Factor de potencia

1. Factor de Potencia.<br />Es un indicador del correcto aprovechamiento de la energía eléctrica.<br />Se le conoce al valor de la relación entre las dos potencias como factor de potencia. Las empresas que proveen el servicio de energía eléctrica, aplican una multa a la fábrica que tiene un factor >0.9 (se le conoce también como coseno fi). <br />El factor de potencia ideal es aquel que su relación se encuentra en 1 (o sea, aparente = a efectiva); si queremos saber la potencia efectiva, tenemos que dividir la potencia aparente (la que nos indica en vatímetro) por el factor de potencia <br />Existen métodos para mejorar el factor de potencia, el cual puede tener problemas por dos fenómenos opuestos: atraso en la corriente por las cargas inductivas muy altas, bien, corriente adelantada generada por circuitos con características capacitivas (varios capacitores o motores sincrónicos). He aquí la forma de corregir esta desviación: Si el factor de potencia se debe a una tendencia inductiva, que es lo que regularmente ocurre la mayoría de las veces, se coloca en paralelo con las líneas de alimentación un capacitor de alta capacidad. Obviamente, este banco de capacitores se coloca dentro de la fábrica y existen empresas que los proveen y colocan.<br />Motivos por los cuales existe un bajo factor de potencia.<br />La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos pero es necesaria para el funcionamiento de elementos tales como motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración y otros, puede volverse apreciable en una industria, y si no se vigila apropiadamente hace disminuir el factor de potencia, el cual se penaliza. <br />Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de:<br />-Un gran número de motores.<br />-Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.<br />-Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.<br />-Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.<br />Una carga eléctrica industrial en su naturaleza física es reactiva, pero su componente de reactividad puede ser controlado y compensado, con amplios beneficios técnicos y económicos.<br />Motivos por los que se penaliza el bajo factor de potencia.<br />El hecho de que exista un bajo factor de potencia en su industria produce los siguientes inconvenientes:<br />Al suscriptor:<br />-Aumento de la intensidad de corriente.<br />-Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión.<br />-Incrementos de potencia de las plantas, transformadores y reducción de capacidad de conducción de los conductores.<br />-La temperatura de los conductores aumenta y disminuye la vida de su aislamiento.<br />-Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.<br /> <br />A la compañía de electricidad:<br />-Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en KVA debe ser mayor.<br />-Mayores capacidades en líneas de transporte y transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva.<br />-Caídas y baja regulación de voltajes, los cuales pueden afectar la estabilidad de la red eléctrica.<br />Como se mejora el Facto de Potencia.<br />El factor de potencia exigido por la empresa eléctrica se puede conseguir en una forma práctica y económica, instalando condensadores eléctricos estáticos o utilizando los motores sincrónicos disponibles en su industria.<br /> <br />Condensadores eléctricos estáticos.<br />En plantas industriales, la forma más práctica y económica para la corrección del bajo factor de potencia es la utilización de condensadores. LA corriente del condensador es usada para suplir en su totalidad o en parte, las corrientes magnetizantes requeridas por las cargas.<br />Los condensadores mejoran el factor de potencia debido a que sus efectos son exactamente opuestos a los de las cargas reactivas ya definidas, eliminando así el efecto de ellas.<br />Motores Sincrónicos.<br />Los motores sincrónicos pueden también actuar como generadores de KVAR. Su capacidad para generar KVAR es función de su excitación y de la carga conectada; cuando operan en baja excitación no genera los suficientes KVAR para suplir sus propias necesidades y en consecuencia los toman de la red eléctrica.<br />Cuando operan sobrexcitados (operación normal) suplen sus requerimientos de KVAR y pueden además entregar KVAR a la red; en este caso son utilizados como compensadores de bajo factor de potencia.<br />Métodos de compensación.<br />Son tres los tipos de compensación en paralelo más empleados:<br />a) Compensación individual<br />b) Compensación en grupo<br />c) Compensación central<br />Compensación individual.<br />Aplicaciones y ventajas<br />-Los capacitores son instalados por cada carga inductiva.<br />-El arrancador para el motor sirve como un interruptor para el capacitor.<br />-El uso de un arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores.<br />-Los capacitores son puestos en servicio sólo cuando el motor está trabajando.<br />Desventajas<br />-El costo de varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitor individual de valor equivalente.<br />-Existe subutilización para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia.<br />Diagrama de conexión.<br />Compensación en grupo.<br />Aplicaciones y ventajas<br />-Se utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas de igual potencia y que operan simultáneamente.<br />-La compensación se hace por medio de un banco de capacitores en común.<br />-Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el centro de control de motores.<br />Desventaja<br />La sobrecarga no se reduce en las líneas de alimentación principales<br />Diagrama de conexión.<br />Compensación central.<br />Características y ventajas<br />-Es la solución más general para corregir el factor de potencia.<br />-El banco de capacitores se conecta en la acometida de la instalación.<br />-Es de fácil supervisión.<br />Desventajas<br />- Se requiere de un regulador automático del banco para compensar según las necesidades de cada momento.<br />- La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en las líneas de distribución.<br />Diagrama de conexión.<br />Ejemplo: <br />Un capacitor instalado en el mismo circuito de un motor de inducción tiene como efecto un intercambio de corriente reactiva entre ellos. La corriente de adelanto almacenada por el capacitor entonces alimenta la corriente de retraso requerida por el motor de inducción. La figura 3 muestra un motor de inducción sin corrección del factor de potencia.<br />Un motor de inducción sin corrección de factor de potencia que consume sólo 80 A para su carga de trabajo, necesita la corriente de magnetización de 60 A (reactiva), debiendo obtener del circuito de alimentación 100 A: <br />Por la línea de alimentación fluye la corriente de trabajo junto con la corriente no útil o corriente de magnetización (reactiva). Después de instalar un capacitor en el motor para satisfacer las necesidades de magnetización del mismo (figura 2), el circuito de alimentación sólo tiene que conducir y suministrar 80 A para que el motor efectúe el mismo trabajo, ya que el capacitor se encarga de entregar los 60A restantes.<br />El circuito de alimentación conduce ahora únicamente corriente de trabajo (80A). Esto permite conectar equipo eléctrico adicional en el mismo circuito y reduce los costos por consumo de energía como consecuencia de mantener un bajo factor de potencia.<br />Corrección mediante condensadores.<br />Corriente Trifásica.<br />Si el sistema es trifásico, se coloca una carga de condensadores en paralelo con la carga. Ahora bien, hay dos posibilidades de conexión, en estrella o en triángulo.<br />De donde se deduce que la conexión que interesa es la conexión triángulo, ya que se compensa el factor de potencia con condensadores de tres veces menor capacidad que en la conexión estrella, esto supone un fuerte ahorro en volumen y en dinero.<br />Corriente Monofásica.<br />Dado que la potencia reactiva que consumen los receptores suele ser de tipo inductivo, la idea es conectar condensadores que compensen esta potencia reactiva.<br />Lógicamente la potencia reactiva QC, que es que la aportan los condensadores, debe ser la diferencia entra la potencia reactiva inicial y final.<br />Dado que la capacidad obtenida C, puede tener un valor muy alto, es frecuente recurrir a baterías de condensadores conectadas adecuadamente para dar el valor deseado.<br />Por este método es muy difícil eliminar por completo la componente reactiva, porque posiblemente la carga del circuito no sea estática, sino que varíe con el tiempo. Para solucionar este problema, se puede, o bien calcular una batería de condensadores que, aunque en el peor de los casos no compense del todo la potencia reactiva, deje el factor de potencia en un valor aceptable (en torno a 0,9 o superior); o bien, tener un sistema de control que, en función de la potencia reactiva del sistema, conecte más o menos condensadores de compensación, teniendo así un control escalonado del factor de potencia, para que siempre esté en unos márgenes aceptable.<br />Conclusión.<br />Para el uso racional de la energía, es prioritaria la corrección del factor de potencia. En la compra de artefactos y maquinarias existen algunas marcas que ya traen compensada esta energía a valores exigibles por la empresa proveedora de energía eléctrica. <br />El mantenimiento de valores controlados del factor de potencia redundara en nuestro beneficio y en el de la empresa proveedora, debido a que:<br />-Aumentara la vida útil de instalación.<br />-Evitara la penalización de la facturación.<br />-Mejorara la calidad del producto técnico del suministro que se recibe.<br />-Mejorará la regulación de la tensión del suministro.<br />-Reducirá las pérdidas de calentamiento en líneas y el elemento de distribución.<br />