No toda la energía que circula por los cables de una planta es consumida también por las máquinas. Con una conexión de CA, a menudo hay que lidiar con la potencia reactiva y el coseno phi. La potencia reactiva es la potencia que fluye por los cables, causa calor y pérdida de energía, pero no es consumida por las máquinas. La magnitud de la potencia reactiva viene determinada por el coseno phi. ¿Cómo funciona exactamente? Los expertos de Sensorfact se lo explican
La potencia reactiva es la carga que pasa por los cables pero no puede ser consumida por las máquinas. Como pasa a través de los cables, ocupa parte de la capacidad de estos cables de alimentación. Así, con una potencia reactiva elevada, el mismo cable puede proporcionar menos potencia útil. Además, la potencia reactiva (al igual que la activa) genera calor a medida que circula por el cable. Esto provoca una mayor pérdida de energía durante la transmisión.
La potencia reactiva no aumenta directamente el consumo de los equipos, pero supone mayores costes y pérdidas de energía en la transmisión para los operadores de la red. Por ello, los operadores de red pueden cobrar costes adicionales por la potencia reactiva de los grandes consumidores.
La parte de la energía que realmente se consume es la energía activa. La verá en su factura de la luz como su consumo de energía "normal". La potencia reactiva es lo que usted, como gran consumidor, encontrará en su factura de la luz como potencia reactiva. En muchos países, el coseno phi se menciona explícitamente en la factura de la luz.
La potencia reactiva es consecuencia de una conexión de corriente alterna (CA). La red eléctrica y muchas fábricas de Europa utilizan una conexión de CA. En una conexión de este tipo, la tensión (V) y la corriente (I) fluctúan entre valores positivos y negativos como una onda. La potencia real (P) que fluye a través de la conexión viene dada entonces por P = V * I. Lo ideal es que la tensión y la corriente estén exactamente sincronizadas (o en fase), de modo que siempre sean ambas positivas o ambas negativas. Esto se debe a que entonces, la potencia es positiva en todo momento. En este caso, sólo hay potencia activa y no potencia reactiva.
En la práctica, las ondas de tensión y corriente no siempre cambian de signo al mismo tiempo. Esto puede deberse a diversos equipos, como transformadores o electroimanes. Como resultado, la potencia se vuelve negativa en algunos momentos. Estos momentos constituyen la potencia reactiva.
La potencia que se espera en una conexión de corriente alterna (CA) en la que la tensión y la corriente están perfectamente sincronizadas se denomina potencia total o aparente. La relación entre la potencia activa y la potencia aparente se denomina factor de potencia y se expresa mediante el coseno phi. El coseno phi es un número comprendido entre 0 y 1 y es, por tanto, una medida de cuánto se retrasan entre sí la tensión y la corriente (el desfase). Si el coseno phi es 1, la potencia activa es igual a la potencia aparente y, por tanto, no hay potencia reactiva.
Un coseno phi de 0,9 indica que la potencia activa es igual a 0,9 * potencia aparente. Con un coseno phi más alto, una mayor parte de la potencia total que pasa por las líneas eléctricas puede ser consumida realmente por las máquinas. Como resultado, se necesita menos capacidad de transmisión (tanto en la planta como en la red eléctrica) y hay menos pérdida de energía durante la transmisión. Además, los operadores de la red suelen cobrar a los grandes consumidores con cosenos phi de 0,85 e inferiores.
La potencia aparente, la potencia activa y la potencia reactiva están relacionadas según la fórmula siguiente:
(Potencia aparente)² = (Potencia real)² + (Potencia reactiva)²
Basándonos en esta relación, también podemos encontrar las fórmulas para la potencia real y ciega expresada en potencia aparente:
Potencia real = Potencia aparente * cos φ
Potencia reactiva = Potencia aparente * sen φ
Para aclarar la relación entre potencia aparente y potencia real, se suele hacer una comparación con un vaso de cerveza. El vaso de cerveza simboliza el sistema eléctrico. La cerveza es la potencia activa, la espuma es la potencia reactiva.
Tanto una potencia activa demasiado alta como una potencia reactiva demasiado alta pueden provocar el desbordamiento del vaso de cerveza. En ese momento, por tanto, la red eléctrica se sobrecarga. Una disminución de la potencia reactiva (la espuma) puede dejar más espacio para la potencia activa (la cerveza), sin necesidad de un vaso más grande (más capacidad de conexión). Así, se puede utilizar más potencia útil sin desbordar el vaso.
Si el coseno phi es demasiado bajo, el operador de la red incurre en costes adicionales porque tiene que transmitir potencia reactiva. Por ello, según su ubicación, los operadores de red pueden utilizar un límite inferior para el coseno phi de 0,85. Un coseno phi más bajo provoca más desgaste y una mayor carga en la red eléctrica. Por lo tanto, los operadores de red pueden dar servicio a menos empresas con las mismas conexiones. Se necesitan transformadores más grandes y más cobre.
Por la potencia reactiva consumida con un cosinus phi inferior a 0,85, los operadores de red de países como Holanda suelen cobrar una tarifa extra. Así que usted paga una penalización si su cosinus phi es demasiado bajo y el operador de la red tiene que transportar mucha potencia reactiva. De este modo, los operadores de la red esperan animar a las empresas industriales a tomar medidas cuando el cosinus phi sea demasiado bajo. Por lo tanto, es ventajoso asegurarse de mantener su coseno phi lo más cerca posible de 1. Así podrá aumentar usted mismo su capacidad de consumo sin necesidad de una nueva conexión y no se arriesgará a una multa.
En algunas regiones, como en Flandes, el operador de la red utiliza un límite inferior para el coseno phi. Este límite es más alto que en los Países Bajos; a partir de un coseno phi de aproximadamente 0,95 ya se pueden cargar costes adicionales a los grandes consumidores. Con un coseno phi inferior a 0,72, esos costes suben aún más. Además, en Flandes, en los momentos en los que el consumo es bajo (menos del 10% de la potencia máxima en los últimos 12 meses, medida cada 15 minutos) se cobra una cantidad mínima de potencia reactiva. Por lo tanto, si su consumo de energía fluctúa mucho, es posible que tenga que hacer frente a costes adicionales por potencia reactiva, dependiendo de su país. Una razón más para mantener su cos phi lo más alto posible.
Además de una penalización, hay otras desventajas de un cos phi bajo o una potencia reactiva demasiado alta:
La potencia reactiva suele estar causada por máquinas que crean campos magnéticos. Transformadores, electroimanes, motores eléctricos, iluminación y ordenadores pueden afectar al coseno phi. Los emplazamientos industriales suelen tener más máquinas con fuertes campos magnéticos. Por lo tanto, es más probable que estas ubicaciones tengan un coseno phi más bajo. Las conexiones domésticas y de locales comerciales tienen menos probabilidades de sufrir un coseno phi demasiado bajo. Por esta razón, sólo los grandes consumidores tienen que pagar cuando el coseno phi es demasiado bajo.
La divergencia de las ondas de tensión y de corriente también se denomina desplazamiento de fase. Con un coseno phi perfecto de 1, las dos ondas discurren exactamente en fase; con un coseno phi bajo, se produce un desplazamiento de fase. Ese desplazamiento de fase suele deberse a los campos magnéticos generados por las máquinas. En particular, los grandes consumidores con fuertes campos magnéticos sufren un desplazamiento de fase.
No todos los dispositivos proporcionan el mismo tipo de desplazamiento de fase. Podemos dividir la potencia reactiva en dos tipos: la potencia reactiva inductiva (o positiva) proporciona un desplazamiento de fase hacia delante, mientras que la potencia reactiva capacitiva (o negativa) proporciona un desplazamiento de fase hacia atrás.
En la energía reactiva inductiva, para que los dispositivos funcionen, se necesita energía para magnetizar las bobinas. Esto ocurre, por ejemplo, en los motores eléctricos y los transformadores. Esta potencia se denomina potencia reactiva inductiva. En este caso, la corriente va por detrás de la tensión.
La potencia reactiva capacitiva surge de cargas capacitivas, como los condensadores. Ejemplos de dispositivos que pueden causar potencia reactiva capacitiva son los componentes de iluminación y de ordenadores. En la potencia reactiva capacitiva, la corriente va por delante de la tensión.
La potencia reactiva inductiva y capacitiva tienen en realidad efectos opuestos. Por lo tanto, pueden utilizarse para anularse mutuamente. El tamaño y el tipo de potencia reactiva de todo un edificio comercial es, en última instancia, una suma de todos los tipos de corriente reactiva del edificio. Los locales industriales se ven afectados sobre todo por la corriente reactiva inductiva.
Además del desplazamiento de fase, también puede haber potencia reactiva armónica. Esto se debe a los dispositivos que crean cargas no lineales en la red eléctrica. Estos dispositivos utilizan la energía no en una onda sinusoidal uniforme, sino en pulsos irregulares. Como resultado, distorsionan las ondas de tensión en la red eléctrica. Esto se denomina contaminación armónica y también provoca potencia reactiva. Algunos ejemplos de estos dispositivos son la iluminación LED, los sistemas de climatización y los ordenadores.
Así que, en total, la potencia reactiva se compone de tres tipos diferentes de potencia reactiva: inductiva, capacitiva y armónica.
Además del desplazamiento de fase, también puede producirse potencia reactiva armónica. Esto se debe a los dispositivos que crean cargas no lineales en la red eléctrica. Estos dispositivos no utilizan la energía en una onda sinusoidal uniforme, sino en impulsos irregulares.
Ejemplos de estos dispositivos son la iluminación LED, los sistemas de climatización y los ordenadores. Los impulsos generados por estos dispositivos hacen que la energía fluya de vuelta a otras partes de la red eléctrica. Esto se denomina contaminación armónica y provoca potencia reactiva.
Así pues, en total, la potencia reactiva se compone de tres tipos diferentes de potencia reactiva: inductiva, capacitiva y armónica.
La potencia reactiva inductiva puede compensarse mediante una batería de condensadores. Una batería de condensadores compensa, por ejemplo, el desfase causado por las bobinas magnetizadoras.
Una batería de condensadores proporciona potencia reactiva capacitiva, que compensa localmente el desplazamiento de fase de la potencia reactiva inductiva. Así, esta potencia reactiva ya no necesita ser transmitida por el operador de la red. Como resultado, el coseno phi de la conexión sube y los costes para el operador de la red bajan.
Las ventajas de una batería de condensadores de un vistazo:
Un generador VAR estático evita el desfase "inyectando" corriente. El generador VAR detecta el coseno phi y si se trata de potencia reactiva inductiva o capacitiva. Como el generador VAR inyecta corriente en el momento adecuado, funciona tanto contra la potencia reactiva inductiva como contra la capacitiva.
Los asesores energéticos de Sensorfact utilizan un software inteligente para identificar las oportunidades de aumentar su coseno phi y su eficiencia energética en general. Hasta ahora, nuestros clientes han ahorrado hasta un 10-15% en las facturas de energía. Teniendo en cuenta los precios actuales del gas y la electricidad, ¡esto suele suponer más de 100.000 euros de ahorro potencial anual!
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