Mejora del factor de potencia

Mejora del factor de potencia

A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un sistema a un valor muy próximo a la unidad.1

Esta práctica es conocida como mejora o corrección del factor de potencia y se realiza mediante la conexión a través de conmutadores, en general automáticos, de bancos de condensadores o de inductancias, según sea el caso el tipo de cargas que tenga la instalación. Por ejemplo, el efecto inductivo de las cargas de motores puede ser corregido localmente mediante la conexión de condensadores. En determinadas ocasiones pueden instalarse motores síncronos con los que se puede inyectar potencia capacitiva o reactiva con tan solo variar la corriente de excitación del motor.

Las pérdidas de energía en las líneas de transporte de energía eléctrica aumentan con el incremento de la intensidad. Como se ha comprobado, cuanto más bajo sea el f.d.p. de una carga, se requiere más corriente para conseguir la misma cantidad de energía útil. Por tanto, como ya se ha comentado, las compañías suministradoras de electricidad, para conseguir una mayor eficiencia de su red, requieren que los usuarios, especialmente aquellos que utilizan grandes potencias, mantengan los factores de potencia de sus respectivas cargas dentro de límites especificados, estando sujetos, de lo contrario, a pagos adicionales por energía reactiva.

La mejora del factor de potencia debe ser realizada de una forma cuidadosa con objeto de mantenerlo lo más alto posible. Es por ello que en los casos de grandes variaciones en la composición de la carga es preferible que la corrección se realice por medios automáticos.

Supongamos una instalación de tipo inductivo cuyas potencias P, Q y S forma el triángulo de la figura 1. Si se desea mejora el cosφ a otro mejor cosφ', sin variar la potencia activa P, se deberán conectar un banco de condensadores en paralelo a la entrada de la instalación para generar una potencia reactiva Qc de signo contrario al de Q, para así obtener una potencia reactiva final Qf. Analíticamente:

Por un lado

y análogamente

Luego,

donde ω es la pulsación y C la capacidad de la batería de condensadores que permitirá la mejora del f.d.p. al valor deseado. Sustituyendo en la primera igualdad,

de donde

Ejemplo de modificación del factor de potencia

Un motor de 500 KVA funciona a plena carga con un factor de potencia de 0,6. Añadiendo capacitores se modifica dicho factor pasando a valer 0,9. Hallar la potencia reactiva de los capacitores necesarios. Realizar la gráfica con dicha corrección. Frecuencia = 50 Hertz. Tensión = 380 V

1º Paso:

Cos φ = P/S

Reemplazando:

S * Cos φ = P = 500 kVA * 0,6 = 300 kW

Entonces:

P = 300 kW

2º Paso:

S² = P² + Q²

Reemplazando:

500² kVA = 300² KW + Q²

Q = 400 kVAR (Kilo Volt Amper Reactivo)

3º Paso:

Sf = P/Cosφ = 300 kW/0,9 = 333,33 kVA

333,3² kW = 300² kW + Qf²

Qf = 145,3 kVAR

Qi - Qf = Qr = 400 kVAR - 145,3 kVAR = 254,7 kVAR

4º Paso:

C = [P activa * (Tang φi - Tang φf)]/(U²*2Π*Fr) =

Reemplazando:

C = 300000 W * (Tang 53,1º - Tang 26º)/(380² V * 2Π * 50 Hz) = 5614 μF (MicroFaradios)

Esquema de un triángulo de potencias mostrando la modificación del factor de potencia mediante la adición de capacitores. Los ángulos señalados no son los de la imagen

Cálculo del f.d.p. medio de una instalación

Algunas instalaciones cuentan a la entrada con dos contadores, uno de energía reactiva (kVArh) y otro de energía activa (kWh). Con la lectura de ambos contadores podemos obtener el factor de potencia medio de la instalación, aplicando la siguiente fórmula:

http://es.wikipedia.org/wiki/Factor_de_potencia#Mejora_del_factor_de_potencia

Sistema de alimentación ininterrumpida

SAI o UPS en vista frontal y trasera.

Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI), en inglés uninterruptible power supply (UPS), es un dispositivo que gracias a sus baterías u otros elementos almacenadores de energía, puede proporcionar energía eléctrica por un tiempo limitado y durante un apagón eléctrico a todos los dispositivos que tenga conectados. Otras de las funciones que se pueden adicionar a estos equipos es la de mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando armónicos de la red en el caso de usar corriente alterna.

Los SAI dan energía eléctrica a equipos llamados cargas críticas, como pueden ser aparatos médicos, industriales o informáticos que, como se ha mencionado anteriormente, requieren tener siempre alimentación y que ésta sea de calidad, debido a la necesidad de estar en todo momento operativos y sin fallos (picos o caídas de tensión).

La unidad de potencia para configurar un SAI es el voltiamperio (VA), que es la potencia aparente, o el vatio (W), que es la potencia activa, también denominada potencia efectiva o eficaz, consumida por el sistema. Para calcular cuánta energía requiere un equipo de SAI, se debe conocer el consumo del dispositivo. Si la que se conoce es la potencia efectiva o eficaz, en vatios, se multiplica la cantidad de vatios por 1,4 para tener en cuenta el pico máximo de potencia que puede alcanzar el equipo. Por ejemplo: (200 v × 1,4 A) = 280 VA. Si lo que encuentra es la tensión y la corriente nominales, para calcular la potencia aparente (VA) hay que multiplicar la corriente (amperios) por la tensión (voltios), por ejemplo: (3 amperios × 220 voltios) = 660 VA.

Índice

1 Tipos de SAI

1.1 SAI de corriente continua

1.2 SAI de corriente alterna

1.3 SAI en estado de espera (stand-by power systems)

1.4 SAI line-interactive (in-line)

1.5 SAI en línea (on-line)

2 Fallos comunes en el suministro de energía eléctrica

3 Galería de imágenes

4 Véase también

5 Enlaces externos

Tipos de SAI

SAI de corriente continua

Las cargas conectadas a los SAI requieren una alimentación de corriente continua, por lo tanto éstos transformarán la corriente alterna de la red comercial a corriente continua y la usarán para alimentar la carga y almacenarla en sus baterías. Por lo tanto no requieren convertidores entre las baterías y las cargas.

SAI de corriente alterna

Estos SAI obtienen a su salida una corriente alterna, por lo que necesitan un inversor para transformar la corriente continua que proviene de las baterías en una corriente alterna.

SAI en estado de espera (stand-by power systems)

Este sistema presenta dos circuitos principales: la alimentación de línea, a la que solo se le agrega un estabilizado y un filtrado adicional al normal de cada equipo a alimentar, y el circuito propiamente SAI, cuyo núcleo es el circuito llamado inversor. Es llamado sistema en stand-by, o en espera, debido a que el circuito de alimentación alternativo, el inversor, está fuera de línea o inactivo, en espera de entrar en funcionamiento cuando se produzca un fallo en la alimentación de red. Posee un elemento conmutador que conecta y desconecta uno u otro circuito alternativamente.

SAI line-interactive (in-line)

Este tipo de SAI regula las variaciones de tensión mediante elevaciones o reducciones de la tensión de la red. Durante estas intervenciones, el SAI utiliza sus baterías para realizar la regulación de la tensión.

SAI en línea (on-line)

En cambio, en el SAI en línea (on-line), la batería y el inversor están permanentemente siendo utilizados, lo que garantiza una máxima respuesta en tiempo y forma ante el evento de falla de red. Además, también pueden corregir los desplazamientos de frecuencia, ya que regeneran la onda alterna permanentemente.

Fallos comunes en el suministro de energía eléctrica

El papel del SAI es suministrar potencia eléctrica en ocasiones de fallo de suministro, en un intervalo de tiempo “corto” (si es un fallo en el suministro de la red, hasta que comiencen a funcionar los sistemas aislados de emergencia). Sin embargo, muchos SAI son capaces de corregir otros fallos de suministro:

Corte de energía: pérdida total de tensión de entrada.

Sobretensión: tiene lugar cuando la tensión supera el 110 % del valor nominal.

Caída de tensión: cuando la tensión es inferior al 85-80 % de la nominal.

Picos de tensión.

Ruido eléctrico o electromagnético.

Inestabilidad en la frecuencia.

Distorsión armónica, cuando la onda sinusoidal suministrada no tiene esa forma.

Los fabricantes de los SAI, habitualmente clasifican los equipos en función de los fallos eléctricos que corrigen. Es posible obtener un regulador de voltaje que además de evitar sobrecargas eléctricas, mantenga funcionando al equipo en caso de un fallo de energía por varios minutos.

Galería de imágenes

Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) de marca American Power Conversion (APC), modelo Back-UPS RS 500, número de pieza BR500I, 300 Vatios / 500 VA, Entrada 230V / Salida 230V. Panel de control con ledes indicador de estado En Línea / En Batería / Reemplazar Batería / Indicador de sobrecarga. Alarma de batería encendida / alarma especial de batería baja / tono de alarma de sobrecarga continua.

Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) de marca American Power Conversion (APC), modelo Back-UPS RS 500, número de pieza BR500I, 300 Vatios / 500

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