¿Qué es el factor de potencia?
Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0.
En un sistema eléctrico con corriente alterna, todos los equipos se basan en el electromagnetismo, generando sus propios campos magnéticos, donde coexisten tres tipos diferentes de potencia: potencia activa, potencia reactiva y potencia aparente
Potencia Activa (P)
La potencia Activa o real es la potencia que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo útil. (kW) símbolo (P).
Potencia Reactiva (Q)
La potencia reactiva es la encargada de generar el campo magnético que se requieren para el funcionamiento de los equipos inductivos como lo son motores y transformadores. (KVAR) símbolo (Q).
Potencia Aparente (S)
Es la potencia total que requiere una carga y se obtiene por la suma vectorial de la Potencia Activa + Potencia Reactiva. Con esta potencia es con la cual los equipos alcanzan su calentamiento máximo permisible. (kVA) símbolo (S).
Los capacitores generan energía reactiva de sentido inverso a la consumida en la instalación. Su aplicación neutraliza el efecto de las pérdidas por campos magnéticos. Al instalar condensadores, se reduce el consumo total de energía Potencia Activa + Potencia Reactiva, de lo cual se obtienen diversas ventajas.
El factor de potencia (F.P.) es la relación entre la Potencia activa (P) y la Potencia aparente (S), está determinado por el tipo de cargas conectadas a la instalación, siendo las cargas resistivas las que tienen un factor de potencia próximo a la unidad. Al introducir cargas inductivas y reactivas, el factor de potencia varía retrasando o adelantando la fase de la intensidad respecto a la de la tensión. (0.01 - .99).
El factor de potencia es un indicador sobre el correcto aprovechamiento de la energía, de forma general es la cantidad de energía que se ha convertido en trabajo.
El factor de potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que:
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 mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.
Siempre que el factor de potencia de carga está por debajo de los valores especificados, el consumidor puede ser objeto de sanciones.
La CFE indica que un factor de potencia por debajo del 90% puede ocasionar multas.[1]
Estas sanciones (multas) se producen debido al hecho de que el bajo factor de potencia ocasiona un incremento de potencia reactiva requerida (kVAr) y, como consecuencia, un aumento de la fuente de alimentación.
De acuerdo al comportamiento del factor de potencia se aplica una penalización cuando el f.p. es < al 90% o bonificación cuando el f.p. es > al 90% conforme a lo siguiente:
[1] Tomado de: http://www.cfe.gob.mx/Industria/AhorroEnergia/Lists/Ahorro%20de%20energa/Attachments/3/Factordepotencia1.pdf
Ese desfase es el que mide el factor de potencia y por el cual la C.F.E. (Compañía Federal de Electricidad), aplica cargos y bonificaciones según sea el caso de cada negocio. El Factor de Potencia se mide en unidades decimales siendo el 1, el factor de potencia perfecto. [1]
[1] Tomado de: http://www.canromex.com/sitio/index.php/correccion-de-factor-de-potencia
En esta gráfica podemos ver cómo se comportan las multas o bonificaciones al cambiar el factor de potencia[1]
[1] Tomado de: http://www.canromex.com/sitio/index.php/correccion-de-factor-de-potencia
[1]Tomada de http://www.iice.com.mx/factor-de-potenciaTriángulo de potencias
El llamado triángulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna.[1]
[1] Tomado de http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_factor_potencia/ke_factor_potencia_4.htm
Como se podrá observar en el triángulo de la ilustración, el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ) representa el valor del ángulo que se forma al representar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puede representar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:
El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico, según contenga un circuito inductivo, resistivo, o una combinación de ambos. Ese número responde al valor de la función trigonométrica “coseno”, equivalente a los grados del ángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).
Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor de potencia correspondiente al desfasaje en grados existente entre la intensidad de la corriente eléctrica y la tensión o voltaje en el circuito de corriente alterna. Lo «ideal» sería que el resultado fuera siempre igual a “1”, pues así habría una mejor optimización y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría menos pérdida de energía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producen esa energía. Sin embargo, un circuito inductivo en ningún caso alcanza factor de potencia igual a "1", aunque se empleen capacitores para corregir completamente el desfasaje que se crea entre la potencia activa (P) y la aparente (S). Al contrario de lo que ocurre con los circuitos inductivos, en aquellos que solo poseen resistencia activa, el factor de potencia sí será siempre igual a “1”, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no se crea ningún desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión o voltaje.
En los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra siempre con una fracción decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,8), que es la forma de indicar cuál es el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o por ejemplo, será mucho más eficiente que otro que posea un
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Origen del bajo Factor de Potencia
La mayoría de los equipos eléctricos utilizan potencia activa o real que es la que hace el trabajo real y utilizan también la potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos.
Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de:
· Un gran número de motores.
· Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.
· Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.
· Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.
Problemas técnicos
Además del incremento en el importe de la facturación, un bajo factor de potencia también deriva en los siguientes problemas:
· Mayor consumo de corriente.
· Aumento de las pérdidas en conductores.
· Desgaste prematuro de los conductores.
· Sobrecarga de transformadores y líneas de distribución.
· Incremento en caídas de voltaje.
¿Cómo corregir el factor de potencia?
Ya que el bajo factor de potencia se origina por la carga inductiva, que algunos equipos requieren para su funcionamiento, es necesario compensar este consumo reactivo mediante bancos de capacitores y/o filtros de armónicas (Carga lineal y no lineal).
Se pueden manejar tres arreglos para la aplicación de capacitores, los cuales pueden combinarse entre sí según el arreglo que más beneficie en cada caso.
Compensación individual:
Únicamente estaría en servicio cuando opere la carga a controlar
Compensación en grupo:
Varias cargas de igual capacidad y periodo de trabajo, se pueden compensar con un capacitor en común, en un punto único como un centro de carga.
Compensación global:
Cargas distintas que operan a diferentes períodos pueden ser compensadas, con un banco único de capacitores, conectado usualmente a la entrada de la instalación, el cual mejora el nivel de voltaje pero no reduce las pérdidas.
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