7.5: Resumen

La potencia es producto de la corriente y el voltaje, sin embargo, la relación de fase entre los dos tiene un gran impacto en el resultado. El caso más simple y directo es cuando la corriente y el voltaje están en fase, lo que significa que la carga es una resistencia pura. En este caso, la verdadera potencia se puede calcular directamente como el producto de la corriente y voltaje RMS. En el otro extremo, cuando la tensión y la corriente están desfasadas 90 grados, como en el caso de una carga puramente capacitiva o inductiva, la potencia se genera y disipa alternativamente. Es decir, en una carga reactiva, la disipación de potencia verdadera es cero. Una analogía mecánica es el almacenamiento y liberación de energía en un resorte ideal ya que se comprime alternativamente y luego se le permite expandirse. Entre estos dos extremos, es decir, cuando la carga es una impedancia compleja, la verdadera disipación de potencia está en algún lugar entre cero y el máximo resistivo.

El triángulo de poder se utiliza para darle sentido visual a esta situación. Se trata de un triángulo rectángulo compuesto por tres patas. La pata horizontal representa la potencia verdadera, o resistiva, y se denota con la letra\(P\). Se mide en vatios. La pata vertical representa el llamado “poder reactivo”. Se denota por la letra\(Q\) y tiene unidades de VAR (volt-amps-reactiva). \(Q\)puede ser inductivo o capacitivo. El tercer tramo, la hipotenusa, es el poder aparente,\(S\). Se mide en VA (volt-amps). Se llama potencia aparente porque así es lo que parece ser la potencia si se mide ingenuamente con un voltímetro y un amperímetro, ignorando la diferencia de fase entre ellos. El ángulo entre las potencias real y aparente,\(\theta\) (theta), es el ángulo de fase entre la tensión y la corriente. En otras palabras, theta es el ángulo de impedancia. Conociendo theta, la potencia real se puede determinar usando trigonometría de ángulo recto, es decir,\(P = S \cos \theta\). El coseno de theta también se conoce como el factor de potencia,\(PF\). Se extiende de 0 (puramente reactivo) a 1 (puramente resistivo). Se dice que los ángulos de impedancia positiva o inductiva tienen factor de potencia retardado mientras que los ángulos de impedancia negativa o capacitiva producen factor de potencia principal.

Idealmente, las cargas son puramente resistivas y tienen un factor de potencia de unidad. Si este no es el caso, entonces para un voltaje dado, se necesita una corriente más alta para crear la misma potencia real que en el caso puramente resistivo. Esto no es ventajoso. La corrección del factor de potencia es el proceso de cambiar el factor de potencia de nuevo a la unidad para cargas complejas. Esto se hace insertando una reactancia del signo opuesto para contrarrestar la porción reactiva de la carga, por ejemplo, agregando reactancia capacitiva a un sistema que es inductivo. La potencia reactiva agregada debe tener la misma magnitud que la potencia reactiva original pero ser del signo opuesto, resultando en cancelación.

La eficiencia es la medida de la potencia de salida utilizable a la potencia aplicada. Idealmente, los sistemas electromecánicos como los motores serían 100% eficientes, lo que significa que no hay pérdida de potencia, pero esta no es una posibilidad práctica. Por ejemplo, siempre habrá pérdidas por fricción y pérdidas de potencia en los cables.

Preguntas de revisión

1. Definir la potencia aparente, la potencia real y la potencia reactiva.

2. Describir el triángulo de poder.

3. ¿Qué es el factor de potencia,\(PF\)?

4. Describir la diferencia entre factor de potencia inicial y rezagado.

5. ¿Qué es la corrección del factor de potencia?

6. Dé ejemplos de cargas resistivas y cargas inductivas.