CORRECCION DEL FACTOR DE POTENCIA

3. OBJETIVO:

Corregir el factor de potencia en un circuito R-L mediante inserción de capacitores en serie o en paralelo y Analizar los efectos en: corriente, voltaje y potencia activa.

4. TEORIA.

El factor de potencia f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S.

Si las corrientes y tensiones son señales sinusoidales, el factor de potencia será igual a cos ϕ o como el coseno del ángulo que forman los fasores de la intensidad y el voltaje

Si tenemos un circuito puramente resistivo el factor de potencia es 1; pero si se tiene un circuito reactivo el factor de potencia es 0; en realidad nunca encontraremos circuitos puros por lo que existen varios métodos para que el factor de potencia tienda a 1; convencionalmente se acepta que cos Φ>= 0.93

Para transformadores, motores de inducción y, en general, cualquier tipo de inductancia (tal como las que acompañan a las lámparas fluorescentes) generan potencia inductiva con la intensidad retrasada respecto a la tensión, para corregir esto se emplea condensadores que puede ser:

En serie: se tiene continuidad de la corriente.

Qxc=|I|2 Xc∗1wC

Para corregir el factor de potencia en paralelo se tiene la siguiente relación:

XL = XC

wL= 1wC

2πfL= 12πfC

C= 1

4 (πf )2∗L

Esta es la expresión utilizada para corregir el factor de potencia, con un capacitor en serie.

En paralelo se tiene continuidad del voltaje.

Supongamos una instalación de tipo inductivo cuyas potencias P, Q y S . Si se desea mejora el cosφ a cosφ', sin variar la potencia activa P, se deberán conectar un banco de condensadores en paralelo a la entrada de la instalación para generar una potencia reactiva Qc de signo contrario al de Q, para así obtener una potencia reactiva final Qf. Analíticamente:

Por un lado

y análogamente

Por otro lado

Sustituyendo en la primera igualdad,

de donde

De esta forma se obtiene el valor del capacitor a conectarse en paralelo para corregir el factor de potencia.

A este fenómeno se llama compensación, que nos indica que parte de la potencia reactiva inductiva QL tomada de la red puede compensarse total o parcialmente, en función de la potencia reactiva capacitiva QC de los condensadores.

En paralelo se tienen tres formas de conectar los capacitores: Compensación individual: capacitor para cada carga inductiva.Compensación en grupo: banco de capacitores en común para el circuito.Compensación central es la mas general, se conecta en la acometida de la instalación.

La corrección del factor trae varios beneficios, industrialmente se tiene diferentes formas de conseguir reducir la potencia reactiva.

Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento.Esta demanda de reactivos se puede reducir e incluso anular si se colocan capacitores en paralelo con la carga.

Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.

En la figura anterior se tiene:• QL es la demanda de reactivos de un motor y la potencia aparente correspondiente.• QC es el suministro de reactivos del capacitor de compensación

La compensación de reactivos no afecta el consumo de potencia activa, por lo que P es constante.

Como efecto del empleo de los capacitores, el valor del ángulo de fase se reduce a La potencia aparente S1 también disminuye, tomando el valor de S2

Son tres los tipos de compensación en paralelo más empleados:

Compensación individual

Aplicaciones y ventajas• Los capacitores son instalados por cada carga inductiva.• El arrancador para el motor sirve como un interruptor para el capacitor.• El uso de un arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores.• Los capacitores son puestos en servicio sólo cuando el motor está trabajando.

Desventajas• El costo de varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitorindividual de valor equivalente.• Existe subutilización para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia.

Diagrama de conexión

Compensación en grupo

Aplicaciones y ventajas• Se utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas de igual potencia y queoperan simultáneamente.• La compensación se hace por medio de un banco de capacitores en común.• Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el centro de control demotores.

DesventajaLa sobrecarga no se reduce en las líneas de alimentación principalesDiagrama de conexión

Compensación central

Características y ventajas-Es la solución más general para corregir el factor de potencia.-El banco de capacitores se conecta en la acometida de la instalación.-Es de fácil supervisión.

Desventajas- Se requiere de un regulador automático del banco para compensar según lasnecesidades de cada momento.- La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en las líneas de distribución.

5. PARTE EXPERIMENTAL

5.1 Materiales utilizados:

Elementos activos: 1 Auto transformador.

Elementos pasivos: 1 Reóstato de 86 Ω

1 Inductor de núcleo de aire

1 Capacitor decadico de 0-10 microfaradios.

1 Banco de caoacitores.

Equipos de medida: 1 Voltímetro AC

1 Amperimetro AC

1 Cosfimetro AC

1 Vatimetro AC

1 Amperímetro de AC

Elementos de maniobra: 1 Interruptor bipolar con protección

4 Interruptor simple

Juego de cables.

5.2 Esquema de la conexión:

5.3 Procedimiento:

5.3.1 Explicación del instructor sobre los objetivos y tareas.

5.3.2 Armar el circuito de la figura incluyendo el equipo de maniobra y protección.

5.3.3 Alimentar el circuito de la figura con un voltaje de 100 v. y tomar las medidas de; voltaje, corriente, potencia activa y factor de potencia.

5.3.4 Manipulando adecuadamente los elementos de maniobra conecte el capacitor en serie con la carga (86Ω +4 Ω +j60Ω). Con el Cosfimetro correctamente conectado variar la capacitancia para corregir el factor de potencia hasta un valor cercano a la unidad. Insertar 3 valores adicionales entre 0 y Cmax. repetir las medidas del numeral anterior.

5.3.5 Manipulando adecuadamente los elementos de maniobra conseguir que el capacitor decadico quede en paralelo con la impedancia original (carga), repetir el procedimiento del numeral anterior.

Bibliografía:BARROS, Wellinton; “Corrección del factor de potencia en sistemas industriales”; EPN; 1981.

HAYT; “Circuitos eléctricos”; Editorial Mc Graw Hill. Capitulo 11.

HEINZ, Pag; “Corrección del factor de potencia”; Marcombo SA; 1989.

ROMANOWITZ, H; “Introduccion a los circuitos eléctricos”.