Maquinas Eléctricas Refasamiento

Facultad de Ingenierías
Ingeniería Electrónica
Universidad Politécnica Salesiana
Maquinas Eléctricas I
Refasamiento
Introducción.
Antes de definir el refasamiento es necesario
saber que es y ver el instrumento de
medición, el cosfimetro Instrumento que mide
el factor de potencia.
El factor de potencia se medía
tradicionalmente con un instrumento cuyo
principio de funcionamiento es el mismo que
el de un vatímetro, sin embargo los
modernos vatímetros digitales han
desplazado estos instrumentos, de tal
manera que en la actualidad muchos
fabricantes de instrumentación electrónica
han dejado de fabricarlos.
Desarrollo.
Influencia del tipo de cargas
El valor del f.d.p. viene determinado por el
tipo de cargas conectadas en una instalación.
De acuerdo con su definición, el factor de
potencia es adimensional y solamente puede
tomar valores entre 0 y 1. En un circuito
resistivo puro recorrido por una corriente
alterna, la intensidad y la tensión están en
fase (φ=0), esto es, cambian de polaridad en
el mismo instante en cada ciclo, siendo por lo
tanto el factor de potencia la unidad. Por otro
lado, en un circuito reactivo puro, la
intensidad y la tensión están en cuadratura
(φ=90º) siendo el valor del f.d.p. igual a cero.
En realidad los circuitos no pueden ser
puramente
resistivos
ni
reactivos,
observándose desfases, más o menos
significativos, entre las formas de onda de la
corriente y el voltaje. Así, si el f.d.p. está
cercano a la unidad, se dirá que es un
circuito fuertemente resistivo por lo que su
f.d.p. es alto, mientras que si está cercano a
cero que es fuertemente reactivo y su f.d.p.
es bajo. Cuando el circuito sea de carácter
inductivo, caso más común, se hablará de un
f.d.p. en retraso, mientras que se dice en
adelanto cuando lo es de carácter capacitivo.
Las
cargas
inductivas,
tales
como
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.
Las cargas capacitivas, tales como bancos
de condensadores o cables enterrados,
generan potencia reactiva con la intensidad
adelantada respecto a la tensión.
Mejora del factor de potencia
A menudo es posible ajustar el factor de
potencia de un sistema a un valor muy
próximo a la unidad. Esta práctica es
conocida como mejora o corrección del factor
de potencia y se realiza mediante la conexión
a través de conmutadores, en general
automáticos, de bancos de condensadores o
de inductores. Por ejemplo, el efecto
inductivo de las cargas de motores puede ser
corregido localmente mediante la conexión
de
condensadores.
En
determinadas
ocasiones
pueden
instalarse
motores
síncronos con los que se puede inyectar
potencia capacitiva o reactiva con tan solo
variar la corriente de excitación del motor.
Las pérdidas de energía en las líneas de
transporte de energía eléctrica aumentan con
el incremento de la intensidad. Como se ha
comprobado, cuanto más bajo sea el f.d.p. de
una carga, se requiere más corriente para
conseguir la misma cantidad de energía útil.
Por tanto, como ya se ha comentado, las
compañías suministradoras de electricidad,
para conseguir una mayor eficiencia de su
red,
requieren
que
los
usuarios,
especialmente aquellos que utilizan grandes
potencias, mantengan los factores de
potencia de sus respectivas cargas dentro de
límites especificados, estando sujetos, de lo
contrario, a pagos adicionales por energía
reactiva.
La mejora del factor de potencia debe ser
realizada de una forma cuidadosa con objeto
de mantenerlo lo más alto posible. Es por ello
que en los casos de grandes variaciones en
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la composición de la carga es preferible que
la corrección se realice por medios
automáticos.
Supongamos una instalación de tipo
inductivo cuyas potencias P, Q y S forma el
triángulo. Si se desea mejora el cosφ a otro
mejor 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
donde ω es la pulsación y C la capacidad de
la batería de condensadores que permitirá la
mejora del f.d.p. al valor deseado.
Sustituyendo en la primera igualdad,
Lo normal es mantener el factor de potencia lo
más alto posible donde cos(0) tienda a “1” (lo más
resistivo posible).
Cálculo del factor de potencia para
cargas inductivas usando vectores de
corrientes
En muchas instalaciones eléctricas de la industria,
hay grandes consumos de corriente.
Este consumo se agrava más cuando se trabaja
con muchos motores (carga inductiva), que causan
que exista un gran consumo de corriente reactiva
que normalmente es penalizada por las empresas
que distribuyen energía.
Cuando esta situación se presenta, se dice que
tenemos un bajo factor de potencia.
El siguiente, es un método para lograr mejorar el
factor de potencia, reducir el consumo de
corriente y evitar cualquier penalización
Se coloca en paralelo con la carga a conectar
(motor / motores) (motores de corriente alterna) y
directamente con la tensión de alimentación, un
banco de capacitores (grupo o batería de
capacitores) para compensar el efecto de la carga
inductiva (los motores, etc)
de donde
Cálculo del f.d.p. medio de una instalación
Algunas instalaciones cuentan a la entrada
con dos contadores, uno de energía reactiva
(KVArh) y otro de energía activa (KWh). Con
la lectura de ambos contadores podemos
obtener el factor de potencia medio de la
instalación, aplicando la siguiente fórmula:
Factor
de
potencia
al:
- Coseno del ángulo (cos0) entre los vectores
de potencia aparente y potencia real.
- Coseno del ángulo (cos0) entre los vectores
de Impedancia y resistencial.
El valor del ángulo siempre estará entre:
- 0º: Cuando entre V e I no hay desfase (circuito
totalmente
resistivo).
Cos(0) = 1. Factor de potencia = 1
- 90º: Cuando entre V e I hay un desfase de 90º
(circuito
totalmente
reactivo).
Cos(0) = 0. Factor de potencia = 0
Método para corregir el factor de potencia en
cargas inductivas
donde:
- φ es el ángulo de desfasamiento de la corriente
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del motor (Im) con respecto al eje x
- Q es una corriente reactiva que produce pérdidas
y no es deseable, por lo tanto hay que minimizarla
Entonces, tomando como ejemplo un motor
trifásico ó monofásico (carga equilibrada arriba)
Tenemos:
Por tanto;
Estos datos pueden tomarse en cuenta para la
colocación de un banco de condensadores para
corregir el factor de potencia y así reducir la
corriente de alimentación o acometida principal
como también cargas parciales.
El valor de la tabla multiplicado por la potencia
kW dará la potencia de los capacitores necesaria
(kWa) para elevar el factor de potencia existente,
al deseado.
Factor Factor de potencia corregido
de
Potencia 100% 95% 90% 85% 80%
Existente
50
52
54
55
56
58
60
62
64
65
66
68
70
72
74
75
76
78
80
82
84
85
86
88
90
92
1.732
1.643
1.558
1.518
1.479
1.404
1.333
1.265
1.201
1.168
1.139
1.078
1.020
0.964
0.909
0.882
0.855
0.802
0.750
0.698
0.646
0.620
0.594
0.540
0.485
0.426
1.403
1.314
1.229
1.189
1.150
1.075
1.004
0.936
0.872
0.839
0.810
0.749
0.691
0.635
0.580
0.553
0.526
0.473
0.421
0.369
0.317
0.291
0.265
0.211
0.156
0.097
1.247
1.158
1.073
1.033
0.994
0.919
0.848
0.780
0.716
0.683
0.654
0.593
0.535
0.479
0.424
0.397
0.370
0.317
0.265
0.213
0.161
0.135
0.109
0.055
-
1.112
1.023
0.938
0.898
0.859
0.784
0.713
0.645
0.581
0.548
0.519
0.458
0.400
0.344
0.289
0.262
0.235
0.182
0.130
0.078
-
0.982
0.983
0.808
0.768
0.729
0.654
0.583
0.515
0.451
0.418
0.389
0.328
0.270
0.214
0.159
0.132
0.105
0.052
-
75%
0.850
0.761
0.676
0.636
0.597
0.522
0.451
0.383
0.319
0.286
0.257
0.196
0.138
0.082
0.027
-
94
95
0.363 0.034 0.329 -
-
-
-
Conclusiones.
Como se ha visto FP y Cosφ son dos
términos distintos y dependen de distintas
cosas:
Cosφ: Sólo depende de las Potencias Activa
(P) y Reactiva (Q).
FP: Depende de las Potencias Activa (P),
Reactiva (Q) y de las Distorsiones (D).
En el caso de que el flujo eléctrico sea
perfecto y no haya distorsiones (D=0) ambos
coincidirán.
En países en vías de desarrollo en vez de
penalizar por los niveles de Reactiva y usar
para medirlo el Cosφ penalizan por los
niveles de Distorsión y de Reactiva y para
ello usan el FP.
Por ejemplo en España con una Batería de
Condensadores se compensa la Reactiva y
se puede conseguir hasta una bonificación
del 4% en la factura eléctrica y darse la
paradoja de que esa instalación esté
exportando
distorsiones
(Por
ejemplo
corrientes armónicas) a la Red de
Distribución.
En estos países la Red de Distribución no
está tan sobredimensionada y han de sacarla
el máximo partido y para ello quieren que el
que la esté ocupando pague por ello. Si esta
ocupación se hace sin sacar provecho
energético que se pague con creces.
Sin duda es una buena política para obligar a
los abonados a que mejoren su calidad de
red. Aquí sólo nos preocupamos de los
“otros” parámetros de la electricidad cuando
aparecen problemas en los equipos.
Referencias
www.emagister.com/.../correccion-delfactor-potencia-tps
es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia
www.monografias.com/trabajos12
http://www.forosdeelectronica.com/f11/inform
acion-sobre-cosfimetro-335/
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