23 octubre 2012

Guía de diseño para mejorar el factor de potencia (1ª PARTE)



Circuitos de corriente alterna

Distinto que los circuitos de corriente directa, donde sólo la resistencia restringe el flujo de la corriente, en los circuitos de corriente alterna hay otros aspectos de los circuitos que determinan el flujo de la corriente. Aunque los circuitos de corriente alterna son semejantes a una resistencia, no consumen potencia, sino que cargan el sistema con corrientes reactivas. Como los circuitos DC donde la corriente multiplicada por el voltaje da vatios, aquí lo mismo da sólo VA.

Como la resistencia, en corriente alterna hablamos de reactancia. La reactancia es causada ya sea por inductancia o por capacitancia. La corriente extraída por inductancia retrasa el voltaje mientras que la capacitancia adelanta el voltaje. Casi todas las cargas industriales son de naturaleza inductiva, y de aquí extraen una corriente retrasada, que innecesariamente carga el sistema, sin realizar trabajo. Las corrientes capacitivas por su naturaleza van adelantadas, y tienen lugar al cargar el sistema con condensadores.

¿Qué es el factor de potencia?

El factor de potencia es la relación entre la potencia activa respecto a la potencia aparente (VA).


Nótese que factor de potencia puede estar “leading” o “lagging” dependiendo de la dirección del flujo VAR.

¿Por qué elevar el factor de potencia?

Un factor de potencia bajo es causado por el uso de dispositivos (magnéticos) inductivos y puede indicar una posible eficiencia de operación eléctrica del sistema baja. Los dispositivos son:

  • Fluorescentes sin el factor de potencia corregido y balastos de iluminación de descarga de alta intensidad (FP 40 % - 80 %).
  • Soldadores de arco (FP 20 % - 50 %).
  • Equipos de calentamiento por inducción (FP 60 % - 90 %).
  • Lifting magnets (FP 20 % - 50 %).
  • Pequeños transformadores “dry-pack” (FP 30 % - 95 %).
  •  Motores de inducción (55 % - 90 %

Los motores de inducción son la causa principal de un factor de potencia baja debido a que hay muchos en uso, y usualmente no están completamente cargados. La corrección de la condición del factor de potencia bajo es un problema de importancia económica vital en al generación, distribución y utilización de energía en corriente alterna.

Beneficios principales en la mejora del factor de potencia

Los beneficios principales que conseguimos mejorando el factor de potencia son:

  • Incremento de la capacidad de la planta.
  • Reducción de las penalizaciones por factor de potencia.
  • Mejora en el voltaje de alimentación.
  • Pérdidas de potencia menores en alimentadores, transformadores y equipos de distribución.

Condensadores para mejorar el factor de potencia

Los condensadores pueden usarse para mejorar el factor de potencia de un circuito con una carga inductiva grande. La corriente a través del condensador LEADS el voltaje aplicado en 90 º (VAC), y tiene el efecto de oponerse a la corriente “LAGGING” en una base (VAR) uno-por-uno.

La corrección con condensadores es relativamente barato tanto en costes materiales como de instalación. Los condensadores pueden instalarse en cualquier punto del sistema eléctrico, y mejorarán el factor de potencia entre el punto de aplicación y la fuente de potencia. Sin embargo, el factor de potencia entre el equipo de utilización y el condensador quedará sin cambios. Los condensadores usualmente se añaden en cada parte de equipo perturbador, delante de grupos de pequeños motores (delante de centros de control de motores o paneles de distribución) o en servicios principales.

Las ventajas y desventajas de cada tipo de instalación de condensador son las que listamos a continuación:

Ventajas
  • Incrementan la capacidad de carga de los sistemas de distribución.
  • Pueden ser conectados con equipos; sin conexiones adicionales.
  • Se mejora la regulación de voltaje.
  • El dimensionado del condensador se simplifica.

Desventajas
  • La conmutación usualmente requiere controlar la cantidad de capacitancia utilizada.
  • No se mejoran las capacidades de carga del sistema de distribución.

Donde las cargas contribuyendo al factor de potencia son relativamente constantes, y las capacidades de carga del sistema no son un factor, corregir en la línea principal puede proporcionar ventajas en costes. Cuando el factor de potencia bajo se debe a unas pocas partes de equipos seleccionados, la corrección de equipos individuales puede ser efectiva en costes. La mayoría de los condensadores usados para corrección del factor de potencia tienen fusibles integrados; si no es así, deben proporcionarse.

El creciente uso de ASDs (cargas no lineales) ha incrementado la complejidad del factor de potencia del sistema y sus correcciones. La aplicación de condensadores de corrección del FP sin un minucioso análisis del sistema puede agravar más que corregir el problema, particularmente si el quinto y séptimo armónico están presentes.

Los circuitos electrónicos usados en ASDs pueden ser susceptibles de generar problemas de calidad de la energía si no se tiene cuidado durante la aplicación, especificación e instalación.

Los problemas más comunes incluyen sobrevoltajes transitorios, hundimientos de voltaje y distorsión de armónicos. Estos problemas de de calidad de la energía usualmente se manifiestan en forma de ruido.

Los condensadores proporcionan corrección del factor de potencia y estabilidad del voltaje durante periodos de cargas pesadas. Pero cuando los condensadores son energizados, un gran sobre voltaje transitorio puede desarrollarse causando que el ASD dispare.


Ver 2ª PARTE


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