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Conceptos relativos a las instalaciones eléctricas

El factor de potencia es el coseno del ángulo de desfase entre el voltaje alterno aplicado y la corriente alterna. Los elementos lineales que integran un circuito o sistema eléctrico poseen características resistivas, inductiva o capacitivas. La combinación de estos elementos tiene como resultado que al circular una corriente alterna por estos circuitos o sistemas, dicha corriente puede estar en atraso, en fase o adelanto respecto del voltaje alterno aplicado.Para efectos de la transmisión de potencia, y para que este voltaje y corriente produzcan una potencia activa y con ello tengan la capacidad de producir trabajo útil, conviene hacer que voltaje y corriente además de ser sinusoidales estén en fase, es decir que el factor de potencia sea igual a 1. Como por las características propias de los elementos que conforman un sistema eléctrico esto no es siempre posible, a estos se le agregan o acoplan elementos adicionales para lograrlo. Es así como para ello usualmente se emplean condensadores para compensar el carácter inductivo de un sistema eléctrico, en lo que constituye la forma más básica de compensación o mejora del factor de potencia. En el caso que la corriente este adelantada al voltaje el circuito presenta caracteristicas capacitivas,si la corriente esta en atraso respecto al voltaje el circuito presenta caracteristicas inductivas.Al introducirse elementos no lineales tales como fuentes conmutadas y otros elementos que producen corrientes de una frecuencia múltiplo de la de la tensión aplicada (denominadas armónicos), a la componente de desfase entre voltaje y corriente del factor de potencia, se le superpone el efecto de estos armónicos. El corregir ambas cosas se denomina compensación de potencia reactiva.

El Factor de potencia

El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:

f.d.p. = P/S

• El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

• 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.

• La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo: es lapotencia activa P:

Sistema monofásico: P = V·I·cos j

Sistema trifásico P: = Ö3·V·I·cos j

La potencia reactiva Q es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores:

Sistema monofásico: Q = V·I·sen j

Sistema trifásico: Q = Ö3·V·I·sen j

La potencia aparente S es la suma geométrica de las potencias activa y reactiva, o también:

Sistema monofásico: S = V·I

Sistema trifásico: S = Ö3·V·I

Gráficamente estas tres expresiones están relacionadas mediante el "triángulo de potencias" :

• Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser: adelantado, retrasado, igual a 1.

• En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en faseen este caso, se tiene un factor de potencia unitario.

• En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentra retrasada respecto a al tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.

• En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.

Un receptor que debe de producir una potencia P lo puede hacer absorbiendo de la línea una potencia Q o Q' tal como se ve en el esquema de debajo, con cos j y cos j ' respectivamente (j < j ' entonces cos j > cos j '). Sin embargo en el primer caso la intensidad absorbida es menor que en el segundo ( S = V·I < S = V·I' entonces I < I' ) con la consiguiente reducción de las pérdidas por efecto joule.

Po la razón anterior, entre otras, en una instalación interesa tener valores altos del factor de potencia (cos j).

Problemas por bajo factor de potencia

E Mayor consumo de corriente.

•E Aumento de las pérdidas e incremento de las caídas de tensión en los conductores.

•E Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.

•E Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.

Beneficios por corregir el factor de potencia

E Disminución de las pérdidas en conductores.

•E Reducción de las caídas de tensión.

•E Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.

•E Incremento de la vida útil de las instalaciones

E Reducción de los costos por facturación eléctrica.

Compensación del factor de potencia en un circuito monofásico

Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Esta demanda de potencia reactiva se puede reducir e incluso anular si se colocan condensadores en paralelo con la carga. Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.

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