Diferencia entre revisiones de «Factor de potencia»
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[[Archivo:Electric_power_factor.jpg|thumb|200x200px|Figura 1. triángulo de potencias activa P y aparente S en un caso particular ideal.]]▼
Se define '''factor de potencia''', f.d.p., de un [[circuito eléctrico|circuito]] de [[corriente alterna]], como la relación entre la [[Potencia_eléctrica#Potencia_activa.2C_Potencia_media_consumida_o_potencia_absorbida|potencia activa]], P, y la [[Potencia eléctrica#Potencia aparente|potencia aparente]], S.<ref name="ref_duplicada_1">{{cita web |url=http://www.schneiderelectric.es/documents/local/productos-servicios/distribucion_electrica/guia_instalaciones_electricas/capitulo-l-mejora-factor-potencia-filtrado-armonicos.pdf|título=Capítulo L Mejora del factor de potencia y filtrado de armónicos}}</ref>Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0.
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Se define el factor de potencia como la relación entre la potencia activa <math>P</math> y la potencia aparente <math>S</math>:
: <math> f.d.p. = \frac{P}{|S|}
Es importante distinguir la diferencia entre los términos factor de potencia (<math>f.d.p.</math>) y <math>\cos\varphi</math>, ya que no son exactamente lo mismo. En cargas lineales, ambos valores coinciden. Sin embargo, en cargas no lineales el <math>f.d.p.</math> y <math>\cos\varphi</math> son distintos.
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. <ref name="Antonio Gómez_1">{{cita libro|título=Fundamentos de teoría de circuitos|año=1ª ed., 1ª imp.(03/2007)|editorial=Ediciones Paraninfo. S.A|autor=Antonio Gómez Expósito; José Luis Martínez Ramos; Jesús Manuel Riquelme Santos|isbn=9788497324175|páginas=584}}</ref> ▼
* Un factor de potencia atrasado significa que la corriente se retrasa con respecto a la tensión, lo que implica carga inductiva. Potencia reactiva positiva. <ref name="Antonio Gómez_1"/> ▼
El dispositivo utilizado para medir el f.d.p. se denomina [[cosímetro]].▼
=== Circuitos lineales ===
▲[[Archivo:
: <math> f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \frac{V_\text{eff} I_\text{eff} \cos(
=== Circuitos no lineales ===
▲Si las corrientes y tensiones son perfectamente senoidales se tiene la figura 1 y por lo tanto:
[[Archivo:Verzerrungsblindleistung Zeigerdiagramm.png|thumb|300px|Triángulo de potencias con distorsión armónica.]]
▲: <math> f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \frac{V_\text{eff} I_\text{eff} \cos(<V-<I)} {V_\text{eff} I_\text{eff}} \!</math>
En circuitos no lineales la forma de la onda no es perfectamente senoidal. Las cargas no lineales crean corrientes [[armónico|armónicas]], que pueden ser representadas por la [[distorsión armónica|tasa de distorsión armónica (THD)]]. En este caso la potencia aparente <math>S</math> 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 se le denomina <math>D</math>.
: <math> f.d.p. = \frac{P}{|S|} = \cos(<V-<I) = \cos(<Z) </math>▼
En este caso, el factor de potencia es:
▲Resultando que el f.d.p es el coseno del ángulo que forman los [[Fasor (electrónica)|fasores]] de la [[intensidad de corriente eléctrica|corriente]] y la [[Tensión (electricidad)|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 <math>\cos(\Phi)</math> como una medida de la habilidad del elemento Z para absorber potencia activa. Para una resistencia:<math> f.d.p. = \cos(0) = 1 </math>. Para una inductancia y condensador:<math> f.d.p. = \cos(\pi/2) = 0 </math>
▲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. <ref name="Antonio Gómez_1">{{cita libro|título=Fundamentos de teoría de circuitos|año=1ª ed., 1ª imp.(03/2007)|editorial=Ediciones Paraninfo. S.A|autor=Antonio Gómez Expósito; José Luis Martínez Ramos; Jesús Manuel Riquelme Santos|isbn=9788497324175|páginas=584}}</ref>
▲* Un factor de potencia atrasado significa que la corriente se retrasa con respecto a la tensión, lo que implica carga inductiva. Potencia reactiva positiva. <ref name="Antonio Gómez_1"/>
Mientras que <math>\cos\varphi</math> se calcula tan solo con las componentes fundamentales (sin armónicos):
▲El dispositivo utilizado para medir el f.d.p. se denomina [[cosímetro]].
:<math>\cos\varphi = \frac{P}{|S_1|} = \frac{P}{\sqrt{P^2+Q^2}}</math>
Si <math>THD</math> es la tasa de distorsión armónica, <math>I_{1,rms}</math> es la componente fundamental de la corriente eficaz, <math>I_{rms}</math> es la corriente eficaz total y considerando una fuente ideal de tensión, entonces la relación entre el factor de potencia y <math>\cos\varphi</math> es:
:<math> f.d.p. = \frac{I_{1,rms}}{I_{rms}}\cos\varphi</math>
El término factor de potencia es una generalización del <math>\cos\varphi</math>.
Esto es importante en sistemas reales que albergan cargas no lineales tales como [[rectificador]]es, algunas formas de iluminación, [[fuente conmutada|fuentes de alimentación conmutadas]], [[horno de arco eléctrico|hornos de arco eléctrico]], instrumentos de soldadura, [[variador de velocidad|variadores de velocidad]] y otros tipos de dispositivos.
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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 (<math>\cos\,\varphi_1=0,96</math>, <math>D=0</math>) y el segundo con uno bajo (<math>\cos\,\varphi_2=0,25</math>, <math>D=0</math>).
*; Primer receptor
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Cotejando ambos resultados, se obtienen las siguientes conclusiones:
* Un f.d.p. bajo comparado con otro alto, origina, para una misma
* La
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.▼
▲Ambas conclusiones nos llevan a un mayor costo de la instalación alimentadora.
=== Optimización técnico-económica de la instalación ===
Un buen factor de potencia permite optimizar
Evita el sobredimensionamiento de algunos equipos y mejora su utilización.
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=== Beneficios ===
La mejora del factor de potencia optimiza el dimensionamiento de los transformadores y cables. Reduce también las pérdidas en las líneas y las caídas de tensión.
== Influencia del tipo de cargas en el factor de potencia ==
El valor del f.d.p. viene determinado por el tipo de cargas conectadas en una instalación. De acuerdo con su definición, el factor de potencia es adimensional y solamente puede tomar valores entre 0 y 1 (cos(φ)). En un circuito [[Resistencia eléctrica|resistivo]] puro recorrido por una corriente alterna, la intensidad y la tensión están en fase (φ = 0), esto es, cambian de polaridad en el mismo instante en cada ciclo, siendo por lo tanto el factor de potencia es 1. Por otro lado, en un circuito [[Reactancia|reactivo]] puro, la intensidad y la tensión están en cuadratura (φ=90º) siendo el valor del f.d.p. igual a cero, y si es un circuito inductivo φ < 0.
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Las cargas capacitivas, tales como bancos de [[Condensador eléctrico|condensadores]] o cables enterrados, generan potencia capacitiva con la intensidad adelantada respecto a la tensión.
=== Regla Nemotécnica ===
Si se representa por la letra L a la inducción eléctrica, por la letra U a la tensión eléctrica y por la letra C a la capacidad eléctrica, se puede utilizar la siguiente regla para recordar fácilmente cuando la corriente (I) atrasa o adelanta a la tensión (U) según el tipo de circuito eléctrico que se tenga, inductivo (L) o capacitivo (C).
''LUIS'', se observa que la corriente (I) atrasa a la tensión (U) en un circuito inductivo (L).
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Si se representa por la letra E a la tensión eléctrica que alimenta el circuito, por la letra L a la inductancia eléctrica y la letra C a la capacidad eléctrica se puede utilizar ''ELICE'' para denotar que en un circuito inductivo (L) el voltaje (E) adelanta a la corriente (I) y que en uno capacitivo (C), la corriente (I) adelanta al voltaje (E).
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A menudo es posible ajustar el factor de potencia de un [[sistema]] a un valor muy próximo a la unidad.<ref name="ref_duplicada_1" />
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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:
: <math> f.d.p.= \cos \left ( \tan ^{-1}\frac {kVArh}{kWh} \right )</math>
== Normativa ==
La [[Comisión Electrotécnica Internacional]] regula, a través de la norma IEC 61000-3-2, los límites de emisión de armónicos por parte de dispositivos eléctricos.
=== Europa ===
La norma europea EN 61000-3-2 es la norma análoga a la de la Comisión Electrotécnica Internacional.
Agencias de regulación tales como la EC (en Estados Unidos) han establecido límites en los armónicos como un método de mejorar el f.d.p. Disminuir el costo de los componentes ha acelerado la aceptación e implementación de dos métodos diferentes. Normalmente, esto se hace ya sea agregando un inductor en serie (llamado [[w:en:Power factor correction|PFC]] pasivo) o con la adición de un convertidor elevador que fuerza a una onda sinusoidal (llamado PFC activo). Por ejemplo, los [[w:en:Switched-mode power supply|SMPS]] con PFC pasivos pueden lograr un f.d.p. de 0.7...0.75, los SMPS con PFC activo -- hasta 0.99, mientras que los SMPS sin ninguna corrección del f.d.p. tienen valores alrededor de 0.55..0.65 solamente.▼
=== México ===
La Comisión Reguladora de Energía (CRE) emitió una resolución, publicada en el [[Diario Oficial de la Federación (México)|Diario Oficial de la Federación (DOF)]] el [[8 de abril|8 de Abril]] del [[2016]], sobre los criterios de eficiencia, calidad, confiabilidad, continuidad, seguridad y sustentabilidad del [[Energía eléctrica en México#Fuentes|Sistema Eléctrico Nacional (SEN)]].<ref>{{Cita web|url=http://www.dof.gob.mx/index.php?year=2016&month=04&day=08|título=Diario Oficial de la Federación (DOF) - Resolución por la que la Comisión Reguladora de Energía expide las Disposiciones Administrativas de carácter general que contienen los criterios de eficiencia, calidad, confiabilidad, continuidad, seguridad y sustentabilidad del Sistema Eléctrico Nacional: Código de Red, conforme dispone el artículo 12, fracción XXXVII de la Ley de la Industria Eléctrica. (Continúa en la Cuarta Sección)|fechaacceso=12 de abril de 2017|autor=|enlaceautor=|fecha=|idioma=|sitioweb=|editorial=}}</ref> En el Manual de conexión de Centros de Carga<ref>{{Cita web|url=http://www.cofemersimir.gob.mx/expediente/18083/mir/39245/regulacion/1868119|título=Manual de Conexión de Centros de Carga - Comisión Reguladora de Energía (CRE)|fechaacceso=12 de abril de 2017|autor=|enlaceautor=|fecha=|idioma=|sitioweb=|editorial=}}</ref> emitido por la comisión figura que las Cargas Convencionales y las Cargas Especiales deberán mantener un factor de potencia entre 0.95 en atraso y 1, medido como promedio mensual.▼
=== Estados Unidos ===
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Para cumplir con el estándar de corriente de los Estados Unidos EN61000-3-2 todas las fuentes conmutadas con potencia de salida mayor de 75W tienen que incluir como mínimo un PFC pasivo.
Un [[multímetro]] típico dará resultados incorrectos cuando trata de medir la corriente AC que pasa por una carga que requiera corriente no-sinusoidal y luego calcule el f.d.p. Debe usarse un multímetro con [[valor eficaz]] verdadero (RMS) para medir las corrientes y voltajes eficaces reales (y por tanto la potencia aparente). Para medir la potencia real o la reactiva, debe usarse un [[vatímetro]] diseñado para trabajar adecuadamente con corrientes no sinusoidales.
▲La Comisión Reguladora de Energía (CRE) emitió una resolución, publicada en el [[Diario Oficial de la Federación (México)|Diario Oficial de la Federación (DOF)]] el [[8 de abril|8 de Abril]] del [[2016]], sobre los criterios de eficiencia, calidad, confiabilidad, continuidad, seguridad y sustentabilidad del [[Energía eléctrica en México#Fuentes|Sistema Eléctrico Nacional (SEN)]].<ref>{{Cita web|url=http://www.dof.gob.mx/index.php?year=2016&month=04&day=08|título=Diario Oficial de la Federación (DOF) - Resolución por la que la Comisión Reguladora de Energía expide las Disposiciones Administrativas de carácter general que contienen los criterios de eficiencia, calidad, confiabilidad, continuidad, seguridad y sustentabilidad del Sistema Eléctrico Nacional: Código de Red, conforme dispone el artículo 12, fracción XXXVII de la Ley de la Industria Eléctrica. (Continúa en la Cuarta Sección)|fechaacceso=12 de abril de 2017|autor=|enlaceautor=|fecha=|idioma=|sitioweb=|editorial=}}</ref> En el Manual de conexión de Centros de Carga<ref>{{Cita web|url=http://www.cofemersimir.gob.mx/expediente/18083/mir/39245/regulacion/1868119|título=Manual de Conexión de Centros de Carga - Comisión Reguladora de Energía (CRE)|fechaacceso=12 de abril de 2017|autor=|enlaceautor=|fecha=|idioma=|sitioweb=|editorial=}}</ref> emitido por la comisión figura que las Cargas Convencionales y las Cargas Especiales deberán mantener un factor de potencia entre 0.95 en atraso y 1, medido como promedio mensual.
== Véase también ==
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