Corrección del factor de potencia

En la sección anterior definimos al factor de potencia como una forma de medir el aprovechamiento de la potencia entregada por una fuente de corriente alterna. Un factor de potencia cercano a uno indicaría un máximo aprovechamiento de la fuente.

Para que el factor de potencia se aproxime a uno, la potencia aparente debe ser casi igual a la potencia activa, es decir que debería reducirse la potencia reactiva y de esa forma también el ángulo de desfasaje.

En la práctica no se busca el valor uno, ya que en caso de sobrecompensación podrían aparecer otros efectos no deseados y por lo tanto se realizan los cálculos para obtener valores tales como 0,9 o 0,95.

Cómo mejorar el factor de potencia

La potencia reactiva aparece debido a las cargas capacitivas y fundamentalmente a cargas inductivas (por ejemplo motores).

Como muchas veces no es posible reducir las cargas inductivas, lo que podemos hacer es compensarlas con cargas capacitivas, de tal forma de que la diferencia entre ambas reactancias proporcione menor potencia reactiva y por lo tanto un mejor factor de potencia.

Recordemos que la potencia reactiva viene dada por la reactancia total, que se calcula como (X_L-X_C), es decir como la diferencia entre las reactancias inductiva y capacitiva. Por lo tanto para reducir la reactancia total, si no podemos eliminar las reactancias inductivas, lo que debemos hacer es tratar de igualarlas, de tal forma que la diferencia sea cercana a cero.

Ejemplo de corrección del factor de potencia

Una instalación de 220 V y 60 Hz consume una potencia activa de 4,5 kW con un factor de potencia de 0,8 en atraso. Calcular el valor del capacitor que debería conectarse en paralelo con la misma para conseguir un factor de potencia de 0,9.

Solución

Lo primero que hacemos es calcular el valor del ángulo de desfasaje inicial (Φ₁) a partir del factor de potencia inicial (Fp₁). Sabemos que el factor de potencia es igual al coseno del ángulo y por lo tanto el ángulo lo calculamos con la función inversa del coseno.



El triángulo de potencia inicial lo podemos representar con la siguiente forma:



Calculamos ahora el valor de la potencia reactiva inicial (cateto Q):



El ejercicio nos dice que se busca un factor de potencia de 0,9, por lo tanto calculamos el ángulo deseado.



Calculamos la potencia reactiva para este nuevo factor de potencia. Recordemos que la potencia activa no se modifica, por lo tanto para conseguir el nuevo factor de potencia lo que modificamos es la potencia reactiva.



Para conseguir un factor de potencia de 0,9 necesitamos una potencia reactiva de 2,18 kVAR. Sin embargo la potencia reactiva actual es de 3,38 kVAR. Calculamos la diferencia entre ambas potencias, es decir el número en el que deberíamos reducir la potencia reactiva actual.



Para reducir la potencia reactiva en 1,2 kVAR utilizamos un capacitor que genere una potencia reactiva de sentido contrario a la inductiva de la instalación.

El valor de la capacidad lo calculamos con la siguiente expresión:



Calculamos primero la velocidad angular.



Calculamos la capacidad:



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