Nota técnica Cómo determinar la potencia capacitiva necesaria para corregir el factor de potencia de una instalación eléctrica Por Ing. Ricargo Garrido, Elecond Las cargas o aparatos eléctricos A la parte de la energía usada convierten energía eléctrica en otra para generar el campo magnético presencia hace que no sea nece- forma de energía útil para la aplica- se la llama “energía reactiva”, y se sario entregar energía al conjunto ción, por ejemplo, un motor convier- mide en kVAR, mientras que a la para generar el campo magnético te energía eléctrica en trabajo mecá- otra parte que se convierte en algo necesario para que la aplicación nico sobre el eje del motor mismo. útil para la aplicación se la llama funcione. Algunas cargas eléctricas uti- “energía activa”, y se mide en kWh. dimensiona correctamente, su En el caso del ejemplo del mo- lizan campos magnéticos en su Si tomamos un motor y lo co- tor, si instalamos el capacitor co- principio de funcionamiento, tales nectamos a la red, éste tomará, rrecto en paralelo con el mismo, como motores, transformadores por ejemplo, una corriente de 95 A no será necesario que la red en- o balastos. A estas cargas se las a través de la cual transporta las tregue energía reactiva, y por lo llama “cargas reactivo-inductivas” energías activa y reactiva. tanto la potencia sobre el eje de y consumen parte de la energía Por suerte existe un compo- motor será la misma, pero aho- que reciben en generar este cam- nente eléctrico pasivo llamado ra, por ejemplo, tomará de la red po magnético, necesario para que “capacitor”, que al ser conecta- solo 65 A. Es decir, todo funciona funcione, pero que no es el propó- do en paralelo con una de estas igual ahorrando energía y con sito de la aplicación. cargas inductivas, cuando se lo menos corriente. 26 Ingeniería Eléctrica • Septiembre 2013 ¿Qué es el factor de potencia? va, ahora del conjunto, se reduzca la capacidad interna de dis- La potencias eléctricas son las a Q2, provocando también una re- tribución de energía de una ducción de la potencia total S2. instalación. velocidades con las que se transfieren las distintas energías. Las Observen que por más que se -- Reducción de las pérdidas potencias son valores instantá- reduzca Q colocando capacitores, eléctricas, por reducirse la co- neos, mientras que los consumos la potencia activa de la instalación rriente necesaria para trans- de energía se refieren a un perío- no cambia nunca. Es decir, la car- portar la misma energía activa. do (un mes por ejemplo). ga desarrolla la misma potencia -- Mejoramiento de la calidad de La potencia activa (kW) es la útil pero tomando mucho menos energía, ya que al reducir la velocidad de transferencia de la potencia aparente de la red, ha- corriente se reduce la caída de energía activa (kWh). La potencia ciendo a la aplicación mucho más tensión en cables. reactiva (kVAR) es la velocidad de eficiente desde el punto de vista transferencia de la energía reacti- del consumo de energía. -- Eliminación de penalidades que se estuvieran pagando por bajo va (kVARh). La suma vectorial de El factor de potencia es la re- factor de potencia y, eventual- las potencias activa y reactiva da lación entre la potencia activa mente, obtener una bonificación la potencia aparente (kVA), que se y la potencia aparente, y es un por buen factor de potencia. puede calcular fácilmente como el índice que indica el aprovecha- producto de la corriente por la ten- miento que hace la instalación del Con el propósito de hacer un sión (por 1,73 en caso de corrientes suministro eléctrico disponible. uso racional de la energía eléctri- de línea en un sistema trifásico). También se lo llama “coseno phi” ca, los entes reguladores nacio- porque su fórmula de cálculo co- nales fijan reglamentaciones que rresponde a la relación del coseno determinan las penalidades y/o del ángulo phi en el triángulo de bonificaciones que las empresas potencias arriba analizado. distribuidoras de energía imponen a sus usuarios de acuerdo al Gráfico Vemos en el gráfico anterior la ¿Qué se logra mejorando el factor de potencia? representación de la suma vecto- Al mejorar el factor de potencia rial de la potencia activa P, y de la en una instalacón eléctrica, se hace Relaciones principales referi- potencia reactiva Q, que dan como mucho más eficiente el consumo de das al factor de potencia o Cos phi resultado la potencia aparente S. energía, pero además se obtienen Representando a la potencia los siguientes beneficios técnicos: reactiva capacitiva Qc del capaci- - - Reducción de la generación, tor en forma opuesta la potencia transporte y distribución de reactiva inductiva de la carga Q1, energía eléctrica en la red vemos que la presencia del capa- pública. citor hace que la potencia reacti- -- Aprovechamiento mayor de factor de potencia promedio mensual que registren. Cos φ1 = P/S Tg φ1 = ER/EA Cos φ es igual a potencia activa dividido potencia aparente, es de- Ingeniería Eléctrica • Septiembre 2013 27 Nota técnica cir, P/S, en unidades kW/kVA. El Cos manda” y, como es un valor ins- alcanzar se puede calcular la po- phi hace referencia indirecta al án- tantáneo, normalmente la factura tencia de los capacitores necesa- gulo phi que forman las potencias indica el máximo ocurrido en el rios usando la siguiente fórmula: activa y aparente, ángulo que que- período. remos reducir. Pero las potencias También figuran en la factura son valores instantáneos, mientras los consumos de energía reactiva que la reglamentación nos exige (ER) y de energía activa (EA). Qc = (Tg φ1 - Tg φ2) P Al término (Tg φ1 - Tg φ2) se lo un valor promedio a lo largo de Conociendo ER y EA podemos denomina “factor de corrección X” un mes, es decir, ese ángulo phi conocer la Tgφ1, queriendo signifi- y también puede ser obtenido grá- en promedio mensual debe tener car con el subíndice 1 la situación sin ficamente de la tabla de corrección. un determinado valor. Conviene colocar nuevos capacitores, es decir, Este cálculo apenas determi- entonces referirnos a ese mismo sin nada o con los preexistentes. Es nará la potencia capacitiva nece- ángulo phi haciendo referencia a importante saber si hay ya instala- saria para realizar la corrección. él en forma indirecta calculando la dos capacitores en una instalación Luego se deben aplicar ciertos cri- Tg phi que corresponde a la rela- cuando se encara un proyecto para terios para determinar si la correc- ción entre reactiva y activa, de las mejorarle el factor de potencia. ción debe ser automática, cómo cuales podemos tomar los consu- La Tgφ2 corresponderá al FP o debe configurarse el equipo, si el mos mensuales de energías activas Cos φ que se desee obtener, sien- mismo tiene que contar con algún y reactivas que se indican en todas do el FP mínimo a considerar aquel tipo de filtrado para armónicas y, las facturas de energía eléctrica. fijado por la reglamentación. El su- dependiendo de la velocidad de bíndice 2 representa valores luego variación de la carga, puede re- Datos de las facturas de energía eléctrica de haber aplicado la corrección con querir conmutación a través de los capacitores correspondientes. tiristores (corrección dinámica). Los datos indicados en las fac- A continuación se indica la co- En caso de instalaciones aún en turas de energía eléctrica de cada rrespondencia entre los valores de proyecto, donde no es posible ha- distribuidora difieren pero, en ge- Cos φ y de Tg φ. cer mediciones ni contar con fac- neral, todas incluyen como míni- Según reglamentación local: turas de energía, se debe estimar mo los siguientes: Cos φ2 = 0.9 Tg φ2 = 0,5 la potencia capacitiva teniendo en P = Potencia activa (kW) Cos φ2 = 0.93 Tg φ2 = 0,4 cuenta la potencia activa a instalar S = Potencia aparente (kVA) Cos φ2 = 0.96 Tg φ2 = 0,3 y el tipo de carga. Suponiendo el ER = Energía reactiva (kVArh) Cos φ2 = 0.98 Tg φ2 = 0,2 caso típico de una fábrica donde EA = Energía activa (kWh) Cos φ2 = 1 Tg φ2 = 0 la mayoría de la carga serán mo- Tg φ1 = Tg φ sin capacitores Tg φ2 = Tg φ deseada tores con variadores de velocidad, Partiendo de Tg φ1 = ER/EA y se puede estimar que el factor de de la potencia activa P de la insta- potencia sin capacitores puede A la potencia activa también lación, que se indica en kW, y co- ser aproximadamente 0,70, y para se la suele denominar como “de- nociendo FP2 o Tg φ2 que se desea llevarlo a 0,95 se requerirá un fac- 28 Ingeniería Eléctrica • Septiembre 2013 tor de corrección de 0,70, es decir instalar como carga. Además, el tidad de variadores de velocidad que habría que instalar en kVAR equipo deberá ser automático y, se requerirá filtrado de absorción el 70% de los kW que se vayan a por tratarse de significativa can- parcial de quinta armónica. Tabla de factor de corrección para cálculo de la potencia capacitiva necesaria para corregir el factor de potencia Ingeniería Eléctrica • Septiembre 2013 29