¿Qué es la energía reactiva?

Conocemos la ecuación típica para la potencia instantánea (que se puede probar): pag ( t ) = v ( t ) i ( t ) . En estado estacionario sinusoidal (ignoremos los armónicos por simplicidad), v ( t ) = 2 V valor eficaz porque ⁡ ( ω t + ϕ v ) y i ( t ) = 2 I valor eficaz porque ⁡ ( ω t + ϕ i ) , dónde ω y T = 2 π / ω son respectivamente la frecuencia angular y el período de v y i . A partir de esto, dejando θ = ϕ v − ϕ i , se puede demostrar que

pag ( t ) = [ V valor eficaz I valor eficaz porque ⁡ ( ϕ v − ϕ i ) ] ⏟ componente de CC + [ V valor eficaz I valor eficaz ] porque ⁡ ( 2 ω t + ϕ v + ϕ i ) ⏟ componente de CA = [ V valor eficaz I valor eficaz porque ⁡ θ ] ⏟ unidireccional + [ V valor eficaz I valor eficaz porque ⁡ ( ϕ v + ϕ i ) ] porque ⁡ 2 ω t − [ V valor eficaz I valor eficaz pecado ⁡ ( ϕ v + ϕ i ) ] pecado ⁡ 2 ω t ⏟ bidireccional

dónde 2 ω y T ′ = 2 π / 2 ω = T / 2 son respectivamente la frecuencia angular y el período de pag . Ahora, desde pag ( t ) = definitivamente d w ( t ) / d t , entonces la energía transferida en un múltiplo entero norte del periodo de pag es

W = ∫ 0 norte T ′ pag ( t ) d t = PAG ∫ 0 norte T ′ d t ⏟ energía neta + V valor eficaz I valor eficaz porque ⁡ ( ϕ v + ϕ i ) ∫ 0 norte T ′ porque ⁡ 2 ω t d t − V valor eficaz I valor eficaz pecado ⁡ ( ϕ v + ϕ i ) ∫ 0 norte T ′ pecado ⁡ 2 ω t d t ⏟ sin energía neta = PAG ⋅ norte ⋅ T ′ + 0

Está claro que no se transfiere energía neta debido al componente reactivo de una impedancia de carga . Sin embargo, he visto tres documentos ( esta página web en la sección 1.7, este PDF en la página 2, este PDF ) que hablan de energía reactiva y sus medidores correspondientes. Dado que, como se muestra arriba, no se transfiere energía neta debido a la reactancia de las cargas, ¿ qué energía leen realmente esos medidores? Si es "energía reactiva", ¿ qué quieren decir con eso? Dos documentos que encontré definen la energía reactiva matemáticamente como

1 T ∫ 0 T v ( t ) i ( t + T 4 ) d t = q

lo cual es una tontería; están definiendo la energía reactiva como potencia reactiva, que es una cantidad diferente; la energía tiene unidades de julios, sin embargo, el lado derecho de la relación anterior tiene unidades de julios por segundo (o vatios o VArs; son dimensionalmente iguales). ¿Por qué lo definen así? Leí estas tres preguntas ( 1 , 2 , 3 ), pero en realidad no abordan las que he preguntado.

EDITAR: Mis preguntas no son directamente sobre la potencia reactiva, sino sobre la energía reactiva.

De hecho, hay una imagen bastante divertida que da una buena analogía de cuáles son los diferentes tipos de poder... Es decir, si bebes cerveza (o probablemente incluso refrescos), disfrutarás esto.
La potencia reactiva no tiene significado físico en términos de una medida directa, es solo un lado del triángulo de potencia del cual la hipotenusa es la potencia aparente ( V R METRO S ⋅ I R METRO S ) y el otro lado es el poder real.
Hola a todos. Para que quede claro, la pregunta es sobre energía reactiva, no potencia reactiva.
@sarthak Las preguntas no son directamente sobre el factor de potencia.

Respuestas (3)

En la industria de la alimentación de CA, la energía reactiva es energía eléctrica que se almacena en lugar de convertirse en alguna otra forma de energía y, por lo tanto, se "usa" o "consume". La potencia reactiva es la tasa de transferencia de energía reactiva de un componente de almacenamiento a otro.

El siguiente diagrama muestra la transferencia típica de energía de la red eléctrica a un punto de uso. El voltaje de la fuente se suministra al usuario y se supone que es una fuente de voltaje de CA monofásica ideal. La carga se puede representar como una resistencia en paralelo con un inductor. El voltaje de la fuente es el voltaje a través de ambos componentes de la carga.

La corriente del resistor está en fase con el voltaje de la fuente. La forma de onda de potencia instantánea del resistor es el producto de la corriente del resistor multiplicada por el voltaje de la fuente. Que los puntos mínimos en esa curva se encuentran en el eje X. La potencia es positiva en todo momento, lo que indica que toda la potencia se transfiere de la fuente a la resistencia. El área bajo la curva representa la energía recibida por la resistencia y disipada en forma de calor.

La corriente del inductor tiene un retraso de 90 grados con respecto al voltaje de la fuente. El producto del voltaje de la fuente y la corriente del inductor es una onda sinusoidal que tiene valores positivos y negativos que promedian cero. Dado que no representa la potencia real, se le llama "voltio-amperios, reactivos" o "VARs". Hay áreas iguales por encima y por debajo de la curva que indican la energía recibida de la fuente y devuelta a la fuente. Esa es la energía reactiva.

Mostrado como un circuito ideal, la transferencia de energía reactiva promedio y neta es cero. Sin embargo, hay energía real que está constantemente yendo y viniendo. En un sistema ideal, la energía reactiva se genera cuando la carga está conectada, se transfiere de un lado a otro siempre que la carga esté conectada y se devuelve a la fuente cuando la carga se apaga. En realidad, alrededor del 7% de la energía se pierde en cada transferencia entre la carga y el generador. La empresa de servicios públicos colocará algo de almacenamiento de condensadores en las subestaciones locales o incluso en los postes de transmisión. Utilizando su estructura de tarifas, las empresas de servicios públicos animan a los grandes usuarios a proporcionar sus propios condensadores.

El total de voltios-amperios (VA) es la suma de la potencia (vatios) y los voltios-amperios reactivos (VAR). Eso se muestra como una onda sinusoidal que cae por debajo del eje cero.

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Datos del circuito para arriba

Tensión de alimentación: 240 Vrms, 339,4 Vpico

Resistencia de corriente: 200 Arms (282,8 pk)

Corriente del inductor: 150 brazos (paquete de 212,1)

Corriente de suministro: 250 Arms (353,8 pk)

Potencia: 48 kW (96 pk-pk)

Potencia reactiva: 36 kVAR (72 pk-pk)

Potencia aparente: 60 kVA (120 pk-pk)

no se transfiere energía neta debido al componente reactivo de una impedancia de carga.

No hay energía neta, pero eso es solo porque la energía se transfiere en ambas direcciones.

... energía reactiva y sus medidores correspondientes ... ¿qué energía leen realmente esos medidores?

Leen la tasa de transferencia de energía de un lado a otro.

Si es "energía reactiva", ¿qué quieren decir con eso?

Véase más arriba.

... ¿Por qué lo definen así?

Los VAR se denominan VAR para distinguir la energía que se transfiere de un lado a otro de la energía que se "consume". La energía que se "consume" tiene un costo mucho más alto que la energía que simplemente se transfiere de un lado a otro, pero los VAR aún tienen un costo.

Medición de servicios públicos

La unidad de medida que usamos para la facturación de energía de servicios públicos es el kilovatio-hora. Esa es el área bajo la curva de potencia integrada sobre el ciclo de facturación. Para la generación de combustibles fósiles, la energía medida por un medidor de kilovatios-hora es igual al contenido de energía del combustible de entrada más las pérdidas incurridas en la generación, transmisión y distribución de la energía. La mayoría de esas pérdidas son directamente proporcionales a la energía generada.

Las empresas de servicios públicos también pueden medir los kilovar-hora. Esa es el área bajo la curva var integrada durante el ciclo de facturación sin tener en cuenta la dirección del flujo de energía. Aunque la energía reactiva neta transferida es cero, las pérdidas incurridas en la transmisión y distribución de vars son directamente proporcionales al total de vars transferidos. También existe un costo de capital asociado de los equipos de generación, transmisión y distribución que es proporcional al total de vars transferidos.

Las fórmulas de facturación y las cantidades medidas utilizadas las determinan las compañías de servicios individuales. Los conceptos básicos son generalmente similares, pero se utilizan una variedad de métodos específicos.

Referencias

La información básica presentada se presenta de manera similar en los libros de texto que cubren los circuitos de CA. Aquí hay algunas referencias que son específicas para la industria de energía eléctrica:

Edison Electric Institute, Manual para la medición de electricidad

Michael Bearden, Comprender el flujo de energía y las convenciones de nomenclatura en aplicaciones de medición bidireccional

Hola Carlos. Con base en el primer párrafo antes del primer punto y el cuarto párrafo después del penúltimo punto, ¿quiso decir que la energía reactiva es la energía almacenada en los inductores y capacitores, es decir w ( t ) = 0.5 L i 2 ( t ) + 0.5 C v 2 ( t ) ?
Si bien mis preguntas no son directamente sobre el poder, algunas cosas no me parecen correctas: 1) la curva "Inductor VAR", que es el pag ( t ) del inductor, debe tener un nombre diferente, porque el q del inductor es independiente del tiempo; 2) la curva "Total VA", que es la suma de los pag ( t ) de la resistencia y el inductor, debe tener un nombre diferente, porque la potencia aparente no es PAG + q (ni pag R ( t ) + pag L ( t ) ), es PAG 2 + q 2 .)
1er comentario: Sí, creo que eso es lo que quiero decir. 2do comentario: 1) No lo creo. 2) Tenía la intención de que fuera el VA o potencia aparente en función del tiempo, pero lo hice mal. Intentaré arreglarlo mañana. También intentaré mirar todo de nuevo mañana.
2) Lo verifiqué dos veces y encontré que era correcto. El VA instantáneo en función del ángulo de fase es igual a W en función del ángulo de fase más VA reactivo en función del ángulo de fase. Revisé mi respuesta para mostrar los datos del diagrama.
"Leen la tasa de transferencia de energía de un lado a otro", pero eso es potencia (reactiva), no energía. Entonces están confundiendo un término con el otro.
Sí. Debería haber dicho que detectan los voltios-amperios reactivos de forma continua o instantánea y los integran a lo largo del tiempo para proporcionar una lectura de la energía total transferida durante el intervalo entre el registro de las lecturas.
"[...] detectan los voltios-amperios reactivos de forma continua o instantánea y los integran con el tiempo [...]" Muy bien, usando eso como definición de energía reactiva, hice este diagrama interactivo en línea en GeoGebra . Allí puede ver la energía reactiva neta durante un período de pag ( t ) es cero, y la energía reactiva máxima es | q | / ω . ¿Estás de acuerdo?
Sí. Debería haber dicho que es el valor absoluto que detectamos para proporcionar la energía total transferida como la suma de la energía transferida en cada dirección.
Bueno. Creo que esta es la última pregunta: ¿conoce alguna fuente oficial (ANSI, IEEE, IEC o cualquier otra) que describa la energía reactiva como lo hizo usted? Gracias.
Agregué secciones de Medición de servicios públicos y Referencia a mi respuesta.
Muchas gracias. "Esa es el área bajo la curva var integrada durante el ciclo de facturación sin tener en cuenta la dirección del flujo de energía" que resuelve mi pregunta. Como no están considerando la dirección del flujo de energía reactiva, la energía neta (integral sobre norte períodos) no es cero, y la curva de energía no está limitada entre q / ω y − q / ω sino que aumenta. Creo que eso equivale a decir que la energía reactiva es la integral del valor absoluto de la potencia reactiva instantánea durante el intervalo de tiempo de facturación.

La potencia reactiva se calcula o mide indirectamente aplicando una operación en la forma de onda antes de medir. La potencia reactiva no se puede medir directamente:

  • Calculado: por ejemplo, podemos medir la potencia activa P, la corriente I y la tensión V. De V e I obtenemos la potencia aparente Pa=VI y, por lo tanto, la potencia reactiva se calcula como:

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  • Medida indirectamente: por ejemplo, desplazamos una de las formas de onda (voltaje o corriente) en 90° y luego multiplicamos las dos formas de onda (o medimos la potencia activa resultante). Nos desplazamos 90° porque cos x = sin (PI/2 + x). Y 90° representa un retraso de T/4 (cuarto de periodo). Por eso obtenemos:

    ingrese la descripción de la imagen aquí

La Obra es producida exclusivamente por la potencia activa. Por ejemplo, un motor diesel produce solo potencia activa (su potencia solo se expresa en kW o hp nunca en kVA, no se puede pensar en voltaje y corriente cuando se trata de energía mecánica). Esta energía puede accionar un alternador que genera energía eléctrica. Ahora, dependiendo del perfil de carga, podemos tener un cambio de fase entre el voltaje y la corriente, por lo que, para diferentes cargas, podemos tener la misma potencia activa con diferentes corrientes y, por lo tanto, diferentes potencias reactivas.

La energía reactiva se factura adicionalmente en algunos casos. ¿Por qué tenemos que pagar la energía no utilizada? No se trata de inventar nuevos pagos. De hecho, considere un proveedor de energía que genera energía eléctrica y consume combustible dependiendo de la potencia mecánica (potencia activa). Aunque está pagando la potencia activa (consumo de combustible necesario para la potencia mecánica), debe distribuir esta potencia a través de transformadores y líneas de transmisión. (no estamos interesados ​​ahora en la eficiencia de conversión y las pérdidas). Para simplificar, consideremos solo las líneas de transmisión. Su potencia activa es la suma de la potencia activa consumida por los clientes y la potencia activa que calienta las líneas de transmisión en función de la corriente. Entonces, como mencioné, ya que para una misma potencia activa podemos tener diferentes corrientes, el consumo del proveedor de energía aumenta con la corriente incluso si el trabajo real de sus clientes sigue siendo el mismo. La energía reactiva es entonces un argumento de facturación justificado. Suele imponerse para incitar al cliente a utilizar un corrector de factor de potencia y por tanto reducir la energía reactiva.

Hola Pablo. La pregunta es sobre energía reactiva, no potencia reactiva. Con respecto a la viñeta de segundos, publiqué esa ecuación para la energía reactiva, pero mis preguntas son qué significa eso y por qué lo hacen .
La segunda ecuación no tiene sentido debido a lo siguiente. El lado izquierdo dice " energía reactiva" , por lo que debe tener unidades de julios o vatios-hora. Pero si calcula la integral del lado derecho, obtiene potencia reactiva, q = V valor eficaz I valor eficaz pecado ⁡ ( ϕ v − ϕ i ) , que tiene unidades de VArs o vatios o julios por segundo. Las unidades de cada lado de la ecuación no son las mismas, por lo que no es válida .
@AlejandroNava gracias por esta pregunta interesante y comentarios interesantes. La energía reactiva se confunde con la potencia reactiva en muchos documentos. es de hecho la energía reactiva por unidad de tiempo. Actualicé mi respuesta y agregué información adicional. Espero que sea util.
Excelente. Me di cuenta de lo mismo (la energía reactiva se confunde con la potencia reactiva) después de buscar un poco más.

Supongo que muchos de nosotros seríamos lo suficientemente capaces de inventar nuevos pagos. Algunos de los pagos introducidos se pueden crear para controlar el comportamiento de las personas. Seguramente es útil para las compañías eléctricas persuadir a las personas para que tengan factores de potencia lo más cerca posible de 1.

La energía reactiva obtenida integrando el valor absoluto de la potencia reactiva puede ser un buen comportamiento controlando criterios de recaudación de dinero que se pueden justificar. Es un número único que tiene un precio y las personas pueden reducir su número mediante el uso de dispositivos diseñados adecuadamente. Puede presentarse como un hecho duro cuando las personas solo tienen una red de suministro de electricidad disponible. También se puede explicar como una compensación de pérdidas: tanta energía que sus acciones nos han obligado a transferir a sus dispositivos y de regreso a través de los cables y cada pulso transferido se ha disipado en una parte. ¡Pagalo!

JAJAJA. Si van a crear una cantidad nueva para fines de pago, deberían cobrar por el factor de potencia, que tiene un significado físico, no la energía reactiva sin sentido (para mí hasta ahora).
Eso está en uso. He visto dispositivos de registro de "potencia reactiva momentánea máxima (o en realidad el máximo de aproximadamente 1 segundo promedio)" El precio de la energía utilizada se multiplicó por un número que aumentó a medida que aumentaba la potencia reactiva máxima durante el período de facturación. La gente lo vio como una injusticia.
¿Qué es la energía reactiva?
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