Wattmetro

Donde Φ es el ángulo entre la potencia activa P y el valor absoluto de la aparente S.

Si las ondas de voltaje y corriente son puramente senoidales entonces \Phi= \Phi_V-\Phi_i. Φv es el ángulo del voltaje. Φi es el ángulo de la corriente.

El Factor de Potencia (FP) es la relación entre las Potencias Activa (P) y Aparente (S). Si la onda de corriente alterna es perfectamente senoidal, FP y Cosφ coinciden.

Si la onda no fuese perfecta S no estaría únicamente compuesta por P y Q, sino que aparecería una tercera componente suma de todas las potencias que genera la distorsión. A esta componente de distorsión le llamaremos D.

Supongamos que en la instalación hay una Tasa de Distorsión Armónica (THD) alta y debido a que hay corrientes armónicas. Estas corrientes armónicas, junto con la tensión a la que está sometido el conductor por el fluyen da como resultado una potencia, que si fuese ésta la única distorsión en la instalación, su valor se correspondería con el total de las distorsiones D.

El Cosφ (Coseno de φ) no es más que el coseno del ángulo φ que forman la potencia activa (P) y la aparente (S) en el triángulo de potencias tradicional.

Si las corrientes y tensiones son perfectamente senoidales se tiene la figura 1 y por lo tanto:

f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \frac{V_\text{eff} I_\text{eff} \cos(<V-<I)} {V_\text{eff} I_\text{eff}} \!

f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \cos(<V-<I) = \cos(<Z)

Resultando que el f.d.p es el coseno del ángulo que forman los fasores de la corriente y la tensión. En este caso se puede observar que cos(<v-<I) = cos(<Z) donde Z es la impedancia equivalente del sistema. A partir de esto se puede entender el \cos(\Phi) como una medida de la habilidad del elemento Z para absorber potencia activa. Para una resistencia: f.d.p. = \cos(0) = 1 . Para una inductancia y condensador: f.d.p. = \cos(\pi/2) = 0

Se dice que:

Un factor de potencia adelantado significa que la corriente se adelanta con respecto a la tensión, lo que implica carga capacitiva. Potencia reactiva negativa. 2

Un factor de potencia atrasado significa que la corriente se retrasa con respecto a la tensión, lo que implica carga inductiva. Potencia reactiva positiva. 3

El dispositivo utilizado para medir el f.d.p. se denomina cosímetro.

Importancia del factor de potencia[editar]

Para comprender la importancia del factor de potencia se van a considerar dos receptores con la misma potencia, 1000W, conectados a la misma tensión de 230V, pero el primero con un f.d.p. alto \cos\,\varphi_1=0,96 y el segundo con uno bajo \cos\,\varphi_2=0,25.

Primer receptor

I_1=\frac{P_1}{U \cos {\varphi}_1 }=\frac{1000W}{230V \cdot0,96} \simeq 4,53A\!

S_1= U I_1 = 230V \cdot4,53A \simeq 1042 VA \!

Segundo receptor

I_2=\frac{P_2}{U \cos {\varphi}_2 }=\frac{1000W}{230V \cdot0,25} \simeq 17,39A\!

S_2= U I_2 = 230V \cdot17,39A \simeq 4000 VA \!

Cotejando ambos resultados, se obtienen las siguientes conclusiones:

Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma potencia, una mayor demanda de corriente, lo que implica la necesidad de utilizar cables de mayor sección.

La potencia aparente es tanto mayor cuanto más bajo sea el f.d.p., lo que origina una mayor dimensión de los generadores.

Ambas conclusiones nos llevan a un mayor costo de la instalación alimentadora. Esto no resulta práctico para las compañías eléctricas, puesto que el gasto es mayor para un f.d.p. bajo. Es por ello que las compañías suministradoras penalizan la existencia de un f.d.p. bajo, obligando a su mejora o imponiendo costos adicionales.

Optimización técnico-económica

...