Capacitores y corrección del Factor de Potencia - 1° y2° Parte

Capacitores y corrección del Factor de Potencia - Primera Parte

Para poder comprender bien la relación entre los capacitadores y el factor de potencia repasemos que es la potencia, y sus tres formas de potencia. Los tipos de cargas, y el resultado de la interacción entre estas. Las causas de un bajo factor, los problemas por bajo factor de potencia y los beneficio de corregir el factor de potencia.

El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa entre la potencia aparente; esto es:

FP = P/S

Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.
El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo.
Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.

Potencia Activa
La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo.
Unidades: Watts (W)
Símbolo: P

Potencia Reactiva
La potencia reactiva es la encargada de generar el campo magnético que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores.
Unidades: VAR
Símbolo: Q

Potencia Aparente
La potencia aparente es la suma geométrica de las potencias efectiva y reactiva; es
decir:
Unidades: VA
Símbolo: S

Las Potencias

De la figura se observa:

 P/S= Cos


Por lo tanto:
FP = Cos

El ángulo

En electrotecnia, el ángulo nos indica si las señales de voltaje y corriente se encuentran en fase.
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia

(FP =Cos)

puede ser:

• adelantado
• retrasado
• igual a 1

Tipos de cargas

Cargas Resistivas
En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, el voltaje y la corriente
están en fase. En este caso, se tiene un factor de potencia unitario.

Cargas Inductivas
En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la corriente se
encuentra retrasada respecto al voltaje. En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.

Cargas Capacitivas
En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra
adelantada respecto al voltaje. Factor de potencia adelantado.

Diagramas del voltaje y la corriente

Según el tipo de carga, se tienen los siguientes diagramas:

Causas del Bajo Factor de Potencia

Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de energía, cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del ángulo se incrementa y disminuye el factor de potencia.

Problemas por bajo factor de potencia

Problemas técnicos:

• Mayor consumo de corriente.
• Aumento de las pérdidas en conductores.
• Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.
• Incremento de las caídas de voltaje.

Problemas económicos:

• Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.
• Penalización del costo de la facturación para el caso de medidores de luz electronicos

Beneficios por corregir el factor de potencia
Beneficios en los equipos:

• Disminución de las pérdidas en conductores.
• Reducción de las caídas de tensión.
• Incremento de la vida útil de las instalaciones.
• Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y generadores.

Beneficios económicos:

• Reducción de los costos por facturación eléctrica.
• Eliminación del cargo por bajo factor de potencia.

 

 

Capacitores y factor de potencia: Compensación del factor de potencia - Segunda parte

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

Métodos de compensación

Son tres los tipos de compensación en paralelo más empleados:

a) Compensación individual

b) Compensación en grupo

c) Compensación central

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 capacitor

individual 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 que

operan 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 de

motores.

Desventaja

La sobrecarga no se reduce en las líneas de alimentación principales

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 las

necesidades de cada momento.

- La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en las líneas de distribución.

De la figura (arriba) se tiene:
QC= QL – Q
Como:
Q=P*Tan fi
QC= P (Tan fi 1 - Tan fi 2)
,
QC= P* K


Coeficiente K

Consideraciones del Factor de Potencia

Cargas máximas

Tener presente que existen personalizaciones por cargas máximas.

Compensación individual de transformadores

De acuerdo con las normas técnicas para instalaciones eléctricas, la potencia

reactiva (kVAR) de los capacitores, no debe exceder al 10% de la potencia nominal

del transformador.

Compensación individual de motores

- Generalmente no se aplica para motores menores a 10 kW.

- Rango del capacitor

• En base a tablas con valores normalizados, o bien,

• multiplicar los HP del motor por 1/3

• El 40% de la potencia en kW.

Bancos automáticos de capacitores

Cuenta con un regulador de VARS que mantiene el FP prefijado, ya sea mediante la

conexión o desconexión de capacitores conforme sea necesario

Pueden suministrar potencia reactiva de acuerdo a los siguientes requerimientos:

– constantes

– variables

– instantáneos

• Se evitan sobretensiones en el sistema.

Elementos de los bancos automáticos:

– Capacitores fijos en diferentes cantidades y potencias reactivas (kVAR)

– Relevador de factor de potencia

– Contactores

– Fusibles limitadores de corriente

– Interruptor termomagnético general

Arranque del motor monofásico asíncrono por capacitor

Todo modo motor de uso domestico son monofásicos y asíncronos. Al ser de una sola fase, es necesario poder generar al par de arranque (o la fuerza inicial) para generar movimiento.

Para esto es necesario crear una fase "ficticia" por medio de un condensador o capacitor, que genere un desface de 90° en la fase de alimentación.
Para que el funcionanmiento sea el mejor es necesario calcular el valor del capacitor (en microfaradios) para lograrlo.
Nunca pensemos que cuanto mas grande mejor, porque podriamos dos cosas negativas:

1. Un desfaseje mayor al necesario hara que sea menor el par de arranque.
2. Sobre alimentar el motor reduciendo la vida útil del motor.

Entonces que ocurre dentro del motor?

Los condensadores producen un adelanto de la tensión de 90º del voltaje sobre la intensidad. En el motor encontrmos que hay dos bobinados uno conectado directamente a la fase y al neutro; y otro conectado a la fase con el condensador, así la corriente llega directamente al primer bobinado, y después llega con ese retraso de 90º al segundo bobinado haciendo que se produzca un campo magnético rotatorio Norte-Sur, y 90º despues Este-Oeste, luego otra vez Norte-Sur, y despues Oeste-Este. y el rotor girará siguiendo estos campos magneticos que se producen con las variaciones periodicas de la corriente alterna.

Como calculamos los microfaradios del capacitor?

Imaginamos que tenemos un motor de 150 W y coseno de fi = 0,85 

Potencia= V x I x cosfi

150 = 230 x I x 0,85

I = 0,767 Amperios

La potencia aparente (suma de la potencia activa,150W + la potencia reactiva) = V x I = 176 VA 

Calculo de la reactancia inductiva (XL):

Potencia aparente = I^2 x XL;

XL = Potencia aparente / I^2 = 176 / 0,76^2 = 305 Ohm

Calculo de la capacidad del capacitor - condensador del motor monofasico:

XL = 1 / (2 x pi x frecuencia x C)

C= 1 / (2 x pi x frecuencia x XL)

C = 1 / (2 x 3,14159 x 50 x 305) = 10,43 uF

Por tanto el capacitor ideal optimo para el motor monofasico del ejemplo es de 10,43 uF, como 10,43 micro Faradios es un valor de capacitor que no podemos encontrar en el mercado, optaremos por comprar el valor que mas se aproxima en este caso 10 micro faradios.

Espero les sea de utilidad!