ASIGNACION 3 CIRCUITOS ELECTRICOS II

2. Qué es el Factor de Potencia
El conjunto de todos los elementos eléctricos que intervienen directamente
en los procesos de generación, transformación, transmisión y distribución
de la energía eléctrica forma un todo único de operación conjunta, de aquí
se deriva que casi toda la electricidad que consumimos en las industrias,
fábricas, hogares todos son elementos que pueden considerarse equipo
consumidores de energía eléctrica. Estos
usuarios deben de considerar la importancia del
Factor de Potencia de su consumo.
Es un indicador cualitativo y cuantitativo del
correcto aprovechamiento de la energía
eléctrica.
También podemos decir, el factor de potencia
es un término utilizado para describir la
cantidad de energía eléctrica que se ha
convertido en trabajo. Como el factor de
potencia cambia de acuerdo al consumo y tipo
de carga, repasaremos algunos conceptos para expresar matemáticamente el
factor de potencia.
Es un indicador del correcto aprovecha-miento de la energía eléctrica. El
Factor de Potencia puede tomar valores entre 0 y 1, lo que significa que:
0 1
MUY MALO EXCELENTE
El factor de potencia es la relación entre la potencia activa (en watts, W), y
la potencia aparente (en volts-ampers, VA) y describe la relación entre la
potencia de trabajo o real y la potencia total consumida. El Factor de
Potencia (FP) está definido por la siguiente ecuación: FP = El factor de
potencia expresa en términos generales, el desfasamiento no de la corriente
con relación al voltaje y es utilizado como indicador del correcto
aprovechamiento de la energía eléctrica, el cual puede tomar valores entre
0 y 1.0 siendo la unidad (1.0) el valor máximo de FP y por tanto el mejor

3. aprovechamiento de energía. CAUSAS DEL BAJO FACTOR DE
POTENCIA Las cargas inductivas como motores, balastros,
transformadores, etc., son el origen del bajo factor de potencia ya que son
cargas no lineales que contaminan la red eléctrica, en este tipo de equipos
el consumo de corriente se desfasa con relación al voltaje lo que provoca
un bajo factor de potencia
La medición de POTENCIA en corriente alterna es más complicada que la
de corriente continua debido al efecto de los inductores y capacitores. Por
lo que en cualquier circuito de corriente alterna existen estos tres
parámetros de inductancia, capacitancia y resistencia en una variedad de
combinaciones. En circuitos puramente resistivos la tensión (V) está en
fase con la corriente (i), siendo algunos de estos artefactos como lámparas
incandescentes, planchas, estufas eléctricas etc. Toda la energía la
transforma en energía lumínica o energía calorífica.
Mientras que en un circuito inductivo o capacitivo la tensión y la corriente
están desfasadas 90 ° una respecto a la otra. En un circuito puramente
inductivo la corriente está atrasada 90 ° respecto de la tensión. Y en un
circuito puramente capacitivo la corriente va adelantada 90 ° respecto de la
tensión.
Por qué existe bajo factor de potencia
CONSECUENCIAS DEL BAJO FACTOR DE POTENCIA Las
instalaciones eléctricas que operan con un factor de potencia menor a1.0,
afectan a la red eléctrica tanto en alta tensión como en baja tensión,
además, tiene las siguientes consecuencias en la medida que el factor de
potencia disminuye
La potencia reactiva, es necesaria para producir el flujo electromagnético
que pone en funcionamiento elementos como: motores, transformadores,
lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración, entre otros. Cuando la
cantidad de estos equipos
es apreciable, un alto
consumo de energía
reactiva puede producirse
como consecuencia.

4. Entre las principales consecuencias de un bajo factor de potencia
podemos mencionar los siguientes:
 Aumento en la corriente
Incrementan las pérdidas por efecto Joule las cuales son una función del
cuadrado de la corriente, ejemplo:
-Los cables entre el medidor y el usuario
-Los embobinados de los transformadores de distribución
-Dispositivos de operación y protección
 Aumento en la caída de tensión resultando en un insuficiente
suministro de potencia a las cargas, éstas sufren una reducción en su
potencia de salida. Esta caída de tensión afecta a:
-Embobinados de transformadores de distribución
-Cables de alimentación
-Sistema de protección y control
 Estas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de
energía eléctrica. El productor penaliza al usuario con factor de
potencia bajo haciendo que pague más por su electricidad.
 En caso que el factor de potencia sea inferior a 90%, implica que los
artefactos tienen elevados consumos de energía reactiva a la energía
activa, produciéndose una circulación excesiva de corriente eléctrica
en sus instalaciones.
Es por esta razón que las compañías de electricidad cargan tarifas más altas
cuando el factor de potencia es bajo.
El valor del factor de potencia es determinado por el tipo de cargas
conectadas en una instalación. De acuerdo a su definición el factor de

5. potencia es a dimensional y puede tomar valores entre 0 y 1 En un circuito
resistivo puro: φ = 0
Esto es la corriente y la tensión cambian de polaridad en el mismo instante
en cada ciclo, siendo por lo tanto el factor de potencia la unidad.
Por otro lado en un circuito reactivo puro, la corriente y la tensión están en
cuadratura: φ = 90 °, siendo el factor de potencia igual a cero.
Cuando en un circuito sea de carácter inductivo se hablará de un factor de
potencia en retraso (corriente retrasada respecto a la tensión), mientras que
se dice en adelanto cuando es de carácter capacitivo (corriente adelantada
respecto a la tensión).
El factor de potencia (fp) y el cos φ son
dos términos distintos y dependen de los
siguientes:
cos φ; sólo depende de las potencias activa
(P) y reactiva (Q)
fp ; Dependen de las potencias activa (P), reactiva (Q) y de las distorsiones
(D).
En el caso que D = 0 ambos coincidirán.
El bajo factor de potencia es la causa de recargos en la cuenta de energía
eléctrica, los cuales llegan a ser significativos cuando el factor de potencia
es reducido.
Un bajo factor de potencia limita la capacidad de los equipos con el riesgo
de incurrir en sobrecarga.
El primer paso en la corrección del factor es el prevenirlo mediante la
selección y operación correcta de los equipos.
Cuando las variaciones de la carga son significativas, es recomendable el
empleo de bancos de capacitores automáticos.
La corrección del factor de potencia puede ser un problema complejo.

6. Ejemplo de la corrección del factor de potencia en un
circuito monofásico
Cuando se conecta a una línea de potencia de 120V (rms) a 60 Hz, una
carga absorbe 4kW con factor de potencia atrasado de 0,8. Halle el valor de
la capacitancia necesaria para aumentar el fp a 0,95.
Solución:
Si el fp = 0,8, entonces
cos 1 = 0,8
1 = 36,87°
Donde 1 es la diferencia de fase entre la tensión y la corriente. La
potencia aparente se obtiene de la potencia real y el fp como:
S1 =
S1 = = 5000VA
La potencia reactiva es:
Q1 = S1 * sen 1
Q1 = 5000VA * sen = 3000 VAR
Cuando el fp aumenta a 0,95
Cos 2 = 0,95
2 = 18,19°
La potencia real P no ha cambiado. Pero la potencia aparente si, su nuevo
valor es:
S2 =
S2 == = 4210,5 VA

7. La nueva potencia reactiva es:
Q2 = S2 * sen2
Q1 = 4210,5 VA * sen = 1314,1 VAR
La diferencia entre la nueva y la antigua potencias reactivas se debe a la
adición a la carga del capacitor en paralelo. La potencia reactiva debida al
capacitor es:
Qc = Q1 – Q2
Qc = 3000 – 1314,4 = 1685,6 VAR
y
C= = 310,5
Al comprar capacitores, normalmente se toman en cuenta las tensiones
esperadas. En este caso, la tensión máxima que este capacitor soportara es
de alrededor de 170V de pico. Se sugiere adquirir un capacitor con una
tensión nominal igual o mayor a 200V.

8. Ejemplo de la corrección del factor de potencia en un
circuito trifásico
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.
Solución:
a) la corriente y potencia aparente:
I= =
I= = 37.49A
S=
S=
S= 28.571 kVA
b) Las pérdidas en el alimentador
Perd = 3 * R * I2
Perd1 = 3 * 0,166 * 37,492
Perd1 = 700 W

9. c) Los kVAR del capacitor y se escoge el valor que está dado por el
valor actual del FP y el valor deseado:
Qc = P * k
Qc = 20kW * 0,536
Qc = 10,72 kVAR
d) La corriente y la potencia aparente
I2 = = 29.16A
S2 = = 22,22 kVA
Las pérdidas en el alimentador
Perd2 = 3 * 0,166 * 29,162
Perd2 = 423,45 W
ΔP = Perd1 – Perd2
ΔP = 700 – 423,45
ΔP = 276,55 W
La energía ahorrada al año:
Δ
ΔE =
ΔE =
ΔE = 1990,8 kWh
Considerando a 0,122 BsF. por kWh, se tienen 242,88 BsF. de ahorro tan
solo en el alimentador.