Potencia nominal

Entrada de potencia máxima permitida para fluir a través de un equipo eléctrico o mecánico

En ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica , la potencia nominal de un equipo es la máxima potencia de entrada que puede circular a través de un equipo en particular. Según la disciplina en particular, el término potencia puede referirse a potencia eléctrica o mecánica. Una potencia nominal también puede implicar potencia media y máxima, que pueden variar según el tipo de equipo y su aplicación.

Los límites de potencia nominal suelen establecerse como guía por los fabricantes, para proteger el equipo y simplificar el diseño de sistemas más grandes, proporcionando un nivel de funcionamiento en el que el equipo no se dañará y permitiendo un cierto margen de seguridad.

Tipos de equipos

Equipos disipativos

En equipos que principalmente disipan energía eléctrica o la convierten en energía mecánica, como resistencias y altavoces , la potencia nominal indicada suele ser la potencia máxima que el equipo puede disipar de forma segura. La razón habitual de este límite es el calor , aunque en ciertos dispositivos electromecánicos , en particular los altavoces, es para evitar daños mecánicos. Cuando el calor es el factor limitante, la potencia nominal se calcula fácilmente. En primer lugar, se debe calcular la cantidad de calor que el dispositivo puede disipar de forma segura, . Esto está relacionado con la temperatura máxima de funcionamiento seguro , la temperatura ambiente o el rango de temperatura en el que se utilizará el dispositivo y el método de refrigeración . Si es la temperatura máxima de funcionamiento seguro del dispositivo, es la temperatura ambiente y es la resistencia térmica total entre el dispositivo y el ambiente, entonces la disipación máxima de calor viene dada por $P_{D,máx}$ $T_{D,máx}$ $Estilo de visualización T_{A}}$ $\theta_{DA}$

P_{D,máx}={\frac {T_{D,máx}-T_{A}}{\theta _{DA}}}

Si toda la potencia de un dispositivo se disipa en forma de calor, esta también es la potencia nominal.

Equipo mecánico

Los equipos se clasifican generalmente por la potencia que entregarán, por ejemplo, en el eje de un motor eléctrico o hidráulico. La potencia de entrada al equipo será mayor debido a que la eficiencia del dispositivo es menor del 100 %. ^[1]^[2]^[3] La eficiencia de un dispositivo se define a menudo como la relación entre la potencia de salida y la suma de la potencia de salida y las pérdidas. En algunos tipos de equipos, es posible medir o calcular las pérdidas directamente. Esto permite calcular la eficiencia con mayor precisión que el cociente de la potencia de entrada sobre la potencia de salida, donde una incertidumbre de medición relativamente pequeña afectará en gran medida la eficiencia calculada resultante.

Equipos de conversión de potencia

En los dispositivos que convierten principalmente entre distintas formas de energía eléctrica, como los transformadores , o la transportan de un lugar a otro, como las líneas de transmisión , la potencia nominal casi siempre se refiere al flujo máximo de energía a través del dispositivo, no a la disipación dentro de él. La razón habitual para el límite es el calor, y la disipación máxima de calor se calcula como se indicó anteriormente.

Las clasificaciones de potencia se dan generalmente en vatios para la potencia real y en voltios-amperios para la potencia aparente , aunque para los dispositivos destinados a su uso en grandes sistemas de energía, ambos pueden darse en un sistema por unidad . Los cables se clasifican generalmente dando su voltaje máximo y su capacidad de corriente máxima . ^[4] Como la clasificación de potencia depende del método de enfriamiento, se pueden especificar diferentes clasificaciones para enfriamiento por aire, enfriamiento por agua, etc. ^[4]

Promedio vs. máximo

En el caso de dispositivos que funcionan con CA (por ejemplo , cables coaxiales o altavoces ), puede haber incluso dos clasificaciones de potencia: una clasificación de potencia máxima (pico) y una clasificación de potencia media. ^[5]^[6] En el caso de estos dispositivos, la clasificación de potencia pico suele especificar la baja frecuencia o energía de pulso, mientras que la clasificación de potencia media limita el funcionamiento a alta frecuencia. ^[5] La clasificación de cálculo de potencia media depende de algunas suposiciones sobre cómo se va a utilizar el dispositivo. Por ejemplo, el método de clasificación EIA para altavoces utiliza una señal de ruido con forma que simula música y permite una excursión de pico de 6 dB, por lo que una clasificación EIA de 50 vatios corresponde a una clasificación de pico de 200 vatios. ^[6]

Calificación continua máxima

La potencia nominal máxima continua ( MCR ) se define como la potencia máxima (MW) que una central eléctrica es capaz de producir de forma continua en condiciones normales durante un año. En condiciones ideales, la potencia real podría ser superior a la MCR. ^[7]

En el sector del transporte marítimo , los barcos suelen operar a la potencia nominal continua ( NCR ), que es el 85% del 90% de la MCR. La MCR del 90% suele ser la potencia contractual para la que está diseñada la hélice. Por lo tanto, la potencia habitual a la que funcionan los barcos es de alrededor del 75% al 77% de la MCR. ^[8]

Otras definiciones

En algunos campos de la ingeniería se utiliza un conjunto de clasificaciones de potencia aún más complejo. Por ejemplo, los motores de los helicópteros se clasifican según potencia continua (que no tiene una restricción de tiempo), potencia de despegue y vuelo estacionario (definida como funcionamiento de media a una hora), potencia máxima de contingencia (que puede mantenerse durante dos o tres minutos) y potencia de emergencia (medio minuto). ^[9]

En el caso de los motores eléctricos, el factor de servicio transmite un tipo de información similar , que es un multiplicador que, cuando se aplica a la potencia nominal de salida, proporciona el nivel de potencia que un motor puede mantener durante períodos de tiempo más cortos. El factor de servicio suele estar en el rango de 1,15 a 1,4, siendo la cifra menor para los motores de mayor potencia. Por cada hora de funcionamiento a la potencia nominal ajustada al factor de servicio, un motor pierde de dos a tres horas de vida útil a potencia nominal, es decir, su vida útil se reduce a menos de la mitad para un funcionamiento continuo a este nivel. ^[4]^[10] El factor de servicio se define en la norma ANSI /NEMA MG 1, ^[11] y se utiliza generalmente en los Estados Unidos. ^[12] No existe ninguna norma IEC para el factor de servicio. ^[13]

Exceder la potencia nominal de un dispositivo por encima del margen de seguridad establecido por el fabricante suele dañar el dispositivo al hacer que su temperatura de funcionamiento supere los niveles seguros. En los semiconductores , pueden producirse daños irreparables muy rápidamente. Exceder la potencia nominal de la mayoría de los dispositivos durante un período de tiempo muy breve no es perjudicial, aunque hacerlo con regularidad a veces puede provocar daños acumulativos.

Las potencias nominales de los aparatos eléctricos y las líneas de transmisión dependen de la duración de la carga propuesta y de la temperatura ambiente; una línea de transmisión o un transformador, por ejemplo, pueden soportar una carga significativamente mayor en climas fríos que en climas cálidos. Las sobrecargas momentáneas, que provocan altas temperaturas y deterioro del aislamiento, pueden considerarse una compensación aceptable en situaciones de emergencia. La potencia nominal de los dispositivos de conmutación varía en función de la tensión del circuito y de la corriente. En ciertas aplicaciones aeroespaciales o militares, un dispositivo puede tener una potencia nominal mucho más alta que la que se aceptaría en dispositivos destinados a funcionar durante una vida útil prolongada.

Ejemplos

Amplificadores de audio

Las clasificaciones de potencia de los amplificadores de audio se establecen típicamente haciendo funcionar el dispositivo bajo prueba hasta el inicio del recorte , a un nivel de distorsión predeterminado, variable según el fabricante o según la línea de productos. Hacer funcionar un amplificador a niveles de distorsión del 1% producirá una clasificación más alta que hacerlo a niveles de distorsión del 0,01%. ^[14] De manera similar, probar un amplificador en una sola frecuencia de rango medio, o probar solo un canal de un amplificador de dos canales, producirá una clasificación más alta que si se prueba en todo su rango de frecuencia previsto con ambos canales funcionando. Los fabricantes pueden usar estos métodos para comercializar amplificadores cuya salida de potencia máxima publicada incluye cierta cantidad de recorte para mostrar números más altos. ^[14]

Por ejemplo, la Comisión Federal de Comercio (FTC) estableció un sistema de clasificación de amplificadores en el que el dispositivo se prueba con ambos canales activados en todo su rango de frecuencias publicitado, con un nivel de distorsión no mayor que el publicado. Sin embargo, el sistema de clasificación de la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA) determina la potencia del amplificador midiendo un solo canal a 1000 Hz, con un nivel de distorsión del 1 % (1 % de recorte). El método de la EIA clasifica un amplificador entre un 10 y un 20 % por encima de lo que lo hace el método de la FTC. ^[14]

Módulos fotovoltaicos

La potencia nominal de un módulo fotovoltaico se determina midiendo la corriente y la tensión mientras se varía la resistencia bajo una iluminación definida. Las condiciones se especifican en normas como IEC 61215, IEC 61646 y UL 1703; en concreto, la intensidad luminosa es de 1000 W/m2 ^, con un espectro similar al de la luz solar que incide sobre la superficie de la Tierra a una latitud de 35° N en verano ( masa de aire 1,5) y una temperatura de las células de 25 °C. La potencia se mide mientras se varía la carga resistiva del módulo entre circuito abierto y circuito cerrado.

La potencia máxima medida es la potencia nominal del módulo en Watts. Coloquialmente, esto también se escribe como "W _p "; este formato es coloquial ya que está fuera del estándar al agregar sufijos a las unidades estandarizadas . La potencia nominal dividida por la potencia luminosa que incide sobre el módulo (área x 1000 W/m ² ) es la eficiencia .

Véase también

Potencia radiada efectiva , el análogo regulatorio para transmisiones VHF, UHF y FM

Referencias

^ Anthony G. Atkins; Tony Atkins; Marcel Escudier (2013). Diccionario de ingeniería mecánica. Oxford University Press . pág. 269. ISBN 978-0-19-958743-8.
^ Albert Thumann (2010). Guía para ingenieros y gerentes de planta sobre conservación de energía. The Fairmont Press, Inc., pág. 320. ISBN 978-0-88173-657-1.
^ William J. Eccles (2008). Poder pragmático. Morgan & Claypool Publishers. pág. 74. ISBN 978-1-59829-798-0.
^ abc Mukund R. Patel (2012). Introducción a la potencia eléctrica y la electrónica de potencia. CRC Press . págs. 54-55. ISBN 978-1-4665-5660-7.
^ de Jerry C. Whitaker, ed. (2005). The Electronics Handbook, segunda edición. CRC Press. págs. 314-315. ISBN 978-1-4200-3666-4.
^ de Gary Davis; Ralph Johnes (1989). Manual de refuerzo de sonido (2.ª edición). Hal Leonard Corporation . pág. 232. ISBN 978-1-61774-545-4.
^ "IESO". Archivado desde el original el 3 de septiembre de 2013.
^ Propuesta danesa de un índice de CO2 para el diseño de nuevos buques a la Organización Marítima Internacional (OMI) de la ONU de parte de la Autoridad Marítima Danesa ^{[ enlace muerto permanente ]}
^ John M. Seddon; Simon Newman (2011). Aerodinámica básica de helicópteros (3.ª ed.). John Wiley & Sons . pág. 231. ISBN 978-1-119-97272-3.
^ Michael R. Lindeburg, PE (2013). Manual de referencia de ingeniería mecánica para el examen de PE. www.ppi2pass.com. pp. 72–. ISBN 978-1-59126-414-9.
^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de febrero de 2014. Consultado el 11 de febrero de 2014 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
^ Hamid A. Toliyat; Gerald B. Kliman (2004). Manual de motores eléctricos. CRC Press. pág. 181. ISBN 978-0-8247-4105-1.
^ Steve Senty (2012). Fundamentos del control motor. Cengage Learning. pág. 81. ISBN 978-1-133-70917-6.
^ abc Quilter, Patrick (2004). "Cómo comparar las potencias nominales de los amplificadores". Archivado el 11 de enero de 2010 en Wayback Machine Sound and Song . Consultado el 18 de marzo de 2010.

[AtkinsAtkins2013-1] Anthony G. Atkins; Tony Atkins; Marcel Escudier (2013). Diccionario de ingeniería mecánica. Oxford University Press . pág. 269. ISBN 978-0-19-958743-8.

[Thumann2010-2] Albert Thumann (2010). Guía para ingenieros y gerentes de planta sobre conservación de energía. The Fairmont Press, Inc., pág. 320. ISBN 978-0-88173-657-1.

[Eccles2008-3] William J. Eccles (2008). Poder pragmático. Morgan & Claypool Publishers. pág. 74. ISBN 978-1-59829-798-0.

[Patel2012-4] Mukund R. Patel (2012). Introducción a la potencia eléctrica y la electrónica de potencia. CRC Press . págs. 54-55. ISBN 978-1-4665-5660-7.

[Whitaker2005-5] Jerry C. Whitaker, ed. (2005). The Electronics Handbook, segunda edición. CRC Press. págs. 314-315. ISBN 978-1-4200-3666-4.

[Davis1989-6] Gary Davis; Ralph Johnes (1989). Manual de refuerzo de sonido (2.ª edición). Hal Leonard Corporation . pág. 232. ISBN 978-1-61774-545-4.

[7] "IESO". Archivado desde el original el 3 de septiembre de 2013.

[8] Propuesta danesa de un índice de CO2 para el diseño de nuevos buques a la Organización Marítima Internacional (OMI) de la ONU de parte de la Autoridad Marítima Danesa ^{[ enlace muerto permanente ]}

[SeddonNewman2011-9] John M. Seddon; Simon Newman (2011). Aerodinámica básica de helicópteros (3.ª ed.). John Wiley & Sons . pág. 231. ISBN 978-1-119-97272-3.

[PE2013-10] Michael R. Lindeburg, PE (2013). Manual de referencia de ingeniería mecánica para el examen de PE. www.ppi2pass.com. pp. 72–. ISBN 978-1-59126-414-9.

[11] "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de febrero de 2014. Consultado el 11 de febrero de 2014 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)

[ToliyatKliman2004-12] Hamid A. Toliyat; Gerald B. Kliman (2004). Manual de motores eléctricos. CRC Press. pág. 181. ISBN 978-0-8247-4105-1.

[Senty2012-13] Steve Senty (2012). Fundamentos del control motor. Cengage Learning. pág. 81. ISBN 978-1-133-70917-6.

[Quilter-14] Quilter, Patrick (2004). "Cómo comparar las potencias nominales de los amplificadores". Archivado el 11 de enero de 2010 en Wayback Machine Sound and Song . Consultado el 18 de marzo de 2010.