Factor de Potencia - PDF

**Tema: El factor de potencia** **Introducción:** En los sistemas de corriente alterna (CA), uno de los conceptos fundamentales es el factor de potencia (FP), el cual mide qué tan eficientemente se utiliza la energía eléctrica. En términos simples, el factor de potencia indica qué proporción de la...

**Tema: El factor de potencia** **Introducción:** En los sistemas de corriente alterna (CA), uno de los conceptos fundamentales es el factor de potencia (FP), el cual mide qué tan eficientemente se utiliza la energía eléctrica. En términos simples, el factor de potencia indica qué proporción de la energía eléctrica total que se suministra a un sistema se está utilizando para realizar trabajo útil. Para entender mejor el factor de potencia, es necesario diferenciar tres tipos de potencias involucradas en los sistemas de corriente alterna: - **Potencia Activa (P)**: Es la potencia que se convierte efectivamente en trabajo útil, como el movimiento de un motor o el calentamiento de - **vatios (W)** y corresponde a la energía que el sistema realmente utiliza para su función. - **Potencia Reactiva (Q)**: Es la potencia que circula entre las cargas inductivas o capacitivas y la fuente de energía, sin ser aprovechada para realizar trabajo útil. Se mide en **voltamperios reactivos (VAR)**. Aunque esta energía no produce trabajo, es necesaria para el funcionamiento de ciertos equipos que requieren campos magnéticos o eléctricos para operar. - **Potencia Aparente (S)**: Es la combinación de la potencia activa y la potencia reactiva, y representa la potencia total suministrada al sistema. Se mide en **voltamperios (VA)**. Matemáticamente, la relación entre estas potencias puede expresarse de la siguiente manera: S2=P2+Q2 Donde: - S es la potencia aparente en voltamperios (VA). - P es la potencia activa en vatios (W). - Q es la potencia reactiva en voltamperios reactivos (VAR). Esta ecuación se deriva del conocido **triángulo de potencias**, que es una representación gráfica útil para visualizar la relación entre estos tres tipos de potencia. Este triángulo se forma de la siguiente manera: - El **lado horizontal** del triángulo representa la **potencia activa (P)**. - El **lado vertical** del triángulo representa la **potencia reactiva (Q)**. - La **hipotenusa** del triángulo es la **potencia aparente (S)**. **Definición:** El ángulo φ, conocido como el **ángulo de desfase**, es el ángulo que se forma entre la potencia activa y la potencia aparente. Este ángulo representa el desfase entre la **corriente (I)** y la **tensión (V)** en un circuito de corriente alterna. cos(φ)=P/S Este coseno del ángulo φ es, precisamente, el **factor de potencia**. Es decir, el factor de potencia mide el grado en el que la corriente y la tensión están desfasadas entre sí. Las cargas inductivas, como los **motores eléctricos**, **transformadores**, **bombas** y otros equipos que utilizan bobinas o campos magnéticos, tienen un efecto negativo sobre el **factor de potencia (FP)** en los sistemas de corriente alterna. Estas cargas tienden a generar un **desfase** entre la corriente y el voltaje en el sistema. Esto se debe a que, cuando una corriente alterna pasa por una carga inductiva, una parte de la energía eléctrica se almacena temporalmente en el campo magnético que se forma alrededor de las bobinas. Esta energía no se utiliza directamente para realizar trabajo útil, sino que es devuelta al sistema, lo que se traduce en **potencia reactiva (Q)**. 2 Este desfase ocurre porque, en una carga inductiva, la **corriente (I)** se **retrasa** con respecto al **voltaje (V)**, produciendo un **ángulo de desfase (φ)** entre ambas magnitudes. El **factor de potencia (FP)** está relacionado con este desfase a través de la ecuación: FP=cos(φ) Cuando el desfase aumenta (es decir, cuando la corriente se retrasa significativamente con respecto al voltaje), el ángulo φ también aumenta, y el **cos(**φ**)**, que es el factor de potencia, disminuye. "Cuando el factor de potencia es menor a 0,95, se evidencia la presencia de artefactos con elevados consumos de energía reactiva. Esto genera una excesiva circulación de corriente eléctrica en tus instalaciones y en las redes de edenor, lo que puede causar daños por sobrecargas. Además, pueden provocar fluctuaciones de tensión que afecten el rendimiento y funcionamiento de los artefactos."3 2 Información obtenida mediante uso de ChatGPT 3 https://www.edenor.com/hogares-y-comercios/consultas/energia-reactiva **Interpretación del Factor de Potencia y su Importancia en la industria**4 y 5**:** El factor de potencia es fundamental para evaluar la **eficiencia de los sistemas eléctricos**. Un **factor de potencia bajo** indica que gran parte de la energía se desperdicia en forma de energía reactiva, sin producir trabajo útil, es decir, se está consumiendo más energía de la necesaria para realizar un trabajo específico, lo que lleva a un incremento de las pérdidas de energía y mayores costos operativos. La relación entre la potencia aparente (S), la corriente y el factor de potencia puede expresarse como: S=V⋅I=P/FP Si el FP es bajo, el sistema requiere más corriente para suministrar la misma potencia activa produciendo mayor demanda de corriente y pérdidas energéticas. En los sistemas industriales, donde la demanda de potencia es alta, el **factor de potencia ideal** es cercano a **1**. Esto asegura que: - **Menos energía se desperdicia** en la forma de potencia reactiva. - **Menos corriente** fluye a través de los conductores, lo que reduce las **pérdidas por calentamiento** y mejora la eficiencia de transmisión. - Las empresas eléctricas no apliquen **penalizaciones** por bajo factor de potencia, que pueden aumentar considerablemente los costos de operación. **Corrección del Factor de Potencia6:** La corrección del factor de potencia es esencial en entornos industriales para mejorar la eficiencia energética, reducir pérdidas y minimizar los costos operativos. A continuación, se describen los diferentes métodos, su funcionamiento y aplicaciones. **1. Banco de capacitores** El método más común para corregir el factor de potencia es la **instalación de capacitores** en el sistema eléctrico. Los capacitores tienen la capacidad de **producir potencia reactiva capacitiva**, que contrarresta la **potencia reactiva inductiva** generada por cargas como motores y transformadores. 4 y 5 Información obtenida mediante uso de IA Gemini y Hix 6 Información obtenida mediante uso de IA ChatGPT **Funcionamiento** - **Reactancia capacitiva**: Los capacitores funcionan de manera opuesta a las cargas inductivas, ya que en ellos el **voltaje se adelanta a la corriente** (a diferencia de las cargas inductivas donde la corriente se retrasa con respecto al voltaje). Esto crea una **potencia reactiva capacitiva (Qc)** que compensa la **potencia reactiva inductiva (Ql)** generada por los dispositivos inductivos. - **Corrección del desfase**: Al inyectar potencia reactiva capacitiva en el sistema, se reduce el **ángulo de desfase (φ)** entre el voltaje y la corriente, lo que **aumenta el factor de potencia** hacia valores más cercanos a 1. **Aplicación** Este método resulta ideal para mejorar el factor de potencia en aplicaciones industriales convencionales. Los **bancos de capacitores** son una solución sencilla y económica para sistemas con cargas inductivas estables y fijas. **2. Compensadores Síncronos** Los compensadores síncronos son generadores síncronos que no están conectados para producir potencia activa, sino que se utilizan exclusivamente para generar o absorber potencia reactiva. Funcionan como un dispositivo flexible para corregir el factor de potencia, ajustándose a las necesidades del sistema en tiempo real. **Funcionamiento** Un generador síncrono conectado a la red se ajusta para operar sin carga mecánica, por lo que no genera potencia activa. Sin embargo, puede ser excitado eléctricamente para generar potencia reactiva. Al variar el nivel de excitación, el compensador puede funcionar como un reactor (cuando subexcitado) o como un capacitor (cuando sobreexcitado). Esto permite que el compensador genere o absorba potencia reactiva según sea necesario. **Aplicación** Los **Compensadores Síncronos** son ideales para grandes instalaciones o redes eléctricas con variaciones rápidas en la carga. Ofrecen un control dinámico y ayudan a estabilizar la red, pero son más costosos y complejos de implementar. **3. Filtros Activos** Los **filtros activos** son dispositivos más avanzados que no solo corrigen el factor de potencia, sino que también **mejoran la calidad de la energía** al eliminar armónicos y otras perturbaciones en la red eléctrica. Estos dispositivos son más complejos que los capacitores o compensadores síncronos y están diseñados para abordar problemas más diversos en el sistema eléctrico. **Funcionamiento** - Los filtros activos monitorean el flujo de corriente y voltaje en tiempo real y generan una señal compensatoria que corrige tanto la potencia reactiva como los armónicos presentes en el sistema. - **Inyección de corriente compensatoria**: Cuando el sistema detecta un desfase o perturbaciones como armónicos, el filtro activo inyecta corrientes en la red que neutralizan estos efectos, mejorando el factor de potencia y eliminando las distorsiones. **Aplicación** Esta solución es la más completa para corregir el FP y mitigar armónicos en sistemas con cargas no lineales. Los **filtros activos** ofrecen un ajuste dinámico en tiempo real y mejoran la calidad de energía, aunque son más caros y complejos.