Factor de Potencia y Armónicos
En este artículo
describirá conceptualmente el concepto “Factor de potencia” sin rigurosas consideraciones matemáticas,
para arribar en la conclusión a la solución técnica actual.
Descripción
conceptual:
En electrotecnia se
ha aprendido la Ley de Ohm en la cual
V=R x I.
También se aprendió
el concepto de onda sinusoidal:
V (t)=V0.sin
(wt)
También aprendimos el
concepto de valor eficaz como
Vef=V0/
Al estudiar capacitancias
e inductancias se ha aprendido que las resistencias podían ser representadas
como
Z=R+jwL-j/wC
Con lo cual,
respetando la ley de Ohm la Intensidad adelanta o atrasa con respecto al
voltaje de acuerdo a Z. Si Z tiene ángulo positivo, la intensidad tiene ángulo
negativo y viceversa.
Con esto se forma
el triángulo de potencias:
Se quiere
destacar estos aspectos:
1. Todas las ecuaciones en electrotecnia envuelven
funciones continuas. Esto es, por más insignificante que sea el intervalo de
tiempo, siempre hay Voltios y Corriente.
2. Se trabaja en frecuencias conocidas, En electricidad existe una frecuencia
fundamental, que es la provista por la compañía distribuidora (generalmente 50 o 60 HZ). , sobreentendiéndose que siempre se está en la
misma frecuencia.
3. Hay una dependencia lineal: esto es conocido una serie
de variables, se puede conocer otra serie de variables. Meramente es un
ejercicio matemático de ecuaciones.
Con esto en mente obteníamos el coseno de fi, y de una
manera sencilla se calculaba un capacitor para compensar una inductancia.
A medida que la potencia de los equipos aumentaba, y
la electrónica de potencia se fue afianzando, comenzó a ser muy apreciable el
ruido eléctrico.
La impedancia e
inductancia de los conductores comenzó a ser apreciable. Los arcos
eléctricos, anteriormente un fenómeno que se controlaba con uniones firmes,
comenzaron a tener su importancia. La electrónica introdujo los pulsos de
corriente, variando la frecuencia y voltaje de un sinnúmero de motores.
Con lo cual, los 3 aspectos básicos, dejaron de ser
correctos.
1.El voltaje dejó de ser continuo, para ser discreto, en
determinados circuitos, debido a las pulsaciones de los Inversores.
2. Se habla ahora de una componente de frecuencia
fundamental, y de armónicas.
Con lo cual
F(x)=A.sin(wt) + B.sin(2wt) + C.sin(3wt) +
…….X.sin(n.wt)+….
Los multímetros convencionales no han sido diseñados
para detectar las frecuencias armónicas, por ende registran una medición menor
a la corriente que circula.
3. La dependencia lineal entre carga y voltaje deja de
ser tal, ya que las pulsaciones van a depender de factores como la velocidad o
el par de arranque que desde un controlador se desea dar.
Con estas aclaraciones, definimos el concepto de
factor de potencia, donde el vector de corriente, volt o potencia, posee tres
coordenadas en el espacio. La suma de A + B + C +……+X….. , luego de dividirla
por la raíz de 2, dará el verdadero valor eficaz, o RMStrue.
Iustración donde se aprecia la diferencia entre coseno de fi y factor de potencia Y
Solución
La tercera componente de este vector (D) no se puede
equilibrar ahora con una impedancia como es el caso del coseno fi. Por ende es
necesario filtrar las armónicas de alguna manera en los conductores para
minimizar el ruido eléctrico. Para ello se utilizan capacitores, inductancias, electrónica
para amortiguar las frecuencias no fundamentales. La técnica ofrece un
controlador central para optimizar esta función.
Ejemplo:
Una industria nos contrata para revisar su instalación
debido a que ciertos interruptores magnéticos y diferenciales se accionan cada
tanto sin poder explicar fehacientemente la causa. Asimismo explican la
existencia de un sobrecalentamiento en la instalación a pesar del excelente
diseño de la misma. Estos accionamientos
de los interruptores les causan muchos inconvenientes en la producción y
pérdidas de horas hombre y materiales.
Al verificar la instalación con el responsable de
mantenimiento, nos muestra que efectivamente la misma es el reflejo fiel de un
proyecto eléctrico bien hecho. Sin embargo muchos motores están controlados por
variadores de velocidad, algunos con tecnología Inverter. También se observa
que la corrección de factor de potencia es individual a cada motor.
Al comparar mediciones, el personal de mantenimiento
registra las mismas con amperímetros y voltímetros incorporados al tablero. El
tablero principal registra 219V, oscilando en dos voltios, y el amperímetro
225A, oscilando unos 10A. Coseno de fi: 0,9. Ahora es nuestro turno de efectuar
nuestras mediciones. Con mucho cuidado colocamos nuestros instrumentos, los
cuales pueden medir el verdadero valor eficaz, y tras varias pruebas para estar
seguros, medimos: 230V y 282A (oscilando un poco por supuesto), con un pico de
corriente de 315A. El personal de mantenimiento no lo podía creer, pero al
medir en los tableros seccionales se observó que la medición nuestra siempre
era superior entre un 20 a 30 por ciento (corriente).
Tras efectuar un sinnúmero de mediciones no solo
eléctricas sino también de temperatura en la instalación llegamos a la
conclusión de que esta instalación estaba en presencia de armónicas, con un TDH
(Tasa de Distorsión Armónica) de 25% (resultado de dividir el valor true por el
valor de los instrumentos convencionales).
Recomendamos:
1. Colocar un equipo de corrector de Factor de Potencia
con un controlador central. Esto es, quitar todos los capacitores individuales,
y reemplazarlos por este equipo central.
2. Sugerimos dos filtros AFQ-3W de Circutor conectados en
paralelo.
Explicamos las características de la tecnología
Inverter, desgaste de conductores y equipo por sobretensión, hicimos cálculo de
cuánto cuesta el exceso de corriente.
Cobramos nuestro trabajo, y dejamos al contador de la
empresa armando una ingeniería financiera para adquirir estos equipos.
Equipo para corregir factor de potencia.
