Factor de potencia (1/2) El factor de potencia se define como el
cociente de la relación de la potencia activa entre la
potencia aparente; esto es: Comúnmente, el factor de
potencia es un término utilizado para describir la
cantidad de energía eléctrica que se ha convertido
en trabajo.
Factor de potencia (2/2) El valor ideal del factor de potencia es
1, esto indica que toda la energía 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 energía necesaria para producir un trabajo
útil.
Tipos de potencia (1/3)Potencia efectiva La potencia efectiva o
real es la que en el proceso de transformación de la
energía eléctrica se aprovecha como trabajo.
Unidades: Watts (W) Símbolo: P
Tipos de potencia (2/3)Potencia reactiva La potencia reactiva es
la encargada de generar el campo magnético que requieren
para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y
transformadores. Unidades: VAR Símbolo: Q
Tipos de potencia (3/3) Potencia aparente La potencia aparente es
la suma geométrica de las potencias efectiva y reactiva;
es decir: Unidades: VA Símbolo: S
El triángulo de potencias (1/2) Potencia activa P Potencia
reactiva Q Potencia aparente S
El triángulo de potencias (2/2) De la figura se observa:
Por lo tanto, P S Q
El ángulo En electrotecnia, el ángulo nos indica si
las señales de voltaje y corriente se encuentran en fase.
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser:
adelantado retrasado igual a 1.
Tipos de cargas (1/3)Cargas resistivas En las cargas resistivas
como las lámparas incandescentes, el voltaje y la
corriente están en fase. Por lo tanto, En este caso, se
tiene un factor de potencia unitario.
Tipos de cargas (2/3)Cargas inductivas En las cargas inductivas
como los motores y transformadores, la corriente se encuentra
retrasada respecto al voltaje. Por lo tanto, En este caso se
tiene un factor de potencia retrasado.
Tipos de cargas (3/3)Cargas capacitivas En las cargas capacitivas
como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada
respecto al voltaje. Por lo tanto, En este caso se tiene un
factor de potencia adelantado.
Diagramas fasoriales del voltaje y la corriente Según el
tipo de carga, se tienen los siguientes diagramas: V I V I V I
Carga Resistiva Carga Inductiva Carga Capacitiva
El bajo factor de potencia (1/2) Causas: Para producir un
trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto
consumo de energía. Cuando este consumo es en su
mayoría energía reactiva, el valor del
ángulo se incrementa y disminuye el factor de
potencia.
El bajo factor de potencia (2/2) Factor de potencia VS
ángulo V I
Problemas por bajo factor de potencia (1/3) Problemas
técnicos: Mayor consumo de corriente. Aumento de las
pérdidas en conductores. Sobrecarga de transformadores,
generadores y líneas de distribución. Incremento de
las caídas de voltaje.
Problemas por bajo factor de potencia (2/3) Pérdidas en un
conductor VS factor de potencia 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 FP kW 9
6 3 0
Problemas por bajo factor de potencia (3/3) Problemas
económicos: Incremento de la facturación
eléctrica por mayor consumo de corriente.
Penalización de hasta un 120 % del costo de la
facturación. CFE LFC
Beneficios por corregir el factor de potencia (1/2) Beneficios en
los equipos: Disminución de las pérdidas en
conductores. Reducción de las caídas de
tensión. Aumento de la disponibilidad de potencia de
transformadores, líneas y generadores. Incremento de la
vida útil de las instalaciones.
Beneficios por corregir el factor de potencia (2/2) Beneficios
económicos: Reducción de los costos por
facturación eléctrica. Eliminación del cargo
por bajo factor de potencia. Bonificación de hasta un 2.5
% de la facturación cuando se tenga factor de potencia
mayor a 0.9
Compensación del factor de potencia (1/5) Las cargas
inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento.
Esta demanda de reactivos se puede reducir e incluso anular si se
colocan capacitores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la
potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
Compensación del factor de potencia (2/5) P
Compensación del factor de potencia (3/5) En la figura
anterior se tiene: es la demanda de reactivos de un motor y la
potencia aparente correspondiente. es el suministro de reactivos
del capacitor de compensación La compensación de
reactivos no afecta el consumo de potencia activa, por lo que es
constante.
Compensación del factor de potencia (4/5) Como efecto del
empleo de los capacitores, el valor del ángulo se reduce a
La potencia aparente también disminuye, tomando el valor
de Al disminuir el valor del ángulo se incrementa el
factor de potencia.
Compensación del factor de potencia (5/5) Corriente total
Corriente activa Corriente reactiva Corriente total Corriente
activa Capacitores Corriente reactiva Motor de inducción
sin compensación Motor de inducción con capacitores
de compensación
Métodos de compensación Son tres los tipos de
compensación en paralelo más empleados: a)
Compensación individual b) Compensación en grupo c)
Compensación central
Compensación individual (1/3) Aplicaciones y ventajas Los
capacitores son instalados por cada carga inductiva. El
arrancador para el motor sirve como un interruptor para el
capacitor. El uso de un arrancador proporciona control
semiautomático para los capacitores. Los capacitores son
puestos en servicio sólo cuando el motor está
trabajando.
Compensación individual (2/3) Desventajas El costo de
varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitor
individual de valor equivalente. Existe subutilización
para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia.
Compensación individual (3/3) Diagrama de conexión
arrancador M C
Compensación en grupo (1/3) Aplicaciones y ventajas Se
utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas de igual
potencia y que operan simultáneamente. La
compensación se hace por medio de un banco de capacitores
en común. Los bancos de capacitores pueden ser instalados
en el centro de control de motores.
Compensación en grupo (2/3) Desventajas La sobrecarga no
se reduce en las líneas de alimentación
principales
Compensación en grupo (3/3) Diagrama de conexión
arrancador M arrancador M C
Compensación central (1/3) Características y
ventajas Es la solución más general para corregir
el factor de potencia. El banco de capacitores se conecta en la
acometida de la instalación. Es de fácil
supervisión.
Compensación central (2/3) Desventajas Se requiere de un
regulador automático del banco para compensar según
las necesidades de cada momento. La sobrecarga no se reduce en la
fuente principal ni en las líneas de
distribución.
Compensación central (3/3) Diagrama de conexión
C
Cálculo de los kVARs del capacitor (1/2) De la figura
siguiente se tiene: Como: Por facilidad,
Cálculo de los kVARs del capacitor (2/2): Coeficiente
K
Ejemplo 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 (1/3) a) La corriente y la potencia aparente b)
Las pérdidas en el alimentador
Solución (2/3) c) Los kVAR del capacitor Nos referimos a
la tabla del coeficiente “K” y se escoge el valor que
está dado por el valor actual del FP y el valor deseado:
d.1) La corriente y la potencia aparente
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