Calculadora de factor de potencia

PF = P / S, con S = V × I, y Q = √(S² − P²)

P

La potencia activa, en vatios o kilovatios: la potencia que hace trabajo de verdad y que aparece en el contador como energía consumida. Es el cateto horizontal del triángulo de potencias, y es la magnitud que suele figurar en la placa de características, que es justo por lo que las otras dos hay que medirlas aparte. En una carga puramente resistiva, como un calentador, toda la potencia aparente es activa y el factor de potencia es 1

S

La potencia aparente, en voltamperios, que aquí se calcula multiplicando la tensión de alimentación por la corriente que absorbe la carga. Es para lo que hay que dimensionar los cables, los interruptores y el suministro, haga trabajo o no una parte de ella. Se mide en voltamperios y no en vatios porque en corriente alterna el producto de la tensión eficaz por la corriente eficaz no es el ritmo al que se consume energía salvo que las dos estén en fase

Q

La potencia reactiva, en var, que es la parte de la potencia aparente que no es activa. No es energía perdida: es energía que entra en el campo magnético de un motor o en el campo eléctrico de un condensador y vuelve a salir en cada semiciclo. No hace trabajo, pero la corriente que la transporta sí calienta los cables, y por eso se cobra de forma indirecta a través del factor de potencia y no a través del contador de kilovatios hora

PF

El factor de potencia propiamente dicho, la potencia activa dividida entre la aparente, un número entre 0 y 1 para una carga normal. No puede pasar de 1, porque la potencia activa nunca puede superar a la aparente de la que sale. Por encima de 0,95 se considera que la carga es buena; por debajo de 0,85 las distribuidoras empiezan a interesarse. Las cargas capacitivas dan un factor de potencia adelantado y las inductivas uno retrasado, y la distinción importa a la hora de corregirlo aunque esta página solo informe del valor absoluto

φ

El ángulo de fase, en grados, con el que la corriente se retrasa o se adelanta respecto a la tensión. Es la misma información que el factor de potencia expresada como ángulo en lugar de como relación: el factor de potencia es el coseno de este ángulo, así que un factor de 0,87 es un ángulo de unos 29,6 grados. El ángulo es más útil si después vas a sumar vectores, porque sumar corrientes en un circuito con desfase obliga a sumar vectores y no números

Recurres a ella cuando alguien dice que la corriente que absorbe su equipo es mayor de lo que sugería la placa de características, porque eso es casi siempre una cuestión de factor de potencia y no una avería. Un motor de 8 kW a 230 V absorbería 34,8 A si fuera perfecto; con un factor de potencia de 0,87 absorbe 40 A, y los 5,2 A de más no hacen ningún trabajo útil. Úsala antes de dimensionar un cable o un automático para un motor, un compresor, una soldadora o cualquier cosa con bobina, porque todo eso se dimensiona por corriente y la corriente es mayor de lo que sugiere la potencia. No hace falta para un calentador resistivo: ahí el factor de potencia es 1 y basta con la calculadora de potencia.

1. Los valores por defecto: 8 kW de una red de 230 V absorbiendo 40 A

   1. Potencia activa 8000 W, red 230 V, corriente 40 A
   2. La potencia aparente es 230 × 40 = 9200 VA
   3. El factor de potencia es 8000 / 9200 = 0,87
   4. La potencia reactiva es √(9200² − 8000²) = 4543,1 var, y el ángulo de fase es el ángulo cuyo coseno es 0,87, o sea 29,59°

   Mira la corriente antes de mirar el factor de potencia. Esta carga consume 8 kW pero absorbe 40 A, y si fuera puramente resistiva absorbería 8000 / 230 = 34,8 A. La diferencia, 5,2 A, es el coste práctico de un factor de potencia de 0,87: cada componente del camino que va del contador al motor, cable incluido, tiene que estar dimensionado para 40 A y no para 34,8 A. Por eso le importa a la distribuidora y por eso los cables se dimensionan por potencia aparente. Puedes comprobar las cuatro filas entre sí: 8000² + 4543,1² es 9200² salvo redondeo.

2. Una carga resistiva: el factor de potencia es exactamente 1

   1. Potencia activa 2000 W, red 200 V, corriente 10 A
   2. La potencia aparente es 200 × 10 = 2000 VA, exactamente igual que la activa
   3. El factor de potencia es 2000 / 2000 = 1
   4. La potencia reactiva es √(2000² − 2000²) = 0 var y el ángulo de fase es 0°

   Esto es un hervidor, un calentador de inmersión o una lámpara incandescente: corriente y tensión en fase, cada amperio haciendo trabajo, nada circulando. Es el techo de la escala y merece verse una vez, porque enseña que 1 no es una buena nota sobre un total mayor: es el punto en el que la potencia aparente y la activa son la misma magnitud y el triángulo de potencias se queda en una línea. En una instalación real no lo alcanza nada que no sea una resistencia pura, y un motor que anuncia 1,0 en su placa está citando un ideal y no una medida.

3. Un motor poco cargado: 8 kW absorbiendo 50 A

   1. Potencia activa 8000 W, red 230 V, corriente 50 A
   2. La potencia aparente es 230 × 50 = 11500 VA
   3. El factor de potencia es 8000 / 11500 = 0,696
   4. La potencia reactiva es √(11500² − 8000²) = 8261,4 var, y el ángulo es 45,92°

   Así se ve un motor cuando trabaja muy por debajo de su carga nominal, y es la causa más común de un factor de potencia sorprendentemente bajo en un edificio real. El motor sigue necesitando su corriente de magnetización para mantener el campo magnético en pie, y esa corriente no se encoge cuando la carga mecánica baja; así que cuando la potencia activa cae, el factor de potencia cae con ella. La solución, en la mayoría de los casos, no es eléctrica: hacer trabajar el motor más cerca de su valor nominal, o instalar condensadores de corrección dimensionados para la carga real y no para la placa.

4. Una instalación corregida: 8 kW absorbiendo 36 A

   1. Potencia activa 8000 W, red 230 V, corriente 36 A
   2. La potencia aparente es 230 × 36 = 8280 VA
   3. El factor de potencia es 8000 / 8280 = 0,966
   4. La potencia reactiva baja a 2135 var y el ángulo a 14,94°

   El mismo trabajo, 8 kW, pero la corriente ha bajado de 40 A a 36 A. Del motor no ha cambiado nada; la potencia reactiva que absorbía la suministran ahora unos condensadores locales en lugar de traerse desde el origen. Ese es todo el sentido de la corrección del factor de potencia, y el número que hay que mirar es la corriente, no el factor: la potencia aparente ha caído un 10 %, así que el cable, el transformador y las pérdidas de ambos son un 10 % menores sin coste alguno. Las distribuidoras cobran a los clientes industriales exactamente por esta diferencia, y por eso la corrección se paga sola.

Este es un cálculo monofásico. Una carga trifásica equilibrada necesita la raíz de tres en la potencia aparente y no está cubierta aquí. La corriente y la tensión que escribas deben ser valores eficaces medidos en el mismo punto y en el mismo instante, porque el cociente entre dos números leídos en momentos distintos no significa nada. La página informa del valor absoluto del factor de potencia y no de su signo, así que un factor capacitivo adelantado y uno inductivo retrasado se ven iguales, aunque corregirlos exija acciones opuestas.

¿Por qué la corriente es mayor que la que dice la placa de características?

Porque la placa da la potencia activa, en vatios, y la corriente la fija la potencia aparente, en voltamperios. Un motor de 8 kW a 230 V absorbería 34,8 A si el factor de potencia fuera 1; con 0,87 absorbe 40 A. Esa corriente de más no está haciendo trabajo, circula entre el suministro y el campo magnético del motor, pero el cable tiene que llevarla y el automático tiene que tolerarla. Así que la corriente de una carga es siempre como mínimo su potencia dividida entre su tensión, y en cualquier cosa con bobina es bastante más.

¿Un factor de potencia bajo desperdicia electricidad?

No en el sentido que sugiere la pregunta. La potencia reactiva no se consume: la energía entra en el campo magnético del motor y vuelve a salir en cada semiciclo, así que el contador de kilovatios hora, que cuenta potencia activa, no la cobra. Lo que sí cuesta es corriente, y la corriente cuesta dinero dos veces: una por el cable, el transformador y los interruptores más grandes que necesita la instalación, y en muchos países otra más por el recargo por factor de potencia de la tarifa industrial. Merece la pena corregirlo, pero el ahorro está en la capacidad y en el recargo, no en la energía.

¿Qué factor de potencia es bueno?

Por encima de 0,95 se considera bueno en general, y alrededor de 0,9 es lo más bajo que la mayoría de las distribuidoras aceptan sin decir nada con una tarifa industrial típica. Por debajo de 0,85 empiezan los recargos, y el umbral exacto y el importe dependen del contrato y no de la física, que es la razón de que esta página no muestre ningún distintivo de color: a un contador doméstico no se le mide el factor de potencia, así que un número que sería un problema en una fábrica no significa nada en una casa. Si te están cobrando, lee la tarifa y no una regla de tres.

¿Qué es el triángulo de potencias?

Es el triángulo rectángulo cuyos lados son la potencia activa, la potencia reactiva y la potencia aparente, con la aparente como hipotenusa. Como los dos lados que trabajan y que circulan están en ángulo recto, se suman como vectores y no como números: 8000 W de potencia activa y 4543 var de reactiva dan 9200 VA de aparente, no 12543. El ángulo de abajo es el ángulo de fase, y el coseno de ese ángulo es el factor de potencia. Todas las relaciones de esta página son afirmaciones sobre ese triángulo.

¿Cómo corrijo un factor de potencia bajo?

Suministrando la potencia reactiva en el propio punto de consumo, lo que en la práctica significa baterías de condensadores conectadas cerca de la carga. Un condensador absorbe una corriente adelantada que cancela la corriente retrasada que absorbe la inductancia del motor, así que al suministro solo le queda entregar la parte activa. El ejemplo de esta página es la forma que tiene: los mismos 8 kW que absorbían 40 A se quedan en 36 A en cuanto la potencia reactiva se genera en el sitio en lugar de importarla. La corrección hay que dimensionarla con la carga real medida, no con la placa, y pasarse por encima de 1,0 es a su vez un problema.

¿Sirve para suministros trifásicos?

No directamente, y esa es la limitación principal de la página. En un circuito trifásico equilibrado la potencia aparente es la raíz de tres por la tensión de línea por la corriente de línea, así que usar aquí el producto monofásico la deja corta en un 73 % aproximadamente. El factor de potencia en sí, potencia activa dividida entre aparente, sigue siendo el mismo cociente y sale bien si las dos son magnitudes trifásicas. La razón de que la página no ofrezca un selector de fases es que cambiaría en silencio lo que significa cada uno de los demás números.

¿Puede el factor de potencia pasar de 1?

No, y la página se niega a informarlo. La fórmula es potencia activa dividida entre aparente, y la aparente es el producto de la tensión eficaz por la corriente eficaz, que es la mayor potencia activa que esos dos valores pueden producir. Si la potencia activa que escribes supera al producto de la tensión por la corriente, los tres números son mutuamente incoherentes, normalmente porque la tensión se midió en otro punto que la carga, o porque la corriente es una lectura de arranque o de pico y no un valor eficaz. La página informa de la incoherencia en lugar de devolver 1,2.

• Análisis de Circuitos: potencia y energía en régimen estacionario senoidal — determinación del factor de potencia, su corrección con baterías de condensadores y su repercusión en la facturación eléctrica — Universidad Politécnica de Cartagena (OCW)
• Tema 7: Potencia en régimen estacionario sinusoidal — potencia activa, reactiva y aparente, el triángulo de potencias y la compensación del factor de potencia — Universidad de Zaragoza (OCW)
• IEEE Standard 1459-2010, Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions — the standard definitions of real, reactive and apparent power used here — IEEE