Guía Práctica de Corrección de Factor de Potencia en Sistemas CA

Cuando un sistema CA exhibe un factor de potencia bajo, típicamente no puede confiar en valores precisos de inductancia para cálculos correctivos.

Si está disponible, un medidor de factor de potencia proporciona el valor instantáneo de factor de potencia (entre 0 y 1) y la potencia aparente, obtenida multiplicando voltaje medido por corriente medida.

Cuando no hay medidor, un osciloscopio puede emplearse para comparar formas de onda de voltaje y corriente, determinar el desfase en grados, y calcular el factor de potencia como coseno de ese desfase.

Típicamente, un vatímetro mide potencia real (verdadera). Comparando su lectura con la potencia aparente calculada desde mediciones de voltaje y corriente se obtienen tanto potencia reactiva como valor de factor de potencia.

Problema de Ejemplo

A continuación se muestra una representación simplificada del montaje de medición:

Vatímetro lee potencia real; el producto de lecturas de voltímetro y amperímetro produce potencia aparente.

Calculando Potencia Aparente en kVA

La potencia aparente (S) se calcula multiplicando voltaje de carga (V) por corriente de carga (I). Convertir a kilovolt-amperios (kVA) simplemente divide por 1 000.

El resultado, 2,308 kVA, supera ampliamente la potencia real de 1,5 kW, indicando factor de potencia bien por debajo de la unidad.

Determinando Factor de Potencia

Factor de potencia (FP) es la relación de potencia real (P) a potencia aparente (S):

Potencia Reactiva vía Teorema de Pitágoras

Con la potencia aparente como hipotenusa y potencia real como lado adyacente, la potencia reactiva (Q) se halla por el teorema de Pitágoras "hacia atrás":

Corrigiendo Factor de Potencia con Capacitor

Cargas inductivas —como motores— presentan factor de potencia retardado. Un banco de capacitores cableado en paralelo proporciona potencia reactiva adelantada para contrarrestar la contribución inductiva.

Desde la potencia reactiva de 1,754 kVAR, la capacitancia requerida (C) a 240 V se calcula como:

Redondeado a 80 µF, la reactancia del capacitor (Xc) es 33,157 Ω, resultando en corriente de 7,238 A y potencia reactiva de 1,737 kVAR (solo capacitor). Como la corriente del capacitor está 180° fuera de fase con la corriente inductiva, su potencia reactiva resta directamente de la potencia reactiva de la carga.

Aunque la potencia real permanece inalterada, la potencia aparente y la corriente total extraída de la fuente de 240 V se reducen significativamente.

Nueva potencia aparente se computa desde la potencia reactiva ajustada usando el teorema de Pitágoras:

Triángulo de potencia antes y después de corrección con capacitor.

Conclusión

Implementar un banco de capacitores correctamente dimensionado no solo mejora factor de potencia sino que también reduce potencia aparente, disminuye corrientes de línea, y puede conducir a ahorros sustanciales en costes energéticos.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de Trabajo de Potencia CA