La energía reactiva y el factor de potencia

Aunque se trata fenómenos que afectan sólo a la industria y muy poco al sector domestico conviene hacer referencia a los mismos, ya que alguno de nuestros lectores puede estar interesado en conocerlos.

Es bastante complicado explicar, en lenguaje coloquial, los dos conceptos.

Sin embargo, empleando analogías que nos resulten familiares, sí que podremos.

Para empezar hemos de recordar que existen dos tipos de corriente eléctrica:

Una, las de las pilas y baterías, conocida como CC (corriente continua).

Y otra, la de nuestra red eléctrica, denominada CA (corriente alterna).

Ambas tienen su historia, que vamos a comentar de pasada y que nos servirá para fijar ideas.

 

¿Alguien se ha preguntado alguna vez por qué no tenemos corriente continua en nuestras casas?

 

Eso es lo que quería el Sr. Edison, el inventor de la bombilla pero no era factible porque transportar desde la lejana central eléctrica grandes cantidades de electricidad llevaba consigo unas pérdidas muy serias.

 

Sin embargo él persistía en esa idea.

 

Fue un empleado suyo, Nikola Tesla, quién desarrolló la corriente alterna que sí se podía transportar a grandes distancias con unas pérdidas más reducidas gracias a los transformadores, que también realizó a escala industrial.

 

“Dado que la sección de los conductores de las líneas de transporte de energía eléctrica dependen de la intensidad, podemos, mediante un transformador, elevar el voltaje hasta valores muy altos (alta tensión).

Gracias al mismo la energía puede ser distribuida a largas distancias con bajas intensidades de corriente y, por tanto, con bajas pérdidas. Una vez en el punto de utilización o en sus cercanías, el voltaje puede ser de nuevo reducido (con otro transformador) para su uso industrial o doméstico de forma cómoda y segura.”

 

Es sabida la gran rivalidad existente entre ellos, conocida como “la guerra de las corrientes”.

 

“Edison sostenía, para desprestigiarla, que la corriente alterna sólo servía para ser utilizada en la silla eléctrica y para demostrarlo se dedicaba a electrocutar públicamente perros y caballos y con ello poner en entredicho la idea defendida por Tesla.”

 

Edison era autodidacta sin estudios académicos y entender los fenómenos que se originan en circuitos de corriente continua le resultaba fácil, pero no así los de corriente alterna.

 

Sin embargo, Tesla era ingeniero y por ello tenia mayor preparación.

 

En aquella época el circuito de corriente continua estaba formado por la fuente de energía (normalmente una dinamo), una bombilla, una estufa o una plancha más los conductores, interruptores y algún fusible.

 

O sea, los receptores sólo eran resistencias.

 

En corriente alterna pueden existir además otros receptores y esto es muy importante porque ya vamos al meollo del asunto.

 

Esos receptores son las bobinas o solenoides, y los condensadores.

 

Para resumir diremos que salvo el calentador, la plancha, la cafetera, la tostadora, las estufas y las bombillas, el resto de los receptores de una vivienda llevan bobinas (tal es el caso de los motores) y condensadores, o ambos.

 

Pues bien, la existencia de bobinas y condensadores genera una serie de fenómenos que para estudiarlos es necesario tener una base matemática de cierto nivel.

 

Pero, como decíamos al principio, buscaremos formas de explicarlos.

 

Por ejemplo sabemos que si vamos en coche y pretendemos subir una pendiente, perderemos velocidad y posiblemente haya que reducir la marcha para conseguir la potencia necesaria, no sólo para que avance el coche, también para que ascienda. Así resolveremos el problema y seguiremos el viaje.

 

 

Observemos que el trayecto recorrido en esa pendiente es mayor que si se hubiera tratado de una recta.

 

 

Resultado: habremos perdido el ritmo del viaje y gastado más carburante.

¿Qué otra solución tenemos?

Ninguna, a no ser que elijamos otro itinerario u otro destino.

 

Lo cierto es que la carretera tiene esas gracias, inherentes al terreno.

 

También existen “contratiempos” en receptores que tienen motores o transformadores, bobinas en ambos caso.

 

Una bobina conectada en un circuito de corriente alterna presenta un comportamiento curioso y es que no admite de entrada que pase por ella intensidad y se resiste, cosa que no ocurre en corriente continua. Por este motivo la intesidad no está en fase con la tensión, está desfasada.

 

De ahí nace el desfase y en alterna hemos de considerar tres potencias, una llamada activa, otra reactiva y otra aparente.

Las tres coexisten pero realmente la que produce trabajo es la activa.

La reactiva es necesaria para crear los campos magnéticos necesarios para que gire un motor o para crear la tensión secundaria en un transformador.

 

 

¡No podemos prescindir de ella!

 

 

Pero provoca, por decirlo de alguna forma, que haya pérdidas que obligan a sobredimensionar las líneas.

 

La fórmula de la potencia que conociamos como P=V x I, en corriente continua, se ve convertida en:

 

P = V x I x cosφ

 

El cosφ es el factor de potencia, es una relación entre la potencia activa y potencia reactiva. Indica la eficiencia con la que la energía se está utilizando.

 

Puede alcanzar un valor entre 0,25 y 0,99.

 

Un alto factor de potencia, indica una alta eficiencia y por el contrario, un bajo factor de potencia, baja eficiencia.

 

Un bajo factor de potencia, indica que no se está utilizando plenamente la energía, y la solución es compensar la instalación.

 

 

Compensar: poner condensadores en la instalación.

 

 

Así como en la carretera no podemos hacer nada, en la industria se soluciona el tema colocando condensadores porque estos actúan de forma contraria a las bobinas y anulan su efecto.

 

Vamos a explicarlo recurriendo a un circuito ya visto, el de encendido de un tubo fluorescente.

Como sabemos en el circuito existe una reactancia que es una bobina.

Gracias al condensador, puesto en paralelo en los bornes de entrada y que se representa como se aprecia en la figura, conseguimos eliminar el resultado de la bobina pero de tal forma que ésta cumpla su función, la de encender el tubo, pero sus efectos reactivos no pasen al resto de la instalación.

 

De eso se trata.

 

¿Por qué resulta perjudicial y costoso mantener un bajo factor de potencia?

 

El hecho de que exista un bajo factor de potencia en la industria produce los siguientes inconvenientes:

 

Al titular del contrato:

• Aumento de la intensidad de corriente.

• Pérdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión.

• Incrementos de potencia de las máquinas, transformadores, reducción de su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los cables.

La temperatura de los conductores aumenta y con ello disminuye la vida de su aislamiento.

 

 Aumento en la factura por consumo de energía reactiva.

 

 

A la empresa distribuidora de energía:

 

• Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su potencia en KVA debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional.

 

• Mayor dimensionamiento en las líneas de transmisión y distribución así como en los transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva.

 

• Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo que puede afectar la estabilidad de la red eléctrica.