Potencia AC y el 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.
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.
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.