Cómo determinar la potencia capacitiva necesaria para corregir el

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.
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¿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-
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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-
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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
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