Universidad Fermín Toro.

Decanato de Ingeniería.

Ingeniería en Eléctrica.

ACTIVIDAD Nº 3

FACTOR DE POTENCIA

Participante:

T.S.U. AIZA APONTE

C.I 18.301.281

PROF. NANCY BARBOZA

MAYO-2011

Importancia de lo que representa el factor de potencia

La energía electrónica es muy importante en la sociedad actual, ya que es la

base para el funcionamiento de cualquier aparato electrónico. El no aprovecharla

correctamente influye directamente en el malfuncionamiento de estos

componentes, los cuales se comportan como cargas eléctricas. Para poder

aprovechar al máximo la energía que proporcionan las compañías eléctricas, se

requieren que se corrija el factor de potencia.

El cual se conoce como, un indicador cualitativo y cuantitativo del correcto

aprovechamiento de la energía eléctrica. También podemos decir, el factor de

potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que

se ha convertido en trabajo. Como el factor de potencia cambia de acuerdo al

consumo y tipo de carga, repasaremos algunos conceptos para expresar

matemáticamente el factor de potencia.

Consecuencias de un bajo fp.

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 exagerada del factor de

potencia. Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como

consecuencia principalmente de:

• Un gran número de motores.

• Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.

• Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos,

por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la

industria.

• Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.

• 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.

Para una potencia constante, la cantidad de corriente de la red se

incrementa en la medida que el factor de potencia disminuya, por ejemplo, con un

factor de potencia igual a 0.5, la cantidad de corriente para la carga será dos veces

la corriente útil, en cambio para un factor de potencia igual a 0.9 la cantidad de

corriente será de 10% más alta que la corriente útil.

Esto significa que a bajos factores de potencia los transformadores y cables

de distribución pueden sobrecargarse, y que las pérdidas en ellos se incrementarán

(en proporción con el cuadrado de la corriente), afectando a la red tanto en el alto

como en el bajo voltaje.

Otros factores que afectan un bajo factor de potencia se deben

principalmente por los siguientes puntos:

⇒Aumento de las pérdidas por efecto Joule, las cuales son en función del

cuadrado de la corriente, estas pérdidas se manifestarán en:

� Los cables entre medidor y el usuario

� Los embobinados de los transformadores de distribución

� Dispositivos de operación y protección

⇒Un incremento en la caída de voltaje resultando en un suministro inadecuado en

las cargas (motores, lámparas fluorescentes, etc.); esta caída de voltaje afecta a:

� Los embobinados de los transformadores de distribución

� Los cables de alimentación

� Sistemas de protección y control

⇒Incremento de la potencia aparente, con lo que se reduce la capacidad de carga

instalada. Esto es importante en el caso de los transformadores de distribución.

⇒Estas pérdidas afectan al productor y distribuidor de energía eléctrica, por lo que

se penaliza al usuario.

Ejemplicar la corrección del factor de potencia en un circuito

monofásico y uno trifásico

Suponemos que los dos receptores conectados a la línea de 220 V entre fases

de la figura 1 son inductivos. El valor eficaz de la intensidad que absorbe el

receptor trifásico por cada fase es:

Con independencia de la forma en que esté conectado el motor, en estrella o

en Triángulo, la intensidad por cada fase está retrasada el ángulo arccos0.6=

53.13° respecto a la tensión simple correspondiente a esa fase.

Por tanto, tomando como origen de fases VR, se tiene:

O sea, los valores eficaces de las intensidades por cada fase son

Si es R la resistencia de cada fase de la línea, la potencia perdida en ella es

Hallaremos ahora el factor de potencia de la carga. La potencia activa total

es:

La potencia reactiva

El factor de potencia en retraso es

Y el recargo será

Compensación por un solo condensador

Con objeto de anular el consumo de energía reactiva y, por tanto, obtener

una bonificación del 4%, colocamos un condensador que absorba una potencia de

-2.545 kVAr, conectado entre cualesquiera fases; en nuestro caso entre R y T.

Entonces, el consumo total de energía reactiva es nulo, y un contador de

energía reactiva colocado antes del condensador indicaría siempre cero y el

recargo de energía reactiva no sólo no existiría, sino que sería negativo; es decir,

habría una bonificación del 4%. Con el condensador conectado como en la figura 2

se tiene:

Esta intensidad está adelantada 90° respecto a

Y los valores eficaces de las intensidades de línea resultan ser ahora

La potencia perdida cuando está conectado el condensador es

Mayor que sin la compensación.

O sea, la potencia perdida es un 36,1% mayor después de esta forma de

corrección del factor de potencia que sin corrección alguna. A pesar de ello, con

esta corrección el abonado será recompensado con una bonificación del 4%,

cuando realmente provoca más pérdidas que sin la compensación; y, si no

corrigiera, sería penalizado con un recargo del 33,21% cuando realmente provoca

muchas menos pérdidas.

Corrección del factor de potencia de cada receptor

Otra solución que puede adoptarse para compensar la energía reactiva es la

corrección del factor de potencia de cada receptor monofásico, incorporándole

permanentemente un condensador en paralelo con él que se conecte y desconecte

con el receptor. El factor de potencia de receptores trifásicos equilibrados puede

corregirse con una batería trifásica equilibrada de condensadores como en la figura

3. Esta forma equivale a corregir el factor de potencia de cada receptor

monofásico por separado. Para corregir allí el factor de potencia del receptor

trifásico hasta 1, la batería de condensadores debe tener una potencia de -1,333

kVAr, y el condensador en paralelo con la carga monofásica -1,212 kVAr para

elevar a la unidad el factor de potencia del receptor monofásico. Entonces

Tomando como origen de fases VR,

I4 está en fase con URS; por tanto,

O sea,

La potencia perdida ahora es

Esta es la manera de disminuir al mínimo las pérdidas debidas al bajo factor

de potencia o al consumo de energía reactiva. La bonificación es del 4%.

Compensación con una batería trifásica equilibrada de condensadores

En la figura 4 se muestra la conexión de una batería trifásica equilibrada de

condensadores de -2545 kVAr para la compensación, procedimiento habitualmente

utilizado en las instalaciones actuales, al inicio de las cuales suele conectarse una

batería trifásica automática de condensadores que, dependiendo de la carga,

conecta el número de condensadores necesario para mantener el factor de

potencia en torno a la unidad. Comenzaremos hallando la intensidad por cada fase

de la batería de condensadores.

Cada intensidad de fase de la batería de condensadores está adelantada 90°

respecto a la tensión simple correspondiente a esa fase:

O sea, los valores eficaces de las intensidades de fase son ahora

Y las pérdidas en la línea

Menores que sin compensación y con la compensación con un solo

condensador, pero mayores que en el caso óptimo de corrección individual de cada

receptor. Como el factor de potencia es también ahora la unidad, se produciría una

bonificación del 4%.

Compensación de carga equilibrada con un solo condensador

Otro caso de interés es el que se presenta en la figura 5. Es un receptor

trifásico equilibrado cuyas intensidades de fase, halladas anteriormente, valen:

Por tanto las pérdidas que origina son

El recargo sin compensación de la energía reactiva es

Si se conecta entre dos fases el condensador C de -1.333 kVAr, se

compensa totalmente la energía reactiva, por lo que, en lugar de recargo, existe

la bonificación del 4%. Las intensidades son ahora

Esta intensidad está adelantada 90° respecto a , es decir,

Las intensidades de fase son ahora

La potencia perdida es

La misma que sin corregir. Sin embargo ahora, aunque no se produce

ahorro alguno, se bonifica al abonado con el 4%.