DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE PÉRDIDAS Y EL FACTOR DE PÉRDIDAS DE UN CONDENSADOR (1).docx

8/10/2019 DETERMINACIN DEL NGULO DE PRDIDAS Y EL FACTOR DE PRDIDAS DE UN CONDENSADOR (1).docx

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LABORATORIO DE MEDIDAS ELCTRICAS

LABORATORIO N01:

PROFESOR : ING GUADALUPE

SECCION : B

ALUMNOS :

FECHA

2014-I

ELCTRICAS

MEDIDAS

LAB


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DETERMINACIN DEL NGULO DE PRDIDAS Y EL FACTOR DE

PRDIDAS DE UN CONDENSADOR

INTRODUCCIN

Dentro de los componentes pasivos, quizs el ms complejo de todos, por sus

caractersticas y variedad de tipos, sea el condensador. Por ser un elemento que

presenta una impedancia que es funcin de la frecuencia de la seal, ofrece unas

posibilidades que son aprovechadas en la implementacin de circuitos electrnicos,

donde desarrolla toda su potencia. En este laboratorio vamos a analizar el capacitor

con sus prdidas (Real) usando un autotransformador y verificando como vara al

variar los valores de entrada (Vs) y una resistencia variable R1; tomando los datos

pertinentes determinaremos el ngulo de prdidas y el factor de prdidas.

Este componente debe conocerse de manera correcta ya que esta en casi todos loscircuitos elctricos y electrnicos basndose en la existencia de varios tipos de

"condensadores elctricos" o "capacitores". Sin su invencin no se hubiesen podido

desarrollar una infinidad de circuitos sintonizados tal como los conocemos, como por

ejemplo los sistemas de radio, televisin, telfonos, detectores de metales y equipos

de audio, banco de condensadores, etc.

OBJETIVO

Determinar en forma experimental el ngulo y factor de prdidas de un capacitor ocondensador; empleando los mtodos de los tres ampermetros y los tres

voltmetros.

FUNDAMENTO TEORICO

CONDENSADORES REALES

Un condensador real no corresponde nunca a una capacidad pura o ideal, que tan slo

almacenara energa reactiva sino que, a causa de las prdidas en su dielctrico y en los

soportes conductores o aislantes necesarios para su ejecucin mecnica y a sueventual proteccin contra los agentes exteriores, presenta siempre unas prdidas que

se traducen en una disipacin de energa activa, entre sus bornes efectivos, por efecto

Joule.

Podemos, por tanto, definir, para cada condensador, un factor de prdidas "P", por la

relacin:

La energa reactiva almacenada es:


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siendo Vmx la amplitud de la tensin alterna aplicada en bornes del condensador.

En cuanto a las prdidas por efecto Joule podemos caracterizarlas por una resistencia

que puede considerarse conectada en serie o en paralelo con la capacidad pura. Se

obtienen as dos esquemas equivalentes del condensador real, que vamos a estudiarlo

por separado.

Tambin la energa disipada por efecto Joule en un periodo, es:

Siendo:

Luego tenemos:

En el esquema serie

Cr

V

I

y teniendo en cuenta que el valor de la resistencia debe ser muy pequea, comparada

con la reactancia de la capacidad, podemos expresar:

Luego sustituyendo en el factor de perdidas tenemos:

Suele ser una prctica extendida caracterizar las prdidas de un condensador por un

ngulo "" que se denomina ngulo de prdidas y que corresponde al complemento

del desfase "" de la corriente que lo atraviesa, con respecto a la tensin en sus

bornes. De acuerdo con esta definicin y dibujando el tringulo de impedancias quecorresponde al esquema serie de este condensador, es fcil verificar que el valor de la

tg es:

1/wc

r


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V

R

C

B=w/c

G=1/R

con lo que el factor de prdidas, definido anteriormente vale 2 veces la tangente del

ngulo de prdidas del condensador.

En el esquema en paralelo

Con lo que

Como

Ahora usando el tringulo de admitancias tenemos:

Calculamos la

con lo que comprobamos que, en este caso, tambin el factor de prdidas es 2 veces

la tangente del ngulo de prdidas.

Evidentemente, tanto en un esquema como en otro, el condensador se comporta

como una determinada impedancia y, a una frecuencia dada, esta impedancia deber

tener el mismo valor, cualquiera que sea el esquema que se utilice.

Llamando Zs, r y Cs a la impedancia, resistencia y capacidad del circuito serie y Zp, R y

Cp a las del esquema paralelo, calculamos las impedancias para igualarlas entre s:

Luego

Igualando ambas impedancias de ambos trminos tenemos:

Teniendo en cuenta el valor de en el circuito paralelo


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Haciendo lo mismo con las partes imaginarias

De todo esto, podemos sacar las siguientes conclusiones:

1 La capacidad serie Cs y paralelo Cp no son iguales.

2 Que difieren tanto ms cuanto las prdidas sean mayores.

Para hallare estas prdidas se usan medidores muy sensibles; pero en este laboratorio

vamos a recurrir por mtodos ya sealados.

Como en un condensador consiste en dos electrodos separadas por un aislante ideal

( ) al aplicar una tensin alterna V a los electrodos del capacitor, se produce unacorriente I desfasada 90 con respecto a la tensin, tal como se muestra en la figura

CCA

I

=90I

V

Sabemos que en un condensador real C, el aislante por bueno que sea, tiene una

resistencia de un valor determinado y conduce cargas haciendo el efecto de una

componente activa. En consecuencia, en un condensador real el ngulo de desfase

es inferior a 90. Cuanto mayor es la diferencia entre y (= -90) peor es la calidad

del aislante y en consecuencia la calidad del condensador. Como mencionamos lneas

arriba un capacitor se puede representar como un condensador ideal sin ninguna

perdida en serie con una resistencia R , tal como mostramos en la figura

C

CA

R

Vc

VR

I

Vc

I

V

VR

Vc


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Al considerar la conexin en serie se determina el ngulo , denominado ngulo de

perdidas, segn el tringulo de intensidades tal como se muestra en la figura

Donde f: frecuenciaR: resistencia en serie

Representando como un capacitor real una resistencia en paralelo

CCAR

I

I

Ic

V

Ic

IR

IR

Al considerar la conexin en paralelo, del capacitor con la resistencia R se obtiene el

ngulo segn el tringulo de intensidades

El ngulo se denomina ngulo de prdidas y tan es el factor de prdidas. Este

ngulo por lo general es muy pequeo como mencionamos y de esto depende la

calidad del capacitor tambin se puede decir que

El ngulo de prdidas y el factor de calidad se determina ; donde es elangulo de desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensin aplicada al

condensador; en un capacitor ideal (sin perdida) este ngulo de esto sededuce que para determinar con exactitud el ngulo de desfasaje se procede a medir

la potencia real disipada P y la potencia aparente.

tambin de la conexin en paralelo

Para determinar el ngulo de prdidas por el mtodo de los 3 voltmetros

Se utiliza el esquema siguiente


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Habindose conectado el capacitor en serie con un

resistencia conocida R son la 03 tensiones a

conocer V, Vc y VR luego en el tringulo detensiones tenemos:

y enbase a estos datos se halla el factor y el ngulo

de prdidas del capacitor

Para determinar el ngulo de prdidas por el mtodo de los 3 ampermetros

y como el caso anterior en base a estos

datos se puede el ngulo de prdidas del

capacitor

C

CA

R

Vc

VR

I

V

V

VR=IRp

Vc

Ic

I

IR


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EQUIPO Y MATERIALES

1 Autotransformador variable (0-230) V, 6 A. Ampermetro de pinza AS, AR, AC

1Resistencia R2 = Resistencia fija 60 + 1

resistencia variable (0380)

1Resistencia variable R1 = (0690) , 0.59 A. 1 Multmetro.

Cables de conexin Caja de condensadores (SOLO UNO)


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A Armar el circuito de la figura

a) Colocar R1 al mximo valor.

b) Regular la salida del autotransformador desde cero hasta 220 V, tomando

juegos de valores de VS, AS, VR1y VC.

c)

Determinar el error terico-experimental, dando el error relativo porcentual.d) Manteniendo el voltmetro VS y una tensin constante de 220 V; regular la

resistencia R1 desde el valor mximo al valor mnimo y tomar juegos de valores

de VS, AS, VR1y VC.

B Armar el circuito de la figura

1) La resistencia R2 poner a su mximo valor.

2) Regular la salida del autotransformador variando la tensin desde cero hasta

220 V, tomando juegos de valores de VS, AS, AR2y AC.


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CLCULOS Y RESULTADOS

A) Con R1 en su mximo valor y variando el autotransformador hasta 220Vtenemos la siguiente tabla

A1)

Vs(v) As(A) Vr(v) Vc(v) C3(uf) R1()

4,901 0,05 2,65 2,7 9,95 206,3

4,93 0,05 0,0043 4,92 9,95 206,3

173,7 0,5 106 137,3 9,95 206,3

118 0,34 71,7 93,5 9,95 206,3

82 0,25 49,7 64,5 9,95 206,3

54,7 0,15 33,11 42,6 9,95 206,3

140 0,4 85 110,1 9,95 206,3190 0,53 115,7 149,6 9,95 206,3

100 0,28 60,7 78,8 9,95 206,3

220 0,61 134,2 174,8 9,95 206,3

Aplicando la ecuacin en la tabla tenemos

Vs(v) As(A) Vr(v) Vc(v) R1() cos

4,901 0,05 2,65 2,7 206,3 0,67835786 47,2845865

4,93 0,05 0,043 4,92 206,3 0,22842456 76,7957281173,7 0,5 106 137,3 206,3 0,00289959 89,8339416

118 0,34 71,7 93,5 206,3 0,00304746 89,8254692

82 0,25 49,7 64,5 206,3 0,01460858 89,1630355

54,7 0,15 33,11 42,6 206,3 0,02873403 88,3535092

140 0,4 85 110,1 206,3 0,01351659 89,2256083

190 0,53 115,7 149,6 206,3 0,00962954 89,4483351

100 0,28 60,7 78,8 206,3 0,01108786 89,364775

220 0,61 134,2 174,8 206,3 0,00351008 90,2011893

A2) manteniendo el circuito a una tensin constante de 220V y regulando laResistencia tenemos la siguiente tabla

Vs(v) As(A) Vr(v) Vc(v) R1()

220 0,62 126,5 180,5 188,8

220 0,67 122 183,6 171,8

220 0,72 106 194 143

220 0,74 94 199,4 121,5

220 0,77 74,6 207,8 94,4

220 0,8 33,3 218,4 38,4


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B) La resistencia R2 en su mximo valor y regulando el transformador hasta220V tenemos la siguiente tabla

Vs(v) As(A) Ac(A) Ar(A) R2()

4,157 0,06 0,05 0,06 210,8

33,36 0,2 0,09 0,14 210,8

71,1 0,42 21 0,33 210,8

99,5 0,63 0,31 0,46 210,8

129,3 0,85 0,42 0,58 210,8

154,6 0,97 0,55 0,7 210,8

179,3 1,14 0,62 0,87 210,8

212,3 1,34 0,64 0,98 210,8

OBSERVACIONES

En la experiencia A1 a medida que incrementamos los valores de Vs los valoresde Vr y Vc tambin se incrementan; manteniendo R1 constante.

En la experiencia A1 a medida que incrementamos los valores de Vs los valores

de As tambin se incrementan

Manteniendo la tensin constante en la experiencia A2 y al disminuir la

resistencia variable el voltaje del capacitor aumenta.

CONCLUSIONES

El ngulo de prdidas es muy pequeo

el factor de prdidas tambin es pequeo

el ngulo y el factor de perdida disminuye al incrementar el potencial

RECOMENDACIONES

se recomienda tener cuidado en el clculo de los voltaje ya un mal clculo de ello

nos dara un resultado errneo


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CUESTIONARIO

1) Cul es la finalidad de R1 y R2 en la determinacin del ngulo de prdidas y el

factor de prdidas del condensador utilizado?

La finalidad de R1 y R2 segn sea el caso no sirve para poder hallar el voltaje y lacorriente segn sea el caso e igualar a la corriente o el voltaje que entrega la

fuente

2) Cul es la importancia del ngulo de prdidas y el factor de prdidas del

condensador?

Con el ngulo de prdidas y el factor de perdidas podemos determinar qu tan

eficiente es el dielctrico y por ende el capacitor y gracias a sus propiedades se

pueden realizar muchas aplicaciones en la ingeniera

3)

Investigar el factor de prdidas y el ngulo de prdidas en condensadoresnormalizados, tales como condensadores con dielctricos de papel, aceite,

papel impregnado en aceite, cermica, polister, etc.

Dependiendo de la composicin qumica del dielctrico cermico se distinguen los

tipos:

Obs

Absorcin dielctrica (DA).-Un factor poco conocido de los condensadores, y algunosautores le achacan a esta propiedad ser la responsable de porqu slo es admisible la

utilizacin de condensadores de pelcula en circuitos de audio de calidad. La absorcindielctrica DA es una reluctancia sobre el dielctrico del condensador y que ocasiona que

queden electrones almacenados en el mismo aunque hayamos descargado el

condensador. A veces se le denomina "efecto memoria" a este proceso. La tensin

remanente en bornas del condensador, dividido por la tensin inicial de carga, expresado

como un porcentaje, se denomina "porcentaje de absorcin dielctrica %DA".


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4) Comentar sobre algunas observaciones y conclusiones experimentales.

Cuando incrementamos el voltaje en el autotransformador el ngulo de prdidas y

el factor de prdidas disminuye, pero cuanto ms puede disminuir, solo hasta el

limite que el capacitor puede soportarlo; porque al exceder dicho limite elCapacitor fallara.

BIBLIOGRAFIA

Laboratorio de medidas elctrica. ELEODORO AGREDA, FACULTAD DE

INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

Introduccin al anlisis de circuitos. ROBERT BOYLESTAD. Dcima edicin.

Editorial Pearson.

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