Factor de Potencia - INTEF

1 Factor de PotenciaJulio, 2002 Factor de Potencia (1/2) El Factor de Potencia se define como el cociente de la relaci n de la Potencia activa entre la Potencia aparente; esto es: Com nmente, el Factor de Potencia es un t rmino utilizado para describir la cantidad de energ a el ctrica que se ha convertido en de Potencia (2/2) El valor ideal del Factor de Potencia es 1, esto indica que toda la energ a 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 energ a necesaria para producir un trabajo de Potencia (1/3) Potencia efectiva La Potencia efectivao reales la que en el proceso de transformaci n de la energ a el ctrica se aprovecha como trabajo. Unidades: Watts (W) S mbolo: PTipos de Potencia (2/3) Potencia reactiva La potenciareactivaes la encargada de generar el campo magn tico que requieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores.

2 Unidades: VAR S mbolo: QTipos de Potencia (3/3) Potencia aparente La Potencia aparentees la suma geom trica de las potencias efectiva y reactiva; es decir: Unidades: VA S mbolo: S22 QPS+=El tri ngulo de potencias (1/2) Potencia activa PPotencia reactiva QPotencia aparente SEl tri ngulo de potencias (2/2)De la figura se observa:Por lo tanto, CosSP= CosFP= PSQEl ngulo En electrotecnia, el ngulo nos indica si las se ales de voltaje y corriente se encuentran en fase. Dependiendo del tipo de carga, el Factor de Potencia puede ser: adelantado retrasado igual a 1. )( CosFP= Tipos de cargas (1/3)Cargas resistivas En las cargas resistivascomo las l mparas incandescentes, el voltaje y la corriente est n en fase. Por lo tanto, En este caso, se tiene un Factor de Potencia unitario. 0= Tipos de cargas (2/3)Cargas inductivas En las cargas inductivascomo los motores y transformadores, la corriente se encuentra retrasadarespecto al voltaje.

3 Por lo tanto, En este caso se tiene un Factor de Potencia < Tipos de cargas (3/3)Cargas capacitivas En las cargas capacitivascomo los condensadores, la corriente se encuentra adelantadarespecto al voltaje. Por lo tanto, En este caso se tiene un Factor de Potencia > Diagramas fasoriales del voltaje y la corriente Seg n el tipo de carga, se tienen los siguientes diagramas:VIVIVIC argaResistivaCargaInductivaCargaCapaciti va El bajo Factor de Potencia (1/2)Causas: Para producir un trabajo, las cargas el ctricas requieren de un cierto consumo de energ a. Cuando este consumo es en su mayor a energ a reactiva, el valor del ngulo se incrementa y disminuye el Factor de Potencia . El bajo Factor de Potencia (2/2) FP= 2 3 1 Factor de Potencia VS ngulo VIProblemas por bajo Factor de Potencia (1/3)Problemas t cnicos: Mayor consumo de corriente.

4 Aumento de las p rdidas en conductores. Sobrecarga de transformadores, generadores y l neas de distribuci n. Incremento de las ca das de por bajo Factor de Potencia (2/3)P rdidas en un conductor VSfactor de potencia1 por bajo Factor de Potencia (3/3)Problemas econ micos: Incremento de la facturaci n el ctrica por mayor consumo de corriente. Penalizaci n de hasta un 120 % del costo de la facturaci por corregir el Factor de Potencia (1/2)Beneficios en los equipos: Disminuci n de las p rdidas en conductores. Reducci n de las ca das de tensi n. Aumento de la disponibilidad de Potencia de transformadores, l neas y generadores. Incremento de la vida til de las por corregir el Factor de Potencia (2/2)Beneficios econ micos: Reducci n de los costos por facturaci n el ctrica. Eliminaci n del cargo por bajo Factor de Potencia .

5 Bonificaci n de hasta un % de la facturaci n cuando se tenga Factor de Potencia mayor a n 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 paralelocon la carga. Cuando se reduce la Potencia reactiva, se mejora el Factor de n del Factor de Potencia (2/5)2 1 LQQCQP1S2 SCompensaci n del Factor de Potencia (3/5)En la figura anterior se tiene: es la demanda de reactivosde un motor y la Potencia aparente correspondiente. es el suministro de reactivosdel capacitor de compensaci n La compensaci n de reactivos no afecta el consumo de Potencia activa, por lo que es constante. LQCQ1 SPCompensaci n del Factor de Potencia (4/5) Como efecto del empleo de los capacitores, el valor del ngulo se reduce a La Potencia aparente tambi n disminuye, tomando el valor de Al disminuir el valor del ngulo se incrementa el Factor de 1 1S2S Compensaci n del Factor de Potencia (5/5)CorrientetotalCorrienteactivaCorrie ntereactivaCorrientetotalCorrienteactiva CapacitoresCorrientereactivaMotor de inducci nsin compensaci nMotor de inducci ncon capacitores de compensaci nM todos de compensaci nSon tres los tipos de compensaci n en paralelom s empleados: a) Compensaci n individual b) Compensaci n en grupo c) Compensaci n centralCompensaci n individual (1/3)Aplicaciones y ventajas Los capacitores son instalados por cada carga inductiva.

6 El arrancador para el motor sirve como un interruptor para el capacitor. El uso de un arrancador proporciona control semiautom tico para los capacitores. Los capacitores son puestos en servicio s lo cuando el motor est n individual (2/3)Desventajas El costo de varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitor individual de valor equivalente. Existe subutilizaci n para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia. Compensaci n individual (3/3)Diagrama de conexi narrancadorMCCompensaci n en grupo (1/3)Aplicaciones y ventajas Se utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas de igual Potencia y que operan simult neamente. La compensaci n se hace por medio de un banco de capacitores en com n. Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el centro de control de n en grupo (2/3)Desventajas La sobrecarga no se reduce en las l neas de alimentaci n principalesCompensaci n en grupo (3/3)Diagrama de conexi narrancadorMarrancadorMCCompensaci n central (1/3)Caracter sticas y ventajas Es la soluci n m s general para corregir el Factor de Potencia .

7 El banco de capacitores se conecta en la acometida de la instalaci n. Es de f cil supervisi n central (2/3)Desventajas Se requiere de un regulador autom tico del banco para compensar seg n las necesidades de cada momento. La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en las l neas de distribuci n. Compensaci n central (3/3)Diagrama de conexi nCC lculo de los kVARs del capacitor (1/2) De la figura siguiente se tiene: Como: Por facilidad, QQQLc = TanPQ*=)(21 TanTanPQc = KPQc*=2 1 LQQCQP1S2SC lculo de los kVARs del capacitor (2/2): Coeficiente K FP d e s e a d oFP Se tiene un motor trif sico de 20 kW operando a 440 V, con un Factor de Potencia de , si la energ a se entrega a trav s de un alimentador con una resistencia total de Ohms calcular: a) La Potencia aparente y el consumo de corriente b) Las p rdidas en el cable alimentador c) La Potencia en kVAR del capacitor que es necesario para corregir el a d) Repetir los incisos a) y b) para el nuevo Factor de Potencia e) La energ a anual ahorrada en el alimentador si el motor opera 600 h/mesSoluci n (1/3)a) La corriente y la Potencia aparenteb) Las p rdidas en el *440*3000,201== *440*3**31== = * *3**3212== = ==FPVPCosVPI**3**3 Soluci n (2/3)c) Los kVAR del capacitorNos referimos a la tabla del coeficiente K y se escoge el valor que est dado porel valor actual del FP y el valor ) La corriente y la Potencia *20*== = *440*32== *440*3000,202==Soluci n (3/3) ) Las p rdidas en el alimentadore) Energ a anual ahorrada La reducci n de las p rdidas: La energ a ahorrada al a o.

8 Considerando a $ por kWh, se tienen $ de ahorrotan s lo en el * *322== */600* = 1000_12*/* = = 21 PerdPerdPEjemplo correcci n Factor de potenciaPotencia Reactiva (kVAR)requeridos para elevar el FP a:MesDemanda(kW) Factor depotencia promedio = porcentaje de bonificaci n con un FP deseado de Potencia reactiva (kVAR) Potencia reactiva: Potencia aparente (kVA) Potencia activa (kW) Potencia reactiva (kVAR)kWkVAR= tg tg*kWkVAR= CosFP=FPCos1 = ()FPCoskWkVAR1tg* = = kWkVAR1tg Compensaci n del FPPotencia reactiva requeridaPotencia reactiva requerida para elevar el FP1a un FP2()()[]2111costgcostgFPFPkWkVAR =Correcci n de Potencia reactiva debida al voltajeV1 = Voltaje de l neaV2 = Voltaje de dise o banco de capacitores212 =VVkVARkVARtotalesEjemplo: Compensaci n del FPDatos:F a c to r d e p o t e n c iaD e m a n d a(k W )A c tu a l (F P1)D e s e a d o (F P2)3 1 50.

9 8 8 8 80 .9 6 0 0 Potencia reactiva requerida()()[] = kVARC orrecci n de Potencia reactiva debida al voltaje84480440712= =totaleskVARV1= 440 Volts (voltaje de l nea)V2= 480 Volts (voltaje de dise o banco de capacitores)Ejemplo: Compensaci n del FPCalculo del porcentaje de penalizaci n con un Factor de Potencia promedio anual de 100 1 41 (%) nBonificaci= = (%) nPenalizaci= =Calculo del porcentaje de bonificaci n por mejorar el FP a : Los cargos o bonificaciones econ micas se determinan al multiplicar la suma de los cargos por demanda y consumo de energ a, multiplicados por los porcentajes de penalizaci n o bonificaci n, seg n sea el caso Consideraciones del FP (1) Cargos y bonificaciones m ximasFP = n m xima 120%FP = n m xima Compensaci n individual de transformadores De acuerdo con las normas t cnicas para instalaciones el ctricas, la Potencia reactiva (kVAR) de los capacitores, no debe exceder al 10% de la Potencia nominal del transformadorConsideraciones del FP (2) Compensaci n individual de motores Generalmente no se aplica para motores menores a 10 KW Rango del capacitor En base a tablas con valores normalizados, o bien, multiplicar los hp del motor por 1/3 el 40% de la Potencia en kWBancos autom ticos de capacitores (1)

10 Cuenta con un regulador de VARS que mantiene el FP prefijado, ya sea mediante la conexi n o desconexi n de capacitores conforme sea necesario Pueden suministrar Potencia reactiva de acuerdo a los siguientes requerimientos: constantes variables instant neos Se evitan sobrevoltajes en el sistemaBancos autom ticos de capacitores (2) Elementos de los bancos autom ticos: Capacitores fijos en diferentes cantidades y potencias reactivas (kVAR) Relevador de Factor de Potencia Contactores Fusibles limitadores de corriente Interruptor ternomagn tico general Los bancos de capacitores pueden ser fabricados en cualquier No. De pasos hasta 27 (pasos estandar 5,7,11 y 15)Bancos autom ticos de capacitores (3) El valor de los capacitores fijos depende del No. De pasos previamente seleccionado, as como, de la cantidad necesaria en kVAR s para compensar el FP a A mayor No.