¿Cómo mejorar el factor de potencia de nuestra instalación eléctrica?

Si quieres saber porqué debemos de mejorar el Factor de Potencia de nuestra instalación el eléctrica, pulsa  AQUÍ

En este post, vamos a aprender a mejorar el FP de nuestra instalación, desde la teoría a la practica, en 7 puntos claves:

*¿Cómo mejorar el Factor de Potencia?

*¿Cómo utilizar los condensadores?

*¿Cuáles son los métodos para la compensación de Energía Reactiva?

*¿Cómo calcular la potencia del condensador o baterías de condensadores?

*¿Cómo calcular la regulación/ escalonamiento de una batería de condensadores para compensar la Potencia Reactiva eficazmente?

*¿De que se compone el interior de una batería de condensadores?

*¿Cómo se instala y funciona una batería de condensadores?

1. De la teoría a la práctica, ¿Cómo mejorar el Factor de Potencia?:

Como vimos en el post "¿Porqué debemos de mejorar el Factor de Potencia de nuestra instalación el eléctrica?", la existencia de bobinas  en nuestra instalación eléctrica, produce un retraso del paso de corriente respecto de la tensión cuando se aplica una tensión alterna (es un comportamiento típico de los circuitos inductivos). 

Por contra, en los circuitos capacitivos (aquellos donde existen condensadores conectados), el efecto es el contrario: la corriente se adelanta a la tensión.

Sabiendo esto, si a un circuito monofásico de comportamiento inductivo le conectamos un condensador, el circuito será menos inductivo, es decir, el retraso de la intensidad será menor. Pero, ¡atención!, si la potencia del condensador es mayor que la del elemento inductivo, el circuito pasará a comportarse como capacitivo, pudiendo llegar a producirse fenómenos de resonancia con el transformador de alimentación . Nuestro objetivo será buscar un buen equilibrio entre estos dos comportamientos del circuito.

En resumen, si un circuito tiene un bajo FP porque se comporta inductivo, podrá mejorarse mediante la conexión de condensadores

2. ¿Cómo utilizar los condensadores?.

Cuando utilizamos condensadores para mejorar el FP de una instalación, los conectaremos en paralelo con el resto de receptores, ya que lo usaremos como si fuera un receptor más. 

En caso de instalaciones monofásicas, se instala el condensador entre Fase y Neutro, al igual que el receptor.

En caso de instalaciones trifásicas, se instalarían tres condensadores monofásicos conectados en triángulo.

3. ¿Cuáles son los métodos para la compensación de Energía Reactiva?

*Compensación individual: Cuando conectamos un condenador junto a cada receptor cuya potencia reactiva se pretende compensar.

Ventajas:

-Reduce la penalización económica.

-Reduce la caída de tensión.

-Reduce las pérdidas en los conductores.

-Aumento de la potencia activa disponible en el secundario del transformador.

Desventajas:

-Tenemos que instalar tantos condensadores como equipos que pretendamos compensar. (Aumento costes y mantenimiento)

-Necesita dispositivos de mando y protección para evitar que el condensador permanezca conectado cuando el receptor no este en funcionamiento.

Cuando nos interesa montar este sistema:

-Cuando tenemos que compensar pocos receptores pero de gran potencia, sobre todo si están a mucha distancia del origen de la instalación, ya que las caídas de tensión en las líneas serían importantes.

*Compensación por grupo: Cuando se conecta un condensador en paralelo con un determinado grupo de receptores.

Ventajas:

-Reduce la penalización económica.

-Aumento de la potencia activa disponible en el secundario del transformador.

-Reducción de costes en comparación con la compensación individual.

-Si existe un factor de simultaneidad en el funcionamiento de los receptores inferior a 1, el aprovechamiento de los condensadores se optimiza.

Desventajas:

-No son tan eficaces como la compensación individual en caídas de tensión.

-No son tan eficaces como la compensación individual en las pérdidas en los conductores.

Cuando nos interesa montar este sistema:

-Cuando tenemos que compensar muchos receptores de pequeña potencia.

*Compensación global: Cuando se instala un único condensador en el origen de la instalación para su compensación en conjunto. Es el método mas empleado.

Ventajas:

-Reduce la penalización económica.

-Aumento de la potencia activa disponible en el secundario del transformador.

-Instalación mas sencilla.

-Menor coste en comparación con las otros dos tipos de compensación, ya que se trata de un solo equipo para toda la instalación.

Desventajas:

-No son tan eficaces como la compensación individual en caídas de tensión.

-No son tan eficaces como la compensación individual en las pérdidas en los conductores.

Cuando nos interesa montar este sistema:

-Cuando todos los receptores funcionan de manera irregular y se quiere tener una compensación más eficaz.

4. ¿Cómo calcular la potencia del condensador o baterías de condensadores?

Con la siguiente fórmula, obtendremos directamente la potencia del condensador o batería de condensadores a instalar:

Q = P * (tag φ1 - tag φ2)

-Q: Potencia de la batería a instalar (en kVAr).

-P: Potencia activa de la instalación (kW).

-tag φ1: Tangente del ángulo correspondiente al FP existente.

-tag φ2: Tangente del ángulo correspondiente al FP que se pretende conseguir.

4.1 ¿Cómo obtenemos la Potencia Activa máxima de la instalación?

Te propongo tres opciones:

a) Si la instalación lleva en funcionamiento varios meses, podemos acudir a las facturas de la compañía suministradora. 

Ejemplo: Si en un mes, tiene un consumo de 10.000kW y la instalación trabaja 12 horas diarias, a plena carga, y todos los días de la semana:

P:12* 30 días= 360h mensuales; 10.000kW/ 360 h=27,7kW/h

b) Sumar todas las Potencias Activas de los receptores de la instalación.

c) A través de un vatímetro colocado en la entrada de la instalación, asegurándonos que la instalación está trabajando a plena carga.

4.2 ¿Cómo obtenemos la tangente del ángulo φ1 correspondiente al FP existente?

Te propongo tres opciones:

a) Si la instalación lleva en funcionamiento varios meses, podemos acudir también a las facturas de la compañía suministradora. Solo tendríamos que dividir el consumo de Energía Reactiva por el consumo de Energía Activa, siendo el resultado la tangente del ángulo 
φ.

b) Sumar sobre todos los receptores, las Potencias Activas por un lado, y las Potencias Reactivas por otro. Como en el apartado anterior, la tangente del ángulo φ será la división entre la Potencia Reactiva por la Potencia Activa.

c) Si disponemos de un analizador de red en la entrada principal, y nos facilita el cos φ total de la instalación, basta con obtener el arcocoseno, y así obtener el ángulo φ, y sobre este ángulo φ hallar su tangente.

4.3 ¿Cómo obtenemos la tangente del ángulo φ2 correspondiente al FP que se pretende conseguir?

Este valor se consigue a partir del FP que se queramos conseguir, teniendo en cuenta que los valores que no están sometidos a penalización están comprendidos entre 0,9 y 1. 

5. ¿Cómo calcular la regulación/ escalones de una batería de condensadores para compensar la Potencia Reactiva eficazmente?

En caso de que tengamos una carga irregular, es decir, que no funcionen de manera simultanea todos los receptores. Debemos asegurar que la regulación sea lo más aproximada posible en cada momento.

¿Por qué? Porque en caso de unos escalones de regulación muy "amplios" (para una instalación de 100kVAr, dos saltos de 50kVAr) no va a permitir una compensación eficaz. En el caso opuesto, una regulación muy "fina" (para la misma instalación, 20 saltos de 5kVAr) nos obliga a instalar una batería de condensadores muy compleja, aumentando considerablemente el coste de fabricación.

Te propongo varios métodos para el calculo de los escalones:

a) Para instalaciones con pequeños receptores (talleres con pequeña maquinaria), donde el funcionamiento es variable durante el día, nos interesa disponer de un mayor número de escalones, rondando del 15 al 20% del total (de 5 a 7 escalones).

b) Si la instalación está compuesta por pocos receptores, con potencias elevadas y similares entre ellos (bombas de agua, equipos industriales de refrigeración, etc), nos interesa disponer de pocos condensadores con gran potencia. Al ser potencias similares y, por ejemplo, se tratase de una instalación con 3 receptores, se instalarían 3 escalones.

c) El último método, el más seguro (y mas complejo), seria realizar un estudio de las variaciones de potencias a lo largo del tiempo, desde un día de trabajo (en instalaciones irregulares pero previsibles) hasta varias semanas de trabajo (en instalaciones menos previsibles). Con este registro de datos, podemos optar por valores mas reales, donde los escalones actuarán de la manera mas eficaz.

6. ¿De que se compone el interior de una batería de condensadores?

-Unos dispositivo general de protección eléctrica (disyuntor, normalmente).

-Unos dispositivos de protección eléctrica individuales para cada condensador (disyuntores o fusibles).

-Un regulador, el cual se encarga de calcular automáticamente el FP, de forma que cuando se alcanza el valor mínimo, da la orden de cierre a un contactor para conectar un condensador, y cuando pasa a un valor máximo, lo desconecta. (Entiéndase que digo uno como ejemplo, irá activando/ desactivando condensadores según la carga). 

-Varios condensadores trifásicos (los necesarios para nuestro cálculo)

-Un contactor para la conexión de cada condensador.

7. ¿Cómo se instala una batería de condensadores?

1º Conectar la línea eléctrica de mando y de potencia a la batería de condensadores, con conductores de sección adecuada la potencia total de la batería.

2º El transformador de intensidad, debe instalarse de forma que registre el paso de intensidad total de la instalación y de la batería.

3º Ajustar el regulador al valor de FP que queramos conseguir.   

Espero que te haya sido de ayuda!