Saludos.
Espero se encuentren muy bien estimados lectores, A continuación les comparto el más reciente escrito en Tecnología Eléctrica, un post que trata sobre: el Factor de potencia y como este afecta a la red electrica.
Acaso ¿Conoces como afecta el uso de los diferentes tipos de artefactos que utilizas en tu industria o comercio en el recibo de electricidad? ¿Sabes que pagas un tipo de potencia sin embargo no es la única? Con este contenido podemos orientar las respuestas a estas preguntas y además ofrecer un material que sirva para la consulta a la hora de prepararse académicamente. Todo debido a que desconocer esto podría generar que gastes más dinero del necesario.
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¿Conoce usted la importancia del Factor de Potencia para la red eléctrica?
En el área industrial se necesita seguir un riguroso control de costos para poder alcanzar la máxima eficiencia y productividad. Cuando hablamos de consumo de energía eléctrica, el escenario no es diferente. Es un punto fundamental para la eficiencia de las industrias.
Cuando se trata de energía eléctrica, el factor de potencia es muy importante lo que representa para la productividad y los resultados de las industrias. Ante esto es indispensable que los ingenieros y técnicos electricistas en el área industrial conozcan cómo evaluar el Factor de Potencia en la empresa, para que puedan señalar las fallas e indicando la mejoras que se deben realizar.
Para que podamos hablar de forma introductoria sobre el Factor de Potencia, con la intención conscientizar a los profesionales del sector sobre la real necesidad de comprender a fondo sobre este punto, se preparo el post: ¿Conoce usted la importancia del Factor de Potencia para la red eléctrica?
Red eléctrica de Distribución.
Una red eléctrica es la que se encarga de suministrar la energía electrica a los diferentes tipos de consumidores (Residenciales, comerciales e industriales) y está conformada por líneas, transformadores y subestaciones eléctricas, que operan en diferentes niveles de voltaje. Sus inicios fueron durante la Revolución Industrial y al día de hoy dan servicio a millones de hogares con la finalidad de mejorar la calidad de vida de las personas. Thomas Edison fue el que inventó el sistema con la finalidad de suministrar la energía para la iluminación que producían sus lamparas incandescentes.
La energía eléctrica suministrada por un sistema eléctrico de distribución dependerá de las cargas conectadas a el ya que estas convierten la energía eléctrica en otro tipo de energía bien sea: mecánica, lumínica, caloríca, u otra. El detalle es que estos receptores no logran transformar toda la energía demandada en energía útil.
Energía Eléctrica en el sistema.
La energía eléctrica que entrega el sistema de distribución por medio de los transformadores a las instalaciones se le conoce como “potencia compleja” (S) su modulo es la Potencia aparente y su unidad viene dada en VA, siendo esta la que nuestros equipos requieren para realizar su acción deseada.
De la potencia aparente, la energía que realmente se convierte en energía útil para el proceso de transformación se le conoce como “potencia real, activa o útil” (P) dada en W y es la que se paga en los recibos de energía electrica. Pero dentro de este proceso de conversión de energía, hay una cantidad que no se convierte en útil, si no que se pierde dentro del proceso al generar campos magnéticos para la producción de energía útil, a esta energía se le llama “potencia perdida” o “potencia reactiva” (Q) expresada en VAR´s. Este tipo de potencia no tenemos como evitarla, pero principalmente en las medianas y grandes empresas, se debe controlar su uso.
La relación matemática entre la potencia real, reactiva y la aparente puede ser representada vectorialmente o expresada mediante números complejos, S = P + JQ (donde J es la unidad imaginaria y representa la Potencia reactiva).
La relación existente entre la potencia aparente y la potencia activa se conoce como el factor de potencia. También conocido como el ángulo de desfasaje que se forma entre la (P) y la (S) cuando existe un desplazamiento entre la onda de corriente de una carga y la onda de tensión Y este es una medida de la eficiencia o rendimiento de nuestro sistema eléctrico. Este indicador mide el aprovechamiento de la energía (la cantidad requerida para transformar en trabajo).
Figura N° 1. Símil entre la cerveza y Potencia electrica
Una analogía muy usada para comprender mejor esta relación es la del vaso de cerveza, tal como se muestra en la imagen.
Con esto se puede explicar y entender de la siguiente manera:
El contenido entero del vaso es la potencia electrica aparente (S) (LIQUIDO+ESPUMA), La potencia que se consume en el tiempo y es de utilidad para los artefactos eléctricos es aquella que pagamos en el recibo de luz es la potencia Real, Activa o Útil (P), para el caso del vaso de cerveza es el liquido es aquello que nos bebemos es lo realmente útil, y la espuma es la energía reactiva. Ella sirve para “dar el magnetismo inicial”, preparar o paladar para percibir el sabor de la cerveza. Pero no es lo que tomamos y ocupa un lugar en el vaso y en el costo de la cerveza. O sea, cuanto mas espuma, menos líquido tomamos.
Dicho de otra forma: cuanto mayor es el consumo de energía reactiva (la espuma) para el mismo consumo de energía activa (el liquido), menor sera el factor de potencia. Y más cara será la cuenta del recibo de luz (la cerveza). Ya que la espuma entra en el vaso haciendo que usted pague uno lleno, pero solo consume parte de el. Se puede decir que usted bebe un 70% de líquido… El otro 30% de espuma es un desperdicio que paga en el recibo de luz.
“En términos prácticos, eso significa desperdicio”
Figura N° 2. Triangulo de potencias eléctricas
Cabe destacar que lo que se debe buscar en un sistema eléctrico es que el factor de potencia se acerque lo mas posible a 1 (el ideal*) tratando siempre de que la potencia activa se acerque lo más posible a la potencia aparente. Es decir: a mayor potencia activa y menor potencia reactiva. Ya que de no ser así y se opera con el sistema con bajo factor de potencia (valor dependerá de la norma del país donde se opere) esto puede afectar la producción y la eficiencia del sistema de forma considerable, sin mencionar que pueden llegar a ser muy costosas produciendo:
· Sobrecalentamiento de los conductores: Ademas de “quemar energía”, el calentamiento representa peligro para las máquinas e instalaciones eléctricas. Eso porque puede causar cortocircuitos, quema de equipamientos e incendios.
· Sobrecarga en líneas de distribución: Alteraciones de tensión generando perdida de energía y reduciendo la capacidad de transmisión de energía eléctrica. Además de eso, encareciendo los equipos y perjudicando el funcionamiento de los motores de inducción.
· Reducción de vida útil en los equipos
· Caídas de tensión causando mal funcionamiento de los motores.
· Aumento en la factura de consumo eléctrico
· Reducción en la Iluminación.
Todos estos factores colocan tanto las instalaciones eléctricas como los equipos de una industria en riesgo. Y son mucho más comunes de lo que se puede imaginar.
*Nota: El factor de potencia puede tomar valores entre 0 y 1 en adelanto (cargas inductivas) y en atraso (cargas capacitivas), el valor ideal es igual a 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 1 significa mayor consumo de energía aumentando la energía reactiva para producir el mismo trabajo útil.
Las empresas e industrias con bajo factor de potencia en su sistema eléctrico necesitaran de transformadores cada vez más potentes. Y de conductores eléctricos cada vez mas gruesos y caros. La tabla a continuación ejemplifica eso: vea que cuanto menor es el factor de potencia, mas potente necesita ser el transformador para atender una demanda de 1000 KW de energía.
Tabla N° 1. Calculo del Tx´s según F.P. para una misma P
Potencia Útil (P)
Factor de Potencia
Potencia del transformador
1000 KW
0.5
2000 KVA
0.8
1250 KVA
1
1000 KVA
Realizado por: Meléndez (2022)Cargas que causan bajo factor de potencia en las instalaciones.
Existen varios motivos que pueden llevar a una planta comercial, industrial o empresa a sufrir las consecuencias del bajo factor de potencia. El bajo F.P. es un problema que ocurre cuando la operación de maquinarias con motores eléctricos producen exceso de energía reactiva. Este problema es descubierto por medio de mediciones realizadas en las industrias junto a los motores para identificar cuanta energía reactiva están produciendo.
Esa energía genera como se dijo anteriormente desperdicio de electricidad, Lo que es multado por las concesionarias en el recibo de luz.
Las principales cargas que lo causan son:
· Utilización de gran número de motores de pequeña potencia y por mucho tiempo.
· Utilización de motores con baja carga. O sea,motores sobre-dimensionados para las máquinas que accionan.
· Utilización de transformadores con baja carga u operando en vacío. Especialmente si eso ocurre durante extensos períodos de tiempo.
·Utilización de lamparas que funcionan con corriente eléctrica y gases, como las fluorescentes, de vapor de sodio o de vapor de mercurio.
Ademas en la actualidad con la introducción de la electrónica ha aumentado implementación de cargas conocidas como no lineales, que implican el uso de convertidores electrónicos para transformaciones CA-CC y CC-CA para su funcionamiento. Tras las transformaciones mencionadas, las cargas acaban consumiendo corriente con una forma de onda distorsionada.
Estos circuitos no lineales crean corrientes armónicas, que pueden ser representadas por la tasa de distorsión armónica (THD), en estos casos la potencia aparente S no estaría únicamente compuesta por P y Q, sino que aparece una tercera componente suma de todas las potencias que genera la distorsión. Denominada D.
Figura N° 3. Nuevo triangulo de potencias.
Cargas no lineales más comunes:
· Convertidores estáticos (grupos rectificadores, variadores de velocidad, arrancadores suaves, cargadores de baterías…)
·Equipos electrónicos monofásicos como ordenadores, impresoras, autómatas programables, etc. Internamente trabajan en corriente continua y disponen de un condensador de filtro y un rectificador a la entrada.
· Instalaciones de iluminación con lámparas de descarga y LED´s.
· Hornos de arco y equipos de soldadura.
· Transformadores y reactancias con núcleo de hierro, cuya magnetización no es lineal.
En resumen, en circuitos no lineales el coseno de phi no coincidecon el resultado final del factor de potencia, siendo el factor de potencia siempre menor al coseno de phi.
Consecuencias de un bajo F.P. para una compañía de distribución eléctrica.
De acuerdo a la legislación se debe tener un F. P mínimo y este varia según el país. Por ejemplo en Brasil es 0.92, en Colombia, Venezuela y México 0.9. El valor de penderá de la norma del país donde este la instalación. En los casos que las empresas tengan valores inferiores a este, es cobrada una multa en la factura de energía por el distribuidor.
Las cargas por debajo del valor establecido en norma son consideradas como “basura” inductivo y producen un aumento de la corriente que circula en las instalaciones y son inyectadas también en la red eléctrica de otros consumidores.
Por eso, para alcanzar la máxima eficiencia operacional en una industria es indicado realizar estudios para determinar si como esta el Factor de Potencia para poder proponer mejoras con el fin de mejorar la eficiencia del sistema.
Gestionar la energía para buscar la Eficiencia energética.
Para buscar el ahorro de energía, primero se debe establecer una meta y luego realizar un plan. En las plantas industriales se debe tener un interés constante en la gestión de la energía. Con el objetivo de reducir el consumo total de energía o el uso continuado, pero aumentar la producción por KW utilizado.
Para esto y atendiendo lo relacionado a lo escrito en este post se debe promover el uso racional de la energía reactiva excedente y determinar el factor de potencia existente para poder evaluar si cumple con la norma del país donde esta la empresa. De no ser así luego se debe proponer la corrección del factor de potencia para evitar cargos adicionales en la factura energética, disminución de pérdidas eléctricas y caídas de tensión además de un aumento en la disponibilidad de potencia en transformadores y líneas de transmisión. Generando excelentes beneficios.
Te invitamos a que te sigas informando sobre la corrección del factor de potencia en el próximo POST.
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Referencias electrónicas:
https://www.risoul.com.mx/blog/que-es-el-factor-de-potencia-y-en-que-me-beneficia
https://www.factorled.com/blog/es/factor-de-potencia-que-es-y-como-funciona/
https://autosolar.es/blog/aspectos-tecnicos/que-es-el-factor-de-potencia-o-coseno-de-phi
https://www.rta.com.br/correcao-do-fator-de-potencia
http://circutor.es/es/productos/destacados/4622-armonicos-origen-efectos-y-soluciones
https://omsengenharia.com.br/blog/baixo-fator-de-potencia/
https://dewesoft.com/it/daq/cosa-e-la-potenza-elettrica
https://www.cubienergia.com/o-que-e-fator-de-potencia/
https://www.dmesg.com.br/fator-de-potencia/
https://sultech.com.br/2021/03/19/voce-sabe-a-importancia-do-fator-de-potencia-para-a-rede-eletrica-industrial/
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