Describir:
Cómo calcular el tamaño de un condensador
- Método tradicional
- Método multiplicador de tabla
- Método de ecuación de energía de arranque
- Método de ecuación de capacitancia
Cómo calcular el tamaño de un condensador
Determinar las clasificaciones de los componentes es importante al diseñar un circuito porque para obtener la salida deseada del circuito es necesario tener componentes con las clasificaciones adecuadas. De manera similar, para usar un capacitor en un circuito generalmente encontramos un capacitor con la capacitancia adecuada que en otras palabras se refiere al tamaño del capacitor. Entonces, hay varias formas de medir el tamaño de un capacitor y esas formas son:
- Usando el método tradicional
- Usando el método del multiplicador de tablas
- Usando la ecuación de energía de arranque
- Usando la ecuación de capacitancia
Método 1: usar el método tradicional
Por lo general, el tamaño del condensador depende principalmente del valor de capacitancia requerida en el circuito. Este método tradicional se utiliza principalmente cuando se requiere mejorar el factor de potencia y se necesita el valor en KVAR. En este método, la tangente de la diferencia de ambos ángulos del factor de potencia se calcula y luego se multiplica por la potencia nominal del aparato.
Entonces, para ilustrar este método, considere un motor trifásico que tiene una potencia nominal de 5 KW y un factor de potencia inicial de 0,75 en retraso, y se requiere un factor de potencia de 0,9. Entonces, tenemos que encontrar el valor de capacitancia o tamaño del capacitor en KVAR que pueda aumentar el factor de potencia a 0,9. Aquí está la ecuación para el factor de potencia:
Ahora que conocemos el factor de potencia inicial y requerido, podemos calcular los ángulos de ambos factores usando la ecuación anterior:
Ahora el ángulo para el factor de potencia inicial es 41,1 grados, mientras que el ángulo requerido es 25,8 grados, así que luego coloque los valores en la siguiente ecuación:
Esta es la capacitancia total requerida para mejorar el factor de potencia del motor trifásico, por lo que para calcular la capacitancia requerida por fase divide este valor entre tres:
Normalmente tenemos una capacitancia en faradios así que para convertirla a Faradios podemos usar la siguiente ecuación pero para ello se debe conocer la frecuencia y el voltaje:
Entonces, si la frecuencia es de 50 Hz y el voltaje es de 400 voltios, entonces la capacitancia requerida será:
Ahora hemos calculado el tamaño del capacitor y de acuerdo con los parámetros dados, se requiere un capacitor de 13 microfaradios para mejorar el factor de potencia.
Además, para convertir la capacitancia en faradios de KVAR, use la fórmula de la reactancia capacitiva después de encontrar la corriente y la reactancia capacitiva usando la ley de Ohm. Entonces, para ilustrarlo, estoy usando el mismo ejemplo anterior, así que ahora primero calcule la corriente:
Ahora use la ley de Ohm para calcular la reactancia capacitiva:
Ahora usando la reactancia capacitiva para encontrar la capacitancia de un capacitor:
Ahora, como puede ver con ambos métodos, el valor de la capacitancia es el mismo, por lo que puede usar cualquiera de los métodos para convertir la capacitancia en KVAR a faradios.
Ejemplo: cálculo de la capacidad de capacitancia en KVAR y microfaradios
Un motor monofásico que tiene un suministro de voltaje de 500 voltios a una frecuencia de 60 Hz tiene un factor de potencia de 0,85 en atraso con una corriente de 50 A. Es necesario mejorar el factor de potencia a 0,94 en adelanto conectando condensadores en paralelo. . Encuentre el tamaño del capacitor calculando la capacitancia requerida.
Primero, calcule los ángulos para ambos factores de potencia usando la ecuación del factor de potencia:
Ahora, para calcular la capacitancia requerida necesitamos la potencia nominal del motor, que se puede calcular usando la fórmula de potencia:
Ahora calcula la capacitancia en KVAR tomando la tangente de la diferencia de ángeles y multiplicando el resultado por la potencia del motor:
Normalmente tenemos una capacitancia en faradios así que para convertirla a Faradios podemos usar la siguiente ecuación pero para ello se debe conocer la frecuencia y el voltaje:
Ahora hemos calculado el tamaño del capacitor y, de acuerdo con los parámetros dados, se requiere un capacitor de 52 microfaradios para mejorar el factor de potencia.
Método 2: utilizar el método del multiplicador de tablas
El multiplicador de la tabla es el conjunto de diferentes valores denominados factor multiplicador mediante el cual se puede alcanzar el factor de potencia requerido. Para encontrar la capacidad requerida del capacitor, esta tabla se utiliza para seleccionar el factor multiplicador con respecto al factor de potencia inicial y objetivo. Entonces, para calcular la capacidad del capacitor en KVAR simplemente multiplique la potencia y el factor multiplicador:
Aquí hay una tabla que muestra los factores multiplicadores para diferentes factores de potencia:
Además, si necesita encontrar el factor multiplicador, puede utilizar la fórmula anterior como:
Ejemplo: calcular el tamaño de capacidad del condensador en KVAR y faradios
Considere una carga que consume una potencia de 1 KW de una fuente de alimentación de CA que tiene un voltaje de 208 voltios en una frecuencia de 50 Hz. Actualmente, el factor de potencia está en un 70 por ciento de retraso y para mejorarlo a un 91 por ciento de avance, se requiere conectar un condensador en paralelo. Encuentre el tamaño del capacitor en microfaradios.
El factor de potencia inicial es 0,7 y el factor requerido es 0,91, por lo que utilizando la tabla anterior podemos ver que el factor multiplicador para el 0,97 es 0,741, por lo que ahora colocamos los valores:
Ahora simplemente convierta el VAR a faradios usando la siguiente ecuación:
Ahora hemos calculado el tamaño del condensador y, de acuerdo con los parámetros dados, se requiere un condensador de 0,053 faradios para mejorar el factor de potencia.
Método 3: uso de la ecuación de energía inicial
La energía de arranque del condensador es la energía que se almacena en él mientras se carga desde 0 hasta su máxima capacidad. Este método es factible cuando ya se tiene la energía de arranque y la diferencia de potencial entre las placas del capacitor. Normalmente estos parámetros no se proporcionan, pero si los ha calculado, utilice la siguiente ecuación:
Entonces, para encontrar la capacidad del capacitor en función de la energía de arranque y la diferencia de potencial, la ecuación anterior se puede escribir como:
Ejemplo: Calcular el Tamaño del Capacito r
Considere un motor monofásico que requiere una energía de arranque de 17 J y el voltaje proporcionado por el suministro de CA es de 120 voltios, luego encuentre el tamaño del capacitor para compensar la energía de arranque requerida por el motor.
Ahora, para encontrar la capacitancia requerida para la energía de arranque necesaria, coloque los valores en la ecuación de soplado:
Ahora hemos calculado el tamaño del condensador y, de acuerdo con los parámetros dados, se requiere un condensador de 0,053 faradios para proporcionar la energía de arranque necesaria.
Método 4: uso de la ecuación de capacitancia
Un condensador consta de dos placas formadas por metal que están separadas por cualquier material aislante denominado habitualmente dieléctrico. Estas placas tienen un tamaño determinado y el dieléctrico tiene sus valores de permitividad; ambos parámetros afectan en gran medida la capacidad del condensador.
Entonces, otra forma de calcular el tamaño del capacitor es utilizando sus parámetros relacionados con las dimensiones y las propiedades dieléctricas. Aquí está la fórmula para calcular la capacitancia del capacitor si se conocen los parámetros dimensionales y los parámetros del aislante:
Ahora aquí A es el área de las placas y d es la distancia entre las placas del capacitor; además, el ϵ oh es la permitividad del espacio libre y ϵ r permitividad relativa del material dieléctrico.
Ejemplo 1: encontrar la capacitancia de un condensador
Considere un capacitor que tiene placas metálicas con un área de 500 cm 2 y la distancia entre las placas es de 0,1 mm, que es el espesor del material dieléctrico. Calcule la capacitancia si el dieléctrico es aire y si el dieléctrico es papel con una permeabilidad relativa de 4.
Primero, encontrar la capacitancia cuando el dieléctrico es aire:
Ahora bien, si el dieléctrico es papel con una permitividad relativa de 4, entonces la capacitancia será:
Ejemplo 2: Calcular el área de las placas de un condensador
¿Cuál sería el área de las placas del capacitor si se requiere una capacitancia de 1 microfaradio y la distancia entre las placas es de 0,1 mm? Considere el aire como dieléctrico como una película de óxido que tiene una permitividad relativa de 10.
Como conocemos la fórmula de la capacitancia, podemos usarla para encontrar el área de las placas que efectivamente afectará el tamaño del capacitor.
Ahora hemos calculado el tamaño de las placas del condensador y, de acuerdo con los parámetros dados, el área de la placa es de 1,13 m. 2 Se requiere un faradio para un condensador que tiene una capacitancia de 1 microfaradio.
Conclusión
Cada circuito eléctrico requiere el conjunto adecuado de componentes que tengan especificaciones óptimas para proporcionar los resultados deseados. Entonces, para encontrar las clasificaciones requeridas de cualquier componente, existen ciertos parámetros como voltaje, corriente, potencia, capacitancia, resistencia y más.
En el caso de seleccionar un capacitor con la capacitancia requerida, la capacitancia se puede calcular de cuatro maneras, lo que en última instancia conduce a determinar el tamaño del capacitor. El tamaño del capacitor se puede calcular usando un método tradicional para encontrar una capacitancia en KVAR, mediante el multiplicador de la tabla, mediante la ecuación de capacitancia y mediante la ecuación de energía de arranque.