Bozzo moncada-factor de potencia

1. FACTOR DE POTENCIA
EL FACTOR DE POTENCIA EN
LA DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA
INTEGRANTES
Claudio Bastias Pradines
Ricardo Pizarro Tamayo
PROFESOR
Ricardo Baeza González

2. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Es simplemente el nombre dado a la relación (fig. 1), de la PotenciaEs simplemente el nombre dado a la relación (fig. 1), de la Potencia
Activa usada en un circuito (expresada en Watts o KiloWatts (kW)) y laActiva usada en un circuito (expresada en Watts o KiloWatts (kW)) y la
Potencia Aparente que se obtiene de las líneas de alimentaciónPotencia Aparente que se obtiene de las líneas de alimentación
(expresada en Volts-Amperes o kiloVolts-Amperes (KVA)).(expresada en Volts-Amperes o kiloVolts-Amperes (KVA)).
¿QUÉ ES EL FACTOR DE
POTENCIA?

3. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácterLas cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter
reactivo a causa de la presencia principalmente de equipos dereactivo a causa de la presencia principalmente de equipos de
refrigeración, motores, etc.refrigeración, motores, etc.
Este carácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activaEste carácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activa
(kW) se sume el de una potencia llamada reactiva (kVAr), las cuales en(kW) se sume el de una potencia llamada reactiva (kVAr), las cuales en
su conjunto determinan el comportamiento operacional de dichos equipossu conjunto determinan el comportamiento operacional de dichos equipos
y motores. Esta potencia reactiva ha sido tradicionalmente suministraday motores. Esta potencia reactiva ha sido tradicionalmente suministrada
por las empresas de electricidad, aunque puede ser suministrada por laspor las empresas de electricidad, aunque puede ser suministrada por las
propias industrias.propias industrias.
¿QUÉ ES EL FACTOR DE
POTENCIA?

4. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Al ser suministradas por las empresas de electricidad deberá serAl ser suministradas por las empresas de electricidad deberá ser
producida y transportada por las redes, ocasionando necesidades deproducida y transportada por las redes, ocasionando necesidades de
inversión en capacidades mayores de los equipos y redes de transmisióninversión en capacidades mayores de los equipos y redes de transmisión
y distribución (fig. 2).y distribución (fig. 2).
Todas estas cargas industriales necesitan de corrientes reactivas paraTodas estas cargas industriales necesitan de corrientes reactivas para
su operación.su operación.
¿QUÉ ES EL FACTOR DE
POTENCIA?

5. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
LaLa potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en lospotencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los
equipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que poneequipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone
en funcionamiento elementos tales como: motores, transformadores,en funcionamiento elementos tales como: motores, transformadores,
lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración y otros similares.lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración y otros similares.
Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable los requerimientos deCuando la cantidad de estos equipos es apreciable los requerimientos de
potencia reactiva también se hacen significativos, lo cual produce unapotencia reactiva también se hacen significativos, lo cual produce una
disminución exagerada del factor de potencia.disminución exagerada del factor de potencia.
¿POR QUÉ EXISTE UN MAL
FACTOR DE POTENCIA?

6. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Un alto consumo de energía reactiva puede producirse comoUn alto consumo de energía reactiva puede producirse como
consecuencia principalmente de:consecuencia principalmente de:
•Un gran número de motoresUn gran número de motores ..
•Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado.
•Una sub-utilización de la capacidad instalada en equiposUna sub-utilización de la capacidad instalada en equipos
electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistemaelectromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema
eléctrico de la industria.eléctrico de la industria.
•Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos 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,Cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente,
resistencias de calentamiento, etc., no causan este tipo de problema yaresistencias de calentamiento, etc., no causan este tipo de problema ya
que no necesitan de la corriente reactiva.que no necesitan de la corriente reactiva.
¿POR QUÉ EXISTE UN MAL
FACTOR DE POTENCIA?

7. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
El hecho de que exista un bajo factor de potencia en una industriaEl hecho de que exista un bajo factor de potencia en una industria
produce los siguientes inconvenientes:produce los siguientes inconvenientes:
Al Cliente:Al Cliente:
•Aumento de la intensidad de corriente.Aumento de la intensidad de corriente.
•Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión.Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión.
•Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción deIncrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de
su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de lossu vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los
conductores.conductores.
•La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida deLa temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de
su aislamiento. KVAR que se entregan a la industriasu aislamiento. KVAR que se entregan a la industria ..
•Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.
¿POR QUÉ RESULTA DAÑINO Y
CARO MANTENER UN MAL
FACTOR DE POTENCIA?

8. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
A la empresa distribuidora de energía:A la empresa distribuidora de energía:
•Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad enMayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en
KVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional.KVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional.
•Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así comoMayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como
en transformadores para el transporte y transformación de esta energíaen transformadores para el transporte y transformación de esta energía
reactiva.reactiva.
•Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puedeElevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede
afectar la estabilidad de la red eléctrica.afectar la estabilidad de la red eléctrica.
¿POR QUÉ RESULTA DAÑINO Y
CARO MANTENER UN MAL
FACTOR DE POTENCIA?

9. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Una forma de que las empresas de electricidad, a nivel nacional haganUna forma de que las empresas de electricidad, a nivel nacional hagan
reflexionar a las industrias sobre la conveniencia de generar o controlarreflexionar a las industrias sobre la conveniencia de generar o controlar
su consumo de energía reactiva, ha sido a través del recargo por malsu consumo de energía reactiva, ha sido a través del recargo por mal
factor de potencia, es decir cobrándole por cada centésima bajo el 0,93.factor de potencia, es decir cobrándole por cada centésima bajo el 0,93.
¿POR QUÉ RESULTA DAÑINO Y
CARO MANTENER UN MAL
FACTOR DE POTENCIA?

10. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Mejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio deMejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de
la instalación de condensadores eléctricos estáticos, o utilizandola instalación de condensadores eléctricos estáticos, o utilizando
motores sincrónicos disponibles en la industria (algo menos económico simotores sincrónicos disponibles en la industria (algo menos económico si
no se dispone de ellos).no se dispone de ellos).
El consumo de kW y kVAr en una industria se mantienen inalterablesEl consumo de kW y kVAr en una industria se mantienen inalterables
antes y después de la compensación reactiva (instalación de losantes y después de la compensación reactiva (instalación de los
condensadores), la diferencia radica en que al principio los kVAr que esacondensadores), la diferencia radica en que al principio los kVAr que esa
planta estaba requiriendo, debían ser producidos, transportados yplanta estaba requiriendo, debían ser producidos, transportados y
entregados por la empresa de distribución de energía eléctrica, lo cualentregados por la empresa de distribución de energía eléctrica, lo cual
como se ha mencionado anteriormente, le produce consecuenciascomo se ha mencionado anteriormente, le produce consecuencias
negativas .negativas .
¿CÓMO PUEDO MEJORAR EL
MAL FACTOR DE POTENCIA?

11. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Pero esta potencia reactiva puede ser generada y entregada de formaPero esta potencia reactiva puede ser generada y entregada de forma
económica, por cada una de las industrias que lo requieran (fig. 3), aeconómica, por cada una de las industrias que lo requieran (fig. 3), a
través de los bancos de capacitores y/o motores sincrónicos, evitando através de los bancos de capacitores y/o motores sincrónicos, evitando a
la empresa de distribución de energía eléctrica, el generarlala empresa de distribución de energía eléctrica, el generarla
transportarla y distribuirla por sus redes.transportarla y distribuirla por sus redes.
¿CÓMO PUEDO MEJORAR EL
MAL FACTOR DE POTENCIA?

12. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Veamos un ejemplo:Veamos un ejemplo:
Un capacitor instalado en el mismo circuito de un motor de inducciónUn capacitor instalado en el mismo circuito de un motor de inducción
tiene como efecto un intercambio de corriente reactiva entre ellos.tiene como efecto un intercambio de corriente reactiva entre ellos.
La corriente de adelanto almacenada por el capacitor entonces alimentaLa corriente de adelanto almacenada por el capacitor entonces alimenta
la corriente de retraso requerida por el motor de inducciónla corriente de retraso requerida por el motor de inducción
¿CÓMO PUEDO MEJORAR EL
MAL FACTOR DE POTENCIA?

13. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
La figura 4 muestra un motor de inducción sin corrección de factor deLa figura 4 muestra un motor de inducción sin corrección de factor de
potencia. El motor consume sólo 80 A para su carga de trabajo. Pero lapotencia. El motor consume sólo 80 A para su carga de trabajo. Pero la
corriente de magnetización que requiere el motor es de 60 A, por lo tantocorriente de magnetización que requiere el motor es de 60 A, por lo tanto
el circuito de alimentación debe conducir 100(A)el circuito de alimentación debe conducir 100(A)
RAIZ(80^2 + 60^2) = 100 (A) .RAIZ(80^2 + 60^2) = 100 (A) .
¿CÓMO PUEDO MEJORAR EL
MAL FACTOR DE POTENCIA?

14. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Por la línea de alimentación fluye la corriente de trabajo junto con laPor la línea de alimentación fluye la corriente de trabajo junto con la
corriente no útil o corriente de magnetización.corriente no útil o corriente de magnetización.
Después de instalar un capacitor en el motor para satisfacer lasDespués de instalar un capacitor en el motor para satisfacer las
necesidades de magnetización del mismo, como se muestra en la figuranecesidades de magnetización del mismo, como se muestra en la figura
5, el circuito de alimentación sólo tiene que conducir y suministrar 805, el circuito de alimentación sólo tiene que conducir y suministrar 80
(A), para que el motor efectúe el mismo trabajo.(A), para que el motor efectúe el mismo trabajo.
Ya que el capacitor se encarga de entregar los 60 (A) restantes. ElYa que el capacitor se encarga de entregar los 60 (A) restantes. El
circuito de alimentación conduce ahora únicamente corriente de trabajo.circuito de alimentación conduce ahora únicamente corriente de trabajo.
¿CÓMO PUEDO MEJORAR EL
MAL FACTOR DE POTENCIA?

15. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Esto permite conectar equipo eléctrico adicional en el mismo circuito yEsto permite conectar equipo eléctrico adicional en el mismo circuito y
reduce los costos por consumo de energía como consecuencia dereduce los costos por consumo de energía como consecuencia de
mantener un bajo factor de potencia (fig. 5).mantener un bajo factor de potencia (fig. 5).
¿CÓMO PUEDO MEJORAR EL
MAL FACTOR DE POTENCIA?

16. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Midiendo la energía activa y reactiva que consumen las instalacionesMidiendo la energía activa y reactiva que consumen las instalaciones
existentes, se puede calcular la potencia necesaria (kVAr) que debenexistentes, se puede calcular la potencia necesaria (kVAr) que deben
tener los condensadores para lograr la compensación deseada.tener los condensadores para lograr la compensación deseada.
Sin embargo, es recomendable la instalación de medidores de potenciaSin embargo, es recomendable la instalación de medidores de potencia
reactiva durante el tiempo necesario para cubrir (medir) por lo menos unreactiva durante el tiempo necesario para cubrir (medir) por lo menos un
ciclo completo de operación de la industria, incluyendo sus períodos deciclo completo de operación de la industria, incluyendo sus períodos de
descanso.descanso.
¿CÓMO DETERMINAR LA
CANTIDAD DE CONDENSADORES
A INSTALAR?

17. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Por lo general se recomienda realizar registros trifásicos donde sePor lo general se recomienda realizar registros trifásicos donde se
monitoree para cada fase y para el total de la planta:monitoree para cada fase y para el total de la planta:
Potencia Activa (kW) y Reactiva (kVAr), Voltaje (V) y Energía (kWh).Potencia Activa (kW) y Reactiva (kVAr), Voltaje (V) y Energía (kWh).
Los valores de corriente (A), potencia aparente (kVA) y factor deLos valores de corriente (A), potencia aparente (kVA) y factor de
potencia (FP) se calculan a partir de las lecturas anteriores, sinpotencia (FP) se calculan a partir de las lecturas anteriores, sin
embargo, si el registrador dispone de la suficiente capacidad podrán serembargo, si el registrador dispone de la suficiente capacidad podrán ser
leídos también.leídos también.
Los intervalos de medición recomendados son cada 15 min. Según laLos intervalos de medición recomendados son cada 15 min. Según la
Norma Chilena.Norma Chilena.
¿CÓMO DETERMINAR LA
CANTIDAD DE CONDENSADORES
A INSTALAR?

18. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
De esta forma se podrá obtener una curva de carga completa la cualDe esta forma se podrá obtener una curva de carga completa la cual
mostrará la máxima capacidad posible de instalar sin el riesgo de caermostrará la máxima capacidad posible de instalar sin el riesgo de caer
en sobre compensación reactiva.en sobre compensación reactiva.
También es importante, registrar con las mediciones, el grado deTambién es importante, registrar con las mediciones, el grado de
distorsión armónica existente (fig. 6); con el objeto de evitar ladistorsión armónica existente (fig. 6); con el objeto de evitar la
posibilidad de resonancia entre estos y los bancos de capacitores aposibilidad de resonancia entre estos y los bancos de capacitores a
instalar .instalar .
¿CÓMO DETERMINAR LA
CANTIDAD DE CONDENSADORES
A INSTALAR?

19. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Si se desea alcanzar un valor determinado del factor de potencia cos fi2Si se desea alcanzar un valor determinado del factor de potencia cos fi2
en una instalación cuyo factor de potencia existente cos fi1 seen una instalación cuyo factor de potencia existente cos fi1 se
desconoce, se determina éste con ayuda de un medidor de energíadesconoce, se determina éste con ayuda de un medidor de energía
activa, un ampermetro y un voltmetro:activa, un ampermetro y un voltmetro:
P: Potencia activa, en kWP: Potencia activa, en kW
S1: Potencia aparente, en kVAS1: Potencia aparente, en kVA
Qc: Potencia del capacitor, en kVArQc: Potencia del capacitor, en kVAr
U: Tensión, en VU: Tensión, en V
I: Intensidad de corriente, en AI: Intensidad de corriente, en A
n: Número de vueltas del disco medidor por min.n: Número de vueltas del disco medidor por min.
kc: Constante del medidor (indicada en la placa del medidor comokc: Constante del medidor (indicada en la placa del medidor como
velocidad de rotación por kWh).velocidad de rotación por kWh).
cos fi1: Factor de potencia realcos fi1: Factor de potencia real
cos fi2: Factor de potencia mejoradocos fi2: Factor de potencia mejorado
¿CÓMO DETERMINAR LA
CANTIDAD DE CONDENSADORES
A INSTALAR?

20. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Valores medidos: U= 380V; I= 170A.Valores medidos: U= 380V; I= 170A.
Valores indicados por el medidor: n= 38 r/min.; kc= 30 U/kWh.Valores indicados por el medidor: n= 38 r/min.; kc= 30 U/kWh.
El factor de potencia cos fi1 existente se ha de compensar hasta queEl factor de potencia cos fi1 existente se ha de compensar hasta que
alcance un valor de cos fi2= 0,93.alcance un valor de cos fi2= 0,93.
Potencia activa: P= n*60/kc =Potencia activa: P= n*60/kc =
(38 r/min * 60)/(30 U/kWh) = 76 kW(38 r/min * 60)/(30 U/kWh) = 76 kW
Potencia aparente: S1= (U*I*1,73)/1000 =Potencia aparente: S1= (U*I*1,73)/1000 =
(380V * 170A * 1,73)/1000 = 112 kVA(380V * 170A * 1,73)/1000 = 112 kVA
Factor de potencia existente: cos fi1= P/S1=Factor de potencia existente: cos fi1= P/S1=
76 kW/112 kVA = 0,6876 kW/112 kVA = 0,68
¿CÓMO DETERMINAR LA
CANTIDAD DE CONDENSADORES
A INSTALAR?

21. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Ya que cos fi= P/S y tan fi= Q/P; y a cada ángulo fi corresponde un valorYa que cos fi= P/S y tan fi= Q/P; y a cada ángulo fi corresponde un valor
determinado de la tangente y del coseno, se obtiene la potencia reactivadeterminado de la tangente y del coseno, se obtiene la potencia reactiva
antes de la compensación Q1= P*tan fi1; y después de la compensaciónantes de la compensación Q1= P*tan fi1; y después de la compensación
Q2= P*tan fi2; resultando, según las funciones trigonométricas:Q2= P*tan fi2; resultando, según las funciones trigonométricas:
cos fi1= 0,68 se deduce tan fi1= 1,08cos fi1= 0,68 se deduce tan fi1= 1,08
cos fi2= 0,93 se deduce tan fi2= 0,40cos fi2= 0,93 se deduce tan fi2= 0,40
Por consiguiente, se desea una potencia del capacitor de:Por consiguiente, se desea una potencia del capacitor de:
Qc= P*(tan fi1 - tan fi2) = 76 kW (1,08 - 0,40) = 51,7 kVArQc= P*(tan fi1 - tan fi2) = 76 kW (1,08 - 0,40) = 51,7 kVAr
¿CÓMO DETERMINAR LA
CANTIDAD DE CONDENSADORES
A INSTALAR?

22. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Para la instalación de los capacitores deberán tomarse en cuentaPara la instalación de los capacitores deberán tomarse en cuenta
diversos factores que influyen en su ubicación como lo son: La variacióndiversos factores que influyen en su ubicación como lo son: La variación
y distribución de cargas, el factor de carga, tipo de motores, uniformidady distribución de cargas, el factor de carga, tipo de motores, uniformidad
en la distribución de la carga, la disposición y longitud de los circuitos yen la distribución de la carga, la disposición y longitud de los circuitos y
la naturaleza del voltaje.la naturaleza del voltaje.
Se puede hacer una corrección del grupo de cargas conectando en losSe puede hacer una corrección del grupo de cargas conectando en los
transformadores primarios y secundarios de la planta, por ejemplo, en untransformadores primarios y secundarios de la planta, por ejemplo, en un
dispositivo principal de distribución o en una barra conductora de controldispositivo principal de distribución o en una barra conductora de control
de motores.de motores.
La corrección de grupo es necesaria cuando las cargas cambianLa corrección de grupo es necesaria cuando las cargas cambian
radicalmente entre alimentadores y cuando los voltajes del motor sonradicalmente entre alimentadores y cuando los voltajes del motor son
bajos.bajos.
¿DÓNDE INSTALAR LOS
CAPACITORES?

23. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
Correcciones aisladasCorrecciones aisladas
La corrección aislada del factor de potencia se debe hacer conectandoLa corrección aislada del factor de potencia se debe hacer conectando
los capacitores tan cerca como sea posible de la carga o de laslos capacitores tan cerca como sea posible de la carga o de las
terminales de los alimentadores.terminales de los alimentadores.
Debe recordar que la corrección se lleva a cabo sólo del puntoDebe recordar que la corrección se lleva a cabo sólo del punto
considerado a la fuente de energía y no en dirección opuesta.considerado a la fuente de energía y no en dirección opuesta.
Los capacitores instalados cerca de las cargas pueden dejar de operarLos capacitores instalados cerca de las cargas pueden dejar de operar
automáticamente cuando las cargas cesan, incrementan el voltaje y porautomáticamente cuando las cargas cesan, incrementan el voltaje y por
ende el rendimiento del motor.ende el rendimiento del motor.
¿DÓNDE INSTALAR LOS
CAPACITORES?

24. ANALISIS DE LA
NECESIDADES
El factor de potencia se puede definir como la relación que existe entreEl factor de potencia se puede definir como la relación que existe entre
la potencia activa (KW) y la potencia aparente (KVA) y es indicativo de lala potencia activa (KW) y la potencia aparente (KVA) y es indicativo de la
eficiencia con que se está utilizando la energía eléctrica para producir uneficiencia con que se está utilizando la energía eléctrica para producir un
trabajo útil.trabajo útil.
El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturalezaEl origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza
inductiva.inductiva.
El bajo factor de potencia es causa de recargos en la cuenta de energíaEl bajo factor de potencia es causa de recargos en la cuenta de energía
eléctrica.eléctrica.
Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con elUn bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el
riesgo de incurrir en sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas deriesgo de incurrir en sobrecargas peligrosas y pérdidas excesivas de
energías.energías.
CONCLUSIONES