Material necesario: una pinza amperométrica, un tester o voltímetro, el medidor de energía que se encuentra en toda instalación.
Como lo más práctico consiste en corregir el factor de potencia lo más cerca del consumo en la instalación, es probable que necesitemos medir específicamente las variables de ese consumo (tensión, corriente y ángulo de desfasaje). Lo mejor para todas estas mediciones es dejar solo el consumo considerado, conectado en la instalación.
Supongamos que tratamos de corregir el cos φ de un horno de microondas, que podría tener una potencia de 3000 W.
Como ya dijimos, dejamos el consumo solo en la instalación. En esta circunstancia, colocamos algo dentro del horno que le provoque una corriente del 50% de sus posibilidades (1500 W). Lo ponemos en funcionamiento por un lapso de quince minutos, y medimos la tensión que tiene aplicada (suponemos unos 220 V). Luego vamos a ver el medidor de energía, cero kilowattímetros, y registramos cuánta energía consume en cinco minutos. Suponemos haber registrado 0,103 kWh.
Fasorial de corrientes existente
Por lo tanto, 0,103 kWh × 60 min = 6,18 kWmin, y dividiendo esa energía por los cinco minutos que duró la medición, obtenemos 6,18 kWmin/5 min = 1,236 kW.
Si la potencia en watts se divide por la tensión en volts, obtenemos el cos φ, o sea, la corriente activa o la componente real de la corriente del sistema.
Así, 1,236 kW × 1000 W/kW = 1236 W, y entonces 1236 W / 220 V = 5,61 A.
En este punto, medimos la intensidad con la pinza amperométrica; suponemos haber obtenido 8,63 A. Al dividir la corriente activa por la corriente total, obtenemos el cos φ y el ángulo φ, por lo tanto, cos φ = 5,61 A /8,63 A = 0,65, y arco cos 0,65 = 49,45°.
Sabiendo el valor del ángulo φ, calculamos el valor de la componente reactiva multiplicando la corriente total por el sen de φ: Ir = 8,63 A × sen 49,45° = 6,557 A.
Ya tenemos definido el triángulo básico de corrientes existentes, resta definir la condición que queremos tener, es decir a qué ángulo de desfasaje queremos llevar la instalación.
Esta condición la podemos brindar en valor de cos φ o en ángulo. Sabemos igual que con cualquiera de ellos, determinamos el otro.
Fasorial con la corección hecha
Supongamos que nos proponemos llevar la instalación a cos φ = 0,9 (inducción); determinamos entonces el valor del ángulo (arco) cos 0,9 = 25,84°. Ahora determinamos cómo quedará el nuevo triángulo, sabiendo que el cateto activo no variará. La hipotenusa, o la nueva corriente total (o corriente total corregida), será igual a corriente activa sobre cos φ; entonces, Itc = Ia / cos φ = 5,61 A / 0,9 = 6,233 A.
Esto nos permite definir el nuevo valor de la corriente reactiva (o corriente reactiva corregida), que será igual a corriente total por seno φ: Irc = Itc × seno φ = 6,233 A × seno 25,84° = 2,716 A.
El primer valor de corriente reactiva había sido de 6,557 A, y deberán restarse los 2,716 A. Es decir: 6,557 A – 2,716 A = 3,841 A, en 3,841 A (Ic).
Ahora, el problema queda limitado a reducir la corriente reactiva en 3,841 unidades, lo que es igual que decir que con ese valor debemos producir una corriente de efecto contrario a la inductiva.
Sabemos que dicha corriente de efecto contrario es una corriente capacitiva y que se puede determinar dividiendo la tensión del circuito por la reactancia capacitiva aplicada al circuito. Ahora nuestro problema es inverso: conocemos la corriente, y debemos determinar la reactancia que la provoque, por lo tanto, si dividimos la tensión por la corriente, determinamos la reactancia: Xc = U/Ic = 220 V / 3,841 A = 57,276 Ω.
Ahora resta despejar el valor de la capacidad necesaria para provocar la corriente Ic. Este valor, expresado en μF, será: C = 106/2 π f Xc = 106/2 × 3,1416 × 50 Hz × 57,276 Ω = 55,57 μF. Luego, resta calcular el valor de la capacidad necesaria, expresado en potencia reactiva (VAR): Pre = U2 / Xc: 220 V2 / 57,276 Ω = 485 VAR. 
Corrección de cos φ, cálculo por programa
Resumen del procedimiento
Material necesario: una pinza amperométrica, un tester o voltímetro, el medidor de energía, que se encuentra en toda instalación.
- Dejar conectado solo el consumo a medir en la instalación.
- Conectarlo, y colocarle una carga nominal.
- Medir la tensión aplicada.
- Registrar en el medidor kWh, la energía consumida durante, por ejemplo, cinco minutos.
- Calcular la potencia consumida en watts multiplicando lo obtenido por sesenta y por mil, y dividiendo por el tiempo de medición, en minutos.
- La potencia, en watts, la dividimos por la tensión y obtenemos la corriente activa.
- Con la pinza amperométrica, medir la corriente total del circuito.
- Dividir la corriente activa por la corriente total, obteniendo el cos φ y el valor de φ.
- Con el valor de la corriente total multiplicada por el sen φ, obtener la corriente reactiva.
- Se puede construir el triángulo de corrientes existentes o fasorial de corrientes.
- Se puede definir y construir el triángulo de corrientes que se procura con el ángulo φ que se desea.
- Por resta, calcular el valor de la corriente reactiva (capacitiva) que se agregará al circuito.
- Definir el valor de la reactancia capacitiva, dividiendo la tensión por la corriente capacitiva.
- Despejar el valor de la capacidad (en μF) de la reactancia capacitiva.
- Puede calcularse el valor de la potencia reactiva multiplicando la tensión aplicada por la corriente reactiva.
- Conectar el capacitor calculado, en paralelo con el consumo, y lo más próximo a él, en el circuito.
Si el valor del capacitor determinado no existiera como valor comercial, puede tratar de componerse con capacitores de distinto valor, en paralelo. Se deberá mantener el valor de la tensión de línea, como mínimo, en todos ellos. Si luego de esto, no se alcanza un valor aproximado, será necesario replantear el cálculo con el valor obtenido en la realidad para verificar si la corriente o la energía reactiva se mantienen dentro de los valores admisibles.
Nota del autor:
Este método que se publica aquí hoy fue redactado con una intención didáctica, para que resultara útil a mis alumnos de las escuelas técnicas. Por tal motivo, podrán ver que se obtienen datos que resultarán superfluos para quien los utilice en una aplicación práctica. Además, el método puede resultar algo engorroso, comparado con el uso de ábacos que suministran las firmas proveedoras de equipos correctores automáticos. Lo que sucede es que quien entiende este método puede usar cualquier otro con toda solvencia, y advertir errores involuntarios en cualquiera de ellos. Es similar a lo que sucede al usar una calculadora conociendo las operaciones, en lugar de hacerlo mecánicamente. Al final de la nota se exhibe una planilla en Excel en la que se realizan las operaciones con toda rapidez, detalladas en el texto. A quien esté interesado en conocer las fórmulas empleadas en esa planilla, tendré mucho gusto de enviársela, si me es solicitada. |
