Cálculo del factor de potencia

El factor de potencia es el factor más importante para evaluar la eficacia del uso de la energía eléctrica en una red eléctrica. Si el factor de potencia es bueno o alto (unidad), podemos decir que la energía eléctrica se utiliza con mayor eficacia en un sistema de energía. Si el factor de potencia es malo o se reduce, la eficacia del uso de la energía eléctrica se reduce en el sistema de energía. El factor de potencia deficiente o la reducción del factor de potencia se debe a varias razones. Por ello, para mejorar el factor de potencia existen varias técnicas de corrección del factor de potencia. La corrección del factor de potencia mediante condensadores de corrección del factor de potencia es el mejor método y el más eficaz de los distintos métodos de corrección del factor de potencia. Pero, en primer lugar, debemos saber qué es el factor de potencia, el cálculo del factor de potencia y la corrección del factor de potencia.

¿Qué es el factor de potencia?

El factor de potencia puede describirse en varios términos: puede denominarse como la relación entre la potencia activa y la potencia aparente, puede definirse como el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente. Se considera el coseno del ángulo entre la tensión y la corriente (no el seno o el ángulo tangente o cotangente), porque se considera el diagrama fasorial de la tensión o la corriente del triángulo de potencia.

Cálculo del factor de potencia

Hemos hablado de que la eficiencia del sistema de energía depende del factor de potencia y para mejorar el uso efectivo de la energía en un sistema de energía hay que mejorar el factor de potencia. Pero antes debemos conocer el factor de potencia del sistema de potencia, es decir, debemos conocer el cálculo del factor de potencia. El cálculo del factor de potencia puede obtenerse utilizando el ángulo entre la tensión de alimentación y la corriente de carga, como se muestra en la figura.

El factor de potencia siempre se encuentra en un intervalo cerrado de -1 a +1. El cálculo del factor de potencia puede realizarse mediante un triángulo de potencia, el coseno del ángulo entre la potencia activa y la potencia aparente se considera factor de potencia y es igual al ángulo entre la tensión de alimentación y la corriente de carga.

Por tanto, si el ángulo entre la tensión de alimentación y la corriente de carga o el ángulo entre la potencia activa y la aparente se reduce, el coseno de este ángulo aumenta, lo que hace que el factor de potencia sea casi la unidad. Esto indica la eficacia del uso de la energía eléctrica en un sistema de potencia. De hecho, el factor de potencia unitario no es posible en la práctica debido a las cargas capacitivas e inductivas que provocan el adelanto o el retraso. Por lo tanto, para mejorar el factor de potencia con el fin de utilizar la energía eléctrica de forma eficaz, existen varias técnicas de corrección del factor de potencia.

Anteriormente en este artículo, hemos hablado de que el cálculo del factor de potencia puede realizarse utilizando el ángulo entre la tensión de alimentación y la corriente de carga o el ángulo entre la potencia activa y la potencia aparente. Si tenemos en cuenta la ecuación de la potencia, el cálculo del factor de potencia puede hacerse de la siguiente manera

En las siguientes ecuaciones, S-potencia aparente, Q-potencia reactiva y P-potencia activa. El triángulo de potencia formado por estas potencias se muestra en la figura.

La potencia real que se utiliza para alimentar las cargas se denomina potencia activa (P) y viene dada por

La potencia aparente (S) es la magnitud de la componente oscilante de la potencia instantánea medida en VA o KVA y puede expresarse como sigue

La potencia reactiva y la energía almacenada en el sistema eléctrico son proporcionales entre sí y se miden en VAR o KVAR. Ahora, el cálculo del factor de potencia puede expresarse como

El factor de potencia (FP) también se denomina factor de potencia de desplazamiento (FPD).

El cálculo del factor de potencia monofásico y el cálculo del factor de potencia trifásico pueden darse como se muestra a continuación, que se deducen de las ecuaciones de cálculo de la potencia monofásica y trifásica.

El factor de potencia monofásico viene dado por

Donde Potencia-kW, Tensión-Voltios y Corriente-Amperios.

Factor de potencia derivado del cálculo de la potencia trifásica

Donde Potencia-kW, Tensión de Línea a Línea-Voltios, y Corriente-Amperios.

Donde Potencia-kW, Tensión de Línea a Línea-Voltios, y Corriente-Amperios.

Corrección del factor de potencia

Tras el cálculo del factor de potencia, si es bueno, se dice que la energía eléctrica se utiliza eficazmente en el sistema de energía. Pero, si el cálculo del factor de potencia da un factor de potencia pobre, entonces se requiere la corrección del factor de potencia para mejorar la eficiencia del sistema. Hay varias razones, como las cargas inductivas (generadores de inducción, motores de inducción, lámparas de descarga de alta intensidad, etc.), por las que el factor de potencia se ve afectado.

Por lo tanto, la corrección del factor de potencia mejorará los niveles de tensión en el sistema eléctrico, reducirá las pérdidas, lo que aumentará la capacidad del sistema, eliminará la penalización del factor de potencia, reducirá la demanda de potencia activa máxima y, por lo tanto, reducirá las tarifas de los servicios públicos. Existen varios métodos para corregir el factor de potencia (reducir el ángulo entre la tensión de alimentación y la corriente de carga, aumentando así el valor del factor de potencia hacia la unidad), como la corrección del factor de potencia mediante condensadores de corrección del factor de potencia, el filtro síncrono y la corrección activa del factor de potencia.

Mejora del factor de potencia mediante condensadores de corrección del factor de potencia

El factor de potencia puede mejorarse mediante condensadores de corrección del factor de potencia, utilizando la propiedad de los condensadores, es decir, un factor de potencia principal que puede disminuir el efecto sobre el factor de potencia de las cargas inductivas. Porque la reactancia inductiva de la carga inductiva puede anularse utilizando la reactancia capacitiva de los condensadores de corrección del factor de potencia. Hay varios tipos de condensadores de corrección del factor de potencia, como los condensadores de corrección del factor de potencia ABB, los condensadores de corrección del factor de potencia fijos y los condensadores de corrección del factor de potencia automáticos, que se suelen utilizar para la corrección del factor de potencia.

En este artículo hemos hablado del cálculo del factor de potencia, pero ¿sabes cómo calcular la resistencia utilizando el código de colores de las resistencias? ¿Conoces la calculadora de resistencias online y la calculadora de la ley de Ohm?