¿Qué es el factor de potencia? Corrección de FP con condensadores.

¿Qué es el factor de potencia? Corrección de FP con condensadores.

En este artículo hablaremos sobre el factor de potencia, vamos a explicarlo muy fácilmente con algunos ejemplos simples para ayudarlo a comprender los conceptos básicos, y luego lo avanzaremos con algunos ejemplos y también mirando qué es el factor de potencia.

¿Qué es el factor de potencia?

El factor de potencia es un número sin unidades que utiliza circuitos de corriente alterna. Puede usarse para referirse a una sola pieza de equipo, como un motor de inducción, o mediante el consumo de electricidad de todo un edificio.

En cualquier caso, representa la relación entre la potencia real y la potencia aparente. La fórmula es FP igual a KW dividido por kVA. ¿Entonces qué significa eso?

El ejemplo favorito para explicar esto es usar el ejemplo de la cerveza. Pagamos la cerveza por vaso, pero dentro del vaso hay cerveza y espuma. Cuanta más cerveza tengamos, menos espuma habrá, por lo que obtenemos una muy buena relación calidad-precio. Si hay mucha espuma, entonces no hay mucha cerveza y no estamos obteniendo una buena relación calidad-precio. La cerveza representa nuestra potencia real o kW, nuestros kilovatios. Estas son las cosas útiles que desea y necesita. Esto es lo que hace el trabajo. La espuma representa nuestra potencia reactiva, o nuestro kVar (Kilo Volt- Amperios Reactivos). Estas son las cosas inútiles, siempre habrá algunas, tenemos que pagar por ellas, no podemos usarlas. Así que realmente no queremos mucho de eso. En realidad, tiene un uso y un propósito, pero veremos por qué más adelante en el artículo. La combinación de estos kW y los kVar es nuestra potencia aparente (kVA).

Por lo tanto, el factor de potencia es la relación entre la potencia útil o la potencia real en kW dividida por lo que se cobra en kVA. Por lo tanto, nos dice cuánto valor por el dinero obtenemos por la energía que consumimos.

¿Porqué se le cobra por potencia reactiva?

Si nos fijamos en un recibo de luz residencial típico, normalmente vemos solo una tarifa por la cantidad de kWh utilizados, porque el factor de potencia y el consumo de electricidad serán muy bajos. Entonces, los proveedores de luz tienden a no preocuparse por esto.

Sin embargo, en los recibos de luz comercial e industrial, especialmente en edificios con medidor de luz inteligente es probable que veamos cargos e información sobre la cantidad de kW, kWh y kVAr utilizado. Los edificios grandes, en particular, a menudo verán cargas de energía reactiva allí. Pero esto depende del proveedor de luz y del acuerdo que tenga con el consumidor.

La razón por la que cobran una penalización por esto se debe a que cuando los grandes consumidores tienen malos factores de potencia, están aumentando el flujo de corriente a través de la red eléctrica y provocando caídas de voltaje, lo que reduce la capacidad de distribución de los proveedores y tiene un efecto en cadena para los demás clientes. Los cables están clasificados para manejar una cierta cantidad de corriente que fluye por ellos. Entonces, si muchos grandes consumidores se conectan con un factor de potencia defectuoso, los cables podrían sobrecargarse.

También podría tener dificultades para cumplir con las demandas y los acuerdos de capacidad y luego ningún nuevo cliente podrá conectarse, hasta que reemplace los cables o instale cables adicionales.

¿Qué es el factor de potencia bueno y malo?

Las cargas de potencia reactiva ocurren cuando el factor de potencia de un edificio cae por debajo de cierto nivel. Este nivel lo define el proveedor de luz, pero normalmente comienza alrededor de 0,95 y menos.

Un factor de potencia perfecto sería 1, sin embargo, en realidad, esto es casi imposible de lograr. Volveremos más adelante en este artículo.

En edificios comerciales grandes, es probable que el factor de potencia se ubique en las siguientes categorías : 

  • Un buen factor de potencia suele estar entre 1 y 0,95.

  • Un factor de potencia deficiente es cualquier valor entre 0,95 y 0,85.

  • El factor de potencia malo es cualquier cosa por debajo de 0,85.

  • Los edificios de oficinas comerciales suelen estar entre 0,98 y 0,92.

  • Los edificios industriales podrían ser tan bajos como 0,7.

Ejemplo de factor de potencia de 2 motores de inducción diferentes

Veremos qué causa esto en breve. Primero veamos un ejemplo. Si comparamos dos motores de inducción, que ambos tienen una potencia de 10 kW y están conectados a una alimentación trifásica de 415/50 hertz, uno tiene un factor de potencia de 0,87 y el otro un factor de potencia de 0,92. Ambos motores entregarán 10 kW de trabajo, pero el primer motor tiene un factor de potencia menor en comparación con el segundo. Lo que significa que no estamos obteniendo tanto valor por el dinero. El primer motor necesitará extraer 11,5 kVA de la red eléctrica para proporcionar los 10 KW de potencia, el segundo motor necesitará consumir solo 10,9 kVA de la red eléctrica para proporcionar los mismos 10 kilovatios de potencia. Esto significa que el primer motor tiene 5,7 kVar y el segundo motor tiene solo 4,3 kVAr.

Recuerde que nuestros kilovatios son la cerveza y eso es lo útil. Los KVArs son la espuma, eso es lo que no es tan útil. El kVA es lo que vamos a pagar, y son los kilovatios y los kVAr combinados.

¿Qué causa un factor de potencia deficiente?

En la mayoría de los casos, el factor de potencia se ve afectado por cargas inductivas. Si tenemos una carga puramente resistiva, como un calentador resistivo eléctrico, entonces las formas de onda de voltaje y corriente estarían sincronizadas o muy cerca. Ambos pasarían por su punto máximo y mínimo y luego pasarían por el eje cero al mismo tiempo. El factor de potencia en este caso es uno, que es perfecto.

Pero si tomamos una carga inductiva, como un motor de inducción, el campo magnético de las bobinas retiene la corriente y da como resultado el cambio de fase donde el voltaje y las formas de onda de la corriente no están sincronizadas entre sí, por lo que la corriente pasa a través del punto cero después de la tensión. Esto se conoce como factor de potencia retrasado.

Dije que la espuma o el kVAR son inútiles. Eso no es exactamente cierto. En realidad, necesita algo de potencia reactiva para crear y mantener el campo magnético que hace girar el motor. La potencia reactiva se desperdicia en el sentido de que no obtenemos ningún trabajo de ella. Pero todavía tenemos que pagarlo, aunque lo necesitamos para poder hacer el trabajo en primer lugar.

¿Cómo corregir un factor de potencia deficiente?

Para corregir el factor de potencia deficiente, podemos agregar condensadores al circuito, que realineará la corriente nuevamente en fase y acercarán el factor de potencia semejante a 1.

Los condensadores proporcionan una corriente principal que neutraliza el componente retrasado de la carga inductiva y mejora el factor de potencia del sistema, este método que se utiliza para mejorar el factor de potencia es el más económico y a su vez son los más  utilizados para la corrección de la misma. Cabe recalcar que el condensador requiere muy poco mantenimiento y tiene muy pocas pérdidas.

Los condensadores le permiten recibir energía reactiva a su motor en lugar de recibirla de la red pública, ya que tanto kW como los kVAR provienen de la planta de energía, reduciendo así la potencia total KVA entregada a su instalación, finalmente esto permite reducir costos ya que no requiere potencia de la planta de energía.

¿Por qué corregir un factor de potencia deficiente?

  1. Un factor de potencia deficiente significa que debe consumir más energía de las redes eléctricas para realizar la misma cantidad de trabajo, por lo que los cables deben ser más grandes para que la instalación cueste más dinero.

  2. El proveedor de luz podría cobrar una multa o un cargo por energía reactiva.

  3. Puede provocar pérdidas en el equipo, como transformadores, y generar altas ganancias de calor.

  4. Puede provocar caídas de tensión e incluso reducir la vida de los equipos en escenarios extremos.

¿Cómo calcular el tamaño del condensador? (Ejemplo simplificado)

¿Cómo cablear el panel de corrección del factor de potencia con 3 pasos?

Instrucciones

Función del panel : El transformador de corriente mide la demanda de potencia reactiva. Si la demanda de potencia reactiva aumenta, el controlador Factor de potencia comienza a conectar los pasos individuales; si no hay demanda de potencia reactiva, los pasos se desconectan.

¿Qué solución te ofrece FCM con Schneider Electric?

Los Condensadores trifásicos de potencia para BT, Varplus Can Heavy Duty están especificados para aplicaciones altamente exigentes, incluso en ambientes contaminados por armónicos hasta un 20% (NLL< 20%), pueden soportar trabajos en sobrecorriente hasta 1.8 In en régimen permanente y su alta expectativa de vida (130,000 horas) los hacen los condensadores mas rentables del mercado.

Los Contactores LC1D*K. están equipados con un bloque de contactos adelantados y con resistencias de preinserción que limitan el valor de la corriente a 60 In. Protegiendo al banco de condensadores de las corrientes transitorias y de las frecuencias elevadas en el momento del encendido, Actualmente se recomienda contactores específicamente diseñados para el mando de condensadores.

La compensación de energía reactiva automática permite una optimización del equipamiento usándolo solo cuando se requiere. Los reguladores Varplus Logic miden permanentemente el cos φ de la instalación y controlan la conexión y desconexión de los pasos para llegar en todo momento al cos φ objetivo, mejorando las condiciones y el desempeño del banco de condensadores.

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