Análise de Qualidade de Energia em Consultório Odontológico

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 
Unidad Profesional Adolfo López Mateos 
Departamento de Ingeniería Eléctrica 
 
 
 
ANALISIS DE CALIDAD DE LA ENEREGÍA EN UN 
CONSULTORIO DENTAL DENTRO DEL EDIFICIO 
CORPORATIVO DE LA EMPRESA ZKC DESARROLLOS S.C. 
MEXICO D.F., EN TARIFA OM, SUMINISTRO EN MEDIA 
TENSIÓN. 
 
 
 
 
TESIS 
 
Que para obtener el título de 
INGENIERO ELECTRICISTA 
 
 
PRESENTAN: 
 
López Aguirre Jesús Alejandro 08300868 
Reynada Ramos Daniel Mauricio 2007301128 
 
 
Asesores: 
Ing. David Hernández Ledesma. 
M en C. Jaime Genaro Martínez Hurtado. 
 
 
 
 
 
México, D.F., Agosto de 2013 
 
http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.esimecu.com/log/img/logoEsime.jpg&imgrefurl=http://www.esimecu.com/log/register.php&usg=__MLeiIbJk0fLHnkbypqeceC7LR5w=&h=340&w=360&sz=75&hl=es&start=1&tbnid=ll4O2BTtD5KC-M:&tbnh=114&tbnw=121&prev=/images?q=esime&gbv=2&ndsp=18&hl=es&sa=X
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
B 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
C 
 
 
CONTENIDO 
RESUMEN ............................................................................................................... i 
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... ii 
OBJETIVO ............................................................................................................. iv 
RELACIÓN DE FIGURAS....................................................................................... v 
RELACIÓN DE TABLAS ....................................................................................... vi 
NOMENCLATURA ................................................................................................ vii 
GLOSARIO .......................................................................................................... viii 
Capítulo 1: .............................................................................................................. 1 
Calidad de la Energía ............................................................................................ 1 
1.1 CALIDAD DE LA ENERGIA. .............................................................................................. 2 
1.1.1 Concepto de calidad de la energía. ................................................................... 2 
1.1.2 Problemática actual de los sistemas eléctricos ............................................. 2 
1.1.3 Importancia de la calidad de la energía ............................................................ 3 
1.2 CARGAS ELÉCTRICAS ................................................................................................. 3 
1.2.1. Respuesta ideal de cargas resistivas, capacitivas e inductivas. ................. 3 
1.2.2. Cargas críticas ........................................................................................................... 5 
1.2.3. Cargas sensibles ....................................................................................................... 5 
1.2.4. Cargas lineales .......................................................................................................... 5 
1.2.5. Cargas no lineales .................................................................................................... 6 
Capítulo 2: .............................................................................................................. 7 
Parámetros de la calidad de la Energía ............................................................... 7 
2.1 Transitorios ......................................................................................................................... 8 
2.1.1. Causas de los transitorios ........................................................................................ 9 
2.2. VARIACIONES DE CORTA DURACIÓN Y LARGA DURACIÓN ........................... 10 
2.2.1. Caídas de tensión (SAG) ........................................................................................... 10 
2.2.2. Sobretensiones temporales (SWELL) ............................................................... 11 
2.2.3. Continuidad en el servicio .................................................................................... 12 
2.2.3.1 Interrupciones imprevistas de energía eléctrica ................................ 12 
2.2.3.2. Interrupciones programadas de energía eléctrica............................. 13 
2.2.3.3. Interrupciones breves de energía ....................................................... 13 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
D 
2.2.3.4. Interrupciones largas de energía ........................................................ 13 
2.3. DESVALANCE Y FLUCTUACIONES DE TESIÓN. ................................................... 13 
2.4 DISTORSIÓN EN LA FORMA DE ONDA ....................................................................... 14 
2.4.1 Variaciones en la frecuencia ................................................................................. 15 
2.4.1.1 Ruido eléctrico ........................................................................................ 15 
2.4.1.2. Efecto Flicker ........................................................................................ 16 
2.4.2 COMPONENTE DE CD .............................................................................................. 16 
2.4.3 DISTORCIÓN ARMÓNICA ........................................................................................ 17 
2.4.3.1. Origen del problema de los armónicos .............................................. 19 
2.4.3.2. Modelado matemático del contenido armónico................................. 21 
2.5. FACTOR DE POTENCIA ................................................................................................ 22 
2.5.1. Modelo matemático ................................................................................................ 22 
2.5.2. Origen del factor de potencia bajo ..................................................................... 25 
2.5.3. Problemas debidos a un factor de potencia bajo........................................... 25 
2.6 Factor K ................................................................................................................................ 26 
Capítulo 3:............................................................................................................. 27 
Fuentes generadora de armónicos y efectos en los equipos eléctricos. ............. 27 
3.1. FUENTES GENERADORAS DE ARMONICOS ......................................................... 27 
3.1.1. Convertidores ............................................................................................................. 28 
3.1.2 Hornos de Inducción ................................................................................................. 28 
3.1.3 Compensadores estáticos ....................................................................................... 28 
3.1.4 Hornos de arco............................................................................................................ 29 
3.1.5 Transformadores. ....................................................................................................... 29 
3.1.6 Lámparas fluorescentes ........................................................................................... 29 
3.2 Efectos de los armónicos en los equipos eléctricos. .............................................. 30 
3.3. RESPUESTA DEL SISTEMA ........................................................................................ 33 
3.3.1. Condiciones de resonancia. .............................................................................. 33 
3.3.2. Flujos de armónicas. ........................................................................................... 34 
Capítulo 4: ............................................................................................................36 
Estudio de energético de un usuario en suministro en Baja Tensión Tarifa 03
 .............................................................................................................................. 36 
4.1 ANTECEDENTES Y OBJETIVOS DEL ESTUDIO ........................................................ 37 
4.1.1. ANTECEDENTES: ...................................................................................................... 37 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
E 
4.1.2 OBJETIVOS DEL ESTUDIO ...................................................................................... 37 
4.2 DESARROLLO ................................................................................................................... 38 
Capítulo 5: ............................................................................................................ 42 
Conclusiones y recomendaciones. ................................................................... 42 
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 44 
Anexo 1: ............................................................................................................... 46 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
F 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
Jesús Alejandro López Aguirre: 
 
 
A mis HIJOS, ANDRES E ITZEL ALEJANDRA, porque con su inocencia y actitud ante la 
vida, me dieron el regalo más precioso que es el AMOR INCONDICIONAL, el cual me impuso y 
me dio la Determinación que requería para realizar este trabajo. 
 
A mi madre AMADA GUADALUPE, mis hermanos NORMA ANGELICA, JUAN 
ROBERTO, MARIO GERARDO, BLANCA VERONICA, MIGUEL ANGEL, RICARDO 
JAVIER, DANIEL GABRIEL, YAZMIN KARINA, que con su paciencia y apoyo, me 
impulsaron a TRANSFORMAR LOS MALOS MOMENTOS DE MI VIDA en alicientes para 
alcanzar mis metas y sueños. 
 
A PAOLA, por sus consejos y cuidados llenos de amor incondicional logro TRANSFORMAR en 
mi vida y hacer de mis defectos y limitaciones, el ALIMENTO PARA SUPERAR TODOS LOS 
OBSTACULOS Y LOGRAR MIS SUEÑOS. 
 
Gracias a mi padre ROBERTO, que donde quieras que estes, veas que tus cuidados y cariño 
fincaron los VALORES, que hicieron de mi un buen HIJO, un PADRE AMOROSO y un buen 
ser HUMANO, gracias por haber compartido tu vida y ser mi faro para superar los problemas para 
bien de nuestra familia, por siempre te amare. 
 
A VERONICA, que con su propia TRANSFORMACION, logro superar la barrera que nos 
separaba y finco un Puente de comunicación, amor y respecto entre NOSOTROS COMO PADRES 
y con nuestros HIJOS, lo cuales con el ejemplo sabremos darles lo mejor de la vida y conducirlos 
por la HONESTIDAD, VALOR Y COMPROMISO, del cual me siento FELIZ y orgulloso el 
haber compartido con ella muchos años de unión y amor. 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
G 
 
 
Daniel Mauricio Reynada Ramos: 
 
Que las luces del Gran Arquitecto del Universo bendigan, a cada uno de los presentes y ausentes, 
que con su amor y enseñanzas guiaron mi camino para realizar este viaje culminado en la presente 
tesis de titulación. 
 
A mi madre la Señora Meced Ramos Cruz que con su amor, compromiso, tolerancia, y dedicación; 
me impulsó para realizar mis estudios profesionales y forjo en mi un hombre trabajador, 
comprometido con el Creador y al servicio de la humanidad. 
 
A mi Tía Ana María Ramos Cruz. Que con su más grande amor supo enseñarme la dirección del 
camino de mi vida, y dirigió mi mente para saber escoger el camino adecuado. Agradezco con todo 
mí ser a ti mi más grande maestro espiritual. 
 
A mi esposa Elda Estefanía y a mi Hija Leslie Mia, que son mi mayor razón para ser un excelente 
ser Humano, Hijo, Padre, Esposo e Ingeniero, y que todo esfuerzo se verá reflejado en mi mayor 
espejo: Mi hija. Agradezco la oportunidad e compartir esta vida a su lado. 
 
A cada uno de mis tíos Rigoberto, Miguel, Gilberto, Dionisia, Modesto y mis Abuelos Porfirio y 
Catalina que gracias ellos tuve el impulso de seguir y continuo en el camino tendiente a al e 
perfección. 
 
 
A mi Madre Log:. Y mis Q:. HH:. Mas:. Que me enseñan el camino eterno del aprendizaje, el 
trabajo y la enseñanza con amor a la humanidad y al G:. A:. D:. U:. un ósculo de Luz. 
 
Un eterno agradeciendo a cada uno de mis Compañeros, colegas, amigos, profesores y empresas que 
me brindaron la oportunidad de generar progreso y trabajo. Que gracias ello podemos vertir nuestro 
conocimiento para progreso de mis hermanos en esta tesis. 
 
Daniel Mauricio Reynada Ramos. Alumno de la H. ESIME Zacatenco. Ingeniería eléctrica. 
“El fracaso es la clave del éxito. Cada error nos enseña algo” Ō-sensei Ueshiba.
http://es.wikipedia.org/wiki/%C5%8C-sensei
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
i 
RESUMEN 
 
 
Las cargas eléctricas conectadas al sistema eléctrico de potencia han cambiado 
conforme al desarrollo tecnológico, con la finalidad de aumentar la eficiencia en los 
procesos. El cambio en las cargas eléctricas ha dado como resultado variaciones 
en los parámetros de la energía eléctrica, y en consecuencia se ven afectadas las 
cargas sensibles a estas variaciones así como el sistema de distribución y 
transmisión. 
 
El objetivo de esta tesis consistió en desarrollar un estudio de calidad de la energía 
para un consultorio dental, con suministro eléctrico en baja tensión. Para esto se 
presenta una síntesis del marco teórico referente a la calidad de la energía, una 
descripción de las causas y efectos de los disturbios en los parámetros eléctricos, 
así como una concentración de los intervalos de operación de cada parámetro que 
interviene en la calidad de la energía, extraídos de la normatividad vigente. 
 
Los parámetros eléctricos, estudiados en esta metodología son: Las variaciones de 
tensión, continuidad en el servicio, frecuencia eléctrica, distorsión armónica (THD) 
y el factor de potencia. Empleando las siguientes normas como marco de referencia 
de los intervalos recomendados y estudio de cada parámetro: CFE L0000-45 
Perturbaciones permisibles en la forma de onda de tensión y corriente, IEEE 519-
1992 recomendaciones prácticas y requerimientos para el control de armónicos en 
sistemas eléctricos, IEEE 1159-1995 Prácticas recomendadas para monitoreo de 
la calidad de energía eléctrica, así como la ley de servicio público de energía 
eléctrica. 
 
En estudio de calidad de la energía realizado al usuario en baja tensión, se pudo 
tener un bosquejo definido de la situación actual de instalación eléctrica, así como 
el aprovechamiento energético de su suministro ante la Comisión Federal de 
Electricidad. De la misma manera se observaron la distorsión armónica que produce 
y las posibles soluciones al fenómeno. 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
ii 
INTRODUCCIÓN 
Debido a la energía eléctrica la sociedad ha llegado a su actual desarrollo material. 
La multiplicación de la fuerza mediante el aprovechamiento de los energéticos, el 
transporte, las comunicaciones, la industria, la posibilidad de hacer grandes obras, 
etc., en gran parte se deben a ella. 
Utilizando corriente alterna, la electricidad puede ser transmitida a grandes 
distancias y después transformada para ser utilizada en las diversas aplicaciones 
con costos competitivos. Los sistemas de producción de energía eléctrica son 
sensibles a las economías de escala y la eficiencia de transformación de 
energéticos primarios, sobre todo en plantas termoeléctricas, es también favorecida 
por las grandes capacidades, a esto se debe que los desarrollos tecnológicos en 
sistemas de producción tiendan a la instalación de grandes unidades. 
 
La electricidad es una fuente muy cómoda de energía y la gente con acceso a ella 
da por un hecho que al operar el interruptor, podrá iluminar una habitación, 
acondicionar la temperatura de su casa, enfriar y conservar sus alimentos, mover el 
molino de una laminadora, operar un telar, producir aluminioy poner en marcha 
todos los procesos, tanto en la vida ordinaria, como en la industria en general. Hacer 
disponible la electricidad en el momento en que se requiere, implica una serie de 
actividades que pueden dividirse en dos grandes rubros: por un lado la operación 
de las instalaciones, y por otra parte, la planeación, el diseño y la construcción de 
las instalaciones necesarias para hacer frente a la demanda, que tiende a crecer en 
función del desarrollo de la economía general del país. 
 
En la actualidad cada vez es más extendido el uso de equipo electrónico sensible y 
continuamente va en aumento la velocidad de los procesos por lo que es 
indispensable que las instalaciones se realicen con apego a las normas, se cuente 
con equipos de protección adecuado y se reduzcan los disturbios en el sistema 
eléctrico; para lo cual es importante establecer una coordinación entre la compañía 
suministradora, los fabricantes de equipos y los usuarios. Así mismo las cargas 
eléctricas en la actualidad son cada vez más sensibles a las variaciones en los 
parámetros eléctricos, las cuales se ven afectadas en su operación con la presencia 
de perturbaciones en la energía eléctrica. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
iii 
 
 
Debido a la problemática mencionada anteriormente toma importancia el estudio de 
las características de la calidad de la energía, debido a que es el primer paso para 
analizar, identificar y solucionar problemas en una instalación eléctrica referente a 
la calidad en la energía. El concepto de calidad de la energía es muy amplio, la 
definimos como la ausencia de interrupciones, sobretensiones, deformaciones 
producidas por armónicas en la red, además le concierne la estabilidad de tensión, 
la frecuencia y la continuidad del servicio eléctrico. Actualmente la calidad de la 
energía es el resultado de una atención continua. 
 
El beneficio principal al realizar el estudio de calidad de la energía es identificar la 
clase y características de disturbios, para aplicar las acciones correctivas con la 
finalidad de que la instalación opere en forma óptima. Al atender las problemáticas 
causadas por una calidad baja de la energía se obtienen los siguientes beneficios: 
mantener dentro de los intervalos recomendados las variaciones de tensión 
eléctrica, mantener la frecuencia constante, mantener una THD atenuada. El 
corregir los puntos anteriores permite la óptima operación de los equipos evitando 
averías en los equipos, fallas en la instalación, pérdidas de producción debidas a la 
interrupción en los equipos eléctricos, disminución de pérdidas debidas al efecto 
Joule, así mismo se evitan penalizaciones por la compañía suministradora por un 
factor de potencia bajo. 
 
En este proyecto se desarrolló un estudio de calidad de la energía que se basa en 
el enfoque usuario-compañía suministradora dentro de la cual contempla los 
siguientes capítulos: Para el desarrollo de este trabajo se consideraron los 
siguientes capítulos: El capítulo 1 se realiza un estudio teórico de los conceptos de 
calidad y sus parámetros que intervienen en la calidad de la energía. El capítulo 2 
contiene la descripción de los parámetros que se incluyen en el concepto de calidad 
de la energía. Se presentan las causas y efectos producidos al sistema eléctrico 
debido a las perturbaciones en los parámetros eléctricos. 
 
El capítulo 3 contiene los elementos necesarios para el análisis de las cargas 
generadoras de armónicas así como su efecto en el sistema eléctrico. Dentro del 
capítulo 4 se desarrollara el estudio de calidad de la energía a un usuario en 
suministro en baja tensión y se muestran los datos obtenido. En el capítulo 5 
presentan las conclusiones obtenidas en el presenta trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
iv 
OBJETIVO 
 
 
 Medir los parámetros eléctricos generales del sistema eléctrico que alimenta las 
instalaciones del Consultorio dental, despacho B, primer nivel, dentro del edificio 
corporativo ZKC DESARROLLOS S.C. 
 
 
OBJETIVO PARTICULARES 
 
 
 Determinar las características de operación durante el periodo de medición. 
 
 
 Determinar el Factor de Potencia. 
 
 
 Determinar los CONSUMOS DE ENERGÍA (KWH, KVARH) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
v 
 RELACIÓN DE FIGURAS 
 Página 
Figura 1.1: Respuesta ideal de una carga puramente resistiva. 4 
Figura 1.2: Respuesta ideal de una carga puramente inductiva. 4 
Figura 1.3: Respuesta ideal de una carga puramente capacitiva. 5 
Figura 2.1: Caída de tensión con duración de 40 ms. 11 
 
Figura 2.2: Sobretensión con duración de 40 ms. 12 
 
Figura 2.3: Forma de onda de tensión con ruido eléctrico 16 
 
Figura 2.4: Forma de onda del flicker. 16 
 
Figura 2.5: Señal ideal de intensidad de corriente y tensión 
Eléctrica en función del tiempo. 18 
Figura 2.6: Onda fundamental de la segunda y tercer armónica 19 
 
Figura 2.7: Esquema básico de distorsión de tensión. 19 
 
Figura 2.8: Triángulo de potencia, a) triángulo de potencia para una carga 
inductiva b) triángulo de potencia para una carga capacitiva. 23 
Figura 4.1; Triangulo de Potencias. 41 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
vi 
 
RELACIÓN DE TABLAS 
Página 
 
Tabla 2.1: Transitorios. 9 
Tabla 2.2: Variaciones de larga y corta larga duración.. 10 
 
Tabla 2.3: Desbalance y Fluctuaciones de Tensión. 14 
 
Tabla 2.4: Distorsión de la forma de onda. 14 
 
Tabla 3.1: límites de distorsión armónica máxima permisible en tensión (%). 34
 
Tabla 3.2: límites de distorsión armónica máxima permisible en corriente (%) 34 
 
Tabla 4.1: Horarios de medición en cada circuito. 39 
 
Tabla 4.2: Horarios de medición en cada circuito. 39 
 
Tabla 4.2: Lecturas de medidor. 41
 
Tabla 4.3: Lecturas de analizador. 42
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
vii 
NOMENCLATURA 
 
Símbolo Descripción Unidades 
C Capacitancia F 
EH Tensión armónica V 
F Frecuencia Hz 
FP Factor de potencia % 
fh Frecuencia armónica Hz 
IHD Distorsión armónica individual % 
IH Corriente armónica A 
L Inductancia H 
Q Potencia reactiva var 
P Potencia activa W 
S Potencia aparente VA 
T Periodo de una onda s 
THD Distorsión armónica total % 
V Diferencia de potencial, tensión eléctrica V 
Ω Velocidad angular s-1 
R Resistencia eléctrica Ω 
Φ Ángulo de desfasamiento entre la V y la I (°) 
DATT Distorsión armónica total de tensión % 
DATC Distorsión armónica total de corriente % 
DATA Distorsión armónica total de demanda % 
CAIMT Componente armónica inducido máximo de tensión % 
CAIMT Componente armónica inducido máximo de corriente % 
Pst Indicador de variación de tensión de corto plazo p.u 
Plt Indicador de variación de tensión de largo plazo p.u 
Dt Característica de cambio de tensión p.u 
Dc Cambio de tensión en estado estacionario p.u 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
vii
i 
GLOSARIO 
 
RMS: “root mean square” valor eficaz de una cantidad variable. 
 
CFE: Comisión Federal de Electricidad. 
 
IEEE: Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. 
 
NMX: Norma Mexicana 
 
ANCE: Asociación de Normalización y Certificación 
 
NOM: Norma Oficial Mexicana 
 
SEP: Sistema Eléctrico de Potencia. 
 
PEC: Procedimiento de Evaluación y Conformidad de Norma Oficial 
Mexicana 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
1Capítulo 1: 
 
Calidad de la Energía 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En el presente capítulo se describe a la calidad de la energía eléctrica, que 
transmisión, distribución y utilización de la electricidad, tienen su 
importancia debido a que con un suministro eléctrico de calidad se apuntala 
la vitalidad comercial, industrial y social de un país. Para entender la calidad 
de la energía es necesario conocer los antecedentes que ayudarán a definir 
este concepto y cada una de las variables. Actualmente ha tornado 
importancia su estudio dentro de la generación. 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
2 
1.1 CALIDAD DE LA ENERGIA. 
El concepto de calidad, de acuerdo al diccionario de la Real Academia de la Lengua 
Española, indica que es la condición o requisito que se pone en un contrato. En 
México existe la Ley del Servicio Público de la Energía Eléctrica, y su reglamento 
estipula las características del servicio que proporcionará el suministrador de 
energía eléctrica, en el Capítulo 5, artículo 18: 
 Frecuencia. 60 Hz. 
 Tolerancia en la frecuencia. ± 0.8 % 
 Numero de fases. 1, 2, o 3. 
 Tensión de suministro. B.T.; M.T.; A.T. 
 Tolerancia en la frecuencia. ± 10% 
 
1.1.1 Concepto de calidad de la energía. 
 
De conformidad con el tema anterior Entenderemos en lo sucesivo el concepto 
de la calidad de energía como: Las características en las que recibirá de parte 
del suministrador del servicio de energía eléctrica: la Tensión y Frecuencia, de 
acuerdo al tipo de tarifa, numero de fases, dentro de la tolerancia permisible 
indicada en las leyes, reglamentos y normas vigentes, al amparo del contrato 
correspondiente. 
 
1.1.2 Problemática actual de los sistemas eléctricos 
 
Desde el descubrimiento de la corriente alterna y su socialización, los sistemas 
eléctricos han evolucionado desde hace dos siglos, para impulsar el desarrollo 
tecnológico y económico de las naciones. Entre los avances tecnológicos, se 
desarrolló la electrónica de potencia, que por sus características no lineales, 
generan distorsión en las formas de onda de frecuencia y tensión. 
 
La distorsión generada por las cargas no lineales producen variaciones en las 
características de las formas de onda, produciendo fenómenos transitorios que 
afectan a la red eléctrica. Estos fenómenos tienden a perturbar el sistema 
eléctrico, afectando la continuidad del suministro eléctrico así como su calidad; 
entre los problemas que afectan al sistema eléctrico podemos mencionar las 
siguientes: apertura de interruptores en falso, bajo factor de potencia, 
sobrecalentamiento en conductores, motores y transformadores interrupción del 
suministro eléctrico, etc. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
3 
 
1.1.3 Importancia de la calidad de la energía 
Bajo los términos normativos, la calidad de la energía es un estándar por el cual la 
compañía suministradora, cumple con lo estipulado en su contrato con el usuario; 
pero no solo por el cumplimiento de las normatividades se debe de mantener en 
calidad a la energía eléctrica. La buena práctica de proveer y mantener los 
parámetros de la energía eléctrica en los intervalos de tolerancia, evitan disturbios 
e interrupciones, que detienen el constante flujo económico de una sociedad. 
La calidad del suministro eléctrico tomo vital importancia en el perfecto cuidado de 
los equipos eléctricos, que son construidos con elementos electrónicos susceptibles 
a las variaciones de la frecuencia y tensión. Si la calidad de la energía se mantiene 
en los parámetros establecidos por las leyes reguladoras, los equipos sensibles a 
dichos fenómenos, pueden garantizar una vida útil mayor y por tal motivo generan 
un ahorro por reparaciones y mantenimiento a los usuarios que se sirven de esta 
infraestructura para su desarrollo económico. 
 
1.2 CARGAS ELÉCTRICAS 
El concepto de carga, define a una cantidad de energía eléctrica acumulada en un 
cuerpo; estos cuerpos tienen propiedades eléctricas como pueden ser: resistividad 
o conductividad. De la misma manera todo cuerpo se encuentra cargado 
eléctricamente, ya sea positivamente o negativamente, pero nunca se dejará de 
tener carga eléctrica. 
 
Al hablar de una carga, se está haciendo mención de un cuerpo o elemento 
perteneciente a un circuito eléctrico, el cual dependiendo de su propiedad produce 
alteraciones en la conducta del flujo eléctrico a través de ellas. Las cargas a las 
cuales nos referimos son las siguientes: resistivas, capacitivas o inductivas. 
1.2.1. Respuesta ideal de cargas resistivas, capacitivas e inductivas. 
 
En los sistemas eléctricos se encuentran conectadas cargas a las cuales 
denominamos impedancias, estas cargas eléctricas, por lo general, se encuentran 
conjuntas y para su análisis en corriente alterna, los llamamos circuitos RLC. 
 
La respuesta eléctrica de un sistema corresponde al comportamiento de los distintos 
parámetros y son relevantes para el diseño y comportamiento real de redes 
eléctricas. La respuesta eléctrica de una carga dependerá de sus características, 
considerándose a esta respuesta ideal, como la base de estudio de algunos 
parámetros de la calidad de la energía, como es el caso del factor de potencia y 
contenido armónico. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
4 
 
La resistividad que presenta un resistor es independiente de la frecuencia aplicada, 
sin embargo, los elementos resistivos presentan valores de capacitancia parásita e 
inductancia de terminales, que son sensibles a la frecuencia que se les aplica. Estos 
valores son muy pequeños que su efecto puede ser apreciable hasta una frecuencia 
del orden de MHz. 
 
Los elementos resistivos transforman en calor toda energía que reciben, asimismo 
las cargas puramente resistivas son poco usuales. En una carga puramente 
resistiva se tiene a la tensión y corriente eléctrica en fase como se aprecia en la 
figura 1.5. Esta característica de las cargas resistivas es de suma importancia para 
el análisis del comportamiento de las cargas dentro de un sistema eléctrico. 
 
 
Figura 1.1: Respuesta ideal de una carga puramente resistiva. 
 
En una carga inductiva provoca que la tensión eléctrica este adelantada 90° 
respecto a la corriente. Es importante mencionar que predominan las cargas 
inductivas en las instalaciones eléctricas, las cuales están presentes en los motores 
eléctricos, así mismo estas son las responsables del bajo factor de potencia. En la 
figura 1.6 se puede observar la respuesta ideal de una carga puramente inductiva. 
 
 
Figura 1.2: Respuesta ideal de una carga puramente inductiva. 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
5 
 
De forma contraria, en una carga capacitiva la corriente eléctrica se encuentra 
adelantada 90° respecto a la tensión, considerando los efectos contrarios 
producidos en la señal de corriente tanto por el inductor como por un capacitor surge 
un método de compensación del factor de potencia. El la figura 1.7 se muestra la 
respuesta ideal de una carga capacitiva. 
 
 
 
 
Figura 1.3: Respuesta ideal de una carga puramente capacitiva. 
 
 
 
1.2.2. Cargas críticas 
 
Es aquella que al dejar de funcionar o al funcionar inapropiadamente pone en peligro 
la seguridad del personal y/u ocasiona grandes perjuicios económicos. Por ejemplo, 
un paro no programado en un centro de información en un banco es muy costoso, 
o el mal funcionamiento de los sistemas de diagnóstico en un hospital puede ser 
catastrófico. 
 
1.2.3. Cargas sensibles 
 
Las cargas sensibles, requieren un suministro de calidad alta, esto es, libre de 
disturbios. En la actualidad el equipo electrónico es más susceptible a los disturbios 
que el equipo electromecánico tradicional. En consecuencia con la aplicación de un 
estudio de la calidad de la energía permite evaluar las perturbaciones en los 
parámetros eléctricos que puedan estar afectando a las cargas sensibles. 
 
1.2.4. Cargas lineales 
 
Este tipo de cargas eléctricas se considerancomo cargas convencionales; estas se 
comportan linealmente, lo cual significa que al aplicar una tensión, la forma de onda 
de la corriente conserva esa misma forma que la de tensión, aunque en general 
estará desplazada en el tiempo un ángulo. Este tipo de cargas no introduce mayores 
afectaciones a la calidad de la forma de onda de tensión. 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
6 
 
 
 
1.2.5. Cargas no lineales 
 
Las cargas eléctricas no lineales son las que al suministrarle una onda de tensión 
senoidal, provoca una onda de corriente no senoidal, este tipo de cargas en general 
están conformadas por equipo electrónico tales como: computadoras, balastros 
 
electrónicos, entre otros. Este tipo de cargas son las responsables del contenido 
armónico en las instalaciones eléctricas. 
 
Las características de las cargas eléctricas son un aspecto importante del estudio 
de calidad de la energía, ya sea como cargas sensibles a los disturbios en los 
parámetros de calidad de la energía o como causantes de los mismos disturbios. La 
calidad de la energía en gran parte depende del tipo de cargas conectadas a un 
determinado sistema eléctrico, por lo cual, partir del conocimiento de las 
características de las cargas se puede direccionar un estudio de calidad de la 
energía. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 2: 
 
Parámetros de la calidad 
de la Energía 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En el presente capítulo se describen los parámetros que intervienen en la 
calidad de la energía de igual forma se presentan los modelos matemáticos 
de cada parámetro para su análisis. En la problemática de calidad de la 
energía eléctrica incluye una gran cantidad de parámetros, que influyen en 
la óptima operación de los sistemas y equipos eléctricos tales como: tensión 
eléctrica, frecuencia, continuidad en el servicio, contenido armónico y el 
factor de potencia. 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
8 
 
CAPÍTULO 2. PARÁMETROS DE LA CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
La obligación de toda compañía suministradora y en especial la regente en los 
Estados Unidos Mexicanos, es mantener el suministro de energía eléctrica dentro 
de los parámetros de operatividad, en el Reglamento de la Ley del Servicio Público 
de la Energía Eléctrica, en su artículo XVIII marca los lineamentos de bajo los cuales 
se debe de distribuir la electricidad. En este apartado nos indica que la frecuencia 
será de 60 Hz, con una tolerancia del ± 8%, y la tolerancia de la Tensión deberá ser 
del ± 10% en Tensión Alta, media y baja. 
Pero la calidad de la energía no solo puede ser mermada por el incumplimiento de 
los intervalos de tensión y frecuencia permisibles. Existen fenómenos 
electromagnéticos que afectan la calidad de la energía y que son responsabilidad 
del usuario y en algunos casos de la compañía suministradora. 
Según la IEEE 1159 en su tabla no.2 divide en 7 categorias a los fenómenos 
electromagnéticos que afectan la calidad de la energía: 
 Transitorios 
 Variaciones de corta duración 
 Variaciones de Larga duración 
 Desbalance de tensión 
 Distorsión de forma de onda 
 Fluctuaciones de tensión 
 Variaciones en la frecuencia. 
 
2.1 Transitorios 
 
Los transitorios son perturbaciones en las condiciones de estado estable en la onda 
de tensión y frecuencia, son perceptibles como una discontinuidad brusca 
apreciable en menos de un ciclo de la forma de onda. Estas perturbaciones están 
asociados con fallas eléctricas, o sobretensiones inducidas debido a descargas 
atmosféricas y que por lo regular son eventos aislados, es decir no existe 
continuidad del evento en siguiente ciclo y si lo hubiese esta no pertenece al evento. 
[1] [4] [5]. 
 
La IEEE indica que los transitorios están divididos en dos: impulsos y oscilatorios. 
Cada uno está caracterizado por su duración y distorsión en la frecuencia; su efecto 
varía en los dispositivos según el mismo y su ubicación en el sistema eléctrico, son 
difíciles de detectar debido a su corta duración y su aparición repentina. [11] 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
9 
 
La tabla 2.1 Transitorios; nos indica los dos diferente tipos de transitorios y sus 
subdivisiones, los transitorios de impulso son los que se caracterizan por su cambio 
repentino en la potencia a una frecuencia distinta de la fundamental y los oscilatorios 
son aquellos en los cuales el valor instantáneo de tensión cambia súbitamente de 
polaridad. [1] [11] 
 
 
Categoría Contenido Típico 
Espectral 
Duración 
Típica 
Magnitud 
Típica del 
Voltaje 
 
Transitorios 
1.1Impulsos 
1.1.1 Nanosegundos 5 ns de elevación <50 ns 
1.1.2 Microsegundos 1 ms de elevación 50 ns - 1 ms 
1.1.3 Milisegundos 0.1 ms de elevación > 1 ms 
1.2 Oscilatorios 
1.2.1 Baja Frecuencia < 5kHz 0.3 - 50 ms 0 - 4 pu 
1.2.2 Frecuencia Media 5 - 500 kHz 20 us 0 - 8 pu 
1.2.3 Alta Frecuencia 0.5 - 5MHz 5 us 0 - 4 pu 
Tabla 2.1. Transitorios. [11] 
 
2.1.1. Causas de los transitorios 
 
Como se ha explicado los transitorios son perturbaciones menores a un ciclo, la 
cuales no producen serios daños a los equipos eléctricos, pero si pueden crear 
botos de cuchillas e incluso corto circuitos. Los transitorios tienen diversas causas 
pero las más comunes se enumeran a continuación. [4] 
 
• Fenómenos atmosféricos (rayos, las erupciones solares, las perturbaciones 
geomagnéticas) 
• Conmutación de cargas dentro o fuera 
• La interrupción de corrientes de falla 
• El cambio de las líneas eléctricas 
• La conmutación de bancos de condensadores 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
10 
 
2.2. VARIACIONES DE CORTA DURACIÓN Y LARGA DURACIÓN 
 
Las variaciones en las formas de onda de tensión y corriente, generan problemas si 
estas persisten dentro del sistema eléctrico, para ello los fenómenos se dividen en 
dos tipos: Variaciones de Corta Duración y de Larga Duración. Perturbaciones de 
corta duración son aquellas que su presencia no exceden el minuto y aquellas que 
son de Larga duración exceden el minuto de presencia. 
 
En la tabla 2.2 Variaciones de corta y larga duración. Podemos observar que esta 
división depende del tiempo de presencia dentro del sistema eléctrico y aunque 
algunos de estos fenómenos son similares su efecto varía dependiendo del tiempo 
de presencia de estos. 
 
Categoría Contenido 
Típico 
Espectral 
Duración Típica Magnitud 
Típica del 
Voltaje 
2.0 Variaciones de Corta duración 
2.1 Instantáneas 
2.1.1 Sag 0.5 - 30 ciclos 0.1 -0.9 pu 
2.1.2 Swell 0.5 - 30 ciclos 1.1 - 1.8 pu 
2.2 Momentáneas 
2.2.1 Interrupción 0.5 ciclos - 3 seg < 0.1 pu 
2.2.2 Sag 30 ciclos - 3 seg 0.1 -0.9 pu 
2.2.3 Swell 30 ciclos - 3 seg 1.1 - 1.4 pu 
2.3 Temporal 
2.3.1 Interrupción 3 seg - 1 min < 0.1 pu 
2.3.2 Sag 3 seg - 1 min 0.1 -0.9 pu 
2.3.3 Swell 3 seg - 1 min 1.1 - 1.2 pu 
3.0 Variaciones de larga duración 
3.1 Interrupción sostenida > 1 min 0.0 pu 
3.2 Tesnsión baja > 1 min 0.8 -0.9 pu 
3.3 Sobre Tesión > 1 min 1.1 - 1.2 pu 
Tabla 2.2 Variaciones de larga y corta larga duración. [11] 
 
 
2.2.1. Caídas de tensión (SAG) 
 
La figura 2.2 muestra el comportamiento de la tensión instantánea durante una 
caída de tensión con duración de 40 ms. Las caídas de tensión, también conocidas 
como “sags”, se definen como reducciones en el nivel de tensión durante un 
intervalo de corto tiempo, sin llegar a la interrupción del suministro de energía 
eléctrica. Las depresiones en la tensión están definidas como reducciones en la 
magnitud de la tensión eficaz (RMS) a frecuencia nominal entre 0.1 y 0.9 por unidad 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
11 
de la tensión nominal, en un intervalo de tiempo comprendido entre 0.5 y 60 ciclos. 
[4]. 
 
Figura 2.1: Caída de tensión con duración de 40 ms. 
 
Las disminuciones en la tensión eléctrica son provocadas por fallas remotas o 
locales, en consecuencia son más frecuentes que las interrupcionesmismas. A 
continuación se presentan algunas causas de las disminuciones en la diferencia de 
potencial de suministro. 
 
 Conexión de grandes cargas tales como el arranque de motores. 
 Fallas de circuito corto. 
 Sobrecarga de la instalación (alimentadores y circuitos derivados). 
Las caidas de tensión ocasionan grandes efectos negativos en los equipos 
eléctricos tales como calentamiento o mal funcionamiento de los mismos. En el caso 
mas práctico en el arranque de un motor eléctrico si se suministra un nivel bajo de 
tensión, no podrá iniciar su giro provocando que el motor trate de consumir su 
potencia eléctrica demandando una mayor cantidad de corriente, incitando un 
calentamietno que podría ocasionar su avería. Los sistemas de control pueden 
actuar de manera incorrecta. 
 
2.2.2. Sobretensiones temporales (SWELL) 
 
En la figura 2.3 se muestra el comportamiento de la tensión instantánea durante 
una sobretensión con una duración de 40 ms. Las sobretensiones temporales, 
también conocidas como “swells”, son el incremento de la tensión RMS entre 1.1 y 
1.8 en por unidad respecto a la tensión nominal, con un tiempo de duración 
comprendido entre 0.5 y 60 ciclos. Este tipo de disturbio es ocasionado con la 
desconexión de bancos de capacitores, grandes cargas tales como los motores y 
transformadores de gran capacidad. [4]. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
12 
 
 
Figura 2.2: Sobretensión con duración de 40 ms. 
 
 
2.2.3. Continuidad en el servicio 
 
La continuidad del suministro es el aspecto de calidad más inmediato y evidente, 
generalmente se le llama confiabilidad del suministro. Hasta no hace demasiado 
tiempo, era el único aspecto relevante de la calidad del servicio. A medida que los 
países se han ido desarrollando, se han alcanzado mayores niveles de continuidad 
del suministro cada vez más aceptados por los clientes, sobre todo en zonas 
urbanas o de gran consumo. Pero también han aparecido equipos que están 
suministrando cada vez más perturbaciones en la red (computadoras, 
convertidores, etc.) y que además son más sensibles a esas mismas perturbaciones 
u otras ya existentes en la red. 
 
La IEEE considera una interrupción como la pérdida de alimentación en corriente 
alterna durante medio ciclo de la frecuencia del sistema (para el caso del sistema 
eléctrico de México 8.34 ms) [12]. Sin embargo el concepto de interrupción de 
energía eléctrica va más allá de esa definición, se interpreta como una interrupción 
perceptible ya que basta con que se interrumpa la energía por algunos ciclos o 
milisegundos para que se pueda afectar a ciertos tipos de cargas sensibles. 
 
2.2.3.1 Interrupciones imprevistas de energía eléctrica 
 
Este tipo de interrupciones son las que más afectan a los clientes, puesto que no 
han podido tomar medidas para contrarrestar sus efectos. Pueden mencionarse las 
siguientes causas de este tipo de interrupciones: de fuerza mayor, climática, fallas 
en componentes, causas desconocidas, etc. Estas interrupciones pueden durar 
tiempos prolongados debido a que no se tiene control sobre ellas. [9]. 
 
swell 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
13 
2.2.3.2. Interrupciones programadas de energía eléctrica 
 
Este tipo de interrupciones están previstas y por tanto los clientes afectados están 
avisados. De hecho, para ser consideradas previstas, deben ser avisadas con un 
tiempo mínimo de antelación a los clientes afectados, para que estos puedan tomar 
las medidas oportunas para minimizar el impacto de las mismas. Suelen producirse 
por un motivo de nuevas instalaciones, mantenimiento de las líneas, etc. 
2.2.3.3. Interrupciones breves de energía 
Se considera como una interrupción breve cuando la tensión en los puntos de 
suministro es inferior al 1% del valor de tensión acordado y dura menos de 1 minuto. 
Estas interrupciones son provocadas por fallas despejadas por los sistemas de 
protección con reposición del suministro, todo ello de manera automática como 
todas las perturbaciones debidas a fallas con alto componente de aleatoriedad. [9]. 
2.2.3.4. Interrupciones largas de energía 
 
Las interrupciones largas pueden ser debidas a una falta de generación, lo que 
supone dejar sin alimentación una parte de la demanda. La línea de transmisión 
también puede provocar interrupciones largas, es poco probable ya que se ha 
invertido mucho en su protección y en el estudio de la confiabilidad de la línea de 
transmisión frente a fallas. La razón es que una falla en la línea de transmisión 
puede afectar a una zona muy amplia de suministro, siendo muy grande el daño 
causado. En las redes de distribución es donde se genera la mayoría de las 
interrupciones del suministro, este tipo de interrupciones tienen un efecto local, lo 
que les resta importancia en comparación de las ocurridas en las líneas de 
transmisión. 
 
 
2.3. DESVALANCE Y FLUCTUACIONES DE TESIÓN. 
 
 
El factor más importante para cuantificar la calidad de la energía es la tensión, ya 
que estrechamente a ella está ligada la corriente y debido que en la actualidad la 
mayor parte del equipo conectado a la red eléctrica está conformado por electrónica 
de potencia, es indispensable contar con los criterios de calidad en el suministro de 
tensión eléctrica. En México la compañía suministradora obedece al Reglamento de 
la Ley del Servicio Público de la Energía Eléctrica, en el cual en su CAPITULO V: Del 
Suministro y la Venta de Energía Eléctrica, indica lo siguiente en su artículo XVIII: 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
14 
ARTICULO 18.- El suministrador deberá ofrecer y mantener el servicio en 
forma de corriente alterna en una, dos o tres fases, a las tensiones alta, 
media o baja, disponibles en la zona de que se trate, observando lo 
siguiente: 
I. Que la frecuencia sea de 60 Hertz, con una tolerancia de 0.8 por 
ciento en más o en menos, y 
 
II. Que las tolerancias en el voltaje de alta, media o baja tensión no 
excedan de diez por ciento en más o en menos y tiendan a reducirse 
progresivamente. 
 
Así mismo en la Tabla 2.3 desbalance y Fluctuaciones de Tensión, la IEEE estable 
los criterios de Tensión en os suministro eléctricos: 
 
 
Categoría Contenido 
Típico 
Espectral 
Duración 
Típica 
Magnitud 
Típica del 
Voltaje 
4.0 Desbalance en voltaje Estado 
Estable 
 0.5 - 2% 
6.0 Fluctuaciones de Voltaje < 25 Hz Intermitente 0.1 - 7% 
Tabla 2.3 desbalance y Fluctuaciones de Tensión [12]. 
2.4 DISTORSIÓN EN LA FORMA DE ONDA 
 
La distorsión de la forma de onda es una desviación estable del comportamiento 
idealmente sinusoidal de la tensión o la corriente a la frecuencia fundamental del 
sistema de potencia. Se caracteriza, principalmente, por el contenido espectral de 
la desviación. 
 
Existen cinco formas primarias de distorsión de la forma de onda: 
 
Categoría Contenido Típico 
Espectral 
Duración 
Típica 
Magnitud 
Típica del 
Voltaje 
5.0 Distorsión de Forma de Onda 
5.1 Componente de directa Estado 
Estable 
 0 - 0.1% 
5.2 Contenido armónico 0 -100th H Estado 
Estable 
 0 - 20% 
5.3 Interarmónicas 0 - 6 kHz Estado 
Estable 
 0 - 2% 
5.4 Muescas en el voltaje Estado 
Estable 
 
5.5 Ruido Banda amplia Estado 
Estable 
 0 - 1% 
Tabla 2.4 Distorsión de la forma de onda [12]. 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
15 
 
2.4.1 Variaciones en la frecuencia 
 
La frecuencia eléctrica es el número de ciclos que se repiten por segundo, según el 
sistema internacional el resultado se mide en (Hz), cuando se refiere al sistema 
eléctrico nacional la frecuencia eléctrica nominal es de 60 Hz que representa 
sesenta sucesos (ciclos) por segundo [1]. La mayoría de los equipos eléctricos 
funcionan a esa frecuencia y algunos de ellos son extremadamente delicados y un 
cambio de frecuencia provocaría un mal funcionamiento, por lo cual es necesario 
que la frecuencia del sistema permanezca constante o dentro de un intervalo de 
variación permitido por la ley federal delservicio público de la energía eléctrica en 
± 0.8% de la frecuencia nominal. [19]. 
 
En la actualidad las compañías generadoras de energía eléctrica, generan la 
energía con ciclos muy estables, por lo que es poco común que se presente una 
variación en la frecuencia. Las variaciones de frecuencia se pueden presentar en 
plantas de emergencia o portátiles ya que la regulación de velocidad del generador 
depende de las condiciones ambientales y de operación particular. En los sistemas 
eléctricos no debe existir una variación en la frecuencia mayor al (± 0.8% de la 
frecuencia nominal). [19]. 
2.4.1.1 Ruido eléctrico 
 
El ruido eléctrico son perturbaciones (no necesariamente periódicas) de la forma 
senoidal de tensión. Son poco frecuentes y de un valor bajo o mayor de tensión, el 
valor más elevado se denomina impulso, es decir, cuando su duración es inferior a 
2 ms. Los ruidos eléctricos se producen debido al funcionamiento de maquinas 
eléctricas con escobillas, soldadoras de arco, interruptores y en el “switcheo”, los 
cuales se encuentran conectados en algún punto cercano a la carga utilizada. 
 
Por otro lado, los impulsos eléctricos suelen producirse por la conexión y 
desconexión de bancos de capacitores y por descargas eléctricas, de todas las 
perturbaciones son las más aleatorias y menos predecibles. Este tipo de disturbios 
produce un mal funcionamiento de los equipos eléctricos y en especial al sistema 
dieléctrico. En la figura 2.6 se muestra la forma de onda de tensión con ruido 
eléctrico. 
 
 
Figura 2.3: Forma de onda de tensión con ruido eléctrico. 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
16 
Uno de los efectos más importantes de la variación de la frecuencia se presenta 
en los motores, ya que al variar la frecuencia del sistema se estaría variando la 
velocidad de un motor. Variar la velocidad de algún motor presente en algún 
proceso productivo traería repercusiones negativas en el mismo proceso. 
 
2.4.1.2. Efecto Flicker 
 
El efecto “Flicker” consiste en variaciones periódicas de amplitud o frecuencia en la 
forma de onda de la tensión, de forma que son detectadas a simple vista (se observa 
un parpadeo) cuando la tensión alimenta excita y otros dispositivos de para la 
iluminación. La variación de la amplitud de la tensión produce fluctuación en el flujo 
luminoso de lámparas, induciendo la impresión de inestabilidad en la sensación 
visual. 
En la figura 2.4 se puede apreciar un ejemplo de una forma de onda con “flicker” El 
“flicker” depende fundamentalmente de la amplitud, frecuencia y duración de la 
variaciones de la tensión, y se expresa como el cambio de la tensión RMS dividido 
entre la tensión promedio RMS [5] [24]. 
 
 
 
Figura 2.4: Forma de onda del flicker. 
 
 
 2.4.2 COMPONENTE DE CD 
 
La presencia de una tensión o corriente directa (DC) en un sistema de corriente 
alterna (AC) de potencia se denomina corrimiento DC (DC offset). Esto puede ocurrir 
debido al efecto de la rectificación de media onda, extensores de vida o 
controladores de luces incandescentes. Este tipo de controlador, por ejemplo, 
puede consistir en diodos que reducen el valor R.M.S. de la tensión de alimentación 
por rectificación de media onda. 
 
La corriente directa en redes de corriente alterna produce efectos perjudiciales al 
polarizar los núcleos de los transformadores de forma que se saturen en operación 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
17 
normal causando el calentamiento y la pérdida de vida útil en estos equipos. La 
corriente directa es una causa potencial del aumento de la corrosión en los 
electrodos de puesta a tierra y en otros conductores y conectores. 
 
2.4.3 DISTORCIÓN ARMÓNICA 
 
El matemático francés Jean Baptiste Fourier formuló que una función periódica no 
sinusoidal de una frecuencia fundamental f puede ser expresada como la suma de 
funciones sinusoidales de frecuencia que son múltiplos de la frecuencia 
fundamental. A esto se le conoce como armónicos, que son componentes 
sinusoidales en múltiplos de la frecuencia fundamental, cuya amplitud de onda va 
decreciendo conforme aumenta el múltiplo. Una función sinusoidal de tensión o de 
corriente depende del tiempo t y puede ser representada por las siguientes 
expresiones [4]: 
 
𝑣(𝑡) = 𝑉𝑃𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡) (2.1) 
𝑖(𝑡) = 𝐼𝑃𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 ± Ф) (2.2) 
 𝜔 = 2𝜋 𝑓 (2.3) 
Donde: 
v(t)= Tensión eléctrica en función del tiempo, en V. 
i(t)= Intensidad de corriente en función del tiempo, en A. 
VP= Tensión eléctrica, en valor pico. 
IP = Intensidad de corriente, en valor pico. 
w= Velocidad angular del periodo de la forma de onda. 
Ф= Ángulo de desfasamiento, en grados. 
f= Frecuencia del sistema, en Hz. 
t= Tiempo, en s. 
Fourier explicó por primera vez la distorsión existente con respecto a la forma de 
onda fundamental expresada por las ecuaciones (2.1) y (2.2). Asimismo las formas 
de onda no senoidales fueron expresadas en series de Fourier cuya expresión 
describe la forma que describe la onda: 
 
𝑣(𝑡) = 𝑣0 + 𝑣1 sen(𝜔𝑡) + 𝑣2 sen(𝜔𝑡) + ⋯ + 𝑣𝑛 sen(𝑛𝜔𝑡) + 𝑣𝑛+1 sen((𝑛 + 1)𝜔𝑡) (2.4) 
La ecuación anterior de Fourier es una serie infinita. En esta ecuación, V0 
representa la constante o la componente de corriente directa de la forma de onda. 
v1, v2,…., vn, son los valores pico de los términos de las series sucesivas. Los 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
18 
términos son conocidos como armónicos de forma de onda. Los armónicos de la 
frecuencia fundamental están dados por la ecuación (2.5). [11] 
𝑓ℎ = ℎ × 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 (2.5) 
El número del armónico es representado por h que es un entero que representa el 
número de veces de la frecuencia fundamental. El primer armónico está dado para 
la frecuencia fundamental, así como el 0 representa la constante o la componente 
de corriente directa de la forma de onda. La Frecuencia fundamental es la frecuencia 
a la cual el sistema opera, en México es de 60 Hz. 
 
Usualmente los armónicos son representados y observados como múltiplos enteros 
pero existen aplicaciones que producen armónicos de tensión y corriente que no 
son enteros. Los hornos de arco eléctrico son ejemplo de cargas que generan 
armónicos que no son enteros. 
 
En la figura 2.7, se muestra Idealmente una fuente de tensión eléctrica debe 
mostrar invariablemente una señal de tensión y corriente con una forma de onda 
sinusoidal pura, para cualquier carga. Debido a la inserción en el sistema de 
cargas no lineales el sistema se ha visto mermado debido a una fuerte distorsión 
armónica cuyos efectos son tangibles en las formas de onda de tensión y 
corriente. [4]: 
 
 
Figura 2.5: Señal ideal de intensidad de corriente y tensión eléctrica en función del tiempo. 
 
En la figura 2.6 se muestran las ondas de tensión para la primera, segunda y tercer 
armónica. 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
19 
 
 
 
Figura 2.6: Onda fundamental de la segunda y tercer armónica. 
 
2.4.3.1. Origen del problema de los armónicos 
 
Los sistemas eléctricos actualmente cuentan con una gran cantidad de elementos 
llamados no lineales. Las cargas no lineales son aquellas en las que la forma de 
onda de tensión y de corriente aplicadas no se parece a las que la fuente suministra, 
es decir las formas de onda en las cargas presentan distorsión. La distorsión 
armónica en su mayor parte es causada por las cargas no lineales. [11] 
 
En la figura 2.7 se presenta el esquema del origen de los armónicos. 
 
 
Figura 2.7: Esquema básico de distorsión de tensión. 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
20 
 
Las corrientes de diferente frecuencia provocan caídas de tensión de frecuencia 
distinta de 60 Hz, en la reactancia de corto circuito X. Esto origina, en definitiva, 
que la tensión en la barra (VB) se distorsione como se observa en la figura 2.7, 
afectando a otros consumidores y a la misma carga no lineal. 
Diferentes cargas no linealesproducen espectros armónicos diferentes, pero 
identificables. Esto hace que la tarea de identificar posibles causas de distorsión 
armónica más tangibles, es decir, cada carga no lineal produce una cierta forma de 
onda armónica que la hace identificable y por tal manera se puede eliminar el 
armónico producido bajo diferentes técnicas de mitigación de armónicos. 
 
En la actualidad los controladores de velocidad ajustables que funcionan 
eficientemente son generadores de grandes corrientes de armónicos. Las lámparas 
fluorescentes trabajan con tecnologías que coadyuvan a tener un menor consumo 
de energía eléctrica, en su proceso este tipo de lámparas son grandes fuentes de 
armónicos de corriente. De igual manera la gran creciente del uso de computadoras 
personales es la causa de la proliferación de grandes cantidades de armónicos en 
edificios comerciales. 
Los armónicos son un fenómeno que genera problemas tanto para los usuarios 
como para la entidad encargada de la prestación del servicio de energía eléctrica 
ocasionando diversos efectos negativos en los equipos de la red. Muchas de las 
cargas instaladas en el sistema eléctrico son grandes generadoras de armónicos 
que combinados con la impedancia del sistema eléctrico, producen armónicos de 
tensión. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
21 
 
2.4.3.2. Modelado matemático del contenido armónico 
 
Los indicadores de armónicos permiten evaluar la cantidad de armónicos presentes 
en una instalación eléctrica, estos indicadores pueden ser de forma individual, es 
decir, el indicador de cada armónica y de forma total respecto a la fundamental. En 
la actualidad existen equipos de medición de los indicadores de armónicos, tales 
como los analizadores de redes. 
 
La distorsión armónica individual (CI) es la relación entre la media cuadrática 
(RMS) del valor del armónico individual y el valor eficaz de la fundamental. Es decir 
[12]: 
 
𝐼𝐻𝐷𝑛 =
𝐼𝑛
𝐼1
 (2.4) 
La distorsión armónica individual sirve para cuantificar la distorsión con base a la 
frecuencia fundamental este cálculo es el ocupado por la IEEE, el valor de la 
distorsión armónica es siempre del 100%.[11] 
 
La distorsión armónica individual indica la contribución de cada armónico a la 
distorsión de la forma de onda, y la distorsión total armónica describe la desviación 
neta de toda la distorsión sobre la fundamental. La distorsión armónica individual 
sirve para efectuar procesos de eliminación de armónicos, debido a que es un 
parámetro individual el cual muestra el comportamiento de una forma de onda 
armónica que afecta a cierto sistema eléctrico, basado en IHD se pueden proponer 
métodos de mitigación de armónicos. 
 
La distorsión armónica total es un término usado para describir la desviación neta 
de los armónicos, los porcentajes de distorsión son diferentes con respecto a la 
distorsión armónica individual. La distorsión armónica total es la relación entre el 
valor RMS de los armónicos y el valor RMS de la fundamental. Por ejemplo si una 
corriente no lineal tiene una componente fundamental I1 y componentes armónicas 
I2 , I3, I4 , I5, I6 , I7, ….., en términos del valor RMS se tiene que el valor total del 
armónico es [12]: 
 
𝐼𝐻 = √(𝐼2
2 + 𝐼3
2 + 𝐼4
2 + 𝐼5
2 + 𝐼6
2 + 𝐼7
2 + ⋯ ) (2.5) 
𝑇𝐻𝐷 =
𝐼𝐻
𝐼1
 × 100% (2.6) 
Siendo para la distorsión armónica de tensión las siguientes ecuaciones [12]: 
 
𝐸𝐻 = √(𝐸2
2 + 𝐸3
2 + 𝐸4
2 + 𝐸5
2 + 𝐸6
2 + 𝐸7
2 + ⋯ ) (2.7) 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
22 
𝑇𝐻𝐷 =
𝐸𝐻
𝐸1
 × 100% (2.8) 
La distorsión armónica total no proporciona parámetros particulares de las 
componentes de la distorsión armónica, pero los parámetros arrojados por la 
distorsión armónica total es de utilidad para el conocimiento de la forma de onda así 
como la frecuencia armónica característica. Esto es una referencia para el 
monitoreo de los armónicos. 
 
2.5. FACTOR DE POTENCIA 
 
Se puede definir como el coseno del ángulo de desplazamiento de las ondas de 
corriente y tensión, referidas a un eje de referencia. De igual forma es la relación 
existente entre la potencia real y la potencia aparente. En otras palabras se puede 
entender como un indicador del aprovechamiento de la energía que se recibe, en 
la instalación [1]. 
 
 El bajo factor de potencia es un problema común que se presenta en las 
instalaciones eléctricas, el cual afecta directamente al consumidor, asimismo está 
en sus manos corregirlo para obtener un beneficio. El fundamento de este problema 
se encuentra en los principios básicos de los circuitos de corriente alterna, con 
hincapié en las potencias activa, reactiva y aparente. 
 
 2.5.1. Modelo matemático 
Potencia activa: es la catidad de potencia realmente consumida por una carga, su 
unidad de medida son los watts, se puede medir directamente con un wattmetro. Se 
representa con la letra “P”, para su cálculo se tiene [1]: 
𝑃 = 𝑉 𝐼 cos ∅ = 𝑆 cos ∅ = 𝑆 (𝐹. 𝑃. ) (2.9) 
donde: 
 
P= Potencia activa, en W. 
V= Tensión eléctrica, en V. 
I= Intensidad de corriente en A. 
∅= Es el ángulo de desfasamiento entre la tensión y la intensidad de corriente 
electrica. 
S= Potencia aparente, en VA. 
Q= Potencia reactiva, en Var. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
23 
Potencia reactiva: los dispostivos eléctricos que hacen uso del efecto de un campo 
electromagnético, utilizan la potencia activa para efectuar su trabajo útil, asimismo 
utiliza la potencia reactiva para poder generar el campo magnético. Esta potencia 
esta dada en volt-amper reactivos (VAR), se representa por la letra Q, y para su 
cálculo se tiene: 
 
𝑄 = 𝑆 𝑠𝑒𝑛∅ = 𝑉 𝐼 𝑠𝑒𝑛∅ (2.10) 
 
Potencia aparente: la suma fasorial de la potencia reactiva y activa da la potencia 
aparente, es decir, es la potencia total que consume una determinada carga 
eléctrica para realizar su función de manera completa. Está dada en Volt-Amper, y 
se representa con la letra “S”, se calcula de la manera siguiente: 
 
𝑆 = 𝑉 ∗ 𝐼 (2.11) 
 
Las ecuaciones de potencias están dadas en su forma general, las cuales 
dependerán del arreglo del sistema al cual se esté estudiando. 
 
 
Representación gráfica: Las potencias antes mencionadas se relacionan 
gráficamente, por medio del triángulo de potencias, como se muestra en la figura 
2.8: 
 
 
Figura 2.8: Triángulo de potencia, a) triángulo de potencia para una carga inductiva b) triángulo de 
potencia para una carga capacitiva. 
 
Las cargas eléctricas pueden estar compuestas por elementos inductivos, 
capacitivos y resistivos. La componente reactiva está compuesta por cargas 
capacitivas e inductivas, donde tienen efectos opuestos, por lo cual la potencia 
reactiva se determina por su diferencia. Si en la carga eléctrica predomina el 
elemento inductivo corresponde al triangulo de potencia de la figura 2.10 a, si 
predomina la carga capacitiva corresponde el de la figura 2.10 b. Es de resaltar que 
las cargas predominantes en las instalaciones eléctricas son las del tipo resistivo e 
inductivo. El factor de potencia se define teóricamente como la razón de la potencia 
activa a la potencia aparente, como se muestra a continuación: 
 
𝐹. 𝑃. =
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎
𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒
=
𝑃
𝑆
 (2.12) 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
24 
 Aplicando el teorema de Pitágoras al triángulo de potencias se tiene: 
 
𝑆2 = 𝑃2 + 𝑄2 (2.13) 
 
Sustituyendo la ecuación 2.17 en la 2.16, se obtiene: 
 
𝐹. 𝑃. =
𝑃
𝑃2+𝑄2
 (2.14) 
 
Así mismo aplicando las ecuaciones de la potencia activa y aparente, se obtiene: 
 
𝐹. 𝑃. =
𝑃
𝑆
=
𝑉𝐼 cos ∅
𝑉𝐼
= cos ∅ (2.15) 
 
 
La variable ∅ corresponde al ángulo de desfasamiento entre el vector de tensión y 
el vector de intensidad de corriente eléctrica. A partir de lasecuaciones anteriores 
se puede deducir que cuanto menor sea este ángulo mejor se estará 
aprovechando la energía eléctrica. Para mejorar el factor de potencia en una 
instalación eléctrica es necesario compensar los efectos inductivos con su 
elemento contrario, el capacitor, una carga que consuma mayor potencia reactiva 
el F.P. será más bajo, y por lo consiguientes será mayor la cantidad de corriente 
en la red. 
 
Por ejemplo para un factor de potencia igual a 0.5 la cantidad de la corriente por la 
carga será dos veces la corriente útil, es decir, se puede reducir un 50% la corriente 
demandada sin sacrificar parte de la carga. De igual manera dada una potencia, la 
cantidad de corriente que demanda una carga se incrementa a medida que el factor 
de potencia disminuya. 
 
Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo a causa 
de la presencia principalmente de equipos de refrigeración, motores, etc. Este 
carácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activa (kW) se sume la 
potencia reactiva (kvar), las cuales en su conjunto determinan el comportamiento 
operacional de dichos equipos y motores. Esta potencia reactiva ha sido 
tradicionalmente suministrada por la empresa suministradora, aunque puede ser 
suministrada por las propias industrias. 
 
Al ser suministradas por las empresas de electricidad deberá ser producida y 
transportada por las redes, ocasionando necesidades de inversión en capacidades 
mayores de los equipos y redes de transmisión y distribución. Todas las cargas 
industriales necesitan de corrientes reactivas para su operación. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
25 
 
 
2.5.2. Origen del factor de potencia bajo 
 
La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos, es 
necesaria 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 del factor de potencia. Un alto consumo de energía 
reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de [1]: 
 
 Un gran número de motores. 
 Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado. 
 Sobre-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por 
una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria. 
 Mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria. 
 Las 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. 
 
Mejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de la 
instalación de bancos de capacitores eléctricos estáticos, o utilizando motores 
sincrónicos disponibles en la industria (algo menos económico si no se dispone de 
ellos). 
 
2.5.3. Problemas debidos a un factor de potencia bajo. 
 
El factor de potencia está ligado directamente con la corriente del sistema, y a su 
vez con el aprovechamiento de la energía que se consume. Por lo cual si se 
aumenta la corriente la cual es innecesaria se ocasionan grandes problemas, como 
son: 
 Aumentan las pérdidas por efecto Joule en: conductores, embobinados de 
transformadores, etc. 
 
 Al aumentar la corriente, aumenta la caída de tensión que puede afectar al 
los sistemas de protección y control. 
 
 Las instalaciones eléctricas no pueden ser usadas a toda su capacidad, lo 
cual toma importancia en los transformadores de distribución. 
 
 Existen penalizaciones al usuario, asiendo que pague más por consumo de 
electricidad. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
26 
 
2.6 Factor K 
 
 
Las cargas no lineales son fuentes generadoras de armónicas, las cuales 
inevitablemente se encuentran conectadas a un transformador, ya se particular o de 
la compañía suministradora. Sin importar el tipo transformador el cual soporte la 
carga estos sufren un sobre calentamiento, esto sin llegar a su carga nominal 
generando pérdidas y mermando la vida útil del transformador. 
 
Generalmente los transformadores conectados en configuración Delta-Estrella se 
encuentran expuestos al paso de armónicos de tercer grado, así como sus múltiplos 
esto aumentado la saturación en la densidad de flujo del núcleo. Por tal motivo los 
fabricantes de transformadores incluyen en los datos de placa un factor llamado “ 
factor K” que cuyo objetivo es calcular el calentamiento adicional o la perdida en 
Watts de un transformador. [1] [24] 
 
 
El método para el cálculo de dicho facto se encuentra basado en la norma 
ANSI/IEEE C57.110-1986 y a continuación se enlista: 
 
𝐼ℎ(𝑝𝑢) =
% 𝐻𝐷(ℎ)
(𝑇𝐻𝐷)2 𝑥 (100)2
 (2.16) 
 
Donde: 
 
 h = es el número de orden de la frecuencia armónica. 
 
 Ih (pu) = valor eficaz en p.u. de la corriente armónica de orden h. 
 
 % HD (h) = Por ciento de la distorsión armónica de orden h. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 3: 
 
Fuentes generadora de 
armónicos y efectos en los 
equipos eléctricos. 
 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
28 
3.1. FUENTES GENERADORAS DE ARMONICOS 
 
3.1.1. Convertidores 
 
Los convertidores son circuitos realizados con diodos, capaces de cambiar una 
señal de entrada a otra en la salida. Los convertidores usualmente de media onda 
y onda completa, se valen de la electrónica de potencia y cuya carga es denominada 
no lineal son generadoras de armónicos debido al swicheo de los diodos, 
transistores o tiristores utilizados en dichos elementos. 
 
3.1.2 Hornos de Inducción 
 
Los hornos desde la antigüedad han servido al hombre para la transformación 
metalúrgica, es decir para la fundición de materiales por medio de calor. La 
ingeniería eléctrica a partir de los años 70´s ayudo a transformar el proceso de 
fundición por medio de hornos de arco eléctrico. 
 
Los hornos de arco eléctrico funcionan bajo el concepto de inducción 
electromagnética. Este dispositivo consiste en una unidad de potencia o inversor 
que inyecta corriente de frecuencia alterna y variable a una bobina, la cual contiene 
una sección de cobre reforzado y alta conductividad maquinada en forma helicoidal; 
la corriente que pasa por la bobina forma un campo electromagnético. La fuerza y 
magnitud de este campo varía en función de la potencia y corriente que pasa a 
través de la bobina y su número de espiras. [22] 
 
Los hornos funcionan inicialmente con tensiones de salida normalizas y frecuencias 
de 60 Hz, pero a medida de que estos comienzan el proceso función, requieren de 
mayor temperatura. Esto es posible haciendo variara la frecuencia desde los 60 Hz 
hasta los 10 KHz, la frecuencia entre menor sea menor será la fundición de los 
elementos, de ellos depende la potencia y la frecuencia de corriente inducida. [9] 
 
Los hornos de inducción por lo anteriormente descrito son grandes generadoras de 
armónicas, ya que con el proceso de inducción y la potencia generada, distorsionan 
las señales entrantes y salientes de energía eléctrica. 
 
 
3.1.3 Compensadores estáticos 
 
Los compensadores estáticos, son elementos que coadyuvan en la corrección del 
factor de potencia adicionando componentes inductivas o capacitivas. Los 
elementos más característicos de un compensador estático son los capacitores 
conmutados por tiristores (TSC) y las bobinas conmutadas (TSR) o controladas 
(TCR) por tiristores, ya que estos dispositivos son los que incluyen la electrónica de 
potencia. 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
29 
3.1.4 Hornos de arco 
 
Los hornos de arco eléctrico, al igual que los hornos de inducción, se valen de un 
fenómeno electromecánico para fundición de materiales. En la cuba de fundición 
existen electrodos que tienen contactocon el material fundir, generando entre ellos 
una descarga eléctrica capaz de fundir el material deseado. 
 
Para generar este tipo de arcos eléctricos es necesario aumentar en gran medida 
la corriente y por tal la frecuencia, a lo que los disturbios eléctricos generados en 
gran medida son componentes armónicas. [22] 
 
3.1.5 Transformadores. 
 
Una fuente generadora de armónicos son los transformadores, el sistema eléctrico 
de potencia. Conformador por generación, transmisión su transmisión y distribución, 
se vale estos equipos eléctricos para hacer uso de la energía eléctrica. 
 
Idealmente un transformador es un maquina capaz de elevar o reducir tensiones o 
corrientes. Estos equipos utilizan el principio de inducción electromagnética para 
generar una Fuerza Electromotriz que es directamente proporcional al número de 
espiras que conforman el embobinado. A lo que nos lleva que las potencias de 
salida y entrada. 
 
En todo caso el transformador anteriormente descrito corresponde aun 
transformador ideal, el cual no tiene perdidas y tiene una eficiencia del 100%, la 
realidad que los transformadores no tienen un eficiencia total. Los transformadores 
reales tienen pérdidas en el núcleo por histéresis o corrientes parasitas que generan 
corrientes que pasan a la carga o la fuente generando una distorsión armónica en 
ya sea en la carga o fuente. Por ello es necesario que al elegir un transformador 
este deberá cumplir con las especificaciones de las normas oficiales y con los 
parámetros de carga de y demanda. [24] 
 
3.1.6 Lámparas fluorescentes 
 
La utilización en gran escala de las lámparas fluorescentes como un medio para 
reducir el consumo de energía, se ha visto recientemente incrementada en muchos 
lugares del mundo. La utilización de nuevas tecnologías que abarcan diseños de 
lámparas fluorescentes y lámparas de vapor de metal, constituyen sistemas más 
eficientes de iluminación. Sin embargo, es importante analizar el lado negativo del 
uso masivo de las lámparas fluorescentes. La preocupación reside en el deterioro 
que puede sufrir la calidad de la energía en las instalaciones eléctricas donde se 
aplica este tipo de alumbrado, por la generación de corrientes armónicas. 
 
Las lámparas incandescentes, por ser cargadas lineales, producen la circulación de 
corrientes de 60 Hz al ser alimentadas por una fuente de voltaje sinodal de la misma 
frecuencia. En cambio, las lámparas fluorescentes son cargas no lineales por 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
30 
naturaleza, por lo tanto al aplicarles un voltaje sinodal, se produce una circulación 
de corrientes no sinodales a través de ellas. [1] 
 
Ya que las lámparas fluorescentes de alta eficacia se conectan a la red de 
distribución, las corrientes armónicas que se generan pueden fluir a través de los 
conductores hacia los transformadores en el sistema de distribución. 
 
Dado que la tensión nominal de red de 220 V no es suficiente para iniciar el proceso 
de descarga en una lámpara fluorescente, se requiere un circuito de balastro para 
proveer la alta tensión inicial. En las lámparas fluorescentes con balastro magnético 
(inductivo), el desfase entre tensión y corriente da lugar a un bajo factor de potencia 
pero a una onda de corriente poco distorsionada, mientras que, en los tubos 
fluorescentes con balastro Electrónico sin filtro se observa una corriente fuertemente 
distorsionada. 
 
En las lámparas de bajo consumo (LBC) que se comercializan actualmente se 
emplea un balastro electrónico similar, compuesto por un puente rectificador con 
diodos y filtro capacitivo para obtener la corriente continua con la que funciona 
internamente el circuito electrónico pasando luego por un inversor CC-CA que 
finalmente excita al tubo fluorescente . 
 
Este balastro electrónico posee como ventajas un menor tamaño y una frecuencia 
relativamente alta (20 kHz) que mejora el rendimiento de la lámpara y elimina el 
peligroso efecto estroboscópico que produce el balastro de tipo magnético en los 
tubos fluorescentes. 
 
3.2 Efectos de los armónicos en los equipos eléctricos. 
 
El grado al cual los armónicos pueden ser tolerados es determinado por la 
susceptibilidad de la carga (o fuente de potencia) hacia ellos. El mínimo tipo de 
susceptibilidad de equipos es aquel en el cual la función principal es un calentador, 
tal como un horno u caldera. Es este caso, la energía armónica generalmente es 
utilizada y es completamente tolerable. 
El mayor tipo de susceptibilidad de los equipos es aquel cuyo diseño ó constitución 
asume una entrada fundamental sinusoidal casi perfecta. Este equipo esta 
frecuentemente en las categorías de comunicación o equipo de procesamiento de 
datos. Un tipo de carga que normalmente se encuentra entre los dos extremos de 
susceptibilidad mencionados es la carga del motor. Muchas cargas de motores son 
relativamente tolerante de armónicos. 
Los equipos menos susceptibles, los armónicos pueden ser dañinos. En el caso de 
un horno, puede causar calentamiento en el dieléctrico o esfuerzo eléctrico, el cual 
ocasiona envejecimiento prematuro del aislamiento eléctrico. 
 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
31 
En motores y generadores: la presencia de armónicas de tensión y corriente en 
las máquinas rotativas incrementan el calentamiento debido a las pérdidas en el 
cobre y en el hierro a frecuencias armónicas. De este modo los componentes 
armónicos afectan la eficiencia de la máquina, y por lo tanto puede afectar el par 
desarrollado por el motor [11] [24]. 
Las corrientes armónicas en un motor pueden dar aumento a una alta emisión de 
ruido audible al compararlas con una excitación sinusoidal. Los armónicos además 
producen una distribución del flujo resultante en el entrehierro, el cual puede causar 
o intensificar el fenómeno llamado muesca (negándose a arrancar fácilmente) o un 
deslazamiento muy alto en motores de inducción. 
En transformadores: con la excepción de aquellos armónicos aplicados a 
transformadores que pueden resultar en incrementos del ruido audible, los efectos 
en estos componentes usualmente son aquellos de calentamiento. El efecto de los 
armónicos en transformadores es doble: 
 Las corrientes armónicas causan un incremento de pérdidas en el cobre y 
pérdidas de flujos dispersos. 
 Las tensiones armónicas causan un incremento de pérdidas en el hierro. 
 
El efecto total es un incremento en el calentamiento del transformador, al ser 
comparado con una operación puramente sinusoidal (fundamental). La IEEE 
proporciona un límite de armónicos para el transformador de corriente. El límite 
superior del factor de distorsión de corrientes es el 5% de la cantidad de corriente 
[11]. 
Puede notarse que las pérdidas del transformador causadas por corrientes y 
tensiones armónicas dependen de la frecuencia. El incremento de pérdidas con el 
incremento de frecuencia y, por lo tanto, los componentes armónicos de alta 
frecuencia pueden ser más importantes que los componentes armónicos de baja 
frecuencia causando calentamiento en el transformador. 
 
En equipo electrónico: El equipo electrónico de potencia es susceptible a mal 
funcionamiento causado por las distorsiones armónicas. Este equipo a menudo 
depende de la determinación exacta del cruce por tensión en cero o de otros 
aspectos de la forma de onda de tensión. La distorsión armónica puede resultar en 
un cambio en el cruce por cero de la onda de tensión en el punto al cual una tensión 
eléctrica de fase a fase se vuelve mayor. Estos son los dos puntos críticos para 
muchos tipos de controles de circuitos electrónicos, y estos cambios pueden llevar 
al mal funcionamiento del equipo. 
CALIDAD DE LA ENERGÍA 
 
 
 
32 
 
Las computadoras y equipos asociados tal como los controladores programables 
frecuentemente requieren fuentes de corriente alterna con un factor de distorsión 
de tensión armónico menor al 5%, con el mayor armónico solo siendo