Medición de potencia y energía eléctrica

Universidad Fermín ToroVicerrectorado Académico

Facultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería Eléctrica

Autor: Pedro Morales Díaz

POTENCIA

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”.Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica.La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”. 

La energía es la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo eléctrico cualquiera para realizar un trabajo.Cuando conectamos un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria. De acuerdo con la definición de la física,

“la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento (en un motor), o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa con la letra “J”.

Energía

TIPOS DE POTENCIADel mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo eléctrico cualquiera en la corriente (I) que fluye por un circuito, en relación con el voltaje o tensión (V), así será el factor de potencia o cos que tenga dicho equipo.φEn un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencias eléctricas diferentes: 

· Potencia activa (P) (resistiva) · Potencia reactiva (Q) (inductiva) · Potencia aparente (S) (total) 

Potencia activaLa denominada “potencia activa” representa en realidad la “potencia útil”, o sea, la energía que realmente se aprovecha cuando ponemos a funcionar un equipo eléctrico y realiza un trabajo. Por ejemplo, la energía que entrega el eje de un motor cuando pone en movimiento un mecanismo o maquinaria, la del calor que proporciona la resistencia de un calentador eléctrico, la luz que proporciona una lámpara, etc.

Por otra parte, la “potencia activa” es realmente la “potencia contratada” en la empresa eléctrica y que nos llega a la casa, la fábrica, la oficina o cualquier otro lugar donde se necesite a través de la red de distribución de corriente alterna. La potencia consumida por todos los aparatos eléctricos que utilizamos normalmente, la registran los contadores o medidores de electricidad que instala dicha empresa para cobrar el total de la energía eléctrica consumida cada mes. 

La potencia reactiva es la consumen los motores, transformadores y todos los dispositivos o aparatos eléctricos que poseen algún tipo de bobina o enrollado para crear un campo electromagnético. Esas bobinas o enrollados que forman parte del circuito eléctrico de esos aparatos o equipos constituyen cargas para el sistema eléctrico que consumen tanto potencia activa como potencia reactiva y de su eficiencia de trabajo depende el factor de potencia.

Potencia reactivaMientras más bajo sea el factor de potencia, mayor será la potencia reactiva consumida. Además, esta potencia reactiva no produce ningún trabajo útil y perjudica la transmisión de la energía a través de las líneas de distribución eléctrica. La unidad de medida de la potencia reactiva es el VAR y su múltiplo es el kVAR (kilovolt-amper-reactivo). 

Potencia aparente

La potencia aparente o potencia total es la suma de la potencia activa y la aparente. Estas dos potencias representan la potencia que se toma de la red de distribución eléctrica, que es igual a toda la potencia que entregan los generadores en las plantas eléctricas. Estas potencias se transmiten a través de las líneas o cables de distribución para hacerla llegar hasta los consumidores, es decir, hasta los hogares, fábricas, industrias, etc. 

Medición de potencia activa en circuitos trifásicosSe logra empleando uno o más wattímetros monofásicos o uno que tenga más de un mecanismo de medición.

Medición de potencia activa en circuitos polifásicos

Teorema de Blendel. “La potencia de un circuito de n líneas puede ser medida con n Wattímetros, dispuesto de modo que cada una de las n líneas contenga una bobina de corriente, estando conectados correspondientes bobinas de tensión, entré la línea y un punto común”. La indicación de cada wattímetro, no es

proporcional a la potencia de cada fase.

Terminología de potencia

Término Símbolo Unidad Descripción

Potencia instantánea p(t) W p(t) = v(t)i(t) valor de la potencia en un instante cualquiera

Potencia promedio P W En el estado senoidal

Valor eficaz o rms Vrms o Irms V o A Senoidal Im/2

Potencia aparente |S| VA |S| = Vef Ief

Factor de potencia PF Ninguna 1 para cargas puramente resistivas y para cargas puramente reactivas

Potencia reactiva Q VAR Para medir flujo de energía en cargas reactivas

Potencia compleja S VA S = P + jQ

 Los medidores de energía eléctrica, son aparatos usados para la medida del consumo de energía. El medidor de energía eléctrica es el aparato que contabiliza la energía en las líneas y redes de corriente alterna, tanto monofásica como trifásica. La medición o contabilización de la energía eléctrica se efectúa teniendo como unidad de medida al kilovatio-hora (kW.h). Todos los medidores tienen un numerador ciclométrico o de display que registra el consumo de energía eléctrica del cliente en kW.h.

Medidores de energía eléctrica

Se le denomina

factor de potencia: al cociente entre la potencia activa entre la potencia aparente.En condiciones normales las instalaciones de tipo residencial o comercial no tienen problema con el factor de potencia. No es común en instalaciones de este tipo hacer mediciones de este parámetro. No sucede lo mismo en instalaciones de tipo industrial. Un bajo factor de potencia en la industria produce los siguientes inconvenientes. 

triángulo de potencias activa P y aparente S en un caso particular ideal

factorímetroInstrumento que mide el factor de potencia. El factor de potencia se medía tradicionalmente con un instrumento cuyo principio de funcionamiento es el mismo que el de un vatímetro, sin embargo los modernos vatímetros digitales han desplazado estos instrumentos, de tal manera que en la actualidad muchos fabricantes de instrumentación electrónica han dejado de fabricarlos. La forma de conexión es similar a la descrita en el inciso anterior y puede hacerse referencia a estas figuras en donde se cambiaría el valor leído. 

La medición de potencia eléctrica activa se realiza con el vatímetro. Este instrumento de medición tiene una parte amperimétrica, la cual se conecta como los amperímetros comunes (intercalado en la línea) y una parte voltimétrica que se conecta como los voltímetros, en paralelo a las líneas que conducen la corriente eléctrica, de manera que se obtenga la potencia por efecto de ambas medidas. El vatímetro de pinzas, es un dispositivo similar a una pinza amperimétrica que censa la corriente y la tensión en la carga, realizando el cálculo de la potencia por medio de un dispositivo electrónico. La medida de potencia puede ser mostrada directamente por el equipo o indirectamente a través de un multímetro-

Vatímetroes un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial». Las bobinas fijas se conectan en serie con el circuito, mientras la móvil se conecta en paralelo. Además, en los vatímetros analógicos la bobina móvil tiene una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la potencia medida. Una corriente que circule por las bobinas fijas genera un campo electromagnético cuya potencia es proporcional a la corriente y está en fase con ella. La bobina móvil tiene, por regla general, una resistencia grande conectada en serie para reducir la corriente que circula por ella.