Factr de Ptencia y Bancs de Capacitres para n Electricistas Pr: Rexy Rdríguez y Ramsés Antillón Pwer Quality Panamá, S.A. (PQP) En muchas casines al bservar nuestra factura de electricidad, ns hems percatad de que además de ls cargs pr la energía eléctrica que hems cnsumid aparecen trs cargs, ls cuales n sabems de dónde vienen y much mens qué hacer para eliminarls. Ls recargs más imprtantes sn el carg pr demanda máxima y el carg pr baj factr de ptencia, siend este últim el que ns cupa en esta casión. prcentaje de cerveza y un prcentaje de espuma. La cerveza es la que lgra aplacar nuestra sed, per la espuma sól cupa espaci que de tra manera cuparía más cerveza. En este sencill ejempl pdems decir que la cerveza es nuestra y que la espuma es nuestra kvar, al mism tiemp la suma de la cerveza y la espuma será nuestr valr de. La finalidad de este dcument es la de explicar de manera clara y sencilla el significad del cncept del factr de ptencia y cóm influye en nuestra factura de energía eléctrica. Este cncept se explicará dand respuesta a las 6 preguntas más cmunes del cliente cn respect al factr de ptencia. kvar I. Qué es el factr de Ptencia? Para entender este cncept primer debems cmprender alguns términs básics. Kilwatt () es la ptencia activa real que energiza ls equips y les permite realizar trabaj útil. kvar es la ptencia reactiva. Es la ptencia que necesitan ls equips electrmagnétics (transfrmadres, mtres eléctrics, bbinas), para prducir el fluj magnétic. es la ptencia aparente. Es la suma vectrial de kvar y. Figura Nº1 Ahra que entendems ests cncepts básics, pdems cmprender mejr el significad del factr de ptencia. El factr de ptencia n es más que la relación entre la ptencia real () y la ptencia aparente (). Recrdand la analgía de la cerveza esta relación sería: + k var Ahra analicems la siguiente analgía sencilla, para entender mejr ests términs: Digams que estams en el estadi de fútbl en un día calurs viend a nuestr equip favrit jugar. Así que rdenams un vas de cerveza (figura Nº1), per desafrtunadamente nunca ns brindarán un vas 100% llen de cerveza, más bien siempre btenems un vas cn un cerveza cerveza + espuma 1
Pr l tant, para un valr de KVA dad: Entre más espuma se tenga (entre más alt sea el prcentaje de kvar), menr será la relación de (cerveza) a KVA (espuma + cerveza). Entnces menr será nuestr factr de ptencia. Entre mens espuma se tenga (entre menr sea el prcentaje de kvar), mayr será su relación de (cerveza) a (espuma + cerveza). De hech, cuand la cantidad de espuma (kvar) se aprxima a cer, nuestr factr de ptencia se aprxima a 1. Nuestra analgía de la cerveza es un pc simple. En realidad, cuand calculams, debems determinar la suma vectrial de kvar y. Pr l tant, irems un pas más adelante y mirar el ángul entre ests vectres. Veams tra analgía.. Pedr empuja una carga pesada (figura ). La ptencia real es dirigida hacia la izquierda sea. Desafrtunadamente, Pedr n puede empujar la carga en un plan perfectamente hrizntal, así que la altura de sus hmbrs añadiría una cierta cantidad de ptencia reactiva, sea kvar. La ptencia aparente, (KVA), es la suma vectrial de de kvar y. kvar Figura Nº En vista de que la relación entre,, kvar, y Factr de Ptencia es vectrial, y se define pr el triángul de la figura anterir, en realidad, las relacines reales entre estas variables es trignmétrica: + k var Para la analgía de la cerveza, en realidad sería: cerveza cerveza + espuma En resumen, para tener un sistema realmente eficiente, querems tan pcs kvar cm sea psible, l que equivale a un factr de ptencia tan cerca de 1 cm sea psible, sin embarg, muchas veces el factr de ptencia es much menr que 1, y a cntinuación verems pr qué. II. Qué causa un baj factr de ptencia? Qué causa el cnsum de kvar en el sistema?, la respuesta es cargas inductivas. Éstas incluyen: Transfrmadres Mtres de inducción (mtres eléctrics) Generadres de inducción Luminarias de descarga de alta intensidad ( halur metálic, sdi a alta presión, vapr de mercuri) y luminarias flurescentes. Vlviend a la analgía del vas de cerveza, imagine que este tip de equips equivalen a clientes que sól cnsumieran grandes cantidades de espuma, y que la red de cables de la empresa de distribución eléctrica fuera un gran sistema de tuberías que distribuye cerveza. Para este tip de clientes la distribuidra tendría que suministrar n sól cerveza, sin también grandes cantidades de espuma, per sól cbrarles pr la cerveza, que es l que en realidad les quita la sed.
Est significaría que la capacidad de la distribuidra se vería mermada pr la gran cantidad de espuma que viajaría pr su red, sin pder cbrarla, y que de tra manera pdría reemplazarse pr cerveza que sí pudiera entregar a más persnas que slicitan cerveza. De la misma manera, la ptencia reactiva (kvar) requerida pr estas cargas incrementa la cantidad de ptencia aparente () en el sistema de distribución, per sól pagams pr la ptencia real (). III. Pr qué mejrar el factr de ptencia? Imagine ahra que la distribuidra de cerveza tuviera la capacidad de cbrarns un recarg pr el cnsum de espuma que le resta capacidad a su red, y que el remedi a est estuviera en mans del cliente, que pr ejempl pudiera tener un equip prpi capaz de crear la espuma que requiere. Est liberaría capacidad de la red de la distribuidra para pder transprtar y distribuir más cerveza, además de que n tendría que utilizar su planta para prducir espuma, sin sól cerveza. Además, imagine ahra que aquells clientes que requieren grandes cantidades de espuma, al suministrárselas pr medis prpis, disminuyen las pérdidas en su prpi sistema pr n tener que recibir esa espuma a través de la red de la distribuidra, ni de sus tuberías de suministr principal: perdería mens cerveza. En resumen, y para puntualizar sbre el tema técnic, mejrar el factr de ptencia: a. Reduce la demanda de energía: recrdems que las cargas inductivas que necesitan ptencia reactiva causan un baj factr de ptencia, pr l que al mism tiemp aumenta la ptencia aparente requerida, que es l que suministra la empresa de distribución eléctrica. Así que un baj factr de ptencia bliga a las empresas eléctricas a incrementar su capacidad de generación y transmisión para manejar la demanda adicinal. Mejrand nuestr factr de ptencia, cnsumims mens ptencia reactiva (kvar), est significa que cnsumims mens ptencia ptencia aparente (), est equivale a un ahrr en dólares para la empresa eléctrica. b. Elimina el recarg pr baj factr de ptencia: las empresas eléctricas penalizan al cliente cn un recarg cuand su factr de ptencia es menr a 0.90, entnces mejrand nuestr factr de ptencia a valres mayres iguales a 0.90, eliminams este recarg y el mnt de nuestra facturación disminuye. c. Aumenta de la capacidad de las instalacines del cliente y reduce sus pérdidas: crrigiend el factr de ptencia en las instalacines del cliente se disminuyen las pérdidas en tds ls cnductres que se encuentran aguas arriba del punt en que se encuentra el equip crrectr del factr de ptencia. Para el cas en el que un cliente cuente cn medición en media tensión, (ls transfrmadres sn prpiedad del cliente), y se cuente cn equip para mejrar el factr de ptencia en el interruptr principal, en el lad de baja tensión, se btiene un aument de capacidad y un ahrr a nivel de reducción de pérdidas en ls transfrmadres de su prpiedad. Pr ejempl, un transfrmadr de 1000 cn un factr de ptencia de 80% entrega 800 (600 kvar) de ptencia, est es: 1000 ( 800) + (? k var), kvar = 600 Incrementand el factr de ptencia a 90%, se pueden suministrar más pr la misma cantidad de. 1000 ( 900) + (?k var), kvar = 436 3
La capacidad de ptencia real del sistema se incrementa a 900 y la empresa eléctrica suministra 436 kvar slamente. Para el cas de un cliente cnectad en baja tensión, cn equip crrectr del factr de ptencia cerca de su interruptr principal (cmpensación glbal), el aument de capacidad y ahrr pr reducción de pérdidas se ve a nivel de ls cnductres de la acmetida, es decir, ls cnductres entre el transfrmadr de la distribuidra y el interruptr principal del cliente. Para el cas de un cliente cnectad en baja tensión, cn equip crrectr del factr de ptencia cnectad en ls punts de mayr cnsum de kvar (cmpensación puntual, distribuida), cm grandes mtres de inducción (ejempl: grandes equips de acndicinamient de aire, grandes maquinarias, etc.), el aument de capacidad y ahrr pr reducción de pérdidas se ve reflejad en td el rest del sistema que se encuentra aguas arriba del mism, es decir, desde ls cnductres de la acmetida, pasand pr el interruptr principal y tds ls demás cnductres de distribución interna de energía de la instalación (barras, tablers, circuits), que se encuentran pr delante del ls punts en que se instalen ls equips crrectres. d. Aumenta el nivel de vltaje y hace funcinar a ls mtres eléctrics más eficientemente: ya se ha mencinad que un baj factr de ptencia causa pérdidas en su sistema de distribución eléctrica. Si las pérdidas eléctricas se incrementan, se pueden dar una disminución en el nivel de vltaje. Las caídas de vltaje excesivas pueden causar recalentamient y falla prematura de mtres y trs equips inductivs. Pr l tant, elevand nuestr factr de ptencia minimizams estas caídas de vltaje y ls prblemas relacinads a éstas. Cm resultad de est, ls mtres funcinarán a menr temperatura y serán más eficientes. IV. Cóm se crrige mejra el factr de ptencia? Hems vist que las cargas eléctricas cnsumidras de ptencia reactiva disminuyen el Factr de Ptencia: Transfrmadres Mtres de Inducción Generadres de Inducción Luminarias de descarga de alta intensidad (HID) De manera similar, existen dispsitivs que generan ptencia reactiva y mejran el factr de ptencia: Capacitres Generadres sincrónics Mtres sincrónics Pr l tant, n es de srprender que una manera de mejrar el factr de ptencia es añadir capacitres al sistema. Esta y tras maneras de mejrar el Factr de Ptencia se describen a cntinuación: 1) Instaland capacitres (Generadres de kvar) Al instalar capacitres decrece la magnitud de la ptencia reactiva (kvar, espuma recrdand la analgía de la cerveza), y se mejra el factr de ptencia. En la figura Nº3 se describe este prces. La ptencia reactiva (kvar), cnsumida pr las cargas inductivas, siempre actúa a un ángul de 90º cn respect a la ptencia real (). Empresa Distribuidra Cliente Banc de capacitres Figura Nº3 Medidr 4
La inductancia y la capacitancia actúan a un ángul de 180º una cn respect a la tra. Ls capacitres almacenan ptencia reactiva (kvar) y liberan esta energía pniéndse a la energía reactiva cnsumida pr el inductr. La presencia de capacitres e inductres en el mism circuit, da cm resultad una transferencia cntinua de energía entre ambs. De esta manera, cuand el circuit está balancead, tda la energía reactiva cnsumida pr el inductr es generada pr el capacitr. ) Evitar la peración de mtres sin carga en cndicines de carga mínima Sabems que una de las causas de un baj factr de ptencia es la presencia de mtres de inducción, per específicamente est empera al perar mtres de inducción en cndicines de carga mínima dich de mejr frma, cuand un mtr de inducción es muy grande para la aplicación que se le está dand. Aún cn mtres eficientes, el factr de ptencia se ve afectad pr variacines en la carga. Un mtr debe ser perad l más cerca psible de su carga de diseñ, para btener ls beneficis de un diseñ de alt factr de ptencia. V. Cuánt tiemp pasará antes de que recupere la inversión relacinada cn la mejra del factr de ptencia? Cm ejempl mstrams un cas cmún. Supngams que pagams un recarg pr baj factr de ptencia de $300.00/mes, y que nuestra instalación requiere un banc de capacitres de 30 KVAR para elevar nuestr factr de ptencia a valres superires a 0.90 (-). El cst de un banc de capacitres fij se aprxima a ls 30.00 $/kvar, entnces: 30 KVAR x 30$/KVAR = $900.00, se puede ver que si instalams el banc de capacitres y eliminams el carg pr baj factr de ptencia, pdems recuperar nuestra inversión en muy crt tiemp. Tiemp de recuperación = $900/$300/mes = 3 meses VI. Cuál es el siguiente pas a seguir? Este dcument ns permite ver que la mejra del factr de ptencia es un de ls métds más sencills para reducir ls csts relacinads cn el cnsum de energía eléctrica, además de mejrar el factr de ptencia, también aumentams la eficiencia al disminuir nuestras pérdidas eléctricas. La instalación de un banc de capacitres en la actualidad, n sól implica la instalación del mism, sin también un análisis sbre qué tip de banc utilizar (fij autmátic), cóm será la respuesta de nuestras instalacines a su instalación (riesg de resnancia armónica, sbrevltaje sstenid, etc.), pr l que la mejr slución es cnsultar cn persnal técnicamente idóne para implementar la mejr slución cst-benefici tant en términs ecnómics cm técnics. se especializa en brindarle asesría para reslver este y tr tip de prblemas relacinads al tema de la calidad de la energía eléctrica. Para mayr infrmación n dude en cntactarns. 5