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CR · Potencia AC

Potencia AC y el factor de potencia

En corriente alterna, el producto de tensión y corriente no se convierte todo en trabajo. La parte desfasada no trabaja y solo va y viene entre la fuente y la carga; en esta unidad verás cómo separar la parte que trabaja de la que gira en vacío y leer el resultado como factor de potencia.

La potencia también tiene un triángulo rectángulo

En el triángulo rectángulo, la hipotenusa es la potencia aparente, el lado horizontal la potencia activa y el vertical la potencia reactiva. Al cambiar el ángulo de fase θ, la hipotenusa (potencia aparente S) conserva su longitud, pero cuanto mayor es θ, más se acorta el lado horizontal y más crece el vertical. Busca el factor de potencia 1, es decir, θ = 0, con el que toda la potencia se convierte en trabajo.

Ángulo de fase θθ = 50°
Factor de potencia y reparto
PF = 0.64 · P = 6.4 kW · Q = 7.7 kvar
Factor de potencia bajo

Aparente, activa y reactiva: tres potencias

La tensión eficaz por la corriente eficaz, sin más, es la potencia aparente S, que se mide en VA. La parte en que tensión y corriente se mueven al mismo compás es la potencia activa P, la que realmente trabaja, y se mide en W. La parte desfasada 90 grados, que no trabaja y solo va y viene entre fuente y carga, es la potencia reactiva Q, medida en var. Aun con la misma S, el reparto entre P y Q depende de la fase.

La fase forma un triángulo rectángulo

La potencia activa y la reactiva son componentes desfasadas 90 grados, así que se encuentran en ángulo recto en el plano complejo. Por eso la potencia aparente no es su simple suma, sino la hipotenusa, S² = P² + Q². La potencia activa es P = S cosθ y la reactiva Q = S sinθ, donde θ es precisamente el ángulo de fase de la impedancia de la carga. Si cada lado del triángulo de impedancia (R, X, |Z|) se multiplica por el cuadrado de la corriente, se obtiene este mismo triángulo de potencias.

Un factor bajo exige más corriente para el mismo trabajo

El factor de potencia PF = cosθ = P/S es la fracción de la potencia aparente que se ha convertido en trabajo. La potencia aparente de la gráfica está fija en 10 kVA, así que en la posición inicial, θ = 50 grados, la potencia activa es de 6,4 kW y la reactiva de 7,7 kvar. Con un factor de potencia bajo hace falta una potencia aparente mayor, es decir, una corriente mayor, para entregar la misma potencia activa, y las pérdidas en la línea crecen en proporción. Por eso en las fábricas se conectan condensadores en paralelo que cancelan la potencia reactiva inductiva y acercan el factor de potencia a 1. Es la corrección del factor de potencia.

ObservaS² = P² + Q²
Las dos componentes forman ángulo recto, así que se combinan por la hipotenusa.
EligeP = S ?
La potencia activa es la componente del coseno.
CompletaPF = ?
El factor de potencia es la potencia activa dividida entre la aparente.
Por tu cuentaθ = 0 → PF = ?
Una resistencia pura tiene potencia reactiva 0.

De vuelta a la primera pantalla

Al cambiar el ángulo de fase, la hipotenusa de la potencia aparente S conservó su longitud mientras la potencia activa bajaba y la reactiva subía. En θ = 0 el triángulo se aplanó en horizontal, la potencia reactiva desapareció, la activa igualó a la aparente y el factor de potencia llegó a 1. La fase de la impedancia pasó tal cual a la fase de la potencia, y lo bien que trabaja el circuito quedó resumido en un solo coseno.

La potencia aparente S = V·I (VA) es la suma en ángulo recto de la potencia activa P = S cosθ (W) y la potencia reactiva Q = S sinθ (var), de modo que S² = P² + Q². Aquí θ es el ángulo de fase de la impedancia de la carga. El factor de potencia PF = cosθ = P/S es la fracción de la potencia aparente que se convierte en trabajo; con una resistencia pura (θ=0) vale 1 y la potencia reactiva Q es 0. Un factor de potencia bajo exige más corriente para el mismo trabajo.