Factor De Potencia

Introducción

El Factor de potencia

La utilización de la energía eléctrica, distribuida mediante redes de corriente alterna, ya sea cara fines industriales, comerciales o residenciales, lleva implícita la existencia de campos magnéticos para el establecimiento de los campos rotantes que mueven a los motores, para las reactancias de las lámparas de descarga o tubos fluorescentes, etc.

Tales campos magnéticos requieren de la red de alimentación una cierta potencia reactiva (KVAR) que, si bien no significa un aumento directo de la potencia activa (KW) que se está utilizando, se traducen, amén del costo económico para aquellos usuarios a los que se les factura la energía reactiva, en mala regulación de la tensión dé suministro (generalmente "baja tensión"), mayores pérdidas en líneas y elementos de distribución y aumento de la potencia aparente (KVA) requerida para igual potencia activa utilizada.

Todo usuario de energía eléctrica tiene una cierta tensión de alimentación (Volts) que aplicada a los motores y/o artefactos de iluminación y/o calefactores, etc. dará lugar a una cierta corriente (Amperes). Ambas magnitudes pueden ser representadas mediante vectores o, más propiamente, que tendrán entre sí un cierto ángulo o desfasaje, que dependerá del tipo de carga considerada.

La importancia que cada una de las configuraciones de la figura 5.1 tiene, desde el punto de vista energético, surge de considerar las distintas clases de potencia que un circuito eléctrico puede intercambiar con la red que lo alimenta.

Figura 5.1 Clases de potencia

Potencia Activa

Representa aquellas formas de intercambio irreversible de energía. Es la que efectivamente se aprovecha como potencia útil, por ejemplo, en el eje de un motor, la que se transforma en calor en la resistencia de un calefactor, etc.

P=U.I.cosφ [W]

Potencia Reactiva

Es la que los campos magnéticos de los motores, de los reactores ó balastos de iluminación, etc. intercambian con la red sin significar un consumo de potencia activa en forma directa.

Q=U.I.senφ [VAr]

Potencia Aparente

Es la que resulta de considerar la tensión aplicada al consumo y la corriente que éste demanda, esta potencia es lo que limita la utilización de transformadores, líneas de alimentación y demás elementos componentes de los circuitos eléctricos.

S=U.I [VA]

Efectuadas las definiciones de las potencias y teniendo en cuenta que, tanto en las instalaciones industriales como comerciales y residenciales, el tipo de consumo es preponderantemente inductivo puede decirse que el diagrama fasorial de un consumo tipo, teniendo en cuenta las potencias será el de la figura 5.2. En ella, se puede apreciar claramente que, para una misma potencia activa P, que efectivamente utilicemos, tendremos que la corriente I y la potencia aparente S son mínimas cuando el ángulo , ó dicho de otra forma, cuando .

Al se lo identifica como “factor de potencia” siendo su limite de variación entre , y su compensación ó aproximación a “1” mediante el uso de capacitores en instalaciones industriales.

Figura 5.2 Diagramas fasoriales y vectoriales

COMPENSACION DEL FACTOR DE POTENCIA

De acuerdo a lo explicado en el punto anterior podemos decir, despreciando las pérdidas e en líneas y demás elementos de distribución, que la potencia aparente que recibe un consumidor se descompone en activa reactiva pudiendo hacerse el esquema de la figura 5.3a. La potencia activa debe ser inevitablemente suministrada por la red pero no sucede lo mismo con la reactiva que, salvo los casos especiales en que se disponga de máquinas sincrónicas, puede ser compensada con la conexión de capacitores, como se muestra en la figura 5.3b.

El uso de capacitores para compensar el factor de potencia, ampliamente difundido en los países industrializados, se ha incentivado como consecuencia de la crisis energética, de la actualización tarifaría y el consiguiente aumento de las penalidades, también han contribuido significativamente los desarrollos de nuevos y mejores dieléctricos, el avance en los diseños y, en general, el adelanto tecnológico, que han significado capacitores de menores costos, con menores pérdidas y bajo porcentaje de fallas.

Figura 5.3 Descomposición de la potencia a la carga

DETERMINACION DE LA POTENCIA REACTIVA

Las expresiones dadas en el punto 1, para las distintas clases de potencias corresponden a circuitos monofásicos (en general de 220 Vca) en tanto que para los circuitos trifásicos (de 3 x 380 V y 3 x 13.200 V) que por razones técnico-económicas son los que se usan en la distribución de energía eléctrica y en las instalaciones industriales, dichas potencias se expresan mediante:

P=√3.U_L.I_L.cosφ

Q=√3.U_L.I_L.senφ

S=√3.U_L.I_L

En aquellos casos en que la información sea proveniente de medidores de energía debe tenerse en cuenta que el concepto de energía involucra una cierta potencia consumida a lo largo de un lapso de tiempo:

Energía [KWh]=Potencia [Kw].Tiempo [horas]

E_A=P . t

Lo mismo se aplica al caso de energía reactiva. En todos los casos que se estudiarán a continuación se aplicarán soluciones prácticas que de ninguna forma pretende ser la óptima o ideal ya que ésta requeriría estudiar la configuración del circuito, la distribución de cargas, la regulación de tensión, etc. Por lo tanto será el proyectista o instalador el que optará por el criterio a aplicar en cada caso, nuestro objeto es suministrar una guía para calcular la potencia reactiva necesaria.

Instalaciones industriales con medición de energía reactiva.

Conociendo la energía activa y reactiva consumida en uno o varios períodos de medición, por ejemplo los estados mensuales de los medidores y las horas mensuales de utilización, puede calcularse el consumo de potencia y el factor de potencia promedio de la instalación.

P [Kw]=(Energía Activa [KWh])/(Tiempo de utilización [horas])=E_A/t

cosφ=E_A/√(〖(E_A)〗^2+〖(Energía reactiva=E_R)〗^2 )=E_A/√(E_A^2+E_R^2 )

o también recurriendo a la trigonometría:

tgφ=E_A/E_R □(⇒┴ ) cosφ=cos[arctg(E_A/E_R )]

Con el factor de potencia calculado y sabiendo cual es el que se quiere alcanzar se entra en la figura 5.4 y se obtiene el coeficiente por el cual hay que multiplicar la potencia activa promedio para obtener la potencia reactiva necesaria a instalar.

Factor multiplicador de los KW de la carga para elevar el factor de potencia:

Factor de

Potencia 1,000

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