CÁLCULO DE LA POTENCIA DE UN BANCO DE CONDENSADORES
Método del factor K para corregir el factor de potencia
La compensación de energía reactiva permite reducir la corriente demandada, disminuir pérdidas eléctricas y evitar penalizaciones por bajo factor de potencia. El método del factor K facilita una estimación inicial de la potencia requerida del banco de condensadores.
¿Qué representa el factor K?
El factor K representa la diferencia entre la tangente del ángulo correspondiente al factor de potencia actual y la tangente del ángulo asociado al factor de potencia deseado. Al multiplicarlo por la potencia activa de la instalación se obtiene la potencia reactiva capacitiva necesaria.
Fórmula de cálculo
Donde Qc es la potencia del banco en kVAR, P es la potencia activa en kW, φ₁ corresponde al factor de potencia existente y φ₂ al factor de potencia que se desea alcanzar.
P
Potencia activa total de la instalación, expresada en kilowatts.
Qc
Potencia reactiva capacitiva requerida, expresada en kVAR.
K
Factor de compensación obtenido mediante tabla o cálculo trigonométrico.
cos φ
Factor de potencia antes y después de la compensación.
Procedimiento de cálculo
Medir la potencia activa
Determine la demanda real en kW mediante un analizador de redes o los registros eléctricos de la planta.
Obtener el factor de potencia actual
Utilice mediciones reales, preferiblemente durante diferentes condiciones de carga.
Definir el factor de potencia objetivo
Seleccione un valor técnicamente conveniente, evitando una compensación excesiva.
Determinar el factor K
Obtenga K mediante la tabla de compensación o calculando la diferencia entre ambas tangentes.
Calcular los kVAR
Multiplique la potencia activa en kW por el factor K.
Seleccionar el banco comercial
Elija una capacidad normalizada y defina la cantidad de etapas según la variación de carga.
Ejemplo de cálculo
Potencia activa
Factor de potencia actual
Factor de potencia deseado
Factor K
Qc = 100 kW × 0.421
Qc = 42.1 kVARPara esta instalación se requiere aproximadamente un banco de 42.1 kVAR. En la práctica podría evaluarse una solución comercial de 45 kVAR, preferiblemente automática y dividida en etapas para evitar sobrecompensación durante períodos de baja carga.
Verificación matemática del factor K
Cuando no se dispone de una tabla, el factor K puede determinarse directamente a partir de los factores de potencia.
φ₁ = cos⁻¹(0.83) → tan φ₁ ≈ 0.672
φ₂ = cos⁻¹(0.97) → tan φ₂ ≈ 0.251
K = 0.672 − 0.251 = 0.421
Valores orientativos del factor K
La tabla muestra valores aproximados. Para diseños definitivos se recomienda verificar el cálculo con datos medidos y herramientas de ingeniería.
| FP actual | Objetivo 0.90 | Objetivo 0.95 | Objetivo 0.97 | Objetivo 0.98 |
|---|---|---|---|---|
| 0.70 | 0.536 | 0.692 | 0.769 | 0.817 |
| 0.75 | 0.398 | 0.553 | 0.631 | 0.679 |
| 0.80 | 0.266 | 0.421 | 0.499 | 0.547 |
| 0.83 | 0.188 | 0.343 | 0.421 | 0.469 |
| 0.85 | 0.135 | 0.291 | 0.368 | 0.417 |
| 0.90 | 0.000 | 0.156 | 0.233 | 0.282 |
Banco fijo
Se conecta de forma permanente o junto con una carga específica. Es apropiado cuando la demanda reactiva permanece relativamente constante.
- Motores individuales.
- Transformadores.
- Cargas de operación continua.
- Compensación localizada.
Banco automático
Conecta y desconecta etapas mediante un regulador de factor de potencia, adaptándose a la variación de carga de la planta.
- Plantas con demanda variable.
- Múltiples motores.
- Procesos por turnos.
- Reducción de sobrecompensación.
Ejemplo de distribución por etapas
Para un banco automático próximo a 45 kVAR, la distribución debe permitir una regulación progresiva y estable.
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
Cálculo de la corriente del banco trifásico
La corriente permite seleccionar conductores, protecciones, contactores y barras. Para un banco de 45 kVAR a 480 V, la corriente nominal aproximada es de 54 A. La selección definitiva debe incluir tolerancias, armónicos, temperatura y recomendaciones del fabricante.
Precaución con los armónicos
En instalaciones con variadores de frecuencia, rectificadores, UPS, soldadoras u otras cargas no lineales, los condensadores pueden amplificar corrientes armónicas y entrar en resonancia con la red.
Antes de instalar un banco se recomienda medir la distorsión armónica y evaluar el uso de reactores de rechazo o bancos desintonizados.
Datos necesarios para el diseño definitivo
Errores frecuentes
- Dimensionar con datos de placa y no con mediciones reales.
- Corregir el factor de potencia hasta 1.00.
- Instalar un banco fijo en una carga variable.
- No considerar armónicos.
- No verificar la tensión nominal del condensador.
- Seleccionar contactores convencionales.
- No instalar protección individual por etapa.
- No considerar la temperatura del gabinete.
- Ignorar el perfil de operación de la planta.
- No realizar mantenimiento periódico.
Beneficios de una compensación correctamente diseñada
Reduce la corriente reactiva que circula por transformadores y conductores.
Disminuye el calentamiento asociado a las pérdidas eléctricas.
Libera capacidad en cables, tableros y transformadores.
Puede ayudar a reducir caídas de tensión en la instalación.
Mejora el cumplimiento de los requerimientos de la distribuidora eléctrica.
Optimiza el uso de la infraestructura eléctrica existente.
Servicios de compensación reactiva
MECHATRONICS SOLUTION S.A. DE C.V.
Medición, cálculo, diseño, suministro e instalación de bancos de condensadores para sistemas eléctricos industriales.
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