¿Qué es el Factor de Potencia?

  1. Definición de Potencia
  2. Ley de Watt
  3. Tipos de potencia y triangulo de potencia
  4. Factor de potencia

 

Definición de Potencia:

La potencia es la tasa a la cual se transfiere la energía por unidad de tiempo

. De modo que la rapidez con la que se carga o descarga una batería, un tanque de combustible o cualquier otro medio para almacenar energía, son formas prácticas de referirse a la potencia. Un ejemplo clásico es el siguiente:

Si comparamos a un corredor de maratón, y a un corredor de 100 metros planos, ¿quién usará una mayor potencia durante la competencia? La respuesta lógica es que el sprinter alcanzará una mayor potencia, ya que no va a correr más de unos cuantos segundos. Entre más potencia use el corredor, más rápido agota su energía disponible y por tanto se cansa.

Ley de Watt:

En circuitos eléctricos se puede calcular la potencia si se conoce la tensión y la corriente de los elementos. Se conoce como ley de Watt, y se describe por la siguiente fórmula:

P = V * I

Cuya expresión física equivalente en términos del trabajo realizado por una carga eléctrica sería:

P  =  V  Q  

      t

Donde:
P es la potencia (Vatios)
es el voltaje (Voltios)
A es la corriente (Amperios)
Q es la carga eléctrica (Coulombs)
t es el tiempo (segundos)

  La potencia:

Lo anterior funciona muy bien en arreglos netamente resistivos o alimentados únicamente con fuentes DC sin maniobras temporales. El problema es que, en muchos casos prácticos, los circuitos usan fuentes AC y tienen componentes inductivos y capacitivos importantes. En este caso, se presenta un desfase entre la onda de corriente y la onda de voltaje en el tiempo, que es causado por el almacenamiento de energía en los capacitores e inductores del circuito. Para ampliar información, consultar el siguiente artículo sobre diferencias de fase y diagramas de fasor

Entonces, si tenemos un circuito con un inductor y una resistencia conectados a una fuente AC, la resistencia va a consumir toda la energía que pueda (no almacena nada) mientras que el inductor va a cargarse y descargarse de forma periódica. La potencia consumida por la resistencia se llama potencia real, mientras que la del inductor se llama potencia reactiva.

 

Tipos de potencia y triangulo de potencia:

Potencia real:

También llamada potencia activa, es la que consumen los componentes resistivos del circuito. En el caso de un motor, esta se relaciona directamente con la potencia de esta medida en Vatios. Se puede ver como potencia que fue disipada por el circuito, usualmente en forma de calor o movimiento.

Potencia reactiva:

La potencia generada o consumida por los componentes capacitivos e inductivos del circuito. La energía de estos elementos se almacena y es retornada al circuito, por lo que no hay pérdidas en forma de calor (en teoría).

Si medimos la corriente y el voltaje a la salida de la fuente, la multiplicación de estos no va a dar ni la potencia real ni la reactiva, va a dar la raíz de la suma de los cuadrados de ambas. A este valor se le llama potencia aparente.

Potencia aparente:

La raíz cuadrada de la suma de las potencias activa y reactiva.

factor de potencia 2

Las tres definiciones anteriores están relacionadas entre sí por el llamado triángulo de potencia , de la forma que se muestra a continuación:

factor de potencia 4

Nótese el ángulo que se forma entre la potencia activa y la aparente. Esto es fundamental pues permite calcular el factor de potencia, de la forma que se explica a continuación. 

 

Factor de Potencia

El factor de potencia (PF) es una medida de la utilización de la energía eléctrica. Se obtiene a partir del cociente entre la potencia real y la potencia aparente. En ausencia de elementos eléctricos inductivos o capacitivos, su valor es de 1, lo que indica que el 100 % de la potencia recibida por la carga es utilizada para desempeñar un trabajo útil.


Cuando el valor del factor de potencia es bajo fluye una mayor corriente a través de los conductores para entregar a los equipos los KW que requieren. Lo anterior trae como consecuencia una mayor regulación de tensión, pérdidas, deterioro de los elementos de la instalación y una disminución aparente del rendimiento en las cargas.


La legislación colombiana (Artículo 25, parágrafo 1, Creg 108 de 1997) regula el flujo de reactiva demandada por los usuarios, porque se trata de una variable que compromete la estabilidad de los sistemas de potencia. El factor de potencia inductiva (coseno phi inductivo) de las instalaciones deberá ser igual o superior a punto noventa (0.90). La empresa exigirá a aquellas instalaciones cuyo factor de potencia inductivo viole este límite, que instalen equipos apropiados para controlar y medir la energía reactiva. Para ello, exige a los consumidores mantener un factor de potencia igual o superior a 0.9 y autoriza el cobro por parte del comercializador de la potencia reactiva como penalización a los incumplimientos. A raíz de esto, a nivel industrial se recurre a mecanismos que corrijan las deficiencias del FP y a continuación se describen brevemente sus fundamentos.
Se compensa la potencia reactiva disipada por los elementos inductivos de las cargas por medio de bancos de capacitores. Si se tiene que un equipo dado opera con 1KVAR, debe emplearse un capacitor que aporte al sistema esa misma cantidad de reactiva, de modo que se anule localmente el requerimiento de la carga, y aguas arriba únicamente se perciban las necesidades de potencia activa de los elementos. El principio anterior se fundamenta en el teorema de la máxima transferencia de potencia en un circuito, logrado cuando se anulan las reactancias entre sí se deja y quedan las cargas con una impedancia netamente resistiva.


Procedimiento en plantas con varios motores:

  • Determinar la potencia reactiva de la instalación a plena carga. (Este valor indicará la capacidad total en KVAR que debe entregar el banco de capacitores).
  • Determinar la potencia reactiva requerida por cada motor de la planta cuando operan individualmente.
  • Seleccionar el tipo de controlador aplicable.
  • Cuando se opera con más de un elemento inductivo es necesario determinar el factor de potencia de la instalación vista desde los barrajes de alimentación. Para ello, se determina la potencia activa y reactiva requeridas por las cargas con base en la sumatoria de corrientes de las mismas aplicando la ley de Kirchoff.

 

Normativa colombiana aplicable

 Además del artículo citado anteriormente, se presentan fragmentos de otras resoluciones CREG relacionadas con la temática.  

Creg 082 de 2002

Artículo 11 º. Transporte de energía reactiva. En caso de que la energía reactiva consumida por un Usuario, sea mayor al cincuenta por ciento (50%) de la energía activa (kWh) que le es entregada en cada periodo horario, el exceso sobre este límite, en cada periodo, se considerará como energía activa para efectos de liquidar mensualmente el cargo por uso del respectivo sistema, de acuerdo con lo contenido en el Anexo No. 4 de esta Resolución. El OR podrá conectar equipos de medida de energía reactiva para aquellos usuarios de Nivel de Tensión 1, no residenciales, o fronteras comerciales, a fin de establecer cobro de energía reactiva.

RESOLUCIÓN CREG No.047 de 2004

Artículo 3o. Modificar el artículo 25 de la Resolución CREG-108 de 1997, el cual quedará así:
Artículo 25. Control al factor de potencia en el servicio de energía eléctrica. En la prestación del servicio público domiciliario de energía eléctrica, se controlará el consumo de energía reactiva de los suscriptores o usuarios finales, y se liquidará y cobrará exclusivamente de la forma establecida en el artículo 11 de la Resolución CREG-082 de 2002.

Parágrafo 1º. El factor de potencia inductiva (coseno phi inductivo) de las instalaciones deberá ser igual o superior a punto noventa (0.90). El operador de Red podrá exigir a aquellas instalaciones cuyo factor de potencia inductivo viole este límite, que instalen equipos apropiados para controlar y medir la energía reactiva.

Parágrafo 2º. Para efectos de lo establecido en el parágrafo anterior, la exigencia podrá hacerse en el momento de aprobar la conexión al servicio, o como consecuencia de una revisión de la instalación del usuario.”.

Artículo escrito por Comunidadelectrica.com