Corrección del factor de potencia

La corrección del factor de potencia más utilizada, se realiza instalando correctamente capacitores. Y se busca ajustar el  factor de potencia a un valor próximo a la unidad.

Corrección del factor de potencia

Las razones principales son:

1.- Para evitar recargos;  La Comisión Federal de Electricidad  "CFE" en México  nos hace un cobro extra si tenemos un factor  de potencia menor a 0.90.

2.-  Para tener  instalaciones eléctricas  de calidad,  evitándonos tener  paros por disparos de protecciones  por sobrecorrrientes.

Corrección del factor de potencia con capacitores en paralelo

Recordemos que el consumo que se nos cobra  de energía eléctrica  es en KW-hr., Es el producto de la potencia real utilizada en un tiempo determinado. 

De manera industrial los principales consumidor de energía  suele ser los motores  de inducción,

El motor de inducción consume   de energía real Kw-hr, y requiere energía reactiva KVAR -hr.

La energía reactiva utilizada en  los motores es causante de que regrese parte de energía  a la fuente de alimentación.

Los capacitores almacenan la energía  que regresa y de allí será utilizada cuando los motores la requieran.

Los KVARs son  base  para  corregir  el Factor de Potencia

Tomemos por  ejemplo, un pequeño taller de maquinado  con un consumo de 100 kilo Watts y un factor de potencia de 0.85 y deseamos  tener un factor de potencia de 0.95

.- Hay que  encontrar el valor del estado actual de las variables.

¿Cuántos KVARs tenemos?

Variables actuales con Factor de Potencia de 0.85

.- identifiquemos  las variables con el estado deseado.

¿Cuántos  KVARs debemos tener?

Variables deseadas  con Factor de Potencia de 0.95

.- Seleccionamos  el capacitor de valor comercial mas cercado. 

Capacidad nominal de capacitores comerciales  trifásicos 

En nuestro caso seria el de 30 KVArs.

.- Los capacitores deben ser instalados por personal calificado.

 Se manejan voltajes industriales, se requieren amplios conocimientos, aun desconectados los interruptores existe energía almacenada peligrosa, que puede traer consecuencias  fatales.

Evitamos sobre-corriente en la parte de alimentación 

Para obtener un rendimiento óptimo de  equipos e instalaciones,  los expertos pueden recomendar la mejor ubicación del capacitor, el  tipo,  si debe tener filtro de armónicas (filtro LC serie). 

  

Factor de potencia

El  factor de potencia es el porcentaje de  potencia útil  que se aprovecha  de la potencia aparente.

Factor de potencia

El factor de potencia es  un dato de placa en un motor, un número sin unidades, después de las siglas  F.P., o bien como coseno de un ángulo (coseno de ø).

El factor de potencia viene de los efectos de las reactancias inductivas (bobinas)  alimentadas con corriente alterna.

Los  motores de inducción de corriente alterna son la parte principal que mueve a la industria, y son los generadores de potencia reactiva.

Los bobinados de motores  presentan resistencia R  y generan calor, también tiene inductancia L que  genera magnetismo, ambas forman los circuitos RL. 

Power Factor 

R consume potencia útil, y L potencia reactiva Q.

La potencia útil “P”  y la potencia reactiva “Q” están desfasadas 90º,  y se grafican en  un triángulo en la que se incluye la suma vectorial  llamada  potencia aparente “S”.

La potencia aparente “S” representa a la potencia total,  y que no necesariamente se consume.

Triángulo de Potencias

La potencia útil  “P”  también llamada real, activa o verdadera, se mide con un Wattmetro, sus unidades son los Watts (Vatímetro en otros países y su unidad el Vatio).

Potencia útil

La potencia reactiva Q  toma a préstamo energía eléctrica de la compañía suministradora de electricidad  en México de la Comisión Federal  de Electricidad CFE.

Esta energía prestada es devuelta  al invertir el sentido de la corriente.

La energía  reactiva que va y regresa sobrecarga líneas de alimentación y transformadores, representa un gasto no útil.

Las fuentes se diseñan para alimentar de energía a las cargas, y  no para recibir energía de las cargas.

Flujo de Potencias

La potencia reactiva  sobrecarga las líneas y transformadores, en

instalaciones con factores de potencia promedio menores al 0.90 , la CFE (Comisión Federal de Electricidad en México) hará un recargo.

La solución se llama  “Corrección del Factor de Potencia” y se resuelve  seleccionando y conectando correctamente capacitores.

Corrección del Factor de Potencia

La intención es que tengamos menos potencia reactiva (-Q) en las líneas, en otras palabras que la potencia aparente sea casi del mismo valor que la potencia útil (S ≈ P).

Los actuales medidores digitales  presentan lecturas de voltajes de línea, corriente de línea, kilowatts, Kilowatts- hora  y Kilowatts amper reactivos.  Un apoyo importante del avance tecnológico, que nos permite  supervisar de forma mas eficaz nuestra instalación eléctrica.

Medidor digital

Es cuestión de  eliminar  pérdidas de  energía, los Watts-hora (o Kilowatts Hora) es el consumo que  se nos cobra y si hacemos trabajar de más las instalaciones pagaremos recargos.

Triángulo de potencias en circuitos eléctricos

El triángulo de potencias en circuitos eléctricos  es una relación gráfica de forma trigonométrica de las  potencias que intervienen en circuitos que contienen resistencias y reactancias.

Triángulo de potencias en circuitos eléctricos

En circuitos RL  como en un motor eléctrico, en sus bobinados   “solo  hay  2 potencias”, la potencia útil y la potencia reactiva.

Ambas potencias están desfasadas 90º,  y se grafican en  un triángulo llamado "Triángulo  de potencias"  en la que se incluye la suma vectorial de ambas  llamada  potencia aparente “S”.

Potencia útil y potencia reactiva

La potencia útil, también llamada potencia activa o real se mide con un Wattmetro,  cuando nos cobran la energía que consumimos es esta potencia por el tiempo, la energía que consumimos se da en  “Kilowatts- hora”.

La potencia útil se puede obtener  P = S cos ø .

Potencia útil 

La potencia reactiva  “Q”  es utilizada por las bobinas para crear campos magnéticos,  pero una vez que cambia de fase se regresa a la fuente de alimentación.

 Las unidades de “Q”   son Volts-Amper Reactivos VARs.

La potencia útil y la potencia reactiva son catetos  del triángulo de potencias.

La potencia de regreso “reactiva” en nuestras líneas  de alimentación se manifiesta como un aumento de corriente no utilizada,  por lo  que no es deseable.

El diseño de las líneas y transformadores,  serian más grandes, más caros  y  con mayores pérdidas de energía.

Para  compensar se conecta en paralelo capacitores, con esta reactancia capacitiva,  la potencia de regreso carga al capacitor, luego el capacitor la devuelve al motor.

Corrección del factor de potencia 

La corrección del factor de potencia (agregar capacitores) es un ahorro de energía y una exigencia de las compañías  suministradoras de electricidad.

Aquí tome para  ejemplo un solo motor monofásico,  con la intención de una mejor comprensión,  en campo real de manera industrial se hace para cientos de motores, “trifásicos”.

La finalidad  es que la potencia aparente sea casi igual a la potencia útil.

La corrección del factor de potencia no se exige en instalaciones residenciales ni en comercios en las que existan pocas cargas reactivas.

Impedancia

La impedancia  es la  oposición total ofrecida  en un circuito que contiene  resistencias y reactancias, cuando es alimentado  con corriente alterna.

Impedancia

A la impedancia se designa mediante el símbolo Z y  la unidad de medida es el ohm Ω.

La impedancia es  una cantidad bidimensional que comprende resistencia (vector de componente real)  y reactancia (vector de componente imaginario.

Representación en plano cartesiano

Para calcular  la impedancia, se utiliza un  plano cartesiano con ejes X, Y.,  En el eje “X” colocamos   los  valores  de resistencias y en el eje  “Y” los valores reactivos.

Los  vectores  representan valores en ohms  de resistencias y reactancias,  con  magnitud, dirección y sentido.

En cada eje se pueden sumar o restar, el valor de sus componentes de acuerdo al sentido.

Impedancia en circuito serie

La suma vectorial resultante  total es la  Impedancia “Z”, es también la hipotenusa del triángulo rectángulo  en la que los lados son R y X. 

La impedancia Z se calcula matemáticamente con el teorema de Pitágoras,  o se puede  expresar como la suma de un número real y un número imaginario.

La letra J no tiene mayor función que señalar que es valor imaginario, los ohms de la reactancia, localizados en el eje “Y”.

Cálculo de Impedancia de circuito serie

Los valores de reactancia en  ohm Ω  de condensadores e inductores, depende de la  frecuencia,  podemos calcular  solo la reactancia instantánea.

El valor de la reactancia depende de la frecuencia

Y en los circuitos de instalaciones eléctricas con frecuencias fijas, donde predominan cargas inductivas por motores es necesario conectar capacitores. a esto se le llama corrección del factor de potencia.