Corrección práctica del factor de potencia

Cuando surge la necesidad de corregir un factor de potencia deficiente en un sistema de energía de CA, probablemente no tendrá el lujo de saber la inductancia exacta de la carga en henrys para usar en sus cálculos.

Puede tener la suerte de tener un instrumento llamado medidor de factor de potencia para decirle cuál es el factor de potencia (un número entre 0 y 1) y la potencia aparente (que se puede calcular tomando una lectura de voltímetro en voltios y multiplicando por una lectura de amperímetro en amperios).

En circunstancias menos favorables, es posible que deba usar un osciloscopio para comparar las formas de onda de voltaje y corriente, midiendo el cambio de fase en grados y calcular el factor de potencia por el coseno de ese cambio de fase.

Lo más probable es que tenga acceso a un vatímetro para medir la potencia real, cuya lectura puede comparar con un cálculo de la potencia aparente (a partir de la multiplicación de las medidas de voltaje total y corriente total). A partir de los valores de potencia real y aparente, puede determinar la potencia reactiva y el factor de potencia.

Problema de ejemplo

Hagamos un problema de ejemplo para ver cómo funciona:(Figura siguiente)

El vatímetro lee la potencia real; el producto de las lecturas del voltímetro y del amperímetro produce potencia aparente.

Cómo calcular la potencia aparente en kVA

Primero, necesitamos calcular la potencia aparente en kVA. Podemos hacer esto multiplicando el voltaje de carga por la corriente de carga:

Como podemos ver, 2.308 kVA es una cifra mucho mayor que 1.5 kW, lo que nos dice que el factor de potencia en este circuito es bastante pobre (sustancialmente menos de 1). Ahora, calculamos el factor de potencia de esta carga dividiendo la potencia real por la potencia aparente:

Usando este valor para el factor de potencia, podemos dibujar un triángulo de potencia y, a partir de ahí, determinar la potencia reactiva de esta carga:(Figura siguiente)

La potencia reactiva se puede calcular a partir de la potencia real y la potencia aparente.

Cómo utilizar el teorema de Pitágoras para determinar la cantidad desconocida de un triángulo

Para determinar la cantidad de triángulo desconocido (potencia reactiva), usamos el Teorema de Pitágoras "al revés", dada la longitud de la hipotenusa (potencia aparente) y la longitud del lado adyacente (potencia verdadera):

Cómo corregir el factor de potencia con un condensador

Si esta carga es un motor eléctrico o la mayoría de cualquier otra carga de CA industrial, tendrá un factor de potencia retardado (inductivo), lo que significa que tendremos que corregirlo con un condensador de tamaño apropiado, cableado en paralelo.

Ahora que conocemos la cantidad de potencia reactiva (1.754 kVAR), podemos calcular el tamaño del capacitor necesario para contrarrestar sus efectos:

Redondeando esta respuesta a 80 µF, podemos colocar ese tamaño del capacitor en el circuito y calcular los resultados:(Figura siguiente)

El condensador paralelo corrige la carga retrasada (inductiva).

Un capacitor de 80 µF tendrá una reactancia capacitiva de 33.157 Ω, dando una corriente de 7.238 amperios y una potencia reactiva correspondiente de 1.737 kVAR (para el capacitor solo ). Dado que la corriente del condensador es 180 ^o fuera de fase de la contribución inductiva de la carga al consumo de corriente, la potencia reactiva del condensador se restará directamente de la potencia reactiva de la carga, lo que da como resultado:

Esta corrección, por supuesto, no cambiará la cantidad de potencia real consumida por la carga, pero dará como resultado una reducción sustancial de la potencia aparente y de la corriente total extraída de la fuente de 240 voltios:(Figura siguiente)

Triángulo de potencia antes y después de la corrección del capacitor.

La nueva potencia aparente se puede encontrar a partir de los valores de potencia reactiva nuevos y verdaderos, utilizando la forma estándar del Teorema de Pitágoras:

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de energía CA