ELECTROTECNIA II

CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA

POTENCIA Y FACTOR DE POTENCIA

DISTORSIÓN ARMÓNICA

Prof. Ernesto Tolocka - 2014

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Circuitos elementales en Corriente Alterna

Veremos cómo se comportan los circuitos elementales compuestos por resistencias, inductancias y

condensadores cuando a los mismos se les aplica una fuente de corriente alterna.

1. Circuito con resistencia pura

Un circuito de este tipo es el más común. La resistencia puede ser la de un calefactor, un resistor o hasta la

resistencia de los mismos conductores.

Cuando se le aplica corriente alterna, la resistencia se comporta de la misma forma que cuando se le aplica

corriente continua. La corriente que circula por la resistencia será la que determine la ley de Ohm, usando

valores eficaces:

Si vemos las formas de onda de la tensión y la corriente con la ayuda de un osciloscopio, veremos algo como lo

que muestra la Fig. 1. En esta figura se puede apreciar que las dos ondas varían en forma conjunta: los

máximos y los ceros coinciden, razón por la cual se dice que están en fase. A la izquierda de la Fig. 1 se puede

ver la representación vectorial de la Tensión (V) y la Corriente (I). Ambos vectores tienen la misma dirección.

Fig. 1. Tensión y corriente en un circuito con resistencia pura

El cálculo de la potencia en un circuito como este debería realizarse multiplicando el valor de tensión por el de

corriente en cada instante de tiempo. No lo haremos punto por punto, pero observando la Fig. 1 nos damos

una idea de cómo va a variar la potencia en cada instante: cuando V e I son 0, la potencia también, cuando V e

I alcanzan su valor máximo también la potencia tendrá su máximo, cuando V e I son positivos la multiplicación

da un resultado positivo, pero también cuando ambas son negativas. Todo esto está representado

gráficamente en la FIg. 2:

3

Fig. 2. Potencia en un circuito con resistencia pura

En el gráfico de la potencia vemos que la misma es siempre positiva, lo que significa que la resistencia gasta o

consume energía permanentemente del generador. En la misma gráfica se puede apreciar una línea horizontal

que representa la potencia media que es la que mediríamos con un vatímetro. A esta potencia también se la

denomina potencia activa (P), se mide en Watts o Vatios y se la puede calcular multiplicando la tensión eficaz

por la corriente eficaz:

2. Circuito con Inductancia pura

Veremos ahora cómo se comporta un circuito formado por una inductancia, que puede ser un inductor

comercial (una bobina) o cualquier bobinado como el de un motor, una contactora, el balasto de una lámpara,

etc. La inductancia tiene una característica especial debido al comportamiento del campo magnético en su

arrollado: siempre se opone a las variaciones de la corriente que la atraviesa. Esto hace que la corriente no

varíe junto con la tensión sino que vaya retrasada respecto de la misma. Gráficamente esto se aprecia en la

Fig. 3.

Fig. 3. Tensión y corriente en un circuito con inductancia pura

Ejemplo:

Calcular la potencia activa que aparece en una resistencia calefactora de 50 ohms cuando se la conecta a

una tensión de 220V eficaces.

Solución: Calculamos primero la corriente eficaz:

I = V/R = 220V / 50Ω = 4,4 Amperes

Y ahora calculamos la potencia:

P = R*I2 = 50 Ω * (4,4 A)2 = 50 x 19,36 = 968 W

También podríamos haber aplicado en forma directa la fórmula P = V2/R

P = V2/R = (220)2 / 50 = 48400 / 50 = 968 W

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A la izquierda se puede ver la representación vectorial y se aprecia la diferencia de fase entre Tensión y

Corriente. En este caso, la corriente está atrasada 90 grados con respecto a la tensión.

La inductancia presenta una oposición al paso de la corriente que se denomina Reactancia Inductiva (XL) cuyo

valor depende del valor de la inductancia y de la frecuencia:

(ohms)

Donde f es la frecuencia en Hertz y L el valor de la inductancia en Henrios (H)

El fenómeno de la reactancia inductiva se da solamente en Corriente Alterna. De hecho, si en la fórmula

anterior ponemos f=0 (Corriente Continua), nos queda que XL=0, lo que implica que la inductancia no opone

ninguna resistencia a la CC.

La corriente eficaz que circula a través de la inductancia se puede calcular usando la ley de Ohm con la tensión

eficaz aplicada y la reactancia inductiva:

Si calculamos la potencia multiplicando V x I en cada punto de las ondas, el desfasaje entre ellas nos dará un

resultado diferente al del circuito con resistencia, tal como se ve en la Fig. 4. En este caso, la potencia media es

cero, porque tenemos la misma cantidad de valores positivos como negativos. Esto implica que en un circuito

inductivo puro no hay consumo o gasto de potencia en forma de calor como en el circuito con resistencia. Sin

embargo, la energía va y viene hacia y desde el inductor y se desarrolla una potencia llamada potencia

reactiva (Q) que se mide en Volt Amper Reactivos (VAR).

Fig. 4. Potencia en un circuito con inductancia pura

5

La potencia reactiva se calcula a partir de la reactancia inductiva del inductor del circuito según la siguiente

fórmula:

3. Circuito con capacidad pura

Para finalizar el estudio de los circuitos elementales en CA veremos cómo se comporta un circuito con

capacidad pura. La capacidad proviene de los capacitores o condensadores, como los que se emplean para el

arranque de motores monofásicos. Los condensadores también tienen una característica especial debida a su

habilidad para almacenar cargas eléctricas: siempre se oponen a la variación de la tensión aplicada a sus

bornes. Esto hace que la tensión no varíe de la misma forma que la corriente sino que se atrase 90 grados

respecto de la misma. Gráficamente esto se aprecia en la Fig. 5

.

Fig. 5. Tensión y corriente en un circuito con capacidad pura

Ejemplo:

Calcular la corriente que circula por el bobinado de un motor que tiene una inductancia de 0,2 henrios

cuando es conectado a una tensión de 220 V eficaces y frecuencia de 50 Hz y la potencia reactiva

sobre el mismo.

Solución:

Primero calculamos la reactancia inductiva:

XL = 2*π*f*L = 6,28*50 Hz * 0,2 H = 62,8 Ω

Ahora calculamos la corriente:

I = V/XL = 220V/62,8Ω =3,5 A

Finalmente, la potencia reactiva:

Q = XL*I2 = 62,8 Ω * (3,5 A)2 = 62,8 * 12,25 = 769,3 VAR (Volt Amper Reactivos)

6

A la izquierda se puede ver la representación vectorial y se aprecia la diferencia de fase entre Tensión y

Corriente. En este caso, la corriente está adelantada 90 grados con respecto a la tensión.

El condensador presenta una oposición al paso de la corriente que se denomina Reactancia Capacitiva (XC)

cuyo valor depende del valor de la capacidad y de la frecuencia:

(ohms)

Donde f es la frecuencia en Hertz y C el valor de la Capacidad en Faradios (F)

La reactancia capacitiva es un fenómeno que ocurre solamente en Corriente Alterna. Si en la fórmula anterior

ponemos f=0 (CC), nos queda que XC=∞, o sea que en CC el capacitor se comporta como un circuito abierto.

La corriente eficaz que circula a través de la inductancia se puede calcular usando la ley de Ohm con la tensión

eficaz aplicada y la reactancia capacitiva:

Al calcular la potencia sobre el condensador veremos algo similar a lo que ocurrió con el circuito de la

inductancia, tal como se ve en la Fig. 6. También en este caso, la potencia media es cero, porque tenemos la

misma cantidad de valores positivos como negativos. Esto implica que en un circuito capacitivo puro no hay

consumo o gasto de potencia en forma de calor como en el circuito con resistencia. Sin embargo, la energía va

y viene hacia y desde el condensador y también se desarrolla una potencia reactiva (Q) que se mide en Volt

Amper Reactivos (VAR).

Fig. 6. Potencia en un circuito con capacidad pura

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Fig. 7. Resumen de los circuitos elementales en CA

Impedancia

En los circuitos reales, de una instalación industrial o domiciliaria, nunca se dan las condiciones ideales que

hemos visto antes con resistencia, inductancia o capacidad puras. Generalmente siempre hay una mezcla de

los tres componentes, sobre todo resistiva e inductiva. Esto provoca que la corriente alterna “vea” una carga

que tiene tanto resistencia como reactancia inductiva y reactancia capacitiva. La combinación de estos tres

elementos se denomina impedancia

En la Fig. 8 podemos ver la representación gráfica de las componentes resistivas y reactivas en un circuito

inductivo a la izquierda y uno capacitivo a la derecha. En la Fig. 9 se representan las componentes de un

Ejemplo:

Calcular la corriente que circula por un condensador que tiene una capacidad de 4,7 uF cuando es

conectado a una tensión de 220 V eficaces y frecuencia de 50 Hz y la potencia reactiva sobre el mismo.

Solución:

Primero calculamos la reactancia capacitiva:

XC = 1 / (2*π*f*C) = 1 / (6,28 * 50 * 0,0000047 F) = 1 / 0,000148 = 6756 Ω

La corriente es:

I = V / XC = 220 V / 6756 Ω = 0,0326 A = 32,6 mA

Y la potencia reactiva:

Q = XC * I2 = 6756 Ω * (0,0326 A)2 = 7,2 VAR (Volt Amper Reactivos)

8

circuito con R, L y C. X es la componente reactiva total, resultado de combinar la reactancia inductiva y la

capacitiva. En la misma figura se puede apreciar que la Impedancia es la suma vectorial de la parte resistiva y

la parte reactiva.

Fig. 8 Impedancia (Z) en un circuito inductivo y otro capacitivo

Fig. 9. Impedancia total del circuito

Además de esta técnica gráfica, la impedancia se puede calcular analíticamente aplicando el teorema de

Pitágoras:

El ángulo ϕ (fi o phi) es el ángulo de la impedancia y es también la diferencia de fase que habrá entre la

tensión y la corriente en ese circuito, con la combinación de elementos resistivos y reactivos. Se calcula como

el arcotangente de la relación X/R:

ϕ = tan-1

La corriente (eficaz) se puede calcular a partir de la tensión eficaz y la impedancia:

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Potencia Activa, Reactiva y Aparente

Como ya vimos, en un circuito resistivo la potencia se emplea para realizar algún trabajo, o producir calor y se denomina potencia activa, P (Watts) y que en los circuitos con L o C, la potencia no se transforma en trabajo sino que va entre la carga y el generador, denominándose en este caso potencia reactiva, Q (V.A.R). En un circuito real, con R, L y C, hay tanto potencia activa como reactiva que se combinan en lo que se denomina potencia aparente, S cuya unidad de medida es el Volt Amper (VA). Esto se puede representar gráficamente en lo que llamamos el triángulo de potencias:

Fig. 10. Triángulo de potencias

Ejemplo:

Calcular la impedancia de un circuito con una R=10 Ω, L=100 mH y C=265 uF conectados en serie.

Solución:

Primero calculamos la reactancia capacitiva:

XC = 1 / (2*π*f*C) = 1 / (6,28 * 50 * 0,000265 F) = 1 / 0,08321 = 12 Ω

Y la reactancia inductiva:

XL = 2*π*f*L = 6,28*50*0,1 =31,4 Ω

La reactancia total es:

X = XL – XC = 31,4 Ω - 12 Ω = 19,4 Ω

Finalmente podemos calcular la impedancia:

Z = 𝑅2 + 𝑋2 = 102 + 19,42 = 100 + 376,36 21,8 Ω

Y su ángulo:

Tan ϕ = 𝑋

𝑅

19,4

10 1,94 -> ϕ = tan-1 1,94 = 62º

10

La potencia aparente se calcula multiplicando los valores eficaces de V e I:

S = V * I Y a partir de las relaciones trigonométricas en el triángulo de potencias de la Fig 10, podemos derivar las otras dos:

P = V * I * cos ϕ

Q = V * I * sen ϕ En el ejemplo, se utilizan 1032,8 Watts para realizar un trabajo útil mientras que el generador entrega 2200 VA. Hay mucha energía reactiva que no se puede aprovechar pero que obliga a sobredimensionar la instalación eléctrica. Hay una analogía interesante entre un “chopp” de cerveza y las potencias eléctricas, como se puede ver en la siguiente figura. El contenido total del Chopp es la potencia aparente, pero se divide en cerveza, que es la parte que más nos interesa, y espuma que es la parte no deseable.

Fig. 11. Comparación entre las potencias y un “chopp”

Ejemplo: Calcular la potencia Activa, Reactiva y aparente si el circuito del ejemplo anterior se conecta a una

fuente de CA de 220 V.

La impedancia total del ejemplo anterior es de 21,8 Ω con un ángulo de 62º.

Calculamos primero la corriente:

I = V/Z = 220V / 21,8 Ω = 10 Amper

Y ahora las potencias:

P = V * I * cos ϕ = 220V * 10 A * cos 62º =1032,8 Watts

Q = V * I * sen ϕ= 220V * 10 A * Sen 62º = 1905,3 VAR

S = V * I = 220V * 10 A = 2200 VA

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Y así como en un chop es preferible tener más cerveza que espuma, en un circuito eléctrico siempre es deseable tener el mínimo de potencia reactiva.

Fig. 12. Siempre es deseable mantener la potencia reactiva al mínimo

Factor de potencia El factor de potencia es la relación entre la potencia activa y la aparente y nos da una idea de la cantidad de potencia reactiva que hay en un circuito.

FP =

El factor de potencia también es un indicador de la eficiencia con que se utiliza la energía que se consume de la red eléctrica. Si el FP se aproxima a 1, que es el caso ideal, la potencia reactiva es muy baja, lo que implica que la mayor parte de la energía eléctrica se aprovecha en trabajo útil (calor, movimiento, etc). Si en cambio el FP se aproxima a cero, la potencia reactiva es muy alta y se hace un mal aprovechamiento de la energía. Del triángulo de potencias de la Fig. 10 vemos que la relación P/S es el coseno del ángulo ϕ, por lo que el factor de potencia también se denomina coseno de ϕ (fi). Luego, cuando analicemos la distorsión, veremos que bajo ciertas condiciones, el factor de potencia no es igual al coseno de fi. Las desventajas de un FP bajo son: • Mayor consumo de corriente. • Aumento de las pérdidas en conductores. • Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución. • Incremento de las caídas de voltaje. Como esto también perjudica a las empresas distribuidoras de energía, aplican una multa a quienes tengan el FP muy bajo. En el caso de EPEC, el Reglamento de Comercialización de la Energía Eléctrica, en su punto 2.2.5 exige al usuario mantener el Factor de Potencia medio como mínimo en 0,95, caso contrario prevé la aplicación de recargos proporcionales al apartamiento. Para el caso en que el valor del Factor de Potencia sea inferior a 0,50 se intimará al usuario a corregirlo dentro de un plazo no mayor a 30 días, suspendiendo el suministro eléctrico en caso de no verificarse la corrección solicitada.

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El recargo a aplicar se puede calcular de la siguiente forma:

0,9

Por ejemplo, si el precio de la boleta sin penalizaciones es de $5000 y el cos ϕ medido de 0,84 , el precio final con la penalización será:

000 0,9

0,84 6

Por todas estas razones, es que surge la necesidad de corregir el factor de potencia (o cos de fi) para aproximarlo al valor ideal de 1.

Fig. 13. Factor de potencia de algunos aparatos eléctricos

Como la potencia reactiva proviene generalmente de los elementos inductivos del circuito, para corregir el FP se compensa esta potencia con otra de origen capacitivo, agregando uno o más capacitores al circuito. El cálculo de la corrección consiste entonces en encontrar cuanta energía reactiva deben aportar los capacitores y, eventualmente, determinar el valor de los mismos.

Fig. 14. La corrección consiste en compensar la potencia reactiva de la carga inductiva con otra capacitiva

La Fig. 15 muestra gráficamente cómo funciona la corrección del FP. Para pasar de una condición con una potencia reactiva Q1, potencia aparente S1 y un ángulo ϕ1 de bajo FP a otra con una potencia reactiva Q2, potencia aparente S2 y un ángulo ϕ2 menor, hay que agregar una potencia reactiva de origen capacitivo QC.

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FIg. 15

El procedimiento a seguir es el siguiente:

Es necesario conocer:

La potencia activa (P) consumida en Kw.

El cos ϕ inicial

El cos ϕ deseado.

Para calcular la potencia reactiva de compensación utilizamos la formula Q = P x k, Teniendo como dato el cos ϕ inicial y sabiendo el deseado, k se obtiene de la tabla de la Fig. 16.

Fig. 16. Tabla para determinar el factor “k”

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Ejemplo:

La potencia antes de compensar es de 4 KW y el cos ϕ de 0,75. ¿Qué potencia reactiva se debe añadir para

llevar el cos ϕ a 0,95?

Para encontrar k, entramos en la tabla con estos dos valores y hallamos el coeficiente en la intersección. Ver

Fig. 17. En este caso k= 0.553

Fig. 17.Ejemplo de uso de la tabla

Entonces: Q = P x k = 4 (Kw) x 0,553 = 2,2 (KVAr) En potencias elevadas, sobre todo en instalaciones trifásicas, los capacitores o bancos de capacitores de compensación ya vienen especificados en kVAr para la tensión de red. En potencias bajas es más común determinar directamente el valor de la capacidad. Conociendo la potencia de compensación QC, calculamos la reactancia capacitiva:

->

Y de Xc se puede calcular C:

Compensación del Factor de Potencia en alumbrado

Las lámparas incandescentes representan una carga resistiva pura, por lo que tienen un factor de potencia

ideal de 1. Sin embargo, las lámparas de descarga gaseosa, como los tubos fluorescentes, lámparas de vapor

de sodio, mercurio o mezcladoras, requieren de un elemento auxiliar para provocar el encendido de la

lámpara denominado balasto que, en su versión convencional, es una inductancia que disminuye el Factor de

potencia hasta valores tan bajos como 0,4. Algunos balastos son electrónicos e incluyen la corrección de

potencia en su circuito.

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La siguiente figura muestra un circuito típico de conexión de un tubo fluorescente, con el tubo propiamente

dicho y el circuito de arranque, que consiste en un balasto y un arrancador o cebador. La compensación se

logra conectando un condensador en paralelo en la entrada de alimentación de red del conjunto.

Fig. 18. Compensación de un tubo fluorescente

Lo mismo ocurre con otros tipos de lámparas de descarga gaseosa. En la Fig. 19 podemos ver el circuito para

una lámpara de vapor de sodio y en la Fig. 20 el de una lámpara de vapor de mercurio.

Fig. 19. Compensación de una lámpara de vapor de sodio

Fig. 20. Compensación de una lámpara de vapor de mercurio

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Los valores de los condensadores de compensación se pueden calcular por los métodos ya estudiados o en

forma rápida a través de las siguientes tablas:

FLUORESCENTES

MERCURIO 15/40 W 4 μF

8 W 8 μF

65 W 8 μF

125 W 10 μF 105 W 16 μF

250 W 16 μF

400 W 25 μF

SODIO 70 W 10 μF

MERCURIO HALOGENADO

100 W 16 μF

HQI HPI

150 W 20 μF

70 W 10 μF 10 μF

250 W 33 μF

150 W 20 μF 20 μF

400 W 50 μF

250 W 33 μF 20 μF

600 W 2 x 33 μF

400 W 33 μF 33 μF

1000 W 2 x 50 μF

1000 W 2 x 45 μF 2 x 35 μF

Fig. 21. Capacidades de compensación para distintas lámparas

El valor del condensador de compensación a veces se especifica en la hoja de datos del balasto, como en este

caso, que corresponde a una serie de balastos industria nacional marca “Servibal” (www.servibal.com.ar)

Fig. 22. Capacidad de compensación para distintos balastos de la marca “Servibal”

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Ejercicios

Ejercicio 1: En un plafón de dos tubos fluorescentes de 36W sin compensar se conecta un wattimetro y se

mide una potencia aparente de 114 VA. Determinar:

a) El Factor de potencia del plafón

b) La capacidad de compensación necesaria

c) La denominación comercial del o los capacitores a instalar y la forma de conexión si fuera más de

uno

d) Si existe alguna diferencia con lo que se muestra en las tablas de la Fig. 21.

e) Dibujar el circuito del conjunto, indicando la conexión del capacitor de compensación.

Ejercicio 2: En una luminaria de alumbrado público que tiene una lámpara de vapor de Sodio de 400 W

conectada a un balasto magnético se mide una potencia aparente de 650 VA. Determinar:

a) El Factor de potencia de la luminaria.

b) La capacidad de compensación necesaria

c) La denominación comercial del o los capacitores a instalar y la forma de conexión si fuera más de

uno

d) Si existe alguna diferencia con lo que se muestra en las tablas de la Fig. 21.

Ejercicio 3: Un bloque de oficinas tiene instalados 30 plafones de 2 tubos fluorescentes de 36 W cada uno

sin ningún tipo de compensación e una línea monofásica de 220V. Se realiza la medición del FP, que arroja

un valor de 0,60. A los fines de evitar penalizaciones, se quiere llevar este valor hasta 0,95 empleando un

esquema de compensación fijo y centralizado. Determinar:

a) La potencia activa total.

b) La potencia aparente total

c) La corriente total

d) La potencia de compensación total necesaria

e) La capacidad de compensación total necesaria

f) La denominación comercial del o los capacitores a instalar y la forma de conexión si fuera más de

uno.

Ejercicio 4: Una línea monofásica de alumbrado público que ilumina un tramo de una ruta consiste en 12

luminarias de vapor de mercurio de 400 W cada una. Se debe compensar el conjunto a un valor de FP=0,96

centralizando la compensación en la acometida (pilar) que controla el conjunto de luminarias. La medición

de potencia en el pilar da un valor de 7,7 KVA. Determinar:

a) La potencia activa total.

b) El FP sin compensar

c) La potencia de compensación total necesaria

d) La denominación comercial del o los capacitores a instalar y la forma de conexión si fuera más de

uno.

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Compensación del Factor de Potencia de motores

Los motores y otras cargas inductivas se compensan con el método general de agregar una potencia reactiva

de tipo capacitivo a través de la conexión de uno o más condensadores agrupados en un banco de

condensadores.

Si se trata de motores de baja potencia del tipo monofásicos, se emplean condensadores similares a los

empleados en iluminación, como se ven en la Fig. 23. Si los motores son de potencias más elevadas y trifásicos,

se usan condensadores o bancos de condensadores como los de las Fig. 24 y 25.

Fig. 23. Capacitores WEG para compensación de motores monofásicos y tubos fluorescentes

Fig. 24. Condensadores Schneider para compensación en instalaciones trifásicas

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Fig. 25. Banco de capacitores trifásicos marca WEG

Métodos de compensación Según donde se ubique el o los condensadores, el método de compensación puede ser:

Individual

Grupal

Centralizado Compensación individual Consiste en conectar un condensador o batería de condensadores a cada una de las cargas inductivas. Ventajas:

Desde un punto de vista técnico, es la solución ideal, ya que la energía reactiva se produce en el mismo lugar en el que se consume, por lo tanto, las pérdidas de calor Joule (RI²) se reducen en las todas las líneas.

Ejercicio 4: Se quiere compensar el FP de un pequeño taller industrial que cuenta con una instalación

trifásica. Como no se cuenta con un instrumento para determinar el FP actual, se recurre a inspeccionar el

medidor de energía, que arroja los siguientes valores:

Energía activa acumulada: 9293 KWh

Energía reactiva acumulada: 4581 KVArh

Demanda máxima: 4.946 Kw

Determinar:

a) El Factor de Potencia actual

b) La potencia reactiva de compensación necesaria para llevar el FP a 0,97

c) La denominación comercial del o los capacitores a instalar y la forma de conexión si fuera más de

uno.

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FIg. 26. Compensación individual. En rojo la potencia reactiva de compensación

Desventajas:

La solución más costosa presentada:

El alto número de instalaciones.

El costo de varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitor individual de valor equivalente

Compensación grupal o por sector En este método se compensa un grupo de cargas inductivas de igual potencia y que operan simultáneamente.

Fig. 27. Compensación grupal. En rojo la potencia reactiva de compensación

Ventajas:

Se comparten los bancos de condensadores en varias cargas.

Es económica. Desventajas:

No se reduce la sobrecarga en las líneas de alimentación principales Compensación centralizada Consiste en instalar un solo banco de condensadores para compensar toda la instalación en conjunto.

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Fig. 28. Compensación centralizada. En rojo la potencia reactiva de compensación

Ventajas

Representa la solución más económica, ya que toda la potencia se concentra en un punto.

Es de fácil supervisión. Desventajas

Las pérdidas por efecto Joule en los cables no se reducen.

Se requiere de un regulador automático del banco para compensar según las necesidades de cada momento.

Y según si la capacidad empleada es constante o su valor se adapta a las necesidades del consumo, el método de compensación puede ser:

Fijo

Automático Compensación fija Consiste en la conexión de condensadores o bancos de condensadores cuyo valor se mantiene invariable a lo largo del tiempo, independientemente de las variaciones que pueda tener la energía reactiva de carácter inductivo. Compensación automática Este método consiste en el empleo de un dispositivo electrónico que monitorea permanentemente los niveles de energía reactiva y conecta y/o desconecta condensadores para alcanzar la compensación óptima necesaria. En la industria, el método centralizado y automático es el más utilizado.

Fig. 29. Regulador automático Varlogic de Schneider

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Fig. 30. Conexión de un Varlogic de 12 escalones

Maniobra de condensadores

Cuando se conecta un banco de capacitores, los capacitores están descargados y el sistema los ve como un cortocircuito, lo que provoca una corriente elevada por un período corto de tiempo, hasta que el condensador se comienza a cargar. Esta breve corriente se denomina corriente de in-rush y generalmente dura algunos milisegundos. La corriente puede llegar a 100 veces la corriente nominal, siendo una de las razones principales para la corta vida de un capacitor. Los contactores de maniobra de condensadores, que conectan o desconectan los mismos de la carga, deben estar preparados para atenuar los efectos de la corriente de in-rush y así prolongar su vida útil. Suelen estar dotados de un módulo auxiliar de precarga con resistencias en serie que se cierra antes que los contactos principales, proveyendo de carga al capacitor a los fines de disminuir la corriente de in-rush. A los fines de no influir con el resto del circuito, este módulo se desconecta 5 milisegundos después de haberse activado los contactos principales.

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Fig. 31. Partes de un contactor de maniobra de capacitores marca WEG

Fig. 32. Contactor de maniobra marca Leyden

Fig. 33. Maniobra de un capacitor de compensación

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Distorsión armónica La modernización de los procesos industriales ha tenido como consecuencia un desarrollo importante en la

electrónica de potencia. Estos sistemas, como convertidores de potencia de estado sólido (AC/DC),

Rectificadores, Inversores o convertidores de frecuencia representan cargas «no lineales». Para una carga «no

lineal», el consumo de corriente no es un reflejo de la tensión de suministro de potencia (aunque la fuente de

tensión en la carga es sinusoidal, el consumo de corriente no lo es).

También se encuentran presentes otras cargas «no lineales» en las instalaciones eléctricas, particularmente en

cargas de impedancia variable que utilizan un arco eléctrico: hornos en arco, estaciones soldadoras, tubos

fluorescentes, lámparas de descarga, etc.

Fig. 34. Forma de onda de tensión senoidal y corriente con distorsión armónica

En los equipos eléctricos y electrónicos aparecen 2 tipos de efectos: los efectos inmediatos o a corto plazo y

los efectos a largo plazo.

Los efectos inmediatos o a corto plazo:

Disparo intempestivo de las protecciones.

Perturbaciones inducidas de los sistemas de corriente baja (telemando, telecomunicaciones).

Vibraciones y ruidos anormales.

Deterioro por sobrecarga térmica de condensadores.

Funcionamiento defectuoso de las cargas no lineales.

Por otro lado, los efectos a largo plazo causados por una sobrecarga de corriente que provoca calentamientos

y, por tanto, un desgaste prematuro de los equipos. Los equipos afectados y sus efectos son:

Condensadores de potencia:

• Pérdidas y calentamientos adicionales.

• Reducción de las posibilidades de utilización a plena carga.

• Vibraciones, desgaste mecánico.

• Molestias acústicas.

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Motores:

• Pérdidas y calentamientos adicionales.

• Reducción de las posibilidades de utilización a plena carga.

• Vibraciones, desgaste mecánico.

• Molestias acústicas.

Transformadores:

• Pérdidas y calentamientos adicionales.

• Vibraciones mecánicas.

• Molestias acústicas.

Interruptor automático:

Disparos intempestivos debidos a la superación de los valores de cresta de la corriente.

Cables:

• Pérdidas dieléctricas y químicas adicionales, especialmente en el

• Calentamientos.

Computadoras:

Perturbaciones funcionales que generan pérdidas de datos o funcionamiento defectuoso de los equipos de

control.

Una técnica matemática conocida como análisis de Fourier permite representar una onda de forma arbitraria

(como la corriente en la FIg. 35) como una suma de senoidales ideales de frecuencia creciente y amplitud

decreciente. Estas senoidales de frecuencia superior a la de la red de 50 Hz se llaman armónicas: primera

armónica de 100 Hz, segunda armónica de 150 Hz, y así sucesivamente. Para reducir la distorsión armónica y

sus efectos se colocan en la instalación filtros que eliminan o reducen la amplitud de estas ondas armónicas.