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29/1/2015 factor de Potencia

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MAQUINAS ELECTRICAS

Factor de Potencia

El conjunto de todos los elementos elctricos que intervienen directamente en los procesos de generacin, transformacin, transmisin y distribucin

de la energa elctrica forma un todo nico de operacin conjunta, de aqu se deriva que casi toda la electricidad que consumimos en las industrias,

fbricas, hogares todos son elementos que pueden considerarse equipos consumidores de energa elctrica.

Estos usuarios deben de considerar la importancia del Factor de Potencia de su consumo.

Qu es el factor de potencia?Es un indicador cualitativo y cuantitativo del correcto aprovechamiento de la energa elctrica.

Tambin podemos decir, el factor de potencia es un trmino utilizado para describir la cantidad de energa elctrica que se ha convertido en trabajo.

En las instalaciones industriales siempre se va a tener carcter inductivo, senecesitan las inductancias para el funcionamiento de las maquinas Elctricas tales

como motores, transformadores...

Por tanto, parte de la corriente que circula por los circuitos es necesitada por

esasinductancias para generar los campos magnticos pero no produce trabajo

til.

El factor de potencia es el coseno del ngulo que forman la tensin simple y la

corriente de lnea total del circuito.

Es empleado como medida del aprovechamiento de la instalacin elctrica.

A menor coseno mayor ngulo y mayor carcter inductivo y por tanto mayor

corriente en nuestra instalacin que no produce trabajo til.

Nuestro objetivo es compensar el carcter inductivo de la instalacin, que

dentro de la instalacin se siga consumiendo energa reactiva inductiva, pero que

desde la lnea de suministro de energa elctrica la carga en su conjunto se vea

como una carga resistiva, para conseguirlo introduciremos una carga capacitiva

en la instalacin, de forma que no se introduzca nueva potencia activa pero que

se vea compensada la potencia reactiva.

La potencia se puede definir como la capacidad para efectuar un trabajo, en otras palabras, como la razn de transformacin, variacin o

transferencia de energa por unidad de tiempo.

Existen tres tipos de potencia

Potencia ActivaLos diferentes dispositivos elctricos convierten energa elctrica en otras formas

de energa como: mecnica, lumnica, trmica, qumica, entre otras.

Esta energa corresponde a la energa til o potencia activa o simplemente

potencia, similar a la consumida por una resistencia. Expresada en watts.

Potencia Reactiva

Los motores, transformadores y en general todos los dispositivos elctricos que

hacen uso del efecto de un campo electromagntico, requieren potencia activa

para efectuar un trabajo til, mientras que la potencia reactiva es utilizada para la

generacin del campo magntico, almacenaje de campo elctrico que en s, no

produce ningn trabajo.

La potencia reactiva esta 90 desfasada de la potencia activa. Esta potencia es

expresada en volts-amperes reactivos. (VAR)

Potencia Aparente

S = I * V

Es la que resulta de considerar la tensin aplicada al consumo de la corriente

que ste demanda.

Es tambin la resultante de la suma de los vectores de la potencia activa y la

potencia reactiva.

Esta potencia es expresada en volts-amperes ( VA )

Elfactor de potenciase define como el cociente de la relacin de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:

FP = P/S
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Comnmente, el factor de potencia es un trmino utilizado para describir la cantidad de energa elctrica que se ha convertido en trabajo.

El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energa consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo.

Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energa necesaria para producir un trabajo til.

La potenciaactiva o real es la que en el proceso de transformacin de la energa elctrica se aprovecha como trabajo.

Unidades: Watts (W)

Smbolo: P

La potencia reactiva es la encargada de generar el campo magntico que requieren para su funcionamiento los equipos inductivoscomo los motores y transformadores.

Unidades: VAR

Smbolo: Q

La potencia aparente es la suma geomtrica de las potencias efectiva y reactiva; es decir:

Unidades: VA

Smbolo: S

TRINGULO DE POTENCIAS

de la figura vemos

P/S = cos f

por lo tanto

FP =cos f

En electrotecnia, el ngulo f nos indica si las seales de voltaje y corriente se encuentran en fase.

Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia (FP =cos f) puede s er: adelantado retrasado igual a 1.

En las cargas resistivas como las lmparasincandescentes, el voltaje y la corriente estnenfase.

Por lo tanto,f= 1


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En este caso, se tiene un factor de potenciaunitario.

En las cargas inductivas como los motores ytransformadores, la corriente se encuentraretrasada respecto al voltaje.

Por lo tanto,f< 1

En este caso se tiene un factor de potenciaretrasado.

En las cargas capacitivas como loscondensadores, la corriente se encuentraadelantada respecto al voltaje.

Por lo tanto,f > 1

En este caso se tiene un factor de potenciaadelantado.

Si deseas conocer ms sobre el factor de potencia descarga aqu elPDF

Factor de diversidad o de grupo (Fdiv)

Se define como la relacin entre las sumas de las demandas mximas individuales yla demanda mxima de todo el grupo. Puede referirse a dos o

ms cargasseparadas, o puede incluir todas las cargas de cualquier parte de un sistemaelctrico o el sistema total.

El factor de diversidad se utiliza para determinar la demanda mxima que resulte dela combinacin de un grupo de cargas individuales o de la

combinacin de dos oms grupos de stos. Estas combinaciones puede representar un grupo de usuariosalimentados por un transformador, un

grupo de transformadores conectados a unalimentador primario, un grupo de alimentadores conectados a una subestacin, etc.

Mientras que el factor de demanda indica la simultaneidad en el uso de los equiposinstalados por el usuario, el factor de diversidad permite juzgar el

hecho de que tancoincidentes en el tiempo son las demandas mximas individuales y aprovechar ladiversidad para hacer ms econmicos los

diseos y construcciones de los sistemasde distribucin puesto que se ajustan a la realidad. Los factores de diversidad sondiferentes para las

distintas regiones del pas, pues dependen del clima, de lascostumbres, del grado de industrializacin de la zona y de las diferentes clases

deconsumo.

Las siguientes curvas de carga se utilizan para mostrar el clculo del factor dediversidad, estas curvas simulan comportamientos residenciales de los

estratos 1 y2. (Observar la Figura 11)
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Demanda no coincidente = 70 kVA + 60 kVA + 80 kVA = 210 kVA

Demanda mxima diversificada del grupo = 160 kVA

Fdiv = (70 + 60 + 80) kVA / 160 kVA

Fdiv = 0,50

El factor de diversidad puede ser igual o mayor que la unidad: es igual a 1 cuandotodas las demandas mximas individuales ocurran simultneamente

o soncoincidentes.


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DEMANDA Y FACTOR DE DEMANDA

La demanda de una instalacin o sistema de distribucin es la carga en las terminales receptoras tomadas en un valor medio en determinado

intervalo, con esta definicin se entiende por carga la que se mide en trminos de potencia (aparente, activa, reactiva o compleja) o de intensidad de

corriente. El perodo durante el cual se toma el valor medio se denomina intervalo de demanda y es establecido por la aplicacin especifica que se

considere, la cual se puede determinar por la constante trmica de los aparatos o por la duracin de la carga.

La carga puede ser instantnea, como cargas de soldadoras o corrientes de arranque de motores. Sin embargo los aparatos pueden tener una

constante trmica en un tiempo determinado, de tal manera que los intervalos de demanda pueden ser de 15, 30, 60 o ms minutos, dependiendo

del equipo de que se trate, se puede afirmar entonces que al definir una demanda es requisito indispensable indicar el intervalo de demanda ya que

sin esto el valor que se establezca no tendr ningn sentido prctico.

Por ejemplo, si se requiere establecer el valor de demanda en amperes para la seleccin o ajuste de fusibles o interruptores se deben utilizar valores

instantneos de corriente de demanda, sin embargo, esta situacin no se presenta en la mayora de los equipos elctricos, ya que su diseo en

cuanto a capacidad de carga se basa en la elevacin de temperatura que pueden alcanzar dentro de los mrgenes de seguridad, y este cambio de

temperatura no es instantneo ni depende simplemente de la carga que se aplique sino tambin del tiempo.

Como ejemplos de lo anterior se pueden mencionar los cables y transformadores, que tienen una constante de tiempo trmico digno de tenerse en

cuenta y por lo tanto poseen una capacidad de almacenamiento trmico y de sobrecarga considerable, por lo que las cargas varan entre picos

comparativamente agudos y valles profundos.

Si la carga consiste principalmente de un motor de induccin el valor instantneo de la corriente de arranque ser cinco veces la corriente normal de

plena carga y probablemente muchas veces mayor que la corriente que por lo regular tome el transformador que lo alimente: sin embargo, se sabe

que durar un intervalo muy pequeo, usualmente menor que un segundo.

Dado que la capacidad de carga de un transformador se basa en la elevacin de temperatura con carga continua, y esta ltima est determinada por

energa calorfica que se puede medir en watt-hora o kilowatt-hora, los valores altos de corriente de corta duracin no producirn elevaciones de

temperatura considerables y consecuentemente ser antieconmico determinar la capacidad del transformador que se requiere debido a estas altas

corrientes de corta duracin.

Como ya se mencion los intervalos en los que usualmente se mide la demanda son de 15, 30 o 60 minutos, siendo los intervalos de 15 o 30

minutos los que se aplican por lo general para la facturacin o determinacin de capacidad de equipo.

La demanda promedio en cualquier perodo es igual al nmero de kilowatt-hora consumidos, divididos entre el nmero de horas en el perodo

considerado.

Demanda mxima

Las cargas elctricas por lo general se miden en amperes, kilowatts o kilovolt-amperes; para que un sistema de distribucin o parte de ste se

planee eficientemente se debe conocer la "Demanda Mxima" del mismo.

Como ya se ha mencionado, en general las cargas elctricas rara vez son constantes durante un tiempo apreciable, o sea que fluctan de manera

continua, en una curva de carga de 24 horas de un transformador de distribucin, la carga vara entre un mximo a las 19:30 horas y un mnimo a las

3:30 horas, aunque los valores cambien, este tipo de curva se repetir constantemente, as se presentarn variaciones similares de mximo y mnimo

en todas las partes del sistema de distribucin, el valor ms elevado se denomina pico o demanda mxima.

El valor de la demanda anual es el ms utilizado para la planeacin de la expansin del sistema de distribucin, el trmino de demanda a menudo se

usa en el sentido de mxima demanda para el perodo de se especifique, por supuesto es necesaria la determinacin exacta de la mxima demanda

de una carga individual cuando en la facturacin del cliente se incluye el valor que tome la demanda mxima.

El conocimiento de la demanda mxima de un grupo de cargas y su efecto en el sistema de distribucin es tambin de gran importancia, dado que la

demanda mxima del grupo determinar la capacidad que requiera el mismo sistema, de igual modo, la demanda mxima combinada de un grupo

pequeo de consumidores determinar la capacidad del transformador que se requiere; as las cargas que alimenta un grupo de transformadores dan

por resultado una demanda mxima, la cual determina el calibre del conductor y la capacidad del interruptor o del regulador que formen parte de un

alimentador primario.

La mxima demanda combinada de un grupo de alimentadores primarios determinar la capacidad de la subestacin hasta llegar a determinar en

forma consecuente la capacidad de generacin necesaria para todo el sistema elctrico de potencia.

Como se puede observar, en todos los casos la determinacin de la demanda mxima es de vital importancia, y si no se pueden obtener medidas

precisas de la demanda es necesario estimar su valor de la mejor manera posible para utilizar estos datos correctamente en el proceso de la

planeacin del sistema de distribucin.

La "Carga Conectada", es la suma de los valores nominales de todas las cargas del consumidor que tienen posibilidad de estar en servicio al mismotiempo para producir una demanda mxima. La carga conectada se puede referir tanto a una parte como al total del sistema de distribucin y se

puede expresar en watts, kilowatts, amperes, caballos de potencia, kilovolt-amperes, etc., dependiendo de las necesidades o requerimientos para

su estudio.

La carga conectada representa la demanda de carga mxima posible. Si por ejemplo un consumidor tiene una carga conectada trabajando

simultneamente, la cual consiste en:


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20 lmparas 100 watts.

30 lmparas 250 watts.

1 motor 80 Cp

carga total: 69.2 kW

expresada en kVA, la carga conectada en kW se deber convertir dividiendo su valor entre el factor de potencia del sistema, siendo el factor de

potencia de 0.9, se tiene:

carga conectada = 69.2 kW = 76.88 kVA

0.9

Factor de carga

Es la relacin entre la demanda promedio en un intervalo dado y la demanda mxima que se observa en el mismo intervalo; basndose en lo anterior

se puede expresar el concepto en forma matemtica:

Fc = Dm = Dm x Dd = energa absorbida en el intervalo Dd

Dms Dm x Dd Dm x Dd

El pico de carga puede ser el mximo instantneo o el mximo promedio en un intervalo (demanda mxima), en esta definicin el pico de carga porlo regular se entiende como la mayor de todas las cargas promedio en un intervalo especfico.

El promedio y las cargas mximas instantneas se deben expresar en las mismas unidades para que el factor de carga sea adimensional, la definicin

del factor de carga debe ser especfica en el establecimiento del intervalo de la demanda as como el perodo en que la demanda mxima y la carga

promedio se apliquen.

Para una carga dada, excepto una en que el ciclo de carga este compuesto de ciclos idnticos, un perodo mayor dar un factor de carga ms

pequeo, dado que el consumo de energa se distribuye en un tiempo mayor, el factor de carga anual influido por las estaciones del ao ser

considerablemente menor que el de un factor de carga diario o semanal, asimismo, el factor de carga semanal ser menor que un factor de carga

diario.

Por lo tanto, es importante observar que cuando se quieran comparar diversos factores de carga caractersticos esto se debe o puede hacer

siempre y cuando los intervalos sean idnticos.

Una carga constante durante un perodo tendr un factor de carga de 1.0 debido a que la carga promedio y el pico de carga son iguales, por logeneral el factor de carga es mucho menor.

El factor de carga indica bsicamente el grado en que el pico de carga se sostiene durante un perodo. Ciclos de carga de varias formas y diferentes

picos de carga pueden tener factores de carga iguales, siendo el nico requisito cuando la relacin de los respectivos promedios a los picos de

carga sean iguales.

En cuanto a los problemas concernientes de los sistemas de distribucin, el factor de carga por s solo no es usualmente tan importante como la

curva de carga de la cual se deriva, la curva muestra las fluctuaciones de la carga de hora a hora o de da a da a travs del perodo que se

considere.

El factor de carga es un ndice de la eficiencia del sistema o parte del sistema de distribucin, siendo el 100% de factor de carga o el pico de carga

constante de las 24 horas por da el mximo posible.

FACTOR DE DEMANDA

El factor de demanda en un intervalo d de un sistema de distribucin o de una carga, es la relacin entre su demanda mxima en el intervalo

considerado y la carga total instalada. Obviamente el factor de demanda es un nmero adimensional; por tanto la demanda mxima y la carga

instalada se debern considerar en las mismas unidades, el factor de demanda generalmente es menor que 1 y ser unitario cuando durante el

intervalo d todas las cargas instaladas absorban sus potencias nominales.

Por lo tanto, el factor de demanda se expresa:

Fd = D ms

P ins

Donde:

Fd = Factor de demanda del sistema de distribucin.

D ms = Demanda mxima del sistema de distribucin en un intervalo ( d ).

P ins = Carga total instalada en el sistema de distribucin.


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A continuacin se enlistan los factores de demanda reales de servicios industriales, comerciales y residenciales ms comunes que se deben utilizar

para el diseo de sistemas de distribucin.

CARGAS DE SERVICIOS HABITACIONALES:

TIPOS DE SERVICIOS F. DE DEM.

* Asilos y casas de salud. 45 %

* Asociaciones civiles. 40 %

* Casas de huspedes. 45 %

* Servicio de edificio residencial. 40 %

* Estacionamiento o pensiones. 40 %

* Hospicios y casas de cuna. 40 %

* Iglesias y templos. 45 %

* Servicio residencial sin aire

acondicionado 40 %

* Servicio residencial con aire

acondicionado 55 %

CARGAS COMERCIALES:


* Tiendas y abarrotes. 65 %

* Agencias de publicidad. 40 %

* Alfombras y tapetes. 65 %

* Almacenes de ropa y bonetera 65 %

* Artculos fotogrficos. 55 %

* Bancos. 50 %

* Baos pblicos. 50 %

* Boticas, farmacias y drogueras. 50 %

* Cafeteras. 55 %

* Camiseras. 65 %

* Centros comerciales, tiendas de descuento. 65 %

* Colegios. 40 %

* Dependencias de gobierno. 50 %

* Embajadas, consulados. 40 %

* Gasolineras. 45 %

* Imprentas. 50 %

* Jugueteras. 55 %

* Papeleras. 50 %

* Mercados y bodegas. 50 %

* Molinos de nixtamal. 70 %


* Panaderas. 40 %

* Peluqueras, salas de belleza. 40 %

* Restaurantes. 60 %

* Teatros y cines. 50 %


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