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Reactancia Capacitiva y Reactancia Inductiva.Miguel L. Toledano

Facultad de IngenierıaUniversidad la Salle.

Resumen—Este documento tiene como objetivo explicar agrandes rasgos el comportamiento de las cargas capacitivas enlos circuitos de corriente alterna, ası como la comprension y eluso del concepto de potencia reactiva capacitiva; de la mismaforma se describira el comportamiento del inductor junto con elconcepto de potencia reactiva inductiva.

Abstract—The main purpose of this documet is to brieflydescribe the behaviour of the capacitive loads in CA circuits, suchas the comprehension, and the use of the concept of capacitivereactive power concept; the same way there will be described thebehaviour of the inductance with the reactive inductive powerconcept.

I. INTRODUCCION

Cargas inductivasLas cargas inductivas son encontradas en cualquier lugar dondehaya bobinados involucrados, por ejemplo en los equipos detipo electromecanicos como los motores, balastros, transfor-madores, entre otros; ademas de consumir potencia activa,requieren potencia reactiva para su propio funcionamiento,por lo cual trabajan con un factor de potencia menor a 1.0.Considerandose por lo tanto que las cargas inductivas, seanel origen del ajo factor de potencia (menores a 0.9). En uncircuito puramente inductivo la corriente no esta en fase conel voltaje, ya que va atrasada 90o con respecto al voltaje. En lafigura que se muestra a continuacion se presenta el diagramafasorial correspondiente a las cargas inductivas.

Figura 1. Diagrama fasorial de un circuito inductivo.

Algunos ejemplos de cargas del tipo inductivo son lossiguientes:

• Transformadores.• Motores de induccion.• Alumbrado fluorescente.• Maquinas soldadoras.

En la siguiente figura se muestran las ondas senoidales detension y corriente electrica en funcion del tiempo y eldesfasamiento de 90o de la corriente con respecto al voltaje.

Figura 2. Onda de corriente atrasada 90o con respecto al voltaje

Cargas capacitivasLas cargas capacitivas se presentan en los capacitores y secaracterizan porque la caorriente se haya adelantada reapectoal voltaje 90o. En la figura 3, se presenta el diagrama fasorialcorrespondiente a las cargas capacitivas.

Figura 3. Diagrama fasorial de un circuito capacitivo.

Las cargas de tipo capacitivo son:• Bancos de capacitores.• Motores sıncronos.

En un circuito purmante capacitivo, no existe consumo deenergıa aun si hay corriente circulando. Las cargas capacitivasgeneran potencia reactiva expresada en volts ampers reactivos(VAr). En la figura 4, se muestran las ondas senoidales devoltaje y corriente electrica en funcion del tiempo, para estecaso la corriente se adelanta 90o con respecto al voltaje.

Figura 4. Onda de corriente adelantada 90o con respecto al voltaje.

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Potencia activa.Es la potencia que representa la capacidad de un circuitopara realizar un proceso de transformacion de la energıaelectrica en trabajo, la origina la componente de la corrienteque esta en fase con el voltaje. Los diferentes dispositivoselectricos existentes convierten la energıa electrica en otrasformas de energıa tales como: mecanica, lumınica, termica,quımica, etc. Esta potencia es la que se utiliza para determinaresa demanda. Se designa con la letra P.De acuerdo con su expresion, la ley de Ohm y el triangulo deimpedancias:

P = I · V · cosϕ = I · Z · I cosϕ = I2 · Z · cosϕ (1)= I2 ·R (2)

Donde Z = Impedancia (Ω).Sus unidades son kW o MW. Resultado que indica quela potencia activa es debido a los elementos resistivos. Lapotencia P, por originarse por la componente resistida, es unvector a cero grados, como se puede apreciar en la figura 5.

Figura 5. Representa la potencia (P) en fase con el voltaje (V)

Potencia reactiva (Q)Esta potencia no tiene tampoco el caracter de ser consumiday solo aparecera cuando existan bobinas o condensadoresen los circuitos que generan campos magneticos y camposelectricos.La origina la componente de la corriente que esta a90o con repecho al voltaje, en adelanto o atraso. La potenciareactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no producetrabajo util y se designa con la letra Q.A partir de su expresion,

Q = I · V · sinϕ = I · Z · I sinϕ = I2 · Z · sinϕ = (3)S sinϕ (4)

Donde:S = Potencia aparente o total (kVA o MVA).Sus unidades son kVAr o MVAr. Lo que confirma en que estapotencia es debida unicamente a los elementos reactivas, loscuales pueden ser de tipo inductivo QL o capacitivo QC , comose observa en la figura 6.

Figura 6. Potencia reactiva en adelanto o atraso con respecto al voltaje voltaje.

Potencia Aparente (S).La potencia aparente (tambien llamada compleja) de un circui-to electrico de corriente alterna es la suma, por ser la potenciatotal es el vector resultante de sumar la potencia activa y lapotencia reactiva, dicho diagrama fasorial se muestra en lafigura 7.Esta potencia no es realmente la consumida o util, salvocuando el factor de potencia es la unidad (cosϕ = 1) ya queentonces la potencia activa es igual a la potencia aparente, estapotencia tambien es indicativa de que en la red de alimentacionde un circuito no solo ha de satisfacer la energıa consumidapor los elementos resistivos, sino que tambien ha de conectarsecon la que van a .almacenar”bobinas y condensadores. Se ledesigna con la letra S.La ecuacion para calcular la potencia aparente es:

S = I ∗ V (5)

Figura 7. Vector resultante (S) de sumar la potencia activa y la potenciareactiva.

II. DESARROLLO

Se examino la construccion del modulo de capacitancia,dando especial atencion a los capacitores, los interruptoresarticulados, las terminales de conexion y de alambrado. Unade las observaciones mas destacables, fue la composiciondel modulo capacitivo, el cual se compone de tres seccionesidenticas, cada una de las cuales tiene tres elementos decapacitancia con valores de 8.8µF, 4.4µF y 2.2 µF. en lacaractula del modulo estan marcados los valores de reactaciay de corriente c-a (a 60Hz) correspondientes a cada capacitor.Si se encierran los interruptores articulados correspondientes,entonces dos capacitores cualesquiera se pueden conectar enparalelo. Los valores en paralelo son: 6.6µF, 11.0µF, 13.2 µFy 15.4 µF. Estos valores de capacitancia en paralelo se puedenduplicar o triplicar conectado las secciones en paralelo.Por otra parte, conviene recordar que cuando la capacitanciase duplica, la reactancia se reduce a la mitad. Por tanto si seseleccionan cuidadosamente los interruptores, la corriente delınea de 60 Hz y 120V se puede controlar, en pasos ed 0.1ampere, hasta un total de 2.1 amperes (todos los interruptorescerrados - todas las secciones en paralelo).

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Figura 8. Una configuracion usando el equipo del laboratorio.

Experimentalmente se realizaron con distintas configura-ciones para medir capacitancia y reactancia mediante el usodel banco de capacitores, y equipo de medicion monofasico.

III. CONCLUSION

El llamado triangulo de potencias es la mejor forma deobservar y comprender de forma grafica que es el factor depotencia o cosϕ y su estrecha realcion con los restantes tiposde potencia presentes en un circuito electrico de corrientealterna, ademas de observar la interaccion de una potenciacon respecto a las otras dos ya que al modificar una potenciarepercutira en la modificacion de las otras dos potencias.

Figura 9. Triangulo de Potencia.

Como se puede observar en el triangulo de la figura 9, elfactor de potencia o cosϕ representa el valor del angulo quese forma al representar graficamente la potencia activa (P) yla potencia aparente (S), es decir, la realcion existente entrela potencia real de trabajo y la potencia total consumida porla carga o el consumidor conectado a un circuito electrico decorriente alterna. Esta relacion se puede representar tambien,de forma matematica por medio de la siguiente ecuacion:

cosϕ =P

S(6)

De aquı se define tambien que:

S = P + jQ (7)

Donde:jQ= Potencia reactiva inductiva (VAr).El resultado de esta operacion sera 1 o numero fraccionariomenor que 1 en dependencia del factor de potencia quele corresponde a cada equipo o dispositivo en especıfico.Ese numero responde al valor de la funcion trigonometricacoseno”, equivalente a los grados del angulo que se formaentre las potencias (P) y (S).

Si el numero que se obtiene como resultado de la operacionmatematica es un decumal menor que 1 (como por ejemplo0.95), dicho numero representara el factor de potencia corres-pondiente al desfase en grados existente entre la intensidad dela corriente electrica y la tension en el circuito de corrientealterna.Lo ideal serıa que el resultado fuera siempre igual a 1, puesası habrıa una mejor optimizacion y aprovechamiento delconsumo de energıa electrica, o sea, habrıa menos perdidade energıa no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajoen los generadores que producen esa energıa.En los circuitos de resistencia activa, el factor de potenciasiempre es 1, porque como ya se menciono anteriormente enese caso no existe desfase entre la intensidad de la corrientey la tension.Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores,transformadores de tension y la mayorıa de los dispositivos oaparatos que trabajan con algun tipo de enrollado o bobina,el valor del factor de potencia se muestra con una fracciondecimal menor que 1 (como por ejemplo 0.8), lo que indica elretraso o desfase que produce la carga inductiva en la senoidecorrespondiente a la intensidad de la corriente con respecto ala senoide de tension.

Figura 10. Maquina Electrica.

REFERENCIAS

[1] L Boylestad Robert, Introduccion al Analisis de CircuitosElectricos. Pearson Educacion Mexico, 10 Edition, 2004.http://www.profesorenlinea.cl Apuntes tomados en clase de Analisis deCircuitos impartida por el profesor Rodolfo Gilberto Moreno Alvarado.