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Calculadora del factor de potencia. Potencias activa, aparente y reactiva. Coseno de phi.


Calculadora

Dato
desconocido
Parámetro
Potencia Activa (P) W
Potencia Aparente (S) VA
Factor de potencia
phi (φ)      (*) deg
Potencia Reactiva (Q) (*) VAR

(*) El cálculo de φ y potencia reactiva sólo es correcto para cargas lineales. Ver aclaraciones más abajo

Aclaraciones

Potencia Activa (P)

Es el valor de la potencia útil, es decir, es aquella potencia eléctrica que se puede transformar en trabajo.

Potencia Reactiva (Q)

No es una potencia realmente consumida en la instalación, no produce trabajo útil. Aparece cuando hay cargas inductivas o capacitivas y es necesaria para generar campos magnéticos y eléctricos. Se mide en voltiamperios reactivos (VAR). Las compañías eléctricas pueden penalizar si el valor de esta energía reactiva es demasiado alto.
Una forma de entender esto, es pensar que la potencia reactiva fluye unas veces en un sentido y otras en el sentido contrario y, promediando en el tiempo, su valor total es nulo. Para verlo más claro, pensemos en una carga alimentada por una onda senoidal cuya tensión e intensidad están desfasadas 90º (anticipo que esto quiere decir que toda la potencia es totalmente reactiva). Al estar desfasados 90º, durante dos cuartos de cada ciclo el producto de la tensión por la intensidad es positivo (recordemos que P = V·I) y en otros dos ciclos es negativo (esto se correspondería con el segundo gráfico más abajo, donde se observa que la potencia es una onda senoidal cuyo valor medio es cero). Es decir, no hay transferencia neta energía a la carga. Es por este motivo por el que la energía reactiva suele considerarse indeseable, no es capaz de transferir energía y sin embargo hay que tenerla en cuenta para el dimensionamiento de la instalación (cables, transformadores, etc.). Además, las instalaciones no tienen nunca un comportamiento ideal, por ejemplo los cables siempre presentan una determinada resistencia eléctrica, por lo que esta potencia reactiva nos hará perder energía.

Veamos con más detalle que quiere decir que la potencia reactiva no transmite trabajo útil. Si la tensión y la intensidad están en fase, la potencia siempre es positiva en todo momento, independientemente de si la tensión e intensidad son positivas o negativas:


Si la carga es totalmente reactiva, la potencia oscilará entre valores negativos y positivos, siendo nulo su promedio a lo largo del tiempo.


Finalmente, si la carga es parcialmente reactiva, el valor de la potencia será unas veces positivo y otras negativo, pero su promedio a lo largo del tiempo no se cancelará (será positivo o negativo en función de si la carga es capacitiva o inductiva, es decir, dependiendo del sentido en el que la corriente está desfasada respecto de la tensión):


La calculadora muestra el valor de la potencia reactiva pero no aclara su signo, ya que esto depende del tipo de carga. Si tenemos una carga capacitiva, en la que la corriente se adelanta a la tensión, el signo de la potencia reactiva debe de ser negativo. Por el contrario tenemos una potencia reactiva positiva si la carga es inductiva, caso en el que la corriente se retrasa con respecto a la tensión.

Potencia aparente

Se mide en voltiamperios (VA), o su múltiplo kVA denominado verbalmente como «kavea» (1kVA = 1000 VA) En el caso de ondas sinusoidales (senoidales) , es la suma vectorial de la potencia activa y la potencia reactiva:

    S2 = P2 + Q2


Donde φ (phi) es el ángulo de desfase entre V e I. De esto también podemos concluir que la potencia activa, P, en W, es igual a la potencia aparente, S, en VA multiplicado por el coseno de phi (cosφ):
    P = S · cosφ

Factor de potencia

Se define como:
    Factor de Potencia = P / S

Es un número adimensional que se obtiene al dividir la potencia activa entre la aparente. Un valor igual la unidad indica que la tensión y la intensidad están en fase y, por tanto, no hay energía reactiva. Su valor máximo es uno y cuanto más cerca esté de la unidad más trabajo se puede producir para una determinada tensión e intensidad.

Angulo phi (φ)

Es el ángulo de desfase entre la tensión y la intensidad. También es el ángulo entre la potencia aparente y la activa cuando las cargas son lineales, según el diagrama vectorial anterior.

Caso de cargas no lineales. Armónicos

En el caso de cargas lineales se cumple que: Factor de potencia = cosφ, sin embargo, de forma general esta igualdad no es correcta o, al menos, exacta. Cuando tenemos cargas no lineales aparecen armónicos , la corriente deja de ser senoidal pura y para el cálculo de la potencia aparente tenemos que calcular de forma independiente los valores para cada uno de estos armónicos. Por el mismo motivo, el cálculo de φ que hace nuestra calculadora de más arriba sólo es correcto cuando tenemos ondas senoidales. El factor de potencia sigue siendo igual a P/S, pero en la potencia aparente (S), se incluyen también las componentes armónicas.
La potencia aparente vendría dada por la ecuación:
    S2 = P2 + Q2 + D2

donde D es la componente correspondiente a la distorsión armónica.

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