3.4.2 Corrección del factor de potencia (circuitos balanceados)

El factor de potencia cos(φ) se define como la relación entre la potencia activa (kW) y la potencia aparente (kVA), siendo φ el ángulo de desfase entre la tensión y la corriente, lo que es igual al ángulo de la impedancia de carga; de esta manera el factor de potencia es adimensional.

El factor de potencia puede tomar valores entre (0) y (1), incluyendo el indicador de atraso (-) o adelanto (+) según sea el caso.

“En el caso de una carga puramente resistiva, la tensión y la corriente están en fase, de modo que φ=0 y FP = 1. Esto implica que la potencia aparente es igual a la potencia promedio.

En el caso de una carga puramente reactiva de tipo inductivo, el ángulo asociado al factor de potencia será φ=+90° y FP = 0(-). En esta circunstancia la potencia promedio es de cero.

En el caso de una carga puramente reactiva de tipo capacitivo, el ángulo asociado al factor de potencia será φ=-90° y FP = 0(+). En esta circunstancia la potencia promedio es de cero” (Pérez Santos, Sua Durán, & Rodríguez García, Análisis de Circuitos II, 2016)

Como se explicó en el capítulo 2, en circuitos trifásicos al igual que en circuitos monofásicos el valor máximo del factor de potencia es 1.

En las condiciones normales de operación de un circuito eléctrico no es posible cumplir un factor de potencia igual a 1, ya que las cargas del sistema no son puramente resistivas, poseen componentes de carácter inductivo y/o capacitivo, los cuales reducen el factor de potencia del sistema y de la misma manera reducen la potencia reactiva que el sistema demanda a la red. “Un bajo factor de potencia implica un aumento de la corriente aparente y por lo tanto un aumento de las perdidas eléctricas en el sistema, es decir indica una baja eficiencia eléctrica” (Pérez Santos, Sua Durán, & Rodríguez García, Análisis de Circuitos II, 2016)

Al presentarse un factor de potencia bajo, se incrementan los costos para el distribuidor de energía eléctrica, que consecuentemente aplica un sistema de tarifas que sanciona el uso de energía con bajos factores de potencia. (ABB)

Consecuencias de un bajo factor de potencia:

• Incremento de las pérdidas por efecto joule.
• Sobrecarga de los generadores, transformadores y líneas de distribución.
• Aumento de la caída de tensión.
• Incremento de la facturación eléctrica.

Un factor de potencia próximo a 1 indica un consumo de energía reactiva poco importante y optimiza el funcionamiento de una instalación, así al realizar la corrección del factor de potencia de un sistema, se presentan las siguientes ventajas:

• Uso optimizado de las máquinas eléctricas.
• Uso optimizado de las líneas eléctricas.
• Reducción de las pérdidas.

Reducción de la caída de tensión.

Procedimiento para realizar corrección de factor de potencia.

Figura 3.4.1 Triangulo de potencias y análisis para corrección del factor de potencia.

Se quiere que el valor del factor de potencia sea cercano a 1 por lo tanto el ángulo del factor de potencia debe ser pequeño, es decir, entre más grande sea el factor de potencia deseado, más pequeño será el ángulo .

Así, se debe determinar el punto del sistema donde se desea realizar la corrección del factor de potencia y así determinar el ángulo que cumpla el factor de potencia especificado y que de la misma manera reduzca la potencia reactiva del sistema, luego se realiza un análisis de potencias, a partir del triángulo de potencias.

El ángulo inicial del sistema lo denominaremos , al igual la potencia reactiva inicial del sistema la denominaremos , el ángulo y la potencia reactiva a la que queremos llegar para obtener el factor de potencia deseado los denominaremos y , respectivamente.

A partir de la siguiente función trigonométrica, se determina la potencia reactiva inicial del sistema.

Así, la potencia compleja inicial del sistema está dada por:

Conociendo el valor del factor de potencia al cual se desea llegar, es posible hallar , a partir de la siguiente ecuación:

Por lo tanto, la potencia reactiva final está dada por:

Así, la potencia compleja final es:

Una vez determinada la potencia compleja inicial y la potencia compleja final del sistema, se obtiene la potencia compleja del condensador:

Así, la potencia compleja para el condensador requerido es

Sabemos que la potencia compleja está definida como:

Se tiene que:

Ahora bien, si se reemplaza la ecuación 5.4.35 , en la ecuación 5.4.34 se tiene que:

De esta manera la potencia compleja también se puede escribir de la forma:

Se sabe que la impedancia del condensador está determinada por:

Así, la potencia compleja del condensador requerido se puede expresar como:

Se tiene que la reactancia del condensador es:

Por lo tanto, la potencia compleja del condensador es:

Es importante notar que la potencia compleja del condensador , especificada en la ecuación 5.4.36, es proporcionada por tres condensadores y la tensión V en la ecuación es la tensión a través de cada condensador por lo tanto se tiene que la capacidad del condensador está definida por:

 

Balance de potencia compleja trifásica.	Contenido.