Power Point Factor De Potencia

Problemas, Compensación y sus Beneficios

Integrantes del Grupo
González Trigo Matías
Massano Ricardo
Herrero Gustavo
Blanco Leonardo
Caparros Pablo

Introducción
En el consumo de electricidad por parte de un
usuario están implicadas la potencia activa (kW), la
potencia reactiva (kVAr) y la suma vectorial de estas
dos denominada potencia aparente.

S (kVA)

Q (kVAr)

P (kW)

S = Potencia aparente
P = Potencia activa
Q = Potencia reactiva

Potencia Activa
 Es la que en el proceso de transformación de la energía
eléctrica se aprovecha como trabajo, la que se
convierte en potencia útil en el eje del motor, la que se
transforma en calor, etc. Es la potencia realmente
consumida por el usuario y por lo tanto paga por el uso
de la misma.

 Su fórmula de cálculo es: P = 3 x U x I x cosφ

 Su unidad de medida es: Watts [W]

Potencia Reactiva
 Es la encargada de generar el campo magnético que
requieren para su funcionamiento los equipos inductivos
como los motores y transformadores, la cual se
intercambia con la red eléctrica sin significar un consumo
de potencia útil o activa.

 Su fórmula de cálculo es: P = 3 x U x I x senφ

 Su unidad de medida es: Volt-Amper Reactivo [VAr]

Potencia Aparente

 Es la que determina la prestación en corriente de un
transformador y resulta de considerar la tensión aplicada
al consumo por la corriente que éste demanda. Es la suma
geométrica de las potencias activa y reactiva.

 Su fórmula de cálculo es: P = 3 x U x I

 Su unidad de medida es: Volt-Amper [VA]

Factor de Potencia

 Las tres potencias pueden representarse como lo indica la
siguiente figura:

 Se denomina factor de potencia a la relación entre
potencia activa y potencia aparente:
P = potencia activa (W)
Q = potencia reactiva (VAr)
f = factor de potencia (cosφ )

Factor de potencia

 Indica el aprovechamiento de la energía eléctrica y puede
tomar valores entre 0 y 1.

 Por ejemplo, si el Factor de Potencia es 0,8 indica que del
total de la energía abastecida por la Distribuidora sólo el
80 % de la energía es utilizada por el Cliente mientras que
el 20 % restante es energía que se desaprovecha.

El bajo factor de potencia
Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como
consecuencia principalmente de:
o Un gran número de motores.
o Presencia de equipos de refrigeración y aire
acondicionado.
o Una sub-utilización de la capacidad instalada en
equipos electromecánicos, por una mala planificación y
operación en el sistema eléctrico de la industria.
o Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos
de la industria.

Problemas generados al usuario:
 Aumento de la intensidad de corriente.
 Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión.
 Incrementos de potencia de las plantas, transformadores,
reducción de su vida útil y reducción de la capacidad de
conducción de los conductores.
 La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la
vida de su aislamiento.
 Multas y Recargos en las facturas.
 Necesidad de utilizar cables de mayor calibre.

Problemas para la empresa distribuidora de
energía:
 Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su
capacidad en KVA debe ser mayor, para poder entregar esa
energía reactiva adicional.

 Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución
así como en transformadores para el transporte y
transformación de esta energía reactiva.

 Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo
cual puede afectar la estabilidad de la red eléctrica.

Efectos del factor de potencia en circuitos
eléctricos:

 Corriente entregada por el operador de red = 180 A.
 Corriente que circula por la parte resistiva de la carga = 120 A.
 Se esta entregando una corriente adicional de 60 A.

eléctricos:

 P = 14400 W + 176 W = 14576 W

 Q = 16000 VAr

 S = ( 160002 + 145762 )1/2 = 21600 VA

 FP = 14576 W / 21600 VA = 0,674

eléctricos:
 Adicionamos un banco de capacitores de 2,9 mF:

 La potencia aparente que debe entregar el operador disminuye de 21,6
KVA a 15,14 KVA.
 Nueva corriente entregada por el operador de red = 127 A.
 Nuevo factor de potencia = 0,96.

Beneficios en la instalación:
 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.

Beneficios económicos:
 Reducción de los costos por facturación
eléctrica.
 Eliminación del cargo por bajo factor de
potencia y bonificaciones .

EDEA: Condiciones generales
 El cliente deberá mantener su "factor de potencia" o "coseno fi" por encima de
noventa y cinco centésimos (0,95). Se considerará energía reactiva excedente
a la que supere el 32,9 % de la energía activa consumida.
 La determinación del factor de potencia del cliente podrá llevarse a cabo, a
opción de EL DISTRIBUIDOR, efectuando mediciones instantáneas bajo un
régimen de funcionamiento y carga normales en las instalaciones objeto del
suministro, o bien determinando su valor medio durante el período de
facturación, por medición de la energía reactiva entregada al cliente en dicho
período.
 Si EL DISTRIBUIDOR comprobara que el factor de potencia resulta inferior al
valor señalado, notificará al cliente esta circunstancia otorgándole un plazo de
treinta (30) días para su corrección. En caso que transcurrido el plazo otorgado
para la normalización, el cliente aun registrare bajo factor de potencia, el exceso
de energía reactiva será penalizado facturando cada kilovolt-amper reactivo
hora (KVARh) excedente al precio fijado en el Cuadro Tarifario aprobado por la
Autoridad de Aplicación para ser aplicado por EL DISTRIBUIDOR. No obstante, si
el factor de potencia registrado fuere inferior a setenta centésimos (0,70), EL
DISTRIBUIDOR previa notificación, podrá suspender el suministro de energía
hasta tanto el cliente lleve a cabo la adecuación de sus instalaciones.

Tipos de compensación
Cuando se conectan y desconectan consumidores inductivos (motores),
el factor de potencia (cos φ) varía con cada maniobra.

Los métodos de compensación:

 Utilizar máquinas sincrónicas de gran potencia trabajando como
generadores de potencia reactiva.

 Instalar Condensadores de Potencia en paralelo con la carga
inductiva a compensar.

Máquinas sincrónicas
Pueden funcionar como generadores de potencia reactiva:
 Accionando cargas mecánicas
 Funcionando en vacío, (capacitores sincrónicos).

Este tipo de compensación no es muy utilizada,
Sólo en el caso de que existan en la instalación motores sincrónicos de
gran potencia.

Condensadores de Potencia
 Se utiliza en la actualidad en la mayoría de las
instalaciones
 Más económico
 Permite una mayor flexibilidad,

Los condensadores mejoran el factor de potencia debido
a que sus efectos son exactamente opuestos a los de las
cargas reactivas.

Power Point Factor De Potencia

Compensación individual
Los condensadores se conectan directamente a
los bornes de cada uno de los consumidores
Se conectan a un aparato de maniobra común.
Conveniente para grandes consumidores con
potencia constante conectados durante largos
periodos.
Menor corriente por los cables de acometida de
los consumidores.
Se conecta y desconecta simultáneamente el
conjunto con el mismo aparato de maniobra

Compensación individual
Ventajas
 Suprime las penalizaciones por consumo excesivo de energía reactiva.
 Se reducen las pérdidas por efecto joule en los conductores.
 Se reducen las caídas de tensión.
 Se optimiza la instalación ya que la potencia y corriente reactiva no circula por la
misma, sino que es suministrada por el Condensador que está en paralelo con la
carga.
 Descarga el transformador de potencia.

Desventaja
 En instalaciones complejas elevado costo de instalación y mantenimiento.
 Subutilización para aquellos capacitares que no son usados con frecuencia.

Compensación por grupos
Equipamiento de compensación se
asigna a un grupo de consumidores.
Se conectan a la red en conjunto por
medio de un contactor o interruptor
automático.
Se instalan en tableros de distribución
secundarios o Centros de Control de
Motores (CCM).
Muchas cargas inductivas de igual
potencia y que operan
simultáneamente, donde no se justifica
una compensación individual.

Compensación por grupos
Ventajas:
 Se optimiza una parte de la instalación, ya que la potencia y corriente
reactiva no circula por los cables de alimentación de estos tableros
secundarios.
 Se reducen las pérdidas por efecto joule en los cables de alimentación de
estos tableros.

Desventaja
 El principal inconveniente es que la sobrecarga no se reduce en las líneas de
alimentación principales.

Compensación centralizada
Se instalan en el tablero general
de baja tensión de la instalación
eléctrica.
Se emplean, unidades
automáticas de regulación de
energía reactiva.
Gran numero de consumidores,
diferentes potencias y tiempos de
conexión variables.

Compensación centralizada
Ventajas:
 Se ajusta la potencia aparente S (kVA) a la necesidad real de la instalación.
 Un equipo de compensación es fácilmente controlable debido a su posición central
 Es relativamente sencillo realizar un montaje posterior del equipamiento, o su eventual ampliación.
 La potencia reactiva suministrada por los condensadores se ajusta por pasos al requerimiento de potencia reactiva de
lso consumidores.
 Con frecuencia, en función del factor de simultaneidad, la potencia reactiva capacitiva a instalar es menor que en el caso
de una compensación individual.

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 .

Instrumentación de Control
Instalación de control centralizada
marca Leyden
 Parte interior donde se encuentra
los contactores que conectan.

 Los contactores se seleccionan en base a la
potencia de los condensadores

En la siguiente imagen se observa un cantactor en
primer plano

 Se deben conectar dispositivos de descarga (reactancias o
resistencias de descarga),
 Descarga total del condensador en menos de 10 s
 Ningún capacitor a medio cargar será conectado
nuevamente a la red.
 La conexión de un condensador parcialmente descargado
provocaría picos de corrientes de conexión mayores

Consideraciones prácticas
Compensación de energía reactiva de motores trifásicos
asincrónicos y transformadores.
• Regla general los consumidores cos φ = 0,7.
• Para compensar a cos φ = 0,9,
• Potencia reactiva compensadora Qc,
• Aproximadamente el 50% de la potencia activa instalada, es decir
• Calculo de potencia reactiva capacitiva necesaria uso de tablas
Factor de potencia existente Potencia reactiva de los condensadores por cada kW de potencia activa para alcanzar el factor
de potencia requerido
Cos φ1 0,8 0,85 0,9 0,95 1
0,4 1,54 1,67 1,81 1,96 2,29
0,42 1,41 1,54 1,68 1,83 2,16
0,44 1,29 1,42 1,56 1,71 2,04
… … … … … …
0,76 0,11 0,24 0,37 0,53 0,86
… … … … … …
0,86 0,11 0,26 0,59
0,88 0,06 0,21 0,54
0,9 0,15 0,48

Compensación de motores trifásicos asincrónicos.

La potencia de los condensadores no mayor que el 90% de la potencia reactiva del motor
funcionando en vacío.
Cuando se desconecta el motor existe riesgo de que se produzca una autoexitacion
mientras este gira hasta detenerse.
La autoexitacion tendrá como consecuencia elevadas sobretensiones en los bornes del
motor.

En la practica puede considerarse los siguiente
 Qc = 0,3 a 0,35 PnM
 PnM = Potencia asignada del motor

Compensación de motores trifásicos asincrónicos con arrancadores estrella – triangulo

Motores con rotor jaula en arranque directo,
 Condensadores se conectan en forma tripolar a los bornes U, V, W del motor.
 Motor y condensadores se conectan en conjunto.

Arrancadores estrella – triangulo,
 Condensadores se conectan a los bornes U, V, W del motor,
 Cuando se desconecta el motor de la red puede producirse una autoexitacion
 Motor se convierte en generador y recibe la corriente almacenada en el condensador.
 En lo bornes del motor se genera una tensión (hasta 2 veces tensión de red)
 Conmutación estrella triangulo, motor queda brevemente desconectado.
 El condensador, también desconectado, permanece con carga,
 La nueva conexión a la red se produzca en oposición de fases.
 Contactor separado de uso exclusivo de para conectar los condensadores

Compensación de transformadores
Energía reactiva en vacío de los transformadores,
Potencia reactiva de los condensadores de acuerdo con la demanda de energía reactiva del
transformador.

Q0 ≈ S0 = (i0 x Sr) / 100

 Q0 Potencia reactiva en vacío en kvar
 S0 Potencia aparente en vacío, en k VA
 i0 Corriente en vacío, en % de la corriente nominal del transformador
 Sr Potencia aparente asignada del transformador en kVA

Normas DIN
Potencia capacitiva necesaria con compensación fija en función de la potencia reactiva inductiva de
transformadores de distribución trifásicos en vacío.

Compensación de transformadores
Por tabla se puede ver:

Transformadores aislados con aceite o resinas,
con perdidas en vacío según normas DIN Transformadores aislados con
aceite o resina, con perdidas
Transformadores GEAFOL en vacío reducidas
Transformadores de aceite
Potencia (en resina)
asignada del
transformador
Potencia Potencia Potencia
reactiva del Potencia reactiva del Potencia reactiva del Potencia
transformador capacitiva transformador capacitiva transformador capacitiva
(en vacío) (en vacío) (en vacío)

kVA k VA k var k VA k var k VA k var

250 4,5 5,0 2,8 3,0 1,6 2,0

315 7,9 7,5 3,6 4,0 1,9 2,0

… … … … … … …

1600 23,2 25,0 10,6 10,0 5,3 5,0

2000 27,0 25,0 - - 7,0 7,5

Potencia reactiva de magnetización de los transformadores en vacío.
Se recomienda utilizar una batería fija de condensadores.
Para transformadores con pérdidas en vacío reducidas, ver rentabilidad.

Ejemplos de aplicación
Instalaciones con medición de energía reactiva.
Los pasos a seguir son los siguientes:

a) Cálculo de la potencia activa y el cos ψ promedio.
b) Verificación de la potencia en diferentes momentos del día
c) Determinación de la potencia reactiva capacitiva necesaria .

Ejemplo:

Una fábrica relativamente importante en la que se trabaja de lunes a viernes en dos turnos de 8 horas cada
uno, tiene los consumos de tabla y desean llevar el factor de potencia a 0,90.

ENERGIA ACTIVA ENERGIA REACTIVA

243792 232618

a) Cálculo de la potencia activa y el cos promedio.
• P = 243792 Kwh / 22 días x 16 Hs/día = 693 kW
• Q = 232618 kVArh / 22 días x 16 Hs/día = 661 kVAr
• cos ϕ = P / √ P2 + Q2 = 693 / √ 6932 + 6612 = 0.72

b) Verificación de la potencia en diferentes momentos del día.
Se eligieron los momentos considerados de máxima carga ó “punta” en ambos turnos, para lo cual
se leyeron las constantes de ambos medidores, se contaron las vueltas de los medidores en un
minuto, y se obtuvieron los siguientes resultados:

Pico de la mañana:
• P = 60 (min./h) x 64 (Vuelta min.) = 768 kW
• Q = 60 (min./h) x 59 (Vueltas/min. )/ 5 ( vueltas/Kwh) = 708 kVAr
• cos ϕ = P √ P2 + Q2 = 768 √ 7682 + 7082 = 0.735
Pico de la tarde:
• P = 60 (min./h) x 70 (Vuelta min.) / 5 ( vueltas/Kwh) = 840 kW
• Q = 60 (min./h) x 71 (Vueltas/min.) / 5 ( vueltas/Kwh) = 852 kVAr
• cos ϕ = P / √ P2 + Q2 = 840 / √ 8402 + 8522 = 0.735

c) Determinación de la potencia reactiva capacitiva necesaria.
c1) Considerando los valores promedio : recurrimos a la tabla l y vemos que para llevar el factor de potencia
existente del 72 al 90 % hay que conectar:
Q (kVAr) = 0,479 x 693 kW = 332 kVAr.

c2) Considerando los valores pico: también apelamos a la tabla I:

"Pico" de la mañana (73,5 % a 90 %)
Q (kVAr) = 0.452 x 768 = 34'7 kVAr
"pico" de la tarde (70 % a 90 %)
Q (kVAr) = 0.536 x 840 = 450 kVAr

Factor de potencia existente Potencia reactiva de los condensadores por cada kW de potencia activa para alcanzar el factor
de potencia requerido
Cos φ1 0,8 0,85 0,9 0,95 1
0,4 1,54 1,67 1,81 1,96 2,29
0,42 1,41 1,54 1,68 1,83 2,16
0,44 1,29 1,42 1,56 1,71 2,04
… … … … … …
0,76 0,11 0,24 0,37 0,53 0,86
… … … … … …
0,86 0,11 0,26 0,59
0,88 0,06 0,21 0,54
0,9 0,15 0,48

d) Solución Adoptada:
En este caso se propusieron dos alternativas.

d1) Una batería fija de 100 KVAr compuesta por 4 capacitores de 25 kVAr y otra automática de 300 KVAr
compuesta por 6 pasos de 50kVAr, y estos a su vez formados por dos capacitores de 25 KVAr, cada paso
conectado con un contactor que es accionado por el relé varímétrico de control.

d2) Se utiliza una batería automática de 300kVAr, los 100kVAr correspondientes, se distribuyen
conectándolos directamente a las barras de los tableros seccionales, aliviando de este modo los cables de
alimentación a cada uno de ellos y lográndose el mismo efecto desde el punto de vista de la facturación de
energía.

Instalaciones sin medición de energía reactiva.
Se requiere medir:
• La potencia activa promedio en base a la energía consumida
• La potencia activa por el método descripto en 3.1. recurriendo al medidor, por medio de una
pinza wattimétrica, cofimétrica ó un analizador de energía
• La corriente, por medio de una pinza amperométrica ó un analizador de energía
• La tensión, por medio de un voltímetro.
Las mediciones b); c) y d) conviene efectuarlas en distintos momentos de un día que pueda considerarse
típico o si se dispone de una analizador de energía con registro periódico, efectuar una medición con registro
cada 15 minutos. Una vez que se dispone de estos datos, se calcula el factor de potencia recurriendo a la
siguiente expresión:

cos ϕ = P [kW] . 1000 / √3 . U [V]. I [A]

Conociendo P (kW) y el. cosϕ en diferentes momentos y cuál es el cosϕ deseado se recurre a la tabla N'
1 para calcular la potencia reactiva necesaria en dichos momentos.

Ejemplo:
Un comercio que permanece abierto 9 horas diarias de lunes a viernes y 4 horas los sábados tenia
un consumo mensual de 9.830 Kw/h. Durante una medición de control la compañía distribuidora de
energía comprobó un cosϕ = 0,68 e intimó al usuario a llevar el factor de potencia por encima de 0,85.

a) Cálculo de la potencia activa promedio:

P = 9830 kWh / (22 d . 9 hs/d + 4 d . 4 hs/d) = 9830 kWh / 214 hs = 46kW

b) Determinación del factor de potencia:

Se efectuaron dos mediciones de potencia, recurriendo al medidor de energía, por el método descripto en 3.1.
y de corriente con una pinza amperométrica.

b1) Primera medición.
• P = 60 (min./h) x 8 (Vuelta min.) / 10 ( vueltas/Kwh) = 48 kW
• I = 110 A (Medidos con pinza) .
• U = 380 A (Medidos con pinza) .
• cos ϕ = 48000 / (√3 . 380 V. 110 A) = 0.66

b2) Segunda medición.
• P = 60 (min./h) x 7 (Vuelta min.) / 10 ( vueltas/Kwh)= 42 kW
• I = 90 A (Medidos con pinza) .
• U = 380 A (Medidos con pinza) .
• cos ϕ = 42000 / (√3 . 380 V. 110 A) = 0.71

c) Determinación de la potencia reactiva capacita necesaria:
Se recurre a la Tabla N°1 y se adopta como factor de potencia deseado 90%.
c1) Para la primera medición (66 % a 90 %):
• Q (kVAr) = 0.654 x 48 = 31.4 kVAr

c2) Para la segunda medición (71 % a 90 %):
• Q (kVAr) = 0.508 x 42 = 21.3 kVAr

c3) Teniendo en cuenta el consumo promedio:
En este caso no conocemos el factor de potencia promedio correspondiente a los 46 kW de
consumo promedio, pero, si calculamos el cosϕ promedio de las dos mediciones tenemos:
cosϕ = (0.66 + 0.71) / 2 = 0 685

Valor que coincide prácticamente con el comprobado por la compañía de electricidad, por lo
tanto se adopta como valor promedio: cosϕ = 0,68
Q (kVAr) = 0.595 x 46 = 27.4 k VAr


d) Solución Adoptada:
En este caso se propusieron una alternativa.

Se adopta el valor próximo superior de 30kVAr, recurriendo a la instalación de un banco fijo formado por dos
capacitores de 15kVAr. En el caso de reglamentaciones muy estrictas en cuanto a la regulación de la potencia
reactiva, se puede emplear un equipo automático de la misma potencia.

Conclusión
1. El origen del bajo factor de potencia son las cargas de naturaleza inductiva, entre las que
destacan los motores de inducción.
2. El bajo factor de potencia es causa de recargos en la cuenta de energía eléctrica.
3. El primer paso en la corrección del factor es el prevenirlo mediante la selección y operación
correcta de los equipos.
4. Los capacitores de potencia son la forma más práctica y económica para mejorar el factor de
potencia.
5. Entre más cerca se conecten los capacitores de la carga que van a compensar, mayores son los
beneficios que se obtienen.
6. Cuando las variaciones de la carga son significativas, es recomendable el empleo de bancos de
capacitores automáticos.

MUCHAS GRACIAS

Facultad de Ingeniería
Instalaciones Industriales

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