FACTOR de POTENCIA Modificado Por Alexo-kun

8/8/2019 FACTOR de POTENCIA Modificado Por Alexo-kun

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FACTOR DE POTENCIA

El factor de potencia es simplemente un nombre dado a la relación de la potencia activausada en un circuito, expresada en vatios o kvatios (Kw), a la potencia que

aparentemente se tiene de las líneas de alimentación expresada en voltios - amperios o

Kilo voltios ± amperios. Esta relación es de mucha importancia en circuitos de corrientes

alterna, pero no tiene importancia en corriente continua.

El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre

la potencia aparente (Potencia Activa quiere decir potencia real que puede producir calor o trabajo. Potencia Aparente es el producto de multiplicar voltios por amperios y puede o

no llegar a ser mayor que la potencia activa); esto es:

Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de

energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

Para determinar la potencia requerida por una carga eléctrica usualmente cuando se trata

de circuitos monofásicos, se multiplica la corriente en plena carga por el voltaje de

alimentación. El producto obtenido determina únicamente la potencia aparente,

necesitándose mediciones más detalladas para poder obtener la potencia activa o

productiva. Por medio de un vatímetro se puede determinar la potencia activa, la cual

nunca puede excederse a la potencia aparente y usualmente es menor.

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 potenciamenor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir untrabajo útil. Para aparatos que contienen únicamente resistencia (lámparas incandescentes, aparatos

de calefacción) la potencia activa y aparente es la misma (red de corriente alterna) y elfactor de potencia es de 100%. Pero muchos aparatos tales como motores y

transformadores de corriente alterna, tienen además una propiedad conocida como

Inductancia y consumen menos potencia activa que el producto de multiplicar su corriente

de operación por su voltaje (Ideal).



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¿Por qué existe un bajo factor de potencia?

La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos, esnecesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamiento

elementos tales como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de

refrigeración y otros similares. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable los

requerimientos de potencia reactiva también se hacen significativos, lo cual produce

una disminución exagerada del factor de potencia. Un alto consumo de energía

reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de:

y Un gran número de motores.

y Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.

y Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por

una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria.

y Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.

Cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente, resistencias de

calentamiento, etc. no causan este tipo de problema ya que no necesitan de la

corriente reactiva.

DESVENTAJAS DE UN BAJO FACTOR DE POTENCIA

Indica una eficiencia eléctrica mala lo cual es siempre costoso ya que el consumo de

potencia activa es menor que el producto voltios por amperios. El circuito eléctrico ve los

voltios ± amperios pero la carga eléctrica usa vatios. El voltaje del sistema permanece

casi constante entonces si los voltios ± amperios exceden a los vatios usados, es una

indicación de que se esta requiriendo corriente extra de la líneas de alimentación y que es

la causa del aumento de los voltios ± amperios sobre los vatios.

El hecho de que exista un bajo factor de potencia en la industria produce los siguientesinconvenientes:

Al usuario:

y Aumento de la intensidad de corriente



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y Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.

A la empresa distribuidora de energía:

y Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en KVA debe

ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional.

y Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en

transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva.

y Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la

estabilidad de la red eléctrica.

y Con un bajo factor de potencia la compañía de energía eléctrica aumenta el costo

de suministrar la potencia activa, porque más corriente tiene que ser transmitida y

este costo más alto se la cobra directamente al consumidor industrial por medio de

cláusulas de factor de potencia incluidas en la tarifa.

y Un bajo factor de potencia también causa sobre carga en los generadores,

transformadores y líneas de distribución dentro de la misma planta industrial,

caídas de voltaje y perdidas de potencia se tornan mayores de los que deberían

ser, esto representa pérdidas y desgaste en equipo industrial.

y Un bajo factor de potencia reduce la capacidad de carga del sistema eléctrico de la

planta.

Cuando el producto voltio-amperios (KVA) excede a la potencia activa (KW), se presenta

un componente de potencia llamada potencia reactiva (KVAR). Esto se debe a que la

corriente de operación consiste de 2 partes:

1. Se transforma en trabajo productivo.

2. Llamada corriente Reactiva. Aparatos con cargas inductivas necesitan de la

corriente reactiva para crear campos magnéticos necesarios para su operación. Si

no se toman medidas de corrección, esta corriente reactiva tiene que ser

suministrada ya sea por la compañía de energía eléctrica, o por el generador de la

planta en adición a la corriente que si contribuye a efectuar trabajo productivo. De





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Algunas veces se utilizan motores sincrónicos en vez de motores de inducción por su

habilidad en mantener un alto factor de potencia. Estos motores pueden llenar muchas delas funciones de los motores de inducción y se operan a baja carga, no necesitan equipo

de corrección de factor de potencia. Cuando operan con muy poca carga, o

completamente e vacio, los motores sincrónicos compensan el bajo factor de potencia

causado por otra clase de equipo conectado al mismo sistemas de distribución. Por otra

parte los motores de inducción tienden a bajar el factor de potencia por lo que

generalmente se usan exiliados por capacitores.

Usualmente, para una instalación industrial, el empleo de un motor sincrónico es muy alto,

comparado con el costo de un motor de inducción con sus respectivos capacitores.

Además, al costo del motor sincrónico, agréguese el costo de los controles excitadores de

corriente directa, incluyendo el costo del generador de corriente directa para la excitación

necesaria. Por último, los costos de mantenimiento de este equipo son considerables.


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CAPACITORES DE POTENCIA

El uso de capacitores representa una positiva economía, tanto en su instalación como en

su mantenimiento. Carecen de partes móviles y pueden deteriorase o representar un

riesgo para los empleados de la planta. También carecen de complicados motores de

arranque o sistemas de ajuste.

La corrección del factor de potencia por medio de capacitores es en sí un método más

flexible ya que esto se puede instalar en cualquier lugar y cantidad. Se obtienen en

tamaños que se ajustan a cualquier tamaño del motor y se pueden acondicionar en los

puntos de línea donde más se necesitan. No requieren cimentación especial ya que no

tienen partes móviles y tampoco vibran.

Las perdidas en los capacitores son despreciables y se quedaran conectados a la línea

después de desconectar los motores, su consumo en energía eléctrica seria insignificante.

Se pueden obtener tanto para instalaciones interiores como para uso a la intemperie y a

cualquier nivel de voltaje.

No obstante las unidades de capacitores se garantizan por un año, su vida activa es de 10

a 20 años. Este límite depende desde luego, de las condiciones de operación tales como

la temperatura ambiente y el voltaje de operación.



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máximo antes de que el voltaje a través del capacitor alcance el propio, resultando de

esta manera la corriente adelantada entonces, si se conectaran una inductancia y una

capacitancia en paralelo la corriente fluiría de un lado a otro entre el inductor y elcapacitor. Si las corrientes fuesen iguales y no ocurrieran perdidas en el circuito, no se

requeriría corriente de ninguna fuente de corriente eléctrica.

En la práctica, el generador o fuente de energía, proporciona corriente para la resistencia

del circuito y cualquier otra perdida, así como también para cualquier diferencia que

pudiera existir en la corriente del capacitor y del inductor.

Esto indica que si se escoge correctamente el capacitor a emplearse, no existiría corriente

fluyendo de uno a otro, entre la maquina inductiva (motor de inducción) y la fuente de

abastecimiento de energía, esto es, únicamente entre el capacitor y el motor. Si el

capacitor se instala cerca del motor se evitaría fugas innecesarias que afectaría al sistema

de transmisión de energía. No importa en qué sitio se instale el capacitor, siempre se

obtendrá provecho desde ese punto hasta la fuente de abastecimiento de energía.

LOCALIZACION DE LOS CAPACITORES

Existen 2 métodos de corregir el factor de potencia por medio de capacitores:

1. Consiste en la instalación de un grupo o batería de capacitores conectados a la

línea en un puto central, tal como un tablero de interruptores o un panel de

distribución.

Generalmente este método se usa únicamente para cumplir con las regulaciones

sobre factor de potencia de las compañías de abastecimiento de energía eléctrica.

2. El más eficiente consiste en la instalación de capacitores individuales directamente

en el punto de bajo factor de potencia, es decir, cercano a los otros. Este método

goza de todas las ventajas de la instalación de capacitores en batería y además

ofrece beneficiosos adicionales como:

Aumento de la capacidad del sistema, Mejoras en el nivel de voltaje y reducción en

pérdidas de potencia, instalación de capacitores individualmente en plantas donde

el alambrado este sobre cargado con motores de inducción, la instalación de

capacitores individuales proporciona las máximas ventajas.



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Conectados Directamente a los Motores.- La corrección más efectiva del factor de

potencia se alcanza al conectar los capacitores directamente a las terminales de los

motores, transformadores, o cualquier otro tipo de maquinaria inductiva. La corrientereactiva causa pérdidas entre la maquina inductiva y el equipo de correctivo de factor de

potencia y cuando falta capacidad correctiva, entre la maquia inductiva y la fuente de

abastecimiento de energía. Es por eso que, mientras más cercano este el capacitor a la

maquina, mejora el provecho.

Otra ventaja de instalar los capacitores directamente a las terminales de los motores es

que ambos se pueden conectar o desconectar a la vez. En esta forma el motor nunca

puede operar sin su equipo correctivo usándose los capacitores únicamente cuando se

necesitan.

Además, con este método se ahorra el uso de interruptores para conectar y desconectar

los capacitores de la línea, como ocurre con el método de instalación en batería o grupo,

ya que los capacitores operan con los mimos controles del motor.

Si se conectan los capacitores directamente a las terminales del motor y ambos operancomo una sola unidad, se simplifica mucho la tarea de determinar la capacidad de los

capacitores a instalarse evitándose complicados estudios de ingeniería.

Flexibilidad en la Ubicación.- Es otra de las múltiples ventajas del método de

instalación de capacitores individualmente. Cuando el arreglo de una fabrica se cambia, o

se relocaliza maquinaria, el motor y el capacitor se pueden cambiar de lugar, ambos, sin

ninguna inconveniencia.

Resumen de Ventajas.- Son:

1. Menos caída de voltaje en el alambrado a los motores, reduciendo el

calentamiento perjudicial debido a las corrientes excesivas.

2. Los capacitores se puede conectar y desconectar del servicio según se necesiten.

En esta forma el factor de potencia se ajusta a cualquier tipo de carga y se obtiene

mejor regulación en el voltaje.

3. La capacidad de los capacitores requeridos para motores individuales es

fácilmente obtenible de tablas, reduciendo así problemas de ingeniería.



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La principal desventaja de la corrección de factor de potencia, por medio de capacitores

individualmente para cada motor o equipo inductivo es que las unidades de capacitores

pequeños tiene un costo más elevado por KILOVAR que las unidades mayores. Cuandose trate de corregir el factor de potencia a varios motores pequeños conectados al mismo

circuito, la forma más económica de hacerlo es instalando capacitores de 10 a 15 KVAR

de capacidad nominal directamente a las líneas de alimentación de los motores,

corrigiendo de esta forma el factor de potencia del grupo completo. Usualmente motores

de 10 HP se corrigen con capacitores individuales y motores más pequeños se corrigen

en grupos.



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METODO DE INSTALACION EN GRUPO O BATERIA

Cuando la razón principal de corregir el factor de potencia es bajar el costo mensual deenergía eléctrica, o reducir la corriente en los cables alimentadores primarios que vienen

del generador o del banco de transformadores, el método más económico de instalar los

capacitores es un grupo o batería. En este caso, se instala baterías de capacitores en el

tablero principal o en el generador. El factor de potencia total en la planta se mejora, pero

hay que recordar que esto o redunda en ningún beneficio para el sistema de distribución

interior, en lado de la carga y después de los capacitores.

Otra de las ventajas e el sistema de instalación en grupo o batería es que batería

grandes de capacitores tienen un costo menor por KILOVAR que unidades individuales,

siendo también mas económicas en su instalación. Sn embargo, el costo de los

interruptores o corta circuitos que se necesitan para estos grupos posiblemente eleven un

poco el bajo costo de este tipo de instalación.

Sistema de Interrupción.- De acuerdo con los requerimientos de la carga, se puede

conectar desconectar manual o automáticamente, ya sea parte o toda la batería decapacitores. En esta forma, en un momento dado se puede conectar solo la corrección

necesaria para el requerimiento de la carga.

Resumen de las Ventajas en la Instalación de Grupo o Batería:

1. La instalación en baterías mejora el factor de potencia general de la planta,

reduciendo asi el costo mensual de la energía eléctrica.

2. Batería de capacitores tiene un costo más bajo en KILOVAR.

3. El costo del alambrado de una batería de capacitores es más bajo por KILOVAR

que el costo del alambrado de capacitores individuales para cada motor.

Combinación de ambos métodos de Instalación.- En muchos casos, los resultados

más provechosos se obtienen instalando capacitores individualmente a los motoresmayores y baterías a tableros o alimentadores principales. A medida que cada motor

grande se va corrigiendo, se va deduciendo sus KVAR del total previamente establecido;

entonces, los KVAR restantes, después de echas las deducciones, se puede instalar en

una sola batería a la entrada de servicio o puntos críticos en la planta. Hay que tomar en

cuenta que la máxima corrección se obtiene instalando los capacitores lo más cerca



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Como computar la corrección adecuada.- Por medio de tablas se puede seleccionar

fácilmente la cantidad adecuada de corrección requerida ya sea para un motor individual o

para cualquier sistema en particular.



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CONCLUSIONES

1. El factor de potencia se puede definir como la relación que existe entre la potencia

activa (KW) y la potencia aparente (KVA) y es indicativo de la eficiencia con que se

está utilizando la energía eléctrica para producir un trabajo útil.

2. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva, entre las

que destacan los motores de inducción, los cuales pueden agravarlo si no se operan

en las condiciones para las que fueron diseñados.

3. El bajo factor de potencia es causa de recargos en la cuenta de energía eléctrica, los

cuales llegan a ser significativos cuando el factor de potencia es reducido.

4. Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el riesgo de incurrir

en sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas con un dispendio de energía.

5. El primer paso en la corrección del factor es el prevenirlo mediante la selección y

operación correcta de los equipos. Por ejemplo, adecuando la carga de los motores a

su valor nominal.

6. Los capacitores de potencia son la forma más práctica y económica para mejorar el

factor de potencia, sobre todo en instalaciones existentes.

7. El costo de los capacitores se recupera rápidamente, tan sólo por los ahorros que se

tienen al evitar los recargos por bajo factor de potencia en el recibo de energía

eléctrica.

8. Entre más cerca se conecten los capacitores de la carga que van a compensar,

mayores son los beneficios que se obtienen.

9. Cuando las variaciones de la carga son significativas, es recomendable el empleo de

bancos de capacitores automáticos.





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