Guía precisa para calcular el tamaño del banco de condensadores (µF y kVAR) para corrección del factor de potencia

Cómo calcular el valor correcto del banco de condensadores en kVAR y Microfaradios para corrección del factor de potencia - 3 Métodos

Hemos recibido muchas solicitudes para crear un tutorial paso a paso que muestre cómo calcular el tamaño adecuado de un banco de condensadores en kVAR y microfaradios para corrección y mejora del factor de potencia en circuitos monofásicos y trifásicos.

Este artículo muestra cómo encontrar el tamaño correcto del banco de condensadores en Microfaradios y kVAR para mejorar el factor de potencia "actual (retrasado)" al "objetivo (deseado)", ya que el factor de potencia corregido tiene múltiples ventajas. A continuación, mostramos tres métodos diferentes con ejemplos resueltos para determinar el valor exacto de capacitancia para corrección de FP.

Cómo calcular el valor del condensador en kVAR

Ejemplo 1

Un motor de inducción trifásico de 5 kW tiene FP 0,75 retrasado. ¿Qué tamaño de condensador en kVAR se requiere para mejorar FP a 0,90?

Solución 1 (Método simple con tabla multiplicadora)

Entrada motor = 5 kW

De tabla, multiplicador para mejorar FP de 0,75 a 0,90 = 0,398

kVAR requerido = kW × Multiplicador tabla = 5 × 0,398 = 1,99 kVAR

Valor por fase (3 fases) = 1,99 / 3 = 0,663 kVAR

Solución 2 (Método cálculo clásico)

P = 5 kW | FP original Cosθ₁ = 0,75 | FP final Cosθ₂ = 0,90

θ₁ = cos⁻¹(0,75) = 41,41°; Tan θ₁ = 0,8819

θ₂ = cos⁻¹(0,90) = 25,84°; Tan θ₂ = 0,4843

kVAR requerido = P (Tan θ₁ - Tan θ₂) = 5 (0,8819 - 0,4843) = 1,99 kVAR

Por fase = 1,99 / 3 = 0,663 kVAR

Nota: Tablas para dimensionado de condensadores en kVAR y microfaradios para corrección FP (al final del artículo). El tamaño en kVAR = kW × factor tabla para mejorar de FP actual a FP propuesto.

Ejemplo 2

Un alternador suministra 650 kW a FP 0,65. ¿Qué kVAR de condensador se necesita para elevar FP a unidad (1)? ¿Cuántos kW más puede suministrar el alternador con misma carga kVA al mejorar FP?

Solución 1 (Método tabla)

kW suministrados = 650 kW

Multiplicador tabla (0,65 a 1,0) = 1,169

kVAR requerido = 650 × 1,169 = 759,85 kVAR

kVA = kW / Cosθ = 650 / 0,65 = 1000 kVA

Al elevar FP a 1: kW = kVA × Cosθ = 1000 × 1 = 1000 kW

Potencia aumentada = 1000 - 650 = 350 kW

Solución 2 (Cálculo clásico)

θ₁ = cos⁻¹(0,65) = 49,45°; Tan θ₁ = 1,169

θ₂ = cos⁻¹(1) = 0°; Tan θ₂ = 0

kVAR = 650 (1,169 - 0) = 759,85 kVAR

Cómo calcular el valor del condensador en Microfaradios y kVAR

Los siguientes métodos muestran cómo determinar el banco de condensadores requerido en ambos kVAR y Microfaradios, y cómo convertir entre microfaradios y kVAR para FP.

Ejemplo 3

Motor monofásico 500V 60Hz toma 50A a FP 0,86 retrasado. Mejorar FP a 0,94 con banco de condensadores en paralelo. Calcular capacitancia requerida en kVAR y µF.

(1) Capacidad en kVAR para mejorar FP 0,86 a 0,94

Método tabla: P = V × I × Cosθ = 500 × 50 × 0,86 = 21,5 kW

Multiplicador (0,86 a 0,94) = 0,230

kVAR = 21,5 × 0,230 = 4,9 kVAR

Método cálculo: θ₁ = cos⁻¹(0,86) = 30,68°; Tan θ₁ = 0,593

θ₂ = cos⁻¹(0,94) = 19,94°; Tan θ₂ = 0,363

kVAR = 21,5 (0,593 - 0,363) = 4,954 kVAR

(2) Capacidad en Faradios para mejorar FP 0,86 a 0,94

Método tabla (fórmula conversión):

C = kVAR / (2π × f × V²) en Faradios

C = kVAR × 10⁹ / (2π × f × V²) en Microfaradios

C = 4,954 / (2π × 60 × 500²) = 52,56 µF

Método cálculo:

kVAR = 4,954 ... (i)

I_C = V / X_C ; X_C = 1 / 2πfC → I_C = V × 2πfC

I_C = 500 × 2π × 60 × C = 188.495,5 × C

kVAR = (V × I_C) / 1000 = 500 × 188.495,5 × C / 1000 = 94.247,75 × C ... (ii)

Igualando (i) y (ii): 94.247,75 × C = 4,954 → C = 52,56 µF (Nota: hay discrepancia en original, corregido aquí)

Ejemplo 4

Qué capacitancia en paralelo con carga 1kW a FP 70% retrasado desde 208V 60Hz para elevar FP global a 91%.

P = 1000W | FP actual Cosθ₁ = 0,71 | FP deseado Cosθ₂ = 0,97

Multiplicador tabla (0,71 a 0,97) = 0,741

kVAR = 1 × 0,741 = 0,741 kVAR (741 VAR)

I_C = Q_C / V = 741 / 208 = 3,56 A

X_C = V / I_C = 208 / 3,56 = 58,42 Ω

C = 1 / (2π × 60 × 58,42) = 45,4 µF

Conversión kVAR ↔ µF y µF ↔ kVAR

Fórmulas para calcular y convertir capacitancia kVAR a Faradios y viceversa:

Convertir Faradios/Microfaradios a VAR, kVAR, MVAR:

• VAR = C × 2π × f × V² × 10⁻⁶
• VAR = C (µF) × f × V² / (159,155 × 10³)
• kVAR = C × 2π × f × V² × 10⁻⁹
• kVAR = C (µF) × f × V² ÷ (159,155 × 10⁶)
• MVAR = C × 2π × f × V² × 10⁻¹²
• MVAR = C (µF) × f × V² ÷ (159,155 × 10⁹)

Convertir kVAR a Faradios/Microfaradios:

• C = kVAR × 10³ / (2π × f × V²) en Faradios
• C = 159,155 × Q (kVAR) / (f × V²) en Faradios
• C = kVAR × 10⁹ / (2π × f × V²) en Microfaradios
• C = 159,155 × 10⁶ × Q (kVAR) / (f × V²) en Microfaradios

Donde: C = Capacitancia en µF | Q = Potencia reactiva en VAR | f = Frecuencia en Hz | V = Tensión en Voltios

Fórmulas eléctricas importantes para cálculo de mejora de FP

Potencia Activa (P) en Watts:

• kW = kVA × Cosθ
• kW = HP × 0,746 o (HP × 0,746) / Eficiencia
• kW = √(kVA² - kVAR²)
• kW = V × I × Cosθ (Monofásico)
• kW = √3 × V × I × Cosθ (Trifásico L-L)
• kW = 3 × V × I × Cosθ (Trifásico L-N)

Potencia Aparente (S) en VA:

• kVA = √(kW² + kVAR²)
• kVA = kW / Cosθ

Potencia Reactiva (Q) en VAR:

• kVAR = √(kVA² - kW²)
• kVAR = C × (2π × f × V²)

Factor de Potencia (0,1 a 1):

• FP = Cosθ = P / (V × I) (Monofásico)
• FP = Cosθ = P / (√3 × V × I) (Trifásico L-L)
• FP = Cosθ = P / (3 × V × I) (Trifásico L-N)
• FP = Cosθ = kW / kVA (Ambos)
• FP = Cosθ = R / Z (Resistencia / Impedancia)

• X_C = 1 / (2π × f × C)
• I_C = V / X_C

Calculadoras online de dimensionado de banco de condensadores y corrección FP

• Calculadora µF a kVAR
• Calculadora kVAR a Faradios
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Tabla y gráfico de dimensionado de condensadores para corrección FP

La siguiente tabla permite encontrar fácilmente el tamaño correcto del banco de condensadores para la mejora deseada. Ejemplo: mejorar FP de 0,6 a 0,98 → multiplicador 1,030. Multiplica por potencia activa en kW. P (Watts) = V × I × Cosθ₁. Así obtienes kVAR requeridos.