¿Existe la energía real y reactiva?

¿Existen cosas tales como energías reales y reactivas al igual que el poder real y reactivo? si es así, ¿cómo se disipa la energía reactiva?

Respuestas (4)

La energía es solo potencia integrada a lo largo del tiempo, por lo que la energía real y reactiva existe o no como la potencia real y reactiva, respectivamente.

En cuanto a la potencia, la potencia real existe y la potencia reactiva es una conveniencia matemática para simplificar la expresión de ciertas cosas. Al usar el atajo mental de imaginar un poder imaginario, podemos simplificar los cálculos y explicar los parámetros reales observados más fácilmente que sin ellos.

El poder imaginario no existe, pero sus efectos proyectados hacia el poder real son reales. Los productores y consumidores de redes eléctricas a gran escala a menudo se clasifican tanto en la energía instantánea real como en la imaginaria que están produciendo o consumiendo. Sin embargo, las mismas características reales observables pueden explicarse de otras maneras. Explicarlos en términos de poder imaginario es simplemente una conveniencia mental y matemática.

Entonces, ¿es el uso de un poder imaginario una simplificación matemática que oculta fenómenos físicos reales que podrían explicarse usando física de números reales (es decir, cosas que podríamos medir directamente con los instrumentos correctos)?
@Gonzik, el análisis de CA (fasor) "pretende" que el circuito está excitado con fuentes de la forma mi j ω t , que no es físico, por lo que solo podemos realizar un seguimiento de las complejas variables de voltaje y corriente que transportan la información de amplitud y fase. Sin embargo, es fácil demostrar que esta simulación da resultados físicos si, al final, volvemos a sumar la dependencia del tiempo y luego tomamos la parte real de la solución. Ahora, podríamos hacer esto en el dominio del tiempo usando variables con valores reales pero, dado que necesitamos realizar un seguimiento de la amplitud y la fase, es mucho más fácil hacerlo con fasores.
La potencia reactiva es real. El término potencia imaginaria para Q y potencia real para P son engañosos.

En primer lugar, recuerde que en el contexto del análisis de CA (fasoriales), la potencia real y reactiva, a diferencia del voltaje y la corriente, no son fasores , es decir, no representan la amplitud y la fase de una sinusoide en el dominio del tiempo. Por lo tanto, no podemos "añadir" la dependencia del tiempo y tomar las partes real e imaginaria para calcular las energías asociadas en el dominio del tiempo.

A veces es útil "volver a lo básico" para comprender un problema. Este es un caso así. La potencia reactiva es un concepto útil en el análisis de CA, pero lo que representa físicamente se ve mejor en el dominio del tiempo.

Primero, considere una fuente de voltaje sinusoidal v s ( t ) = V porque ⁡ ω t accionando una resistencia R. La potencia entregada a la resistencia es:

pag R = v s 2 ( t ) R = V 2 porque 2 ⁡ ω t R = V 2 2 R ( 1 + porque ⁡ 2 ω t )

La observación clave aquí es que la potencia nunca es negativa, es decir, el flujo de energía siempre es de la fuente a la resistencia . Por lo tanto, la energía suministrada por la fuente aumenta con el tiempo.

La energía suministrada por la fuente durante un período π ω es:

W R = π V 2 2 ω R

Ahora, reemplace la resistencia con un condensador. La potencia entregada al condensador es:

pag C = v s ( t ) ⋅ i C = V porque ⁡ ω t ⋅ ( − ω C ) V pecado ⁡ ω t = − C V 2 2 pecado ⁡ 2 ω t

La energía suministrada por la fuente durante un período π ω es:

W C = 0

La observación clave aquí es que la potencia es alternativa e igualmente positiva y negativa, es decir, el flujo de energía va y viene entre la fuente y el capacitor. Por lo tanto, la energía suministrada por la fuente durante un período es cero .

Pero, como sabemos, la potencia asociada con un condensador es potencia reactiva en el análisis fasorial, y ahora podemos responder a su pregunta:

¿Existen cosas tales como energías reales y reactivas?

Hemos demostrado que la potencia reactiva está asociada con un flujo de energía alterno entre la fuente y la carga que es cero durante un período. En otras palabras, está asociado con la energía que "salpica" de un lado a otro entre la fuente y la carga sin disipación alguna.

¿Cómo se disipa la energía reactiva?

La energía reactiva no tiene una definición que yo sepa, pero podría interpretarse como las interacciones de energía entre una fuente de energía y un componente reactivo. Si esa fuente de alimentación es un voltaje de CA sinusoidal y un inductor está conectado a esa fuente, la energía fluye hacia el inductor y luego sale del inductor a medida que alterna la forma de onda de CA. La energía promedio es cero, es decir, fluye lo mismo "hacia adentro" que "hacia afuera" pero, si se insertara una pequeña resistencia en serie con el inductor, tanto la energía directa (hacia el inductor) como la energía inversa (hacia atrás del inductor) causarían algunos de esa energía para ser disipada como calor en la resistencia.

¿Hay algo más en la potencia reactiva que una conveniencia matemática?

Reactive Power in the News (New York Times, 26 de septiembre de 2003):

“Los expertos ahora piensan que el 14 de agosto, el norte de Ohio tuvo una grave escasez de energía reactiva, lo que finalmente provocó fallas en la planta de energía y en la línea de transmisión que pusieron en marcha el apagón. La demanda de energía reactiva fue inusualmente alta debido a un gran volumen de transmisiones de larga distancia que se transmitían a través de Ohio a áreas, incluido Canadá, que necesitaban importar energía para satisfacer la demanda local. Pero el suministro de energía reactiva era bajo porque algunas plantas estaban fuera de servicio y, posiblemente, porque otras plantas no estaban produciendo lo suficiente”.

Recursos:

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