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que es factor potencia, como corregir factos potencia, ejemplos.

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Factor potencia Factor potencia Document Transcript

  • UNIVERSIDAD FERMIN TORO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE COMPUTACION CABUDARE-LARAASIGNACION 3 AUTOR: YEINEIR RODRIGUEZ
  • ¿Qué es Factor de Potencia?Denominamos factor de potencia al cociente entre la potencia activa y la potenciaaparente, que es coincidente con el coseno del ángulo entre la tensión y lacorriente cuando la forma de onda es sinusoidal pura, etc.O sea que el factor de potencia debe tratarse que coincida con el coseno phi perono es lo mismo.Es aconsejable que en una instalación eléctrica el factor de potencia sea alto yalgunas empresas de servicio electro energético exigen valores de 0,8 y más. Oes simplemente el nombre dado a la relación de la potencia activa usada en uncircuito, expresada en vatios o kilovatios (KW), a la potencia aparente que seobtiene de las líneas de alimentación, expresada en voltio-amperios o kilovoltio-amperios (KVA).Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo a causade la presencia principalmente de equipos de refrigeración, motores, etc. Estecarácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activa (KW) se sume elde una potencia llamada reactiva (KVAR), las cuales en su conjunto determinanel comportamiento operacional de dichos equipos y motores. Esta potenciareactiva ha sido tradicionalmente suministrada por las empresas de electricidad,aunque puede ser suministrada por las propias industrias.Al ser suministradas por las empresas de electricidad deberá ser producida ytransportada por las redes, ocasionando necesidades de inversión en capacidadesmayores de los equipos y redes de transmisión y distribución.Todas estas cargas industriales necesitan de corrientes reactivas para suoperación. ¿Por qué existe un bajo factor de potencia?La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos, esnecesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamientoelementos tales como: motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equiposde refrigeración y otros similares. Cuando la cantidad de estos equipos esapreciable los requerimientos de potencia reactiva también se hacen significativos,lo cual produce una disminución del exagerada del factor de potencia. Un altoconsumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmentede: Un gran número de motores. Presencia de equipos de refrigeración y aire acondicionado. Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipos electromecánicos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria. Un mal estado físico de la red eléctrica y de los equipos de la industria.
  • Cargas puramente resistivas, tales como alumbradoincandescente, resistencias de calentamiento, etc. no causan este tipo deproblema ya que no necesitan de la corriente reactiva. Efectos de un bajo factor de Potencia• Cuanto más bajo sea el factor de potencia, mayor potencia aparente y mayorintensidad eficaz se debe proporcionar a la carga, para entregar una mismapotencia activa.• Si el factor de potencia es bajo:– Para una determinada potencia útil consumida, la potencia aparente (productode tensión por intensidad) es mucho mayor.– Esto tiene una serie de efectos negativos, tanto para el cliente (receptor de laenergía), como para la empresa suministradora.• Efectos negativos para la empresa suministradora:– Debe tener mayor capacidad de generación de potencia aparente (KVA).– Debe sobredimensionar las líneas de distribución y los transformadorescorrespondientes.– Al aumentar la intensidad aumentan las caídas de tensión, lo que complica laregulación de la tensión, dando problemas de estabilidad en la red.– Pérdidas de potencia, como consecuencia de una intensidad elevada,proporcionales a la intensidad al cuadrado por la resistencia de la línea (ley deJoule).– Como consecuencia de lo anterior, calentamiento excesivo en sus conductores,con consecuencias negativas en la vida útil de los aislantes y equipos en general.• Efectos negativos para el receptor:– Aunque en menor medida (porque la longitud de sus líneas será menor) que laempresa suministradora, sufrirá también caídas de tensión y pérdidas de potenciaen los conductores, como consecuencia de la intensidad elevada.– Disminución de la vida útil de los aislantes y equipos.– Aumento de la factura de electricidad, en función de la tarifa contratada, porconsumo de energía reactiva.En definitiva, un sinfín de consecuencias provocadas por un aumento de laintensidad respecto a la necesaria para producir la potencia útil. View slide
  • Sin embargo, determinados equipos receptores, como por ejemplo lámparasfluorescentes o motores eléctricos, necesitan consumir energía reactiva parafuncionar, por lo que la solución no pasa por eliminar esta energía sino porcompensarla. Mejorar el Factor de PotenciaMejorar el factor de potencia resulta práctico y económico, por medio de lainstalación de condensadores eléctricos estáticos, o utilizando motores sincrónicosdisponibles en la industria (algo menos económico si no se dispone de ellos).A continuación se tratará de explicar de una manera sencilla y sincomplicadas ecuaciones ni términos, el principio de cómo se mejora el factor depotencia:El consumo de KW y KVAR (KVA) en una industria se mantienen inalterablesantes y después de la compensación reactiva (instalación de los condensadores),la diferencia estriba en que al principio los KVAR que esa planta estabarequiriendo, debían ser producidos, transportados y entregados por la empresa dedistribución de energía eléctrica, lo cual como se ha mencionado anteriormente, leproduce consecuencias negativas.Pero esta potencia reactiva puede ser generada y entregada de forma económica,por cada una de las industrias que lo requieran, a través de los bancosde capacitores y/o motores sincrónicos, evitando a la empresa de distribución deenergía eléctrica, el generarla transportarla y distribuirla por sus redes.Veamos un ejemplo:Un capacitor instalado en el mismo circuito de un motor de inducción tiene comoefecto un intercambio de corriente reactiva entre ellos. La corriente de adelantoalmacenada por el capacitor entonces alimenta la corriente de retraso requeridapor el motor de inducción.La figura 4 muestra un motor de inducción sin corrección de factor de potencia. Elmotor consume sólo 80 amp. Para su carga de trabajo. Pero la corriente demagnetización que requiere el motor es de 60 amp, por lo tanto el circuito dealimentación debe conducir: 100amp. (802 + 602) = 100 amp.Por la línea de alimentación fluye la corriente de trabajo junto con la corriente noútil o corriente de magnetización. Después de instalar un capacitor en el motorpara satisfacer las necesidades de magnetización del mismo, como se muestra enla figura 5, el circuito de alimentación sólo tiene que conducir y suministrar 80amp. Para que e1 motor efectúe el mismo trabajo. Ya que el capacitor se encargade entregar los 60 amp. Restantes. El circuito de alimentación conduce ahoraúnicamente corriente de trabajo. View slide
  • Esto permite conectar equipo eléctrico adicional en el mismo circuito y reducelos costos por consumo de energía como consecuencia de mantener un bajofactor de potencia. Corrección del factor de potenciaMétodos directosLos métodos directos se basan en actuar directamente sobre las causas, endefinitiva tratan de mejorar los propios equipos, antes que mejorar la línea dedistribución.Por ejemplo, en los tubos fluorescentes, se pueden colocar condensadores enparalelo, con el fin de reducir la potencia reactiva demandada. El principio defuncionamiento se explica más adelante.Métodos indirectosLos métodos indirectos, no pretenden actuar sobre las causas sino compensarlas.La manera de compensarlas es introducir una potencia reactiva del signo contrarioa la consumida por el receptor, de modo que la línea de distribución reduzca lapotencia aparente y la intensidad suministrada.Básicamente, esta compensación se hace por dos métodos diferentes:compensadores síncronos y compensadores estáticos.Los compensadores síncronos son máquinas síncronas (es decir motores ogeneradores síncronos). Estas máquinas, para su funcionamiento requieren unaintensidad de excitación, de forma que si están subexcitadas, consumen energíareactiva, y si están sobreexcitadas la devuelven al sistema.De esta forma, en industrias que utilicen generadores o motores síncronos,pueden aprovechar estos equipos para compensar el factor de potencia de suinstalación mediante un circuito de control que regule la excitación de lasmáquinas síncronas en función de la energía reactiva consumida. Corrección del cosϕ mediante condensadoresEn corriente alterna monofásica– La potencia reactiva que consumen los receptores suele ser de tipo inductivo.– La idea es conectar condensadores que compensen esta potencia reactiva.– Por trigonometría, a partir del triángulo de potencias sabemos:
  • – triángulo de potencias inicial y final del sistema– La potencia reactiva QC, que es que la aportan los condensadores, debe ser ladiferencia entra la potencia reactiva inicial y final.– El valor de la capacidad del condensador o de la batería de condensadoresnecesario para llevar el sistema de un factor de potencia inicial cosϕ1a otro finalcosϕ2es:– La capacidad obtenida C, puede tener un valor muy alto.– Es frecuente recurrir a baterías de condensadores conectadas adecuadamentepara dar el valor deseado.– La carga del circuito puede ser variable.– Una solución a la carga variable consiste en calcular una batería decondensadores que en el peor de los casos deje un cosφ aceptable(aproximadamente 0,9).– Otra solución consiste en tener un sistema de control que, en función de lapotencia reactiva del sistema, conecte más o menos condensadores de
  • compensación, teniendo así un control escalonado del factor de potencia, paraque siempre esté en unos márgenes aceptables.En corriente alterna trifásica– Hay dos posibilidades de conexión:a) Conexión de los condensadores en estrella:– Cada condensador soporta la tensión de línea, por lo que la reactiva total es:– Como la tensión de línea es:– La potencia reactiva queda:– La capacidad de los condensadores en estrella es:b) Conexión de los condensadores en triángulo:– Cada condensador soporta la tensión de fase, por lo que la reactiva total es:
  • – La capacidad de los condensadores en estrella es:– Comparando los condensadores en estrella y en triángulo resulta: Ejemplos de la corrección del factor potenciaCorregir el factor potencia significa actuar para incrementar el factor de potenciaen una sección específica de la instalación, proporcionando localmente la potenciareactiva necesaria para reducir, a igual potencia útil requerida, el valor de lacorriente y, por tanto, de la potencia que transita la red aguas arriba. De estaforma, las líneas, los generadores y los transformadores pueden serdimensionados para un valor de potencia aparente inferior.No obstante, efectuar la corrección representa una solución que permite obtenerventajas técnicas y económicas; de hecho, gestionar una instalación con un bajocosϕ implica un incremento de los costes para el distribuidor de energía eléctrica,que, consecuentemente, aplica un sistema de tarifas que sanciona el uso de laenergía con bajos factores de potencia.En el caso de formas de onda sinusoidales, la potencia reactiva necesaria parapasar de un factor de potencia cosϕ a un factor de potencia cosϕ es expresadapor la relación (válida tanto para sistemas trifásicos como monofásicos):
  • Donde:•P es la potencia activa;• Q1, ϕ1 son la potencia reactiva y el ángulo de desfase antes de la corrección;•Q2, ϕ2 son la potencia reactiva y el ángulo de desfase tras la corrección;• Qc es la potencia reactiva de corrección.EjemploSupongamos que queremos incrementar el factor de potencia de una instalacióntrifásica (Un =400 V) que consume de media 300 kW, de 0.8 a 0.93. La corrienteabsorbida será:
  • Aplicando la fórmula anteriormente descrita se obtiene la potencia reactiva quedebe producirse localmente Qc:Por efecto de la corrección, la corriente absorbida pasa de 540 AMP a:Se ve una reducción del 15% aproximadamenteCon todo ello, las ventajas principales de la corrección pueden resumirse de lasiguiente manera:•Uso optimizado de las máquinas eléctricas;•Uso optimizado de las líneas eléctricas;•Reducción de las pérdidas;•Reducción de la caída de tensión