Factor de potencia inductivo

Ejemplo de factor de potencia principal

Ya vimos en nuestro tutorial sobre la energía eléctrica que los circuitos de CA que contienen resistencia y capacitancia o resistencia e inductancia, o ambas, también contienen potencia real y potencia reactiva. Por tanto, para poder calcular la potencia total consumida, necesitamos conocer la diferencia de fase entre las formas de onda sinusoidales de la tensión y la corriente.

En un circuito de CA, las formas de onda de la tensión y la corriente son sinusoidales, por lo que sus amplitudes cambian constantemente con el tiempo. Como sabemos que la potencia es el voltaje por la corriente (P = V*I), la máxima potencia se producirá cuando las dos formas de onda de voltaje y corriente estén alineadas entre sí. Es decir, sus picos y puntos de cruce del cero se producen al mismo tiempo. Cuando esto ocurre, se dice que las dos formas de onda están «en fase».

Los tres componentes principales de un circuito de CA que pueden afectar a la relación entre las formas de onda de tensión y corriente, y por tanto a su diferencia de fase, definiendo la impedancia total del circuito son la resistencia, el condensador y el inductor.

Qué es el factor de potencia y por qué es importante

En ingeniería eléctrica, el factor de potencia de un sistema de alimentación de CA se define como la relación entre la potencia real absorbida por la carga y la potencia aparente que fluye en el circuito, y es un número adimensional en el intervalo cerrado de -1 a 1. Una magnitud del factor de potencia inferior a uno indica que la tensión y la corriente no están en fase, lo que reduce el producto medio de ambas. La potencia real es el producto instantáneo de la tensión y la corriente y representa la capacidad de la electricidad para realizar trabajo. La potencia aparente es el producto de la corriente y la tensión RMS. Debido a la energía almacenada en la carga y devuelta a la fuente, o debido a una carga no lineal que distorsiona la forma de onda de la corriente extraída de la fuente, la potencia aparente puede ser mayor que la potencia real. Un factor de potencia negativo se produce cuando el dispositivo (que normalmente es la carga) genera energía, que luego fluye de vuelta hacia la fuente.

En un sistema de energía eléctrica, una carga con un factor de potencia bajo consume más corriente que una carga con un factor de potencia alto para la misma cantidad de potencia útil transferida. Las corrientes más altas aumentan la pérdida de energía en el sistema de distribución y requieren cables más grandes y otros equipos. Debido a los costes de los equipos más grandes y de la energía desperdiciada, las compañías eléctricas suelen cobrar un coste más elevado a los clientes industriales o comerciales cuando hay un factor de potencia bajo.

Valor del factor de potencia

Los factores de potencia principal y retardado son los dos términos principales asociados al factor de potencia del sistema eléctrico de CA. La diferencia fundamental entre el factor de potencia principal y el factor de potencia retardado es que, en el caso del factor de potencia principal, la corriente va por delante de la tensión. En cambio, en el caso del factor de potencia de retardo, la corriente va por detrás de la tensión suministrada. La tendencia del circuito que hace que la corriente vaya por delante o por detrás depende de las condiciones de la carga.

El factor de potencia es una propiedad crucial de los sistemas eléctricos de CA. Es de naturaleza adimensional. Se utiliza tanto para circuitos de CA monofásicos como trifásicos. Es la relación entre la potencia real y la potencia aparente en los sistemas de CA.

En los circuitos de CC se puede evaluar la potencia del circuito hallando el producto de las lecturas del voltímetro y el amperímetro. Mientras que en el caso de los circuitos de corriente alterna, esta multiplicación de estos dos proporciona la potencia aparente pero, no la potencia real. Esto es así porque en los circuitos de corriente alterna, la potencia total suministrada, es decir, la potencia aparente, no es la única utilizada por el circuito. La potencia realmente utilizada por el circuito se denomina potencia real.

Tipos de factor de potencia

Potencia de trabajo: la potencia «verdadera» o «real» utilizada en todos los aparatos eléctricos para realizar el trabajo de calefacción, iluminación, movimiento, etc. Se expresa en kW o kilovatios. Los tipos más comunes de cargas resistivas son la calefacción y la iluminación eléctrica.

Una carga inductiva, como un motor, un compresor o un balasto, también requiere potencia reactiva para generar y mantener un campo magnético para poder funcionar. A esta potencia no activa la llamamos kVAR, o kilovoltios-amperios-reactivos.

Todos los hogares y empresas tienen cargas resistivas e inductivas. La relación entre estos dos tipos de cargas se vuelve importante a medida que se añaden más equipos inductivos. La potencia activa y la potencia reactiva constituyen la potencia aparente, que se denomina kVA, kilovoltios-amperios. La potencia aparente se determina mediante la fórmula kVA2 = kV*A.