En ingeniería eléctrica, el factor de potencia de un sistema de potencia eléctrica de CA se define como la relación entre la potencia real que fluye a la carga y la potencia aparente en el circuito, y es un número adimensional en el intervalo cerrado de -1 a 1. A El factor de potencia de menos de uno significa que las formas de onda de voltaje y corriente no están en fase, reduciendo el producto instantáneo de las dos formas de onda (V x I). El poder real es la capacidad del circuito para realizar trabajos en un momento determinado. La potencia aparente es el producto de la corriente y el voltaje del circuito. Debido a la energía almacenada en la carga y devuelta a la fuente, o debido a una carga no lineal que distorsiona la forma de onda de la corriente extraída de la fuente, la potencia aparente será mayor que la potencia real. Se produce un factor de potencia negativo cuando el dispositivo (que normalmente es la carga) genera energía, que luego fluye hacia la fuente, que normalmente se considera el generador.
En un sistema de energía eléctrica, una carga con un factor de potencia bajo consume más corriente que una carga con un factor de potencia alto para la misma cantidad de potencia útil transferida. Las corrientes más altas aumentan la energía perdida en el sistema de distribución y requieren cables más grandes y otros equipos. Debido a los costos de equipos más grandes y el desperdicio de energía, las compañías eléctricas generalmente cobrarán un costo más alto a los clientes industriales o comerciales donde haya un bajo factor de potencia.
Las cargas lineales con bajo factor de potencia (como los motores de inducción) se pueden corregir con una red pasiva de condensadores o inductores. Las cargas no lineales, como los rectificadores, distorsionan la corriente extraída del sistema. En tales casos, la corrección del factor de potencia activa o pasiva puede usarse para contrarrestar la distorsión y elevar el factor de potencia. Los dispositivos para la corrección del factor de potencia pueden estar en una subestación central, distribuidos en un sistema de distribución o integrados en equipos que consumen energía.
Importancia del factor de potencia:
La mayoría de las máquinas eléctricas de CA extraen de la potencia aparente de suministro en términos de kilovoltios amperios (kVA) que exceden la potencia útil, medida en kilovatios (kW), requerida por la máquina. La relación de estas cantidades se conoce como el factor de potencia de la carga y depende del tipo de máquina en uso. Suponiendo un voltaje de suministro constante, esto implica que se toma más corriente de la autoridad eléctrica de la que realmente se requiere.
Factor de potencia = (potencia real) / (potencia aparente) = kW / kVA
Una gran proporción de la maquinaria eléctrica utilizada en la industria tiene un factor de potencia inherentemente bajo, lo que significa que las autoridades de suministro tienen que generar mucha más corriente de la que se requiere teóricamente. Este exceso de corriente fluye a través de generadores, cables y transformadores de la misma manera que la corriente útil. Los requisitos de potencia motriz generalmente son mayores que las cargas resistivas como la iluminación y la calefacción. Si no se toman medidas para mejorar el factor de potencia de la carga, todo el equipo desde la estación de energía hasta el cableado del subcircuito de fábrica debe ser más grande de lo necesario. Esto da como resultado un mayor gasto de capital y mayores pérdidas de transmisión y distribución en toda la red de suministro.
Para superar este problema y al mismo tiempo garantizar que los generadores y los cables no estén sobrecargados con corriente sin vatios (como se denomina este exceso de corriente), las autoridades de suministro a menudo ofrecen condiciones reducidas a los consumidores cuyo factor de potencia es alto o imponen sanciones a aquellos con bajo factor de potencia. La mayoría de las autoridades de suministro insisten en que se logra un factor de potencia de al menos 0,90. Mejorar el factor de potencia ayuda a reducir el consumo general de electricidad.
Aranceles
Los cargos por electricidad se basan en varias tarifas que varían tanto en estructura como en costo de un lugar a otro. También se realizan varios cargos permanentes y un cargo de conexión. Por lo general, la electricidad cobrada se basará en:
(i) una carga permanente basada en el kilovatio total de los motores instalados o en el kilovatio del motor instalado más grande;
(ii) sobre el número de unidades consumidas;
(iii) un cargo adicional por unidades cuando se excede un nivel máximo acordado, denominado el cargo de demanda máxima.
La carga permanente (i) se aplica independientemente de la cantidad de electricidad consumida o de la frecuencia con la que se usa el equipo. El cargo (ii) es un cargo acumulativo para tener en cuenta la cantidad de electricidad utilizada en un período particular. No todas las unidades se cobran necesariamente a la misma tarifa. La empresa de suministro proporciona un medidor para esto. El cargo de demanda máxima (iii) es un cargo de penalización que se aplica si la cantidad de electricidad utilizada en un período específico (generalmente 0,5 horas) excede un nivel previamente acordado entre el proveedor y el usuario. Su objetivo es nivelar la demanda al disuadir a los usuarios de consumir una gran cantidad de electricidad por poco tiempo. Se proporciona un medidor separado para esto; mide kVA en lugar de kW. Algunas autoridades ofrecen tarifas reducidas dependiendo de cómo y cuándo se utiliza la electricidad.
Generadores:
Si la red eléctrica no está disponible o no es adecuada de alguna manera, un método alternativo para obtener electricidad es usar un grupo electrógeno. Pequeños conjuntos de unos pocos kVA de capacidad pueden funcionar con gasolina, pero normalmente funcionan con motores diesel. El tamaño del conjunto requerido depende de la salida requerida y de las características iniciales de los diversos elementos del equipo. El proveedor de la maquinaria de fábrica de piensos generalmente puede aconsejar sobre el tamaño más adecuado para la instalación particular. Cuando la instalación consta de varios motores pequeños, un conjunto un poco más grande que la suma total de los kilovatios del motor suele ser adecuado, pero se expresa en kVA en función de un factor de potencia normalmente de 0,8. Sin embargo, si solo uno de los motores es grande en comparación con la carga total, se necesita un grupo electrógeno más grande para evitar caídas de voltaje indebidas cuando se arranca ese motor en particular, ya que tales caídas afectarán el equipo que ya está funcionando. Para una operación satisfactoria, el motor diesel requerirá un mantenimiento regular.
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