No pretendo con este artículo dar un enfoque muy teórico del problema de la energía reactiva (creo que perdería lectores en vez ganarlos) aunque si daré un par de pequeñas pinceladas imprescindibles para un mejor entendimiento. Al contrario mi intención es dar un enfoque más bien práctico de las ventajas que aporta la compensación de la energía reactiva presente en una instalación, así como los principales métodos existentes para su compensación. También quiero aclarar que éste artículo se centra más en la compensación de instalaciones de baja tensión dejando de lado la compensación en alta tensión, un campo interesante, al que ¿quién sabe?  prestaremos atención otro día.

La Energía Reactiva

La Reactiva (Q) (kVArh), como explicábamos en este artículo del blog,  es la energía necesaria para crear y mantener los campos magnéticos necesarios para el funcionamiento de distintos aparatos eléctricos como los motores, los transformadores o las lámparas de descarga.  A diferencia de la Energía Activa (P) (kWh), no se transforma en trabajo, pero sí se disipa en forma de calor.

Factor de Potencia y Energía Aparente (S)

Podemos definir la Energía Aparente como la suma vectorial de la Energía Activa y la Energía Reactiva. Si consideramos a la Energía Activa y a la Energía Reactiva como los catetos de un triángulo rectángulo y a la Energía Aparente como su hipotenusa, podemos observar que cuanto menor sea la Energía Reactiva, más iguales serán las Energías Aparente y Activa

Energía activa, reactiva y aparente; catetos e hipotenusa

Vemos que el ángulo formado por P y S, se designa por Φ (fi). Es el ángulo cuyo coseno nos da el mayor o menor valor (y consumo) de Q en nuestra instalación. Dado que el valor de un coseno sólo puede variar entre 0 y 1, cuanto mayor sea el valor de ese coseno, menor será la Energía Reactiva presente en nuestra instalación. Por ello, en la compensación de energía reactiva siempre se buscará el valor más próximo de cosΦ a 1.

Como complemento podremos decir que la energía aparente (S) señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida y transformada en trabajo (kW), sino que también ha de contarse con la que van a “almacenar” los elementos con consumo de reactiva (kVAr).  Es por ello que los transformadores siempre se designan por la Potencia Aparente que pueden entregar (kVA).

 

¿Por qué compensar la energía reactiva?

 ✓  Reducción de la factura de electricidad: tras compensar la energía reactiva, se reducirá o se eliminará la penalización por consumo de energía, con el consecuente ahorro en la factura de electricidad.

✓  Optimización Técnica de la Instalación: la compensación de reactiva evita el sobredimensionamiento de muchos componentes de la instalación:

✎ Reducción de la sección de los cables, debido a la reducción de las pérdidas por sobrecalentamientos.

✎ Reducción de las caídas de tensión en toda la instalación.

✎ Mayor potencia disponible en el transformador. La Potencia Aparente de la instalación se acerca a su potencia nominal en kW, por lo que el transformador de potencia puede entregar más kW.

Tras compensar la energía reactiva, se reducirá o se eliminará la penalización por consumo de energía, con el consecuente ahorro en la factura de electricidad

Compensación en Baja Tensión: tipos de equipos

Se puede realizar de dos formas:

1) Condensadores Fijos.

Equipos con un valor fijo de kVAr, se utilizan uno o varios para obtener la reactiva necesaria para compensar.

Son ideales para la compensación individual de motores de gran potencia, de los transformadores o de una propia instalación en caso de que el consumo de reactiva sea muy constante.

2) Baterías de Condensadores Automáticos.

Equipos que proporcionan el valor necesario de kVAr para mantener el cosΦ de la instalación cercano a un valor objetivo definido. Se adaptan a las variaciones de consumo de reactiva de una instalación. Se componen de tres elementos principales:

✎ Regulador: mide el cosΦ de la instalación y da la orden necesaria para variar los kVAr entregados a la instalación y alcanza el cosΦobjetivo.

✎ Contactores: elementos que maniobran los condensadores que componen la batería para aportar los kVAr necesarios.

✎Condensadores: elementos que proporcionan la energía reactiva necesaria a la instalación. Se suelen emplear en partes de la instalación en las que las variaciones de energía reactiva son acusadas, como en los embarrados de los CGBT o en cuadros secundarios importantes.

Ejemplo de condensador de energía reactiva

Compensación en Baja Tensión: métodos

Principalmente podemos hablar de 3 métodos:

1) Compensación General: la compensación se realiza en el embarrado del CGBT.

✎ Se suprimen las penalizaciones por exceso de consumo de reactiva.

✎ La potencia aparente kVA de la instalación se ajusta a su consumo real en kW, por lo que se descarga al transformador, más kW disponibles.

✎ La corriente reactiva está presente en todo el circuito, por lo que las pérdidas por efecto joule no disminuyen, con lo que no se puede reducir la sección de los cables ni los calibres de la aparamenta.

2) Compensación por Cuadros Secundarios (Sectores): la compensación se realiza en los embarrados de los cuadros secundarios que presenten consumo de reactiva. Aparte de las ventajas citadas en el método anterior, podemos añadir las siguientes:

✎ La corriente reactiva ya no circula por toda la instalación, por lo que se reducen las pérdidas por efecto joule aguas arriba del cuadro compensado. Así como las secciones necesarias de los cables.

No obstante, aguas debajo de este cuadro tendremos los mismos problemas que para la compensación general.

3) Compensación Individual: generalmente se usa este método para motores de inducción de gran potencia, para los propios transformadores de potencia o para cualquier receptor con consumo de reactiva, cuya potencia sea significativa con respecto a la potencia nominal de la instalación. Sus mayores ventajas, además de las citadas son:

✎ Ya no circula corriente reactiva por la instalación, ya que ésta se abastece en el mismo lugar que se consume.

✎ Se reducen las pérdidas por efecto Joule en toda la instalación, se reduce la sección necesaria de los cables y los calibres la aparamenta.

 

La energía reactiva y los armónicos

Tal y como hablábamos cuando conocimos a estos viejos amigos la presencia de armónicos en una instalación no es el mejor escenario posible para una batería de condensadores o para un equipo fijo.

¿Por qué?  Si la frecuencia de resonancia del conjunto batería/inductancia de la red coindice o es próximo a algún armónico  presente en la instalación, provocará resonancia entre ambos con el consecuente calentamiento o incluso destrucción de la batería de condensadores. Por ello, hay que ser especialmente cuidadoso con la posibilidad de que se combinen estos dos ingredientes en nuestra receta para una instalación feliz y eficiente.

Hay que ser especialmente cuidadoso con la posibilidad de que se combinen estos dos ingredientes (batería de condensadores y armónicos) en nuestra receta para una instalación feliz y eficiente

Es necesario destacar que un buen estudio técnico y económico de la instalación, de sus cargas y componentes, de su consumo de reactiva, de la presencia de armónicos, así como de las posibles soluciones a éstos dos últimos factores serán cruciales para ahorrar en costes y tener una instalación mucho más optimizada y eficiente. Volveremos a encontrarnos.