Factor de Potencia - Circuitos eléctricos - Carlos Cárdenas (5)

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Contenido
Introducción	1
Factor de Potencia	2
¿Qué es el factor de potencia?	2
Tipos de carga y factores de potencia	2
Tipos de Potencia	3
Triángulo de Potencias 	4 
¿Por qué se produce un factor de potencia? 	4 
Desventajas de un factor de potencia bajo 	5 
 Cargos y bonificaciones por factor de potencia 	5 
Corrección del factor de potencia 	6 
 Métodos de corrección del factor de potencia 	6 
 ¿Con qué compensar? 	8 
Conclusión 	9 
Bibliografía	10 
Introducción
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)Las empresas evolucionan constantemente y buscan cada vez más, una mayor competitividad; al mismo tiempo, se ven en la necesidad de mostrarse amigables con el medio ambiente. Para lo anterior, es indispensable ser racional con los insumos que se utilizan, buscando siempre la eficiencia que traerá la mayor utilidad a la misma. 
Entonces, para las compañías proveedoras de energía o productos eléctricos les es muy importante tener en cuenta este problema, el cual muchas veces desemboca en el desperdicio de un porcentaje de los recursos utilizados, y donde se introduce el término de “factor de potencia”, el cual nos ayuda a entender de manera cuantificable la parte del total de energía que se aprovecha como trabajo útil al desempeñar nuestras tareas y sirve como lineamiento para que las empresas se establezcan objetivos y midan su desempeño en cuanto a lo que son capaces de producir.
Debido a la gravedad de este asunto, existen métodos basados en el comportamiento de las variables y funcionamiento de los instrumentos, que reducen, a manera de efecto opuesto entre inductancias y capacitancias, el nivel de corriente que se suministra a las máquinas para que trabajen de manera más eficiente, y cómo se controla el hecho de que funcionen de manera correcta sin necesidad de recurrir a equipos de aguante más exigente o a correr el riesgo de que se originen fallas con facilidad. 
Factor de Potencia
¿Qué es el factor de potencia?
El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. Es un indicador del correcto aprovechamiento de la energía.
Puede tomar valores entre 0 y 1, siendo este último, el valor ideal que indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo. Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.
Las empresas proveedoras de energía generalmente exigen un valor mínimo de 0.95, valor que se traduce en que solamente 95% del total de la energía que abastece la distribuidora es utilizada por el cliente, mientras que el 5% restante es energía que se desaprovecha.
Tipos de carga y factores de potencia
  Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser: adelantado, retrasado, igual a 1.
· En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, la tensión y la corriente están en fase. En este caso, se tiene un factor de potencia unitario.
· En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la intensidad se encuentra retrasada respecto a la tensión. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
· En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia adelantado.
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Tipos de Potencia
En todo circuito eléctrico, para el funcionamiento de los diferentes equipos y máquinas se encuentran presentes las siguientes potencias:
· Potencia activa (P): Es la potencia realmente consumida por el cliente, la que se convierte en trabajo.
P = V·I·cos ϕ
· Potencia reactiva (Q): Es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores.
Q = V·I·sen ϕ
· Potencia aparente (S): Es la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Determina la prestación en corriente de un transformador y resulta de considerar la tensión aplicada al consumo por la corriente que éste demanda.
S = V·I
En los artefactos tales como lámparas incandescentes (focos), planchas, calefón y estufas eléctricas, toda la energía que requieren para su funcionamiento se transforma en energía lumínica o calorífica, en estos casos el factor de potencia toma valor de 1 (100% energía activa).
Por otro lado, en artefactos como lavarropas, heladeras, equipos de aire acondicionado, ventiladores y todos aquellos que poseen un motor para su funcionamiento, como también los tubos fluorescentes, entre otros, una parte de la energía se transforma en energía mecánica, frío, luz, o movimiento (energía activa), y la parte restante requiere de energía reactiva para su funcionamiento.
Así, el factor de potencia se puede definir como la relación entre la potencia activa, y la potencia aparente, y describe la relación entre la potencia de trabajo o real y la potencia total consumida: 
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Potencia reactiva
)
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Potencia aparente
)
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) (
Potencia activa
)
Triángulo de Potencias
El llamado triángulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ϕ) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna.
El factor de potencia o coseno de “fi” (cos ϕ) representa el valor del ángulo que se forma al representar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna.
Esta relación se puede representar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:
El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico.
¿Por qué se produce un factor de potencia?
Las instalaciones industriales tienden a tener un "factor de potencia" debido a que la corriente se retrasa respecto al voltaje. Esto se traduce en el hecho de tener una gran cantidad de motores de inducción eléctrica (las bobinas de los motores actúan como inductancias para un suministro eléctrico). Los condensadores tienen el efecto opuesto y pueden compensar a las bobinas de los motores de inducción.
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Desventajas de un factor de potencia bajo
Si el factor de potencia es menor a 1, las compañías tienen que suministrar más corriente al usuario para una misma cantidad determinada de uso de potencia. Así, surgen las siguientes desventajas:
· Al aumentar la corriente, incurren en mayores pérdidas por línea.
· Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.
· Aumento de la caída de tensión.
· Se ven obligadas a disponer de equipos de suministro con mayor capacidad del que sería necesario con un factor de potencia de 1.
· Se cobra un cargo adicional a la planta si su factor de potencia es muy diferente a 1.
Cargos y bonificaciones por factor de potencia
En México las compañías suministradoras de energía eléctrica han establecido que el valor del factor de potencia mínimo aceptable debe ser de 0.90 (90%). En el caso de que los usuarios demanden la potencia eléctrica con un factor de potencia menor al 0.90 (90%) se hacen acreedores a sanción económica que deben pagar en su factura eléctrica, el cobro de este cargo se calcula mediante la multiplicación del factor de cargo a los costos energéticos.
Se aplicará una bonificación por alto factor de potencia cuando el factor de potencia promedio en el período de facturación sea mayor a 0.9, de acuerdo con la siguiente fórmula: 
Importe del Bono = Factor de Bonificación x Costos Energéticos
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Corrección del factor de potencia
Las instalaciones eléctricas cuya carga está compuesta principalmente por motores de inducción tienen un factor atrasado, por esta razón resulta necesario compensar la carga inductiva con carga capacitiva, además de realizar modificaciones o acciones para que los motores operen encondiciones de carga adecuadas (75 - 100%) para mejorar el factor de carga del mismo y de la instalación total.
Métodos de corrección del factor de potencia
· Uso de alternadores sincrónicos
Son las principales máquinas eléctricas utilizadas para la generación de energía eléctrica. Se puede actuar sobre la excitación del alternador para variar el valor de la tensión generada y, con ello, regular las aportaciones de potencia reactiva en la red
· Uso de compensadores sincrónicos
Son motores sincrónicos que funcionan en vacío, puestos en sincronismo con la red, cuya única función es absorber la potencia reactiva excedente (funcionamiento en subexcitación) o bien proporcionar la potencia que falta (funcionamiento en sobreexcitación).
· Uso de compensadores estáticos
Se dividen en:
· TSC ("thyristor switched capacitors"): Permiten un control escalonado de la potencia reactiva suministrada por grupos de condensadores
· (
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)TCR ("thyristor controlled reactors"): Pueden controlar con continuidad la potencia reactiva absorbida por las inductancias. 
· Uso de bancos de capacitores
La solución sencilla es la colocación de bancos de capacitores que proporcionan los KVA’s Reactivos necesarios para que le factor de potencia esté por encima de lo estipulado en el contrato de suministro. Esta forma de compensación, conocida también como compensación en paralelo, es la más usual, especialmente en sistemas trifásicos.
Según la ubicación del banco de condensadores, se pueden aplicar los métodos de:
· Compensación Individual: A cada consumidor inductivo se le asigna el condensador necesario. Este tipo es empleado ante todo para compensar consumidores grandes de trabajo continuo.
· Compensación en Grupos: Los grupos se conforman de varios consumidores de igual potencia e igual tiempo de trabajo y se compensan por medio un condensador común. Este tipo de compensación es empleado, por ejemplo para compensar un grupo de lámparas fluorescentes.
· Compensación Central: La potencia reactiva inductiva de varios consumidores de diferentes potencias y diferentes tiempos de trabajo es compensada por medio de un banco de compensadores. Una regulación automática compensa según las exigencias del momento.
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¿Con qué compensar?
· Compensación en BT
En baja tensión la compensación se realiza con dos tipos de equipos:
· Condensadores de valores fijos o condensadores fijos: 
Estos condensadores tienen una potencia unitaria constante y su conexión puede ser:
· Manual: Mando por disyuntor o interruptor. 
· Semi-automática: Mando por contactor.
· Directa: Conectada a las bornes de un receptor.
· Equipos de regulación automática o baterías automáticas: 
Este tipo de equipo permite la adaptación automática de la potencia reactiva suministrada por las baterías de condensadores en función de un cos ϕ deseado e impuesto permanentemente.
Se utiliza en los casos donde la potencia reactiva consumida o la potencia activa varían en proporciones importantes.
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Conclusión
La evaluación del factor de potencia es una realidad que toda empresa debe tomar en cuenta. No solo las productoras de energía eléctrica, sino cualquiera que opere con maquinaria dentro de sus procesos, especialmente si utilizan motores de inducción que demandan altas cantidades de energía para su funcionamiento. A su vez, dicha importancia radica en las desventajas o beneficios que se hallen de la misma, pues darse por enterado de las consecuencias del manejo de la electricidad puede traernos tanto como pérdidas por uso excesivo de corriente, daño al medio ambiente o sobrecargas, así como beneficios por la bonificación obtenida al ser de cierta manera sustentable y aprovechar por lo menos el 90% de la energía total.
Los encargados de estos procesos, deben entonces reconocer con certeza las variables implicadas en la transformación de la energía, así como las exigencias que demanda cada artefacto o máquina, tanto en lo que se tiene al inicio como al final para así tomar decisiones que satisfagan a todos los trabajadores, a la misma empresa y la comunidad donde se encuentra.
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)Es así como se gasta una cantidad de recursos económicos en el mantenimiento de las máquinas, en vez de que sea demasiado tarde y una mala distribución de la energía haga disminuir la calidad del servicio que se presta y eso suponga un problema contraproducente. Pues, de la misma forma en que existen errores, existen también soluciones y mejoras con las cuales se requiere saber interpretar los datos y como repercuten en cada elemento productivo, puesto que todos son diferentes el uno con el otro y la forma en que se usen varía según las necesidades de cada compañía o producto que se elabore con base en el uso de la electricidad y transformación subsecuente en potencia o aprovechamiento de energía térmica, mecánica o de cualquier otro tipo.
Bibliografía
http://www.e29.com.mx/pdf/FactordePotencia.pdf
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/powfac.html
http://www.tuveras.com/fdp/fdp.htm
http://www.fotosintesis.mx/ima/int/i3.jpg
http://www.siusaingenieria.com/images/factordepotencia.jpg
http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Tecnologias/factor.pdf
http://es.slideshare.net/EngelSort/correccin-del-factor-de-potencia-en-sistemas-trifsicos
http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-alternadores-sincronicos-linea-g-plus-50031315-catalogo-espanol.pdf
http://www.vemac.com.mx/wp-content/uploads/2011/07/capacitor.jpg
http://www.afinidadelectrica.com.ar/html/Image/Factor%20de%20potencia%20-%20Triangulo%20de%20potencias%206%20y%20formula.JPG
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