principio de electricidad

Power Generation

Electricidad

El flujo de electrones a travez de un circuito que contiene una fuente, conductores, resistores, inductores y/o capacitores. Se requiere un circuito completo para el flujo de electrones.

Voltaje Es la fuerza que causa el flujo de electrones a travs de un circuito. El Voltaje que cruza es variable Analogo a la presin (PSI) en un sistema hidrulico Simbolo v V (en ocasiones e EMF para fuerza electromotiva) Unidad de Medida es Volts Un volt es igual a la fuerza requerida para hacer el flujo de un amper a traves de un resistor de 1 ohm

Corriente La medida de la cantidad de electrones que pasan en un punto especifico del circuito. La corriente que pasa es variable Analogo al flujo (galones/minute) en un sistema hidrulico. Simbolo i I Unidad de media es amperes o amps Un ampere es igual al flujo de electrones de 6.24 X1018 (6,240,000,000,000,000,000) por segundo que pasan en un punto especifico del circuito.

Potencia Electrica Habilidad de la electricidad para realizar un trabajo Potencia, en cualquier instante, igual a voltaje por corriente, Simbolp p P Medido en Watts (W), kiloWatts (kW), MegaWatts (MW), GigaWatts (GW) 1 kiloWatt es igual a 1.34 horsepower (Hp) 1 kiloWatt igual 1000 Watts, y puede encender hasta diez focos de 100-Watt cada uno 1 MegaWatt igual a 1 million Watts, y puede encender 10,000 focos de 100-Watt cada uno(150 residencias), 1 GigaWatt igual a 1 billion Watts

Energia Electrica Aplicacin de la potencia electrica en un periodo de tiempo Energia es trabajo, hecho o almacenado Simbolo es W (para trabajo) Medido en kiloWatt hora (kWh) Un kWh es igual a un kiloWatt aplicado por una hora. Similar como diez focos de 100-Watt encendidos por una hora Esto es lo que nosotros compramos a CFE LyFC

Resistencia Medida de la restriccin a la corriente en un circuito Analogo a la restriccin en el flujo, tal como una vlvula en un sistema hidrulico. Asociado a la caida de voltaje a traves de un resistor cuando un flujo lo a traviesa. La Resistencia consume energia cuando un flujo de corriente lo atraviesa y esto produce calor y/o luz. Ejemplos son los filamentos de los focos, elementos para calentar como tenazas o parrillas. Simbolo r R Unidad de medida ohm,

R

Circuito Resistivo CDSwitch Abierto

+vVoltage Fuente

R

-

CD es Corriente Directa como la producida por una batera Switch Abierto No hay Flujo de Corriente a traves del Circuito No hay caida de Voltaje en el Elemento Resistor No hay Consumo de Energia

Circuito Resistivo CDi

Switch Cerrado

+vVoltage Fuente

+R v

Potencia

-

Switch Cerrado Flujo de Corriente instantanea a traves del Circuito Voltajee instantaneo en el Elemento Resistor Potencia es disipada y , por un momento, energa es consumida.

Ley de Ohm, v = i x r La Ley de Ohms es la relacin entre corriente, voltaje y resistencia,v=i xr La caida de Voltaje en la resistencia es igual al producto de la corriente por la resistencia.

i

+ +vVoltage Fuente

R

v

-

-

Ley de Ohm, v = i x r Ejemplo de Ley de Ohmi=2A

+

+vVoltage Fuente

R = 10

v = 20 V

-

-

v = i x R Resistencia del resistor, R = 10 Corriente a traves del resistor, i = 2 amps Caida de Voltaje en el resistor, v = 2 x 10 = 20 Volts

Ecuacin de Potencia, p = v x i p=vxi En cualquier instante, la potencia es igual al producto del voltaje por la corriente La Potencia en este ejemplo es disipada, implicando el consumo de energia uso.

i

+ +vVoltage Fuente

R

v

p=vxi

-

Ecuacin de Potencia, p = v x ii=2 A

Ejemplo de Potencia+v = 20 V

+vVoltage Fuente

R = 10

p = v x i Corriente a traves del resistori = 2 amps

p = 40 W

-

Voltaje en resistorv = 20 volts Potencia disipada por el resistorp = 20 x 2 = 40 Watts or 0.04kW

Variaciones de Ecuacin de Potencia y Ley de Ohm Ecuacin de Potenciap=vxi Sustituyendo para v de Ley de Ohm p = i x i x R, p = i2 x R Sustituyendo para i de Ley de Ohm, p = v x v/R, p = v2/R

Ley de Ohmv = i x R i = v/R R = v/i

Ecuacin de Potencia, p = v x ii=2 A

+ +vVoltage Fuente

R = 10

v = 20 V

Ejemplos usando variaciones de Ecuacin de Potencia p = i2 x R p = 22 x 10 = 40 Watts

p = 40 W

-

p = v2/R p = 202/10 = 40 Watts = 0.04kW

Inductancia Inductancia es la propiedad de como resistir a cambios en la corrient. Energia es almacenada en un inductor en la forma de un campo electromagnetico causado por el flujo de corriente en el inductor. Analogo a un tanque de almacenamiento con carga inferior y descarga superior en un sistema hidrulico. La Corriente que fluye a traves del inductor se retarda. El Inductor no consume energia cuando la corriente fluye a traves de l, este construye un campo magnetico cuando la corriente entra, actua como un corto circuito en estado firme, y brevemente causa corriente para continuar fluyendo cuendo la fuente de alimentacin es removida. Ejemplos son bobinas, motores, transformadores Simbolo, L. Unidad de medida, henry Relacin Voltaje/Corriente : v = L x di/dt La Energia almacenada por un inductor es: w = L x i2/2 joules

Bobina Inductiva

-

Bobina InductivaFlujo de Corriente

+Campo Magnetico construido

Flujo Corriente despues de tiempo retardo

-

Bobina InductivaFlujo Corriente

-

El circuito se comporta como corta circuito

Campo Magnetico establecido

Flujo de Corriente

Bobina InductivaFlujo de Corriente detenido

-

Campo Magnetico comienza a colapsarse

La Corriente continua fluyendo

Bobina Inductiva

Campo magnetico completamen te colapsado

Flujo de corriente detenida

Capacitancia La Capacitancia es la habilidad para almacenar carga electrica. La Energia es almacenada en un elemento capacitivo en la forma de una carga o diferencia de voltaje. Analogo a membrana flexible como diafragma en un sistema hidrulico. El cambio de voltaje se retarda como un capacitor. Cuando el voltaje es aplicado, una carga es construida en los platos paralelos del capacitor. La Capacitancia no consume energia. Este se carga cuando el voltaje es aplicado, y se descarga cuando el voltaje es removido (si hay un camino para el flujo de electrones). Este actua como un circuito abierto es estado firme. Ejemplos son capacitor para correccin de Factor de Potencia, condensador para arranque de autos Simbolo C, Unidad de medida, Farad Relacin Corriente/Voltaje: i = C x dv/dt Energia almacenada en capacitor: w = C x v2/2 joules

C

Circuito Capacitivo

Circuito CapacitivoVoltaje construido en capacitor como una carga

+ + +

-

Instantaneamente, la corriente trae los electrones para cargar los platos del capacitor.

Circuito CapacitivoEl Capacitor esta completamente cargado

+ + +

-

El flujo de Corriente cesa y el circuito aparece como un circuito abierto.

Magnetismo Fenomeno Natural Campo Magnetico con lineas de flujo entre los polos N y S El Campo Magnetico atrae metal, cobalto y nickel. Polos iguales se repelen, polos apuestos se atraen.

Magnetismo y Electricidad: La Relacin Cuando la corriente pasa a traves de un conductor, un campo magnetico se coloca alrededor del conductor La regla de La Mano Derecha gobierna la relacin entre la direccin de la corriente y la direccin de las lineas de flujo

Magnetismo y Electricidad: La Relacin Cuando usted enrolla el condutor y pasa corriente a traves de este, las lineas de flujo adicionadas producen un campo magnetico ms intenso. Incrementando la corriente incrementa la intensidad de flujo. Incrementando el numero de vueltas en la bobina incrementa la intensidad de flujo.

Magnetismo y Electricidad: La Relacin Faraday descubrio: Cuando un conductor pasa a traves de un campo magnetico, un voltaje es producido en el conductor que causa un flujo de corriente en el conductor. Esto es Induccin Electromagnetica: El ms importante descubrimiento de Todos los Tiempos! El Voltaje producido depende de la intensidad del campo O puede mover el conductor o el campo.

magnetico (densidad de flujo) estando cortado y la velocidad relativa del conductor.

Magnetismo y Electricidad: La Relacin Michael Faraday descubrio la Induccin Electromagnetica Base para el diseo virtualmente de todos los modernos generadores de potencia y control. Base para como trabajan los motores. Base para como trabajan los electromagnetos. Base para como trabajan los transformadores. y esto es por qu nosotros usamos la corriente alterna AC

Generador Simple de Dos Polos Campo Magnetico estacionario Bobinado girando Conector tipo escobilla

Desarrollo de la Onda Seno AC









Amplitude

-1.5 0.0 0.5 1.0 1.5

-1.0

0 sec, 0 deg

Frecuencia

1/240 sec, 90 deg

Un Ciclo de 60Hz AC

Time

1/120 sec, 180 deg

3/240 sec, 270 deg

1/60 sec, 360 deg

-0.5

Frecuencia Un ciclo por segundo (CPS) es un Hertz (Hz) En Mxico es estandard 60Hz Otros estandares existentes en otro paises (Chile , Argentina, Europa) es 50 Hz. Con un generador de 2-polos, velocidad del motor de 3600RPM da 60Hz de salida, y con velocidad de motor de 3000RPM da 50Hz de salida. Con un generador de 4-polos, velocidad de motor de 1800RPM da 60Hz de salida, y con velocidad de motor de 1500RPM da 50Hz de salida.

Corriente, Voltaje y Potencia AC2.50 2.00

1.50

1.00

0.50Amplitude

0.00

-0.50

-1.00

-1.50

-2.00

-2.50 Time INSTANTANEOUS VOLTAGE INSTANTANEOUS CURRENT INSTANTANEOUS POWER AVERAGE POWER

RMS (Root Mean Squared)

(media de la raiz cuadrada)

Usada para medir y dar un valor constante de cada cambio de la onda senoidal de corriente AC. Aplica al voltaje y corriente de onda senoidal AC. Definida como la raiz cuadrada del promedio del valor cuadrado de la onda senoidal. Simplificada como 0.707 tiempos del valor pico de la onda senoidal.

RMS (Root Mean Squared)

(media de la raiz cuadrada)

INSTANTANEOUS AND RMS VOLTAGE AND CURRENT INSTANTANEOUS AND AVERAGE POWER2.50 2.00 1.50 1.00 0.50Amplitude

0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -2.00 -2.50 Time INSTANTANEOUS VOLTAGE RMS VOLTAGE INSTANTANEOUS CURRENT RMS CURRENT INSTANTANEOUS POWER AVERAGE POWER

Factor de Potencia Muchas veces la corriente y el voltaje no estan en fase, ello hace que completamente no este mutuamente soportada la produccin de potencia. Factor de Potencia, PF, es un factor de correccin para responder a la desigualdad de voltaje y corriente. (Matematicamente, PF es el coseno del Angulo de Fase) Sin tener en cuenta el Factor de Potencia, nosotros tenemos Potencia Aparente. Potencia Aparente = Volts x Amps, las unidades son VA kVA. Potencia Real (kW) = Potencia Aparente (kVA) x PF Cuando PF = 1.0, voltaje y corriente estan en fase y la Potencia Aparente (kVA) = Potencia Real (kW)

Factor de Potencia Usando el ejemplo de Corriente AC (60Hz, 1 amp pico, 0.707A RMS) y voltaje (60Hz, 2 volt pico, 1.414V RMS) encontrar la potencia si: A) PF = 1.0 P = 1.414 x 0.707 x 1.0 = 1.0 Watt

B) PF = 0.95 P = 1.414 x 0.707 x .95 = .95 Watts

C) PF = 0.9 P = 1.414 x .0707 x .90 = .90 Watts

D) PF = 0.8 P = 1.414 x 0.707 x .80 = .80 Watts

Factor de Potencia IMPORTANTE!!!! El Generador debera ser capaz de producir un exceso de corriente. Los Generadores son diseados para un PF promedio de 0.8 para darles la capacidad de resistir grandes demandas de corriente requeridas por cargas con PF de 0.8

Factor de Potencia Ejemplo: Una carga de 100kW a 240 volts. Recuerde kW = Volts x Amps x PF/1000, y Amps = kW x 1000/Volts/PF

Si la carga tiene PF = 1.0, la corriente que la carga demanda es: Amps = 100kW x 1000/240volts/1.0 = 416 amps

Si la carga tiene PF = 0.8, la corriente que la carga demanda es: Amps = 100kW x 1000/240volts/0.8 = 520 amps para conseguir los mismos 100kW de potencia real!

El Generador debera ser capaz de entregar ms que la actual corriente por limitados peiodos de tiempo.

Generadores en la Vida Real Generadores de Dos-Polos, 3600RPM para 60 Hz Tipicamente estos son pequeos, enfriados por aire, campo rotatorio, Un juego de bobinados estacionarios con 2 conductores de carga y un neutro. Estos dan 120/240 V, 1 Genset grandes como los Ingersoll-Rand, usan Campos rotatorios de 4-Polos, y seis juegos de bobinados estacionarios reconectables. Estos dan un ancho rango de voltajes de salida.

Generador 12 Conductores Reconectables Seis bobinas, 12 conductores. Reconectable para proporcionar diferentes voltajes 3 y 1 . Cada bobinado es numerado T1-T12 La configuracin de reconexin determina el voltaje de salida. Los Generadores pequeos IR conectan estos doce conductores a un switch selector de voltaje, los generadores grandes son manualmente reconfigurados

Corriente AC 3 Fases Cada par de bobinas forman un fase Las Fases son nombradas A, B, and C. Las fases tienen 120 una de otra. La Potencia es derivada desde cada fase y contribuye al total de la potencia de salida.

Phase A

Phase C

Phase B

Ecuacin de Potencia 3 Fases AC P (Watts) = Volts x Amps x PF x 1.73 P (kW) = kVA x PF x 1.73 P (kW) = V x A x PF x 1.73/1000 Voltaje is en dos fases Corriente es a traves de una fase

3 Fases AC Corriente y Voltaje3 Phase AC & Voltage 2.50

A2.00 1.50 1.00 0.50Amplitude

B

C

0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -2.00 -2.50TimePhase A Current Phase B Current Phase C Current Phase A Voltage Phase B Voltage Phase C Voltage

Conexin Estrella Alta Para voltaje Nominal 277/480V,3 4W que significa 277 volts fase a neutro, 480 volts fase a fase, 3 fases, 4 cables Voltaje Industrial y subdistribucin

Conexin Estrella Baja Para voltaje Nominal 120/208V,3,4W que significa 120 volts fase a neutro, 208 volts fase a fase, 3 fases, 4 cables Muy comun el uso de este voltaje.

Delta Para voltaje Nominal 120/240V,3,3W que significa 120 volts fase a neutro, 240 volts fase a fase, 3 phase, 3 cable Para uso Industrial pesado con cargas de 3-phase como motores de gran tamao.

Zig-Zag Para voltaje Nominal 120/240V,1,3W que significa 120 volts fase a neutro, 240 volts fase a fase, fase sencilla, 3 cables Iluminacin commercial, industrial, residencial donde 120V son duramente usados. Esta configuracin usualmente reduce la eficiencia del generador.

Ampacidad y Perdida en Linea Alguna resistencia en todos los conductores Ms resistencia por metro lineal en conductores de diametro pequeo que diametros grandes. La Corriente a travs de un resistor produce calor y caida de voltaje. La Resistencia en el conductor se incrementa como el calor en el mismo El promedio seguro de amperes llevados dentro de un conductor en particular es llamada Ampacidad Tabla de Ampacidad en NEC (NFPA 70) Articulo 310 La Caida de Voltaje asociada a la potencia consumida por la resistencia en el conductor es llamada Prdida en Lnea.

Aislamiento Aisla y mantiene el flujo de corriente a travs de conductores y maquina. Analogo al esfuerzo de la tubera en un sistema hidrulico y la valuacin de la presin en dicha tubera. El aislamiento es medido por la valuacin de voltaje y temperatura. La Clase H es el mejor aislamiento para bobinado de generadores con temperaturas promedio de 40 a 150C. Voltajes elevados requieren de un aislamiento especializado.

Voltajes Comunes y sus usos Bajo Voltaje 0-1000 V. Para uso residencial, comercial, industrial, y sub-distribucin. Algunos voltajes bajos de generacin son: 120V, 1, 2W (phase sencilla, 2 cables) 120/240V, 1, 3W 120/240V, 3, 3W (Delta conectada a tierra) 120/240V, 3, 4W (Hot Leg Delta) 120/208V, 3, 4W (Baja Estrella) 277/480V, 3, 4W (Alta Estrella)

Power Generation

principio de electricidad

Documents