Como probas que a potencia activa é a responsable polo traballo mecánico e non a potencia reactiva

Como Probar que a Potencia Activa é a Potencia que Xera Traballo Mecánico, Non a Potencia Reactiva

Para probar que a potencia activa (Active Power, P) é a potencia que xera traballo mecánico, e non a potencia reactiva (Reactive Power, Q), podemos examinar os principios físicos dos sistemas de potencia e a natureza da conversión de enerxía. A continuación presenta unha explicación detallada:

1. Definicións de Potencia Activa e Potencia Reactiva

Potencia Activa P: A potencia activa refírese á potencia eléctrica real consumida nun circuito AC que se converte en traballo útil. Está asociada con elementos resistivos e representa a conversión de enerxía eléctrica en outras formas de enerxía, como térmica ou mecánica. A unidade de potencia activa é o vatío (W).

Potencia Reactiva Q: A potencia reactiva refírese á parte da potencia eléctrica nun circuito AC que oscila entre a fonte e a carga debido á presenza de elementos inductivos ou capacitivos. Non realiza directamente traballo útil, pero afecta a distribución de tensión e corrente no sistema, impactando na súa eficiencia. A unidade de potencia reactiva é voltio-ampere reactivos (VAR).

2. Factor de Potencia e Diferenza de Fase

Nun circuito AC, a diferenza de fase entre a corrente e a tensión determina a relación entre a potencia activa e a potencia reactiva. O factor de potencia cos(ϕ) é unha medida desta diferenza de fase, onde ϕ é o ángulo de fase entre a corrente e a tensión.

Cando ϕ=0, a corrente e a tensión están en fase, e só existe potencia activa, sen potencia reactiva. Isto é común en cargas puramente resistivas.

Cando ϕ≠0, a corrente e a tensión están desfasadas, resultando tanto en potencia activa como reactiva. Para cargas inductivas (como motores), a corrente queda atrás da tensión; para cargas capacitivas, a corrente vai adiante da tensión.

3. Perspectiva de Conversión de Enerxía

Significado Físico da Potencia Activa:

A potencia activa é a potencia que, a través de elementos resistivos, converte a enerxía eléctrica en outras formas de enerxía, como mecánica ou térmica. Por exemplo, nun motor, a potencia activa supera a resistencia da carga, impulsando o rotor para rotar e producir traballo mecánico.

A magnitude da potencia activa determina o consumo real de enerxía no sistema, facendo dela a potencia directamente relacionada coa realización de traballo útil.

Significado Físico da Potencia Reactiva:

A potencia reactiva non realiza directamente traballo útil, pero está asociada co almacenamento de enerxía en campos magnéticos ou eléctricos dentro de elementos inductivos ou capacitivos. Oscila entre a fonte e a carga sen producir traballo mecánico neto.

O papel principal da potencia reactiva é manter os niveis de tensión no circuito e apoiar a establecemento e mantemento de campos magnéticos ou eléctricos. Aínda que non realiza directamente traballo, é necesaria para a operación estable do sistema.

4. Exemplo cun Motor Eléctrico

Usando un motor eléctrico como exemplo, a distinción entre potencia activa e potencia reactiva torna-se máis clara:

Potencia Activa: A potencia activa nun motor úsase para superar a resistencia da carga, impulsando o rotor para rotar e xerar traballo mecánico. Esta parte da potencia convértese finalmente en enerxía mecánica, alimentando maquinaria como bombas ou ventiladores.

Potencia Reactiva: A potencia reactiva nun motor úsase para establecer e manter o campo magnético entre o rotor e o estator. Este campo magnético é esencial para a operación do motor, pero non produce directamente traballo mecánico. A potencia reactiva oscila entre a fonte de potencia e o motor, sen converterse en enerxía mecánica útil.

5. Lei da Conservación da Enerxía

Segundo a lei da conservación da enerxía, a enerxía eléctrica de entrada a un sistema debe ser igual á enerxía de saída (incluíndo mecánica e térmica) máis calquera perda (como perdas resistivas). A potencia activa é a parte da enerxía eléctrica que realmente se consume e converte en traballo útil, mentres que a potencia reactiva está temporalmente almacenada en campos magnéticos ou eléctricos e non contribúe directamente ao traballo útil.

6. Expresión Matemática

Nun circuito AC trifásico, a potencia aparente total S (Apparent Power) pode expresarse como:

Onde:

• P é a potencia activa, medida en vatíos (W).

• Q é a potencia reactiva, medida en voltio-ampere reactivos (VAR).

A potencia activa P pode calcularse usando a seguinte fórmula:

A potencia reactiva Q pode calcularse usando a seguinte fórmula:

Aquí, V é a tensión de liña, I é a corrente de liña, e ϕ é o ángulo de fase entre a corrente e a tensión.

7. Resumo

• A Potencia Activa é a potencia real consumida e convertida en traballo útil, como mecánica ou térmica. Está asociada con elementos resistivos e pode xerar traballo mecánico.

• A Potencia Reactiva é a potencia asociada con elementos inductivos ou capacitivos, oscilando entre a fonte e a carga. Mantén campos magnéticos ou eléctricos, pero non realiza directamente traballo útil.

Por tanto, a potencia activa é a potencia que xera traballo mecánico, mentres que a potencia reactiva, aínda que crucial para a estabilidade do sistema, non contribúe directamente á realización de traballo. A potencia reactiva apoia o proceso de transferencia de enerxía mantendo os campos magnéticos ou eléctricos necesarios.