Este documento presenta el análisis de un sistema de suministro de potencia eléctrico monofásico para una carga industrial de 10 MW con factores de potencia entre 0.75 y 0.85. Se calcula la potencia aparente máxima y mínima, la compensación de potencia reactiva requerida, y el nivel de voltaje adecuado para el alimentador primario considerando un conductor de 300 A.

1. Ing. María Victoria Pérez Morales.
Práctica sobre un sistema de suministro de potencia:
Objetivo: Analizar un sistema de suministro de potencia eléctrico sencillo, para un usuario de tipo
industrial con ciertas características de carga y proponer el voltaje de suministro eléctrico para di-
cho usuario.
Se desea alimentar una carga industrial por medio de una red de distribución eléctrica. Para simpli-
ficar el análisis se utilizará un sistema de potencia monofásico. Se prevé que la demanda promedio
de la carga industrial sea de 10 MW. La industria tiene cargas reactivas que la hacen funcionar con
un factor de potencia de entre 0.75 y 0.85.
Datos: Asumir sistema de potencia monofásico.
Carga industrial = componente reactivo considerable.
Demanda promedio 10 MW.
FP1=0.75 (mínimo).
FP2=0.85 (máximo).
Para el análisis del sistema de suministro de potencia eléctrico, utiliza tu criterio y define los si-
guientes elementos:
a. Cálculo de potencia aparente mínima y máxima consumida por la industria para ambos fac-
tores de potencia.
b. Circuitos equivalentes monofásicos.
c. Cantidad de compensación de potencia reactiva (VAr) requerido qe se tendría que poner en
paralelo con la carga para llevar el factor de potencia a 1.
d. Nivel de voltaje adecuado para el alimentador primario de la industria para la carga en su
peor escenario (mayor consumo de potencia) para poder utilizar un conductor que soporta
300 A RMS.
Solución:
a y b. La potencia aparente (S) es la potencia total consumida por la carga y está compuesta por la
potencia activa P (útil para realizar trabajo) y la potencia reactiva Q (que no realiza trabajo pero
mantiene los campos eléctricos y magnéticos presentes tanto en los condensadores como en los
inductores) según la siguiente relación:
S= P+jQ , también se tiene por relación trigonométrica que S=P/cos(Ө)
siendo cos(Өv-Өi)=fp que es el factor de potencia, éste indica el coseno
de la diferencia entre los ángulos de la tensión y la corriente.
El factor de potencia varía de 0 a 1. Lo ideal es un factor de potencia lo
más cercano a la unidad que significa que nuestra carga es mayormente
resistiva y se realiza trabajo.

2. Un fp=1 significa que la diferencia de ángulos entre tensión y corriente es 0, por lo que están
en fase. Y la carga es sólo resistiva.
Un fp=0 significa que esta diferencia es de +90° (inductor) o -90° (capacitor) y la carga es pura-
mente reactiva.
Un fp está en atraso cuando la diferencia entre los ángulos está entre 0 y +90°.
Un fp está en adelanto cuando la diferencia entre los ángulos está entre 0 y -90°.
De entrada sabemos que el circuito equivalente para este ejercicio debe estar compuesto por una
resistencia R y un elemento reactivo (inductor L o capacitor C) debido a que los factores de poten-
cia propuestos oscilan entre 0 y 1. Para saber de qué tipo es el elemento reactivo, se debe despe-
jar la ecuación fp =cos(Ө).
Entonces ambos fp están en atraso y el elemento reactivo es un inductor ya que se el ángulo se en-
cuentra entre 0 y +90°. Ahora el circuito equivalente es el que se presenta para ambos fp.
Teniendo que la potencia aparente S es igual a S=P/fp se obtiene la potencia aparente mínima y
máxima para este ejemplo.
c. Idealmente, se quiere que el fp=1 ya que en este caso toda la potencia realiza trabajo. Para lo-
grarlo, se debe compensar el circuito colocando en paralelo un elemento capacitivo y de esta for-
ma adelantar o corregir el factor de potencia. Elevando al cuadrado los términos de la relación
S= P+jQ obtenemos lo siguiente:

3. Para el fp=0.75 se necesita una potencia reactiva de 8.818 MVAr para corregir el factor de poten-
cia y llevarlo a la unidad mientras que para el fp= 0.85 sólo se necesitan 6.198 MVAr. Se puede
concluir que entre más cercano el factor de potencia a la unidad, menor es la compensación reacti-
va necesaria para corregir el mismo.
La práctica de la correción del factor de potencia es muy común en la industria y los factores de
potencia muy bajos (menores de 0.85) son penalizados ya que suponen una mala utilización de la
infraestructura de la red eléctrica.
Finalmente, podemos expresar la potencia aparente Smín= (10+j6.198) MVA ó
Smín=11.765∟31.78° y Smáx= (10+j8.818) MVA ó Smáx=13.333∟41.41°.
d. Despejando la tensión de la relación propuesta por la ley de Watt, P=V*I, tenemos que el nivel
de voltaje adecuado para este alimentador primario debe ser de 33 kiloVoltios.