factor de potencia

Madrid, sbado, 21 de septiembre de 2013 Buenas noches! Bienvenidos

QU ES EL FACTOR DE POTENCIA

Texto e ilustraciones Jos Antonio E. Garca lvarez

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> Diferentes tipos de resistencias Desfasaje de la corriente alterna Diferentes tipos de potencias Factor de Potencia (I) Factor de Potencia (II)

DIFERENTES TIPOS DE RESISTENCIAS

De acuerdo con la Ley de Ohm, para que exista un circuito elctrico cerrado tiene que existir: 1.- unafuente de fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de potencial, es decir, una tensin o voltaje (V)aplicado al circuito; 2.- el flujo de una intensidad de corriente ( I ) fluyendo por dicho circuito; 3.- unacarga, consumidor o resistencia conectada al mismo.

Sin embargo, un circuito elctrico puede contener uno o varios tipos diferentes de resistenciasconectadas, entre las que se encuentran:

Resistencia activa (R)

Reactancia inductiva o inductancia (XL)

Reactancia capacitiva o capacitancia (XC)

Resistencia activa (R)

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Es la oposicin que ofrecen las bombillas incandescentes yhalgenas, los calentadores elctricos con resistencia de alambrenicromo, las resistencias de carbn de los circuitos electrnicos, etc,al flujo de la corriente elctrica por un circuito cerrado cualquiera. Laresistencia activa representa lo que se denomina una cargaresistiva.

Secador elctrico manual para el pelo. En su interior se.puede observar una resistencia activa (R) de alambre.nicromo, que hace funcin de elemento calefactor.

Reactancia inductiva (XL)

La reactancia inductiva es la oposicin o resistencia que ofrecen al flujo de lacorriente por un circuito elctrico cerrado las bobinas o enrollados hechos conalambre de cobre, ampliamente utilizados en motores elctricos,transformadores de tensin o voltaje y otros dispositivos. Esta reactanciarepresenta una carga inductiva para el circuito de corriente alterna donde seencuentra conectada.

Los motores de corriente alterna constituyen cargas inductivascuando funcionan conectados a un circuito elctrico.

Reactancia capacitiva (XC)

La reactancia capacitiva es la oposicin o resistencia que ofrecen al flujo de lacorriente elctrica los capacitores o condensadores. Esta reactanciarepresenta una carga capacitiva para el circuito de corriente alterna donde seencuentra conectada. En la foto de la derecha podemos ver varios capacitores(o condensadores) y filtros conectados en la placa de un circuito electrnico enfuncin de cargas capacitivas

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DESFASAJE DE LA CORRIENTE ALTERNA

Intensidad de la corriente en fase con el voltaje

La corriente ( I ) que fluye por un circuito elctrico de corriente alterna, ascomo la tensin o voltaje (V) aplicado al mismo, se puede representargrficamente por medio de dos sinusoides, que sirven para mostrar cada unade las magnitudes. Para un circuito cerrado con una carga resistivaconectada al mismo, tanto la sinusoide de la corriente como la del voltajeaplicado al circuito, coincidirn tanto en fase como en frecuencia.

En un circuito con carga resistiva, las sinusoides de.intensidad "I" y voltaje "V" de la corriente alterna, coinciden.en fase y frecuencia.

Intensidad de la corriente atrasada con relacin al voltaje


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Cuando la carga conectada en el circuito de corriente alterna es inductiva,como la de los motores y transformadores, por ejemplo, la sinusoide de lacorriente ( I ) se atrasa o desfasa en relacin con la tensin o voltaje (V). Esdecir, cuando el voltaje ya ha alcanzado un cierto valor en la sinusoide,superior a 0 volt, en ese preciso instante y con cierto retraso la intensidadde la corriente comienza a incrementar su valor, a partir de 0 ampere.

En un circuito de corriente alterna con carga inductiva, la.sinusoide "I" de la intensidad de la corriente, se atrasa con.respecto a la sinusoide "V" de la tensin o voltaje . Talcomo se puede observar en las coordenadas de la figura,cuando la sinusoide del voltaje alcanza su valor mximo de90, en ese mismo momento y con 90 de retraso conrespecto a ste, comienza a crecer el valor de la sinusoidede la intensidad, partiendo de 0.

Intensidad de la corriente adelantada con relacin al voltaje

Si lo que se conecta al circuito de corriente alterna es una carga capacitiva,como un capacitor o condensador, por ejemplo, entonces ocurrir todo locontrario al caso anterior, es decir, la sinusoide que representa la intensidad"I" de la corriente se desfasar ahora tambin, pero en esta ocasin ensentido contrario, es decir, adelantndose a la tensin o voltaje. Por tanto, eneste caso cuando la corriente alcanza un cierto valor en la sinusoide, superiora 0 ampere, entonces en ese momento el voltaje comienza a aumentar suvalor partiendo de 0 volt.

En un circuito de corriente alterna con carga capacitiva, la.sinusoide de la intensidad "I" de la corriente alterna, se Diferentes tipos de potencias Factor de Potencia (I) Factor de Potencia (II)

DIFERENTES TIPOS DE POTENCIAS

Del mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo elctrico cualquiera en la corriente (I) quefluye por un circuito, en relacin con el voltaje o tensin (V), as ser el factor de potencia o Cos quetenga dicho equipo.

En un circuito elctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potenciaselctricas diferentes:

Potencia activa (P) (resistiva)

Potencia reactiva (Q) (inductiva)

Potencia aparente (S) (total)

Potencia activa o resistiva (P)

Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de corriente alterna, el trabajo tilque genera dicha carga determinar la potencia activa que tendr que proporcionar la fuente de fuerzaelectromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medidaes el watt (W).

Los mltiplos ms utilizados del watt son: el kilowatt (kW) y el megawatt (MW) y los submltiplos, elmiliwatt (mW) y el microwatt ( W).




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La frmula matemtica para hallar la potencia activa que consume un equipo elctrico cualquiera cuandose encuentra conectado a un circuito monofsico de corriente alterna es la siguiente:

De donde:

P = Potencia de consumo elctrico, expresada en watt (W)I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A)Cos = Valor del factor de potencia o coseno de fi

(En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre igual a 1,mientras que en los que poseen carga inductiva ese valor ser siempre menor de 1).

Potencia reactiva o inductiva (Q)

Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas cargas reactivas,como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que poseabobinas o enrollados. Esos dispositivos no slo consumen la potencia activa que suministra la fuente deFEM, sino tambin potencia reactiva.

La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningn tipo de trabajo til, pero los dispositivos queposeen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campomagntico con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo(VAR).

La frmula matemtica para hallar la potencia reactiva de un circuito elctrico es la siguiente:

De donde:

Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR)S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)

Potencia aparente o total (S)

La potencia aparente (S), llamada tambin "potencia total", es el resultado de la suma geomtrica de laspotencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta elctrica cuando seencuentra funcionando al vaco, es decir, sin ningn tipo de carga conectada, mientras que la potenciaque consumen las cargas conectadas al circuito elctrico es potencia activa (P).

La potencia aparente se representa con la letra S y su unidad de medida es el volt-ampere (VA). Lafrmula matemtica para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente:

De donde:

S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)V = Voltaje de la corriente, expresado en voltI = Intensidad de la corriente elctrica, expresada en ampere (A)

La potencia activa, por ejemplo, es la que proporciona realmente el eje de un motor elctrico cuando leest transmitiendo su fuerza a otro dispositivo mecnico para hacerlo funcionar.

Midamos en ese caso con un voltmetro la tensin o voltaje (V) que llega hasta los bornes del motor yseguidamente, por medio de un ampermetro, la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por elcircuito elctrico de ese motor. A continuacin multipliquemos las cifras de los dos valores obtenidos y elresultado de la operacin ser el valor de la potencia aparente (S), expresada en volt-ampere (VA) que


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desarrolla dicho motor y no precisamente su potencia activa (P) en watt (W).

La cifra que se obtiene de la operacin matemtica de hallar el valor de la potencia aparente (S) quedesarrolla un dispositivo ser siempre superior a la que corresponde a la potencia activa (P), porque alrealizar esa operacin matemtica no se est tomando en cuenta el valor del factor de potencia ocoseno de fi (Cos ).

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FACTOR DE POTENCIA (I)

Tringulo de potencias

El llamado tringulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma grfica qu es elfactor de potencia o coseno de fi (Cos ) y su estrecha relacin con los restantes tipos de potenciapresentes en un circuito elctrico de corriente alterna.

Como se podr observar en el tringulo de la ilustracin, el factor de potencia o coseno de fi (Cos )representa el valor del ngulo que se forma al representar grficamente la potencia activa (P) y lapotencia aparente (S), es decir, la relacin existente entre la potencia real de trabajo y la potencia totalconsumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito elctrico de corriente alterna. Estarelacin se puede representar tambin, de forma matemtica, por medio de la siguiente frmula:




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El resultado de esta operacin ser 1 o un nmero fraccionario menor que 1 en dependencia delfactor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en especfico, segn contenga uncircuito inductivo, resistivo, o una combinacin de ambos. Ese nmero responde al valor de la funcintrigonomtrica coseno, equivalente a los grados del ngulo que se forma entre las potencias (P) y (S).

Si el nmero que se obtiene como resultado de la operacin matemtica es un decimal menor que 1(como por ejemplo 0,95), dicho nmero representar el factor de potencia correspondiente al defasajeen grados existente entre la intensidad de la corriente elctrica y la tensin o voltaje en el circuito decorriente alterna.

Lo ideal sera que el resultado fuera siempre igual a 1, pues as habra una mejor optimizacin yaprovechamiento del consumo de energa elctrica, o sea, habra menos prdida de energa noaprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producen esa energa. Sinembargo, un circuito inductivo en ningn caso alcanza factor de potencia igual a "1", aunque se empleencapacitores para corregir completamente el desfasaje que se crea entre la potencia activa (P) y laaparente (S).

Al contrario de lo que ocurre con los circuitos inductivos, en aquellos que solo poseen resistencia activa,el factor de potencia s ser siempre igual a 1, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no secrea ningn desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensin o voltaje.

En los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayora de losdispositivos o aparatos que trabajan con algn tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potenciase muestra siempre con una fraccin decimal menor que 1 (como por ejemplo 0,8), que es la forma deindicar cul es el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a laintensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensin o voltaje. Por tanto, un motor decorriente alterna con un factor de potencia o Cos = 0,95 , por ejemplo, ser mucho ms eficiente que otro que posea un Cos = 0,85 .

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FACTOR DE POTENCIA (II)

Valor correspondiente a la funcin trigonomtrica coseno de diferentes ngulos agudos

ngulo agudo Funcin coseno

15 0,97

30 0,87

45 0,71

60 0,50

75 0,26

El dato del factor de potencia de cada motor es un valor fijo, que aparece generalmente indicado en unaplaca metlica pegada a su cuerpo o carcasa, donde se muestran tambin otros datos de inters, comosu tensin o voltaje de trabajo en volt (V), intensidad de la corriente de trabajo en amper (A) y suconsumo de energa elctrica en watt (W) o kilowatt (kW).

Ya vimos anteriormente que la potencia de un motor elctrico o de cualquier otro dispositivo quecontenga bobinas o enrollados se puede calcular empleando la siguiente frmula matemtica:

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El resultado de esta operacin matemtica estar dada siempre en watt (W), por lo que para convertiren kilowatt (kW) el valor obtenido, ser necesario dividir primero la cifra resultante entre 1000.

Por otra parte, como el valor de (P) viene dado en watt, sustituyendo (P) en la frmula anterior podemosdecir tambin que:

, por tanto

De donde:

W = Potencia de consumo del dispositivo o equipo en wattV = Tensin o voltaje aplicado al circuitoI = Valor del flujo de corriente que fluye por el circuito en amper (A)Cos = Factor de potencia que aparece sealado en la placa del dispositivo o equipo

Si conocemos la potencia en watt de un dispositivo o equipo, su voltaje de trabajo y su factor depotencia, y quisiramos hallar cuntos ampere (A) de corriente fluyen por el circuito (digamos, porejemplo, en el caso de un motor), despejando (I) en la frmula anterior tendremos:

El resultado de esa operacin lo obtendremos directamente en ampere (A).En caso que el valor de la potencia est dada en kilowatt (kW), podemos utilizar la misma frmula, perohabr que multiplicar la cifra correspondiente a los kilowatt por 1000 para convertirlos en watt:

El resultado de esta otra operacin matemtica ser, igualmente, el valor de la corriente que fluye por elcircuito, en ampere (A).

Habamos visto tambin que una carga capacitiva (compuesta por condensadores o capacitores)conectada a un circuito elctrico de corriente alterna provoca el adelantamiento de la sinusoide deintensidad de la corriente con relacin a la sinusoide de la tensin o voltaje. Esto produce un efecto dedesfasaje entre ambas magnitudes elctricas, pero ahora en sentido inverso al desfasaje que provocanlas cargas inductivas.

Por tanto, cuando en la red de suministro elctrico de una industria existen muchosmotores y transformadores funcionando, y se quiere mejorar el factor de potencia, sernecesario emplear bancos de capacitores dentro de la propia industria, conectadosdirectamente a la red principal. En algunas empresas grandes se pueden encontrartambin motores de corriente alterna del tipo "sincrnicos" funcionando al vaco, esdecir, sin carga, para mejorar tambin el factor de potencia.

Banco de capacitores instalados en un circuito elctrico de fuerza,con el fin de. mejorar el coseno de "fi" o factor de potencia en unainstalacin industrial.

De esa forma los capacitores, al actuar sobre la sinusoide de la corriente, produce el efecto contrario alde la inductancia, impidiendo que la corriente (I) se atrase mucho en relacin con el voltaje (V). As setratar de que las sinusoides se pongan en fase y que el valor del factor de potencia se aproxime lo msposible a 1.


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Qu es la corriente alterna

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