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Factor de potencia




Enviado por Pablo Turmero



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    Factor de potencia (1/2) El factor de potencia se define como el
    cociente de la relación de la potencia activa entre la
    potencia aparente; esto es: Comúnmente, el factor de
    potencia es un término utilizado para describir la
    cantidad de energía eléctrica que se ha convertido
    en trabajo.

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    Factor de potencia (2/2) 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.

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    Tipos de potencia (1/3)Potencia efectiva 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

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    Tipos de potencia (2/3)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

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    Tipos de potencia (3/3) Potencia aparente La potencia aparente es
    la suma geométrica de las potencias efectiva y reactiva;
    es decir: Unidades: VA Símbolo: S

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    El triángulo de potencias (1/2) Potencia activa P Potencia
    reactiva Q Potencia aparente S

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    El triángulo de potencias (2/2) De la figura se observa:
    Por lo tanto, P S Q

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    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 puede ser:
    adelantado retrasado igual a 1.

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    Tipos de cargas (1/3)Cargas resistivas En las cargas resistivas
    como las lámparas incandescentes, el voltaje y la
    corriente están en fase. Por lo tanto, En este caso, se
    tiene un factor de potencia unitario.

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    Tipos de cargas (2/3)Cargas inductivas En las cargas inductivas
    como los motores y transformadores, la corriente se encuentra
    retrasada respecto al voltaje. Por lo tanto, En este caso se
    tiene un factor de potencia retrasado.

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    Tipos de cargas (3/3)Cargas capacitivas En las cargas capacitivas
    como los condensadores, la corriente se encuentra adelantada
    respecto al voltaje. Por lo tanto, En este caso se tiene un
    factor de potencia adelantado.

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    Diagramas fasoriales del voltaje y la corriente Según el
    tipo de carga, se tienen los siguientes diagramas: V I V I V I
    Carga Resistiva Carga Inductiva Carga Capacitiva

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    El bajo factor de potencia (1/2) Causas: 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.

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    El bajo factor de potencia (2/2) Factor de potencia VS
    ángulo V I

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    Problemas por bajo factor de potencia (1/3) 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.

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    Problemas por bajo factor de potencia (2/3) Pérdidas en un
    conductor VS factor de potencia 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 FP kW 9
    6 3 0

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    Problemas por bajo factor de potencia (3/3) Problemas
    económicos: Incremento de la facturación
    eléctrica por mayor consumo de corriente.
    Penalización de hasta un 120 % del costo de la
    facturación. CFE LFC

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    Beneficios por corregir el factor de potencia (1/2) Beneficios en
    los equipos: Disminución de las pérdidas en
    conductores. Reducción de las caídas de
    tensión. Aumento de la disponibilidad de potencia de
    transformadores, líneas y generadores. Incremento de la
    vida útil de las instalaciones.

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    Beneficios por corregir el factor de potencia (2/2) Beneficios
    económicos: Reducción de los costos por
    facturación eléctrica. Eliminación del cargo
    por bajo factor de potencia. Bonificación de hasta un 2.5
    % de la facturación cuando se tenga factor de potencia
    mayor a 0.9

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    Compensación del factor de potencia (1/5) 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.

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    Compensación del factor de potencia (2/5) P

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    Compensación del factor de potencia (3/5) En la figura
    anterior se tiene: es la demanda de reactivos de un motor y la
    potencia aparente correspondiente. es el suministro de reactivos
    del capacitor de compensación La compensación de
    reactivos no afecta el consumo de potencia activa, por lo que es
    constante.

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    Compensación del factor de potencia (4/5) Como efecto del
    empleo de los capacitores, el valor del ángulo se reduce a
    La potencia aparente también disminuye, tomando el valor
    de Al disminuir el valor del ángulo se incrementa el
    factor de potencia.

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    Compensación del factor de potencia (5/5) Corriente total
    Corriente activa Corriente reactiva Corriente total Corriente
    activa Capacitores Corriente reactiva Motor de inducción
    sin compensación Motor de inducción con capacitores
    de compensación

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    Métodos de compensación Son tres los tipos de
    compensación en paralelo más empleados: a)
    Compensación individual b) Compensación en grupo c)
    Compensación central

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    Compensación individual (1/3) 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.

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    Compensación individual (2/3) 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.

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    Compensación individual (3/3) Diagrama de conexión
    arrancador M C

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    Compensación en grupo (1/3) 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.

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    Compensación en grupo (2/3) Desventajas La sobrecarga no
    se reduce en las líneas de alimentación
    principales

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    Compensación en grupo (3/3) Diagrama de conexión
    arrancador M arrancador M C

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    Compensación central (1/3) 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.

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    Compensación central (2/3) 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.

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    Compensación central (3/3) Diagrama de conexión
    C

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    Cálculo de los kVARs del capacitor (1/2) De la figura
    siguiente se tiene: Como: Por facilidad,

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    Cálculo de los kVARs del capacitor (2/2): Coeficiente
    K

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    Ejemplo Se tiene un motor trifásico de 20 kW operando a
    440 V, con un factor de potencia de 0.7, si la energía se
    entrega a través de un alimentador con una resistencia
    total de 0.166 Ohms calcular: a) La potencia aparente y el
    consumo de corriente b) Las pérdidas en el cable
    alimentador c) La potencia en kVAR del capacitor que es necesario
    para corregir el F.P. a 0.9 d) Repetir los incisos a) y b) para
    el nuevo factor de potencia e) La energía anual ahorrada
    en el alimentador si el motor opera 600 h/mes

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    Solución (1/3) a) La corriente y la potencia aparente b)
    Las pérdidas en el alimentador

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    Solución (2/3) c) Los kVAR del capacitor Nos referimos a
    la tabla del coeficiente “K” y se escoge el valor que
    está dado por el valor actual del FP y el valor deseado:
    d.1) La corriente y la potencia aparente

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