V ] (0.2)

LuegoVL = I · ZL

EntoncesVL = 2, 652∠− 45 · 20∠90

Finalmente el voltaje del inductor es

VL = 53, 04∠45

Luego se calcula la potencia de la siguiente forma

P = V · I

P = 75 · 2, 65

P = 198, 75 [Watts] (0.3)



Circuito bCircuito a) con un condensador de 55µF en paralelo a carga R-L, Vfuente = 75[V ], obteniendo:VR,

VL, Ifuente, IR−L, IC , Pcto.

Figura 1.7: Circuito b

Primero se calcula el ω

f = 50Hz

ω = 2πf

ω = 100π

Luego se calcula la impedancia del condensador

Zc = −j 1100π · 55 · 10−6

Zc = −j57, 9

Luego se calcula el Zeq

Zeq = (ZR + ZL) ‖ Zc

Zeq = (20 + j20) ‖ −j57, 9

Zeq = 28, 28∠45 · 57, 9∠− 9020 + j20− j57, 9

Zeq = 38, 2∠− 107,17

Luego el circuito queda de la siguiente forma al marcar el sentido de las corrientes



Figura 1.8: Circuito b al aplicar método de mallas

Para If se tiene (20 + j20 −20− j20−20− j20 20− j37, 9

)·(If

I2

)=(−75∠0

0

)Al resolver el sistema se llega

If = 1, 998∠− 16, 43 (0.4)

I2 = 1, 31∠90, 64Luego IR−L

IR−L = I1 − I2

IR−L = 2, 03∠21, 48 [A] (0.5)

Para Ic se tieneIc = I2

I2 = 1, 31∠90, 64 [A] (0.6)

Para VR se tieneVR = IR−L · ZR

VR = 2, 03∠21, 48 · 20∠0

VR = 40, 6∠21, 48 [V ] (0.7)

Para VL se tieneVR = IR−L · ZL

VL = 2, 03∠21, 48 · 20∠90

VL = 40, 6∠111, 48 [V ] (0.8)

Luego la potenciaP = V · I

P = 75 · 1, 998∠− 16, 43

P = 149, 85∠− 16, 43 (0.9)



ConclusiónSe puede concluir que las placas de datos son muy, importantes ya que en estas se encuentra

de una forma resumida y consista toda la información eléctrica de el artefacto, ya sea a nivelde grandes industrias como es el caso de las placas de datos de los grandes generadoresy transformadores así como también las placas de datos de electrodomésticos comunes ycorrientes que se pueden encontrar a nivel domiciliario, estas aunque no traen informaciontan completa, si traen la información necesaria como para calcular la potencia que gasta esteproducto, esto es importante ya que podríamos calcular de una forma estimada el factor depotencia que consume nuestra casa y verificar que tan eficiente es nuestra instalación eléctricadomiciliaria, ya que no se debe olvidar que los efectos del factor de potencia se ven reflejadosen el total a pagar de nuestra cuenta de electricidad, e inclusive el tener un mal factor depotencia produce sanciones económicas por parte de la distribuidora eléctrica.



Bibliografía[1] Galvan Abrego, V, “Transformadores de potencia”, revista, Comite de normalizacion de

petróleos mexicanos y organismos subsidiarios, pág 26.[2] Wildi, T, “Maquinas Electricas y Sistemas de Potencias”, Pearson Educacion, Mexico,

2007.[3] Ceballos ,O, “Mal Factor de Potencia = Caída de tensión”, Viernes 27 de Enero de 2012

[online], http://www.alces.cl/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=72,


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