Qué es el Factor de Potencia

El conjunto de todos los elementos eléctricos que intervienen directamente

en los procesos de generación, transformación, transmisión y distribución

de la energía eléctrica forma un todo único de operación conjunta, de aquí

se deriva que casi toda la electricidad que consumimos en las industrias,

fábricas, hogares todos son elementos que pueden considerarse equipo

consumidores de energía eléctrica. Estos

usuarios deben de considerar la importancia del

Factor de Potencia de su consumo.

Es un indicador cualitativo y cuantitativo del

correcto aprovechamiento de la energía

eléctrica.

También podemos decir, el factor de potencia

es un término utilizado para describir la

cantidad de energía eléctrica que se ha

convertido en trabajo. Como el factor de

potencia cambia de acuerdo al consumo y tipo

de carga, repasaremos algunos conceptos para expresar matemáticamente el

factor de potencia.

Es un indicador del correcto aprovecha-miento de la energía eléctrica. El

Factor de Potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que:

MUY MALO EXCELENTE

El factor de potencia es la relación entre la potencia activa (en watts, W), y

la potencia aparente (en volts-ampers, VA) y describe la relación entre la

potencia de trabajo o real y la potencia total consumida. El Factor de

Potencia (FP) está definido por la siguiente ecuación: FP = El factor de

potencia expresa en términos generales, el desfasamiento no de la corriente

con relación al voltaje y es utilizado como indicador del correcto

aprovechamiento de la energía eléctrica, el cual puede tomar valores entre

0 y 1.0 siendo la unidad (1.0) el valor máximo de FP y por tanto el mejor

1 0

aprovechamiento de energía. CAUSAS DEL BAJO FACTOR DE

POTENCIA Las cargas inductivas como motores, balastros,

transformadores, etc., son el origen del bajo factor de potencia ya que son

cargas no lineales que contaminan la red eléctrica, en este tipo de equipos

el consumo de corriente se desfasa con relación al voltaje lo que provoca

un bajo factor de potencia

La medición de POTENCIA en corriente alterna es más complicada que la

de corriente continua debido al efecto de los inductores y capacitores. Por

lo que en cualquier circuito de corriente alterna existen estos tres

parámetros de inductancia, capacitancia y resistencia en una variedad de

combinaciones. En circuitos puramente resistivos la tensión (V) está en

fase con la corriente (i), siendo algunos de estos artefactos como lámparas

incandescentes, planchas, estufas eléctricas etc. Toda la energía la

transforma en energía lumínica o energía calorífica.

Mientras que en un circuito inductivo o capacitivo la tensión y la corriente

están desfasadas 90 ° una respecto a la otra. En un circuito puramente

inductivo la corriente está atrasada 90 ° respecto de la tensión. Y en un

circuito puramente capacitivo la corriente va adelantada 90 ° respecto de la

tensión.

Por qué existe bajo factor de potencia

CONSECUENCIAS DEL BAJO FACTOR DE POTENCIA Las

instalaciones eléctricas que operan con un factor de potencia menor a1.0,

afectan a la red eléctrica tanto en alta tensión como en baja tensión,

además, tiene las siguientes consecuencias en la medida que el factor de

potencia disminuye

La potencia reactiva, es necesaria para producir el flujo electromagnético

que pone en funcionamiento elementos como: motores, transformadores,

lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración, entre otros. Cuando la

cantidad de estos equipos

es apreciable, un alto

consumo de energía

reactiva puede producirse

como consecuencia.

Entre las principales consecuencias de un bajo factor de potencia

podemos mencionar los siguientes:

Aumento en la corriente

Incrementan las pérdidas por efecto Joule las cuales son una función del

cuadrado de la corriente, ejemplo:

-Los cables entre el medidor y el usuario

-Los embobinados de los transformadores de distribución

-Dispositivos de operación y protección

Aumento en la caída de tensión resultando en un insuficiente

suministro de potencia a las cargas, éstas sufren una reducción en su

potencia de salida. Esta caída de tensión afecta a:

-Embobinados de transformadores de distribución

-Cables de alimentación

-Sistema de protección y control

Estas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de

energía eléctrica. El productor penaliza al usuario con factor de

potencia bajo haciendo que pague más por su electricidad.

En caso que el factor de potencia sea inferior a 90%, implica que los

artefactos tienen elevados consumos de energía reactiva a la energía

activa, produciéndose una circulación excesiva de corriente eléctrica

en sus instalaciones.

Es por esta razón que las compañías de electricidad cargan tarifas más altas

cuando el factor de potencia es bajo.

El valor del factor de potencia es determinado por el tipo de cargas

conectadas en una instalación. De acuerdo a su definición el factor de

potencia es a dimensional y puede tomar valores entre 0 y 1 En un circuito

resistivo puro: φ = 0

Esto es la corriente y la tensión cambian de polaridad en el mismo instante

en cada ciclo, siendo por lo tanto el factor de potencia la unidad.

Por otro lado en un circuito reactivo puro, la corriente y la tensión están en

cuadratura: φ = 90 °, siendo el factor de potencia igual a cero.

Cuando en un circuito sea de carácter inductivo se hablará de un factor de

potencia en retraso (corriente retrasada respecto a la tensión), mientras que

se dice en adelanto cuando es de carácter capacitivo (corriente adelantada

respecto a la tensión).

El factor de potencia (fp) y el cos φ son

dos términos distintos y dependen de los

siguientes:

cos φ; sólo depende de las potencias activa

(P) y reactiva (Q)

fp ; Dependen de las potencias activa (P), reactiva (Q) y de las distorsiones

(D).

En el caso que D = 0 ambos coincidirán.

El bajo factor de potencia es la causa de recargos en la cuenta de energía

eléctrica, los cuales llegan a ser significativos cuando el factor de potencia

es reducido.

Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el riesgo

de incurrir en sobrecarga.

El primer paso en la corrección del factor es el prevenirlo mediante la

selección y operación correcta de los equipos.

Cuando las variaciones de la carga son significativas, es recomendable el

empleo de bancos de capacitores automáticos.

La corrección del factor de potencia puede ser un problema complejo.

Ejemplo de la corrección del factor de potencia en un

circuito monofásico

Cuando se conecta a una línea de potencia de 120V (rms) a 60 Hz, una

carga absorbe 4kW con factor de potencia atrasado de 0,8. Halle el valor de

la capacitancia necesaria para aumentar el fp a 0,95.

Solución:

Si el fp = 0,8, entonces

cos 1 = 0,8

1 = 36,87°

Donde 1 es la diferencia de fase entre la tensión y la corriente. La

potencia aparente se obtiene de la potencia real y el fp como:

S1 =

S1 =

= 5000VA

La potencia reactiva es:

Q1 = S1 * sen 1

Q1 = 5000VA * sen = 3000 VAR

Cuando el fp aumenta a 0,95

Cos 2 = 0,95

2 = 18,19°

La potencia real P no ha cambiado. Pero la potencia aparente si, su nuevo

valor es:

S2 =

S2 ==

= 4210,5 VA

La nueva potencia reactiva es:

Q2 = S2 * sen2

Q1 = 4210,5 VA * sen = 1314,1 VAR

La diferencia entre la nueva y la antigua potencias reactivas se debe a la

adición a la carga del capacitor en paralelo. La potencia reactiva debida al

capacitor es:

Qc = Q1 – Q2

Qc = 3000 – 1314,4 = 1685,6 VAR

y

C =

= 310,5

Al comprar capacitores, normalmente se toman en cuenta las tensiones

esperadas. En este caso, la tensión máxima que este capacitor soportara es

de alrededor de 170V de pico. Se sugiere adquirir un capacitor con una

tensión nominal igual o mayor a 200V.

Ejemplo de la corrección del factor de potencia en un

circuito trifásico

Se tiene un motor trifásico de 20 Kw operando a 440 V, con un factor de

potencia de 0.7, si la energía se entrega a través de un alimentador con una

resistencia total de 0.166 Ohms calcular:

a) La potencia aparente y el consumo de corriente

b) Las pérdidas en el cable alimentador

c) La potencia en kVAR del capacitor que es necesario para corregir el F.P.

a 0.9

d) Repetir los incisos

a) y b) para el nuevo factor de potencia

e) La energía anual ahorrada en el alimentador si el motor opera 600 h/mes.

Solución:

a) la corriente y potencia aparente:

I=

=

I=

= 37.49A

S=

S=

S= 28.571 kVA

b) Las pérdidas en el alimentador

Perd = 3 * R * I2

Perd1 = 3 * 0,166 * 37,492

Perd1 = 700 W

c) Los kVAR del capacitor y se escoge el valor que está dado por el

valor actual del FP y el valor deseado:

Qc = P * k

Qc = 20kW * 0,536

Qc = 10,72 kVAR

d) La corriente y la potencia aparente

I2 =

= 29.16A

S2 = = 22,22 kVA

Las pérdidas en el alimentador

Perd2 = 3 * 0,166 * 29,162

Perd2 = 423,45 W

ΔP = Perd1 – Perd2

ΔP = 700 – 423,45

ΔP = 276,55 W

La energía ahorrada al año:

ΔE = Δ

ΔE =

ΔE = 1990,8 kWh

Considerando a 0,122 BsF. por kWh, se tienen 242,88 BsF. de ahorro tan

solo en el alimentador.