factor de potencia

En un circuito de CA, las ondas de voltaje y corriente pueden desfasarse entre sí. El factor de potencia cuantifica esta desalineación. Es el coseno del ángulo de fase entre el voltaje y la corriente, expresado como un decimal entre 0 y 1, o a veces como un porcentaje. Un factor de potencia de 1.0 (o 100%) significa que el voltaje y la corriente están perfectamente sincronizados; cada amperio que fluye a través del circuito contribuye a la potencia real y utilizable. Un factor de potencia de 0.8 significa que solo el 80% de la corriente que está consumiendo realmente realiza trabajo; el resto es corriente reactiva que oscila de un lado a otro sin entregar energía.

La distinción importa porque las empresas de servicios públicos le facturan por la potencia aparente (medida en voltio-amperios), pero solo la potencia real (medida en vatios) realiza un trabajo útil. Si su planta utiliza motores, transformadores y balastos fluorescentes, su carga es inductiva, lo que empuja la corriente por delante del voltaje. La corriente adelanta al voltaje en cargas capacitivas. En ambos casos, el ángulo de fase se amplía, el factor de potencia disminuye y su medidor lee una potencia aparente más alta que el trabajo real que se está realizando. Una instalación de fabricación que consume 100 amperios con un factor de potencia de 0.75 está consumiendo la misma potencia aparente que una que consume 75 amperios con un factor unitario, pero produciendo la misma salida.

Los motores de inducción son los principales culpables en entornos industriales. Su corriente de magnetización crea un componente reactivo que retrasa el voltaje entre 20 y 40 grados bajo carga normal, con factores de potencia típicos que oscilan entre 0.85 y 0.90. Los transformadores aportan reactancia adicional. Muchas empresas de servicios públicos imponen multas a los clientes cuyos factores de potencia caen por debajo de 0.90, o incluso 0.95, porque un factor de potencia bajo consume capacidad adicional en las líneas de transmisión y distribución. Algunos sitios instalan bancos de capacitores en puntos clave de la distribución eléctrica para compensar el retraso inductivo, elevando el factor de potencia hacia la unidad y reduciendo tanto los cargos de la empresa de servicios públicos como las pérdidas del sistema.

Medición y corrección

El factor de potencia se mide con un analizador de potencia que muestrea simultáneamente las formas de onda de voltaje y corriente y calcula su relación de fase. Los medidores mecánicos de factor de potencia, basados en principios de hierro móvil o electrodinámicos, son menos comunes ahora; los medidores digitales proporcionan lecturas directas y registro de tendencias. El signo del ángulo de fase importa: las cargas inductivas muestran un factor de potencia en retraso; las cargas capacitivas muestran un factor de potencia en adelanto. Las empresas de servicios públicos suelen preocuparse solo por el factor de potencia en retraso en los clientes industriales.

Elevar el factor de potencia ahorra dinero y reduce el calentamiento en los conductores. Los capacitores en derivación se instalan en paralelo con la carga y se ajustan para cancelar la reactancia inductiva de motores y transformadores. Los capacitores en serie son raros en los sistemas de CA industriales debido a los riesgos de resonancia. La corrección activa del factor de potencia, utilizando convertidores de estado sólido para inyectar corriente armónica que cancela el componente reactivo, está ganando terreno en instalaciones con cargas variables o no lineales, como variadores de frecuencia y fuentes de alimentación conmutadas, que a su vez distorsionan el factor de potencia.