Es de gran importancia para las instalaciones industriales controlar la energía que realmente consumen y aprovechan los diversos procesos. El comportamiento eléctrico de ciertos dispositivos, como por ejemplo los motores eléctricos, puede ser responsable de problemas graves de consumo, sobre los cuales debe estar atenta una empresa.
Un motor eléctrico está formado básicamente por bobinados, y por lo tanto es un circuito magnético que presenta una cierta inductancia.
A diferencia de los circuitos resistivos puros, como las lámparas de filamento (incandescentes), calentadores, etc., un circuito inductivo con propiedades semejantes a las de los motores absorbe dos tipos de energía.
Una energía es la Hamada "activa", que se aprovecha para hacer un trabajo mecánico, con el movimiento de un conjunto de engranajes de una máquina. La otra energía es la llamada ”reactiva” y no es aprovechada, sirviendo apenas para producir la imantación del material magnético que existe en el motor, y que os responsable por su funcionamiento.
Las dos energías vienen de la red, que en el caso se manifiesta en forma de una corriente alterna de 5oHz (ó 60 Hz en otros países). Sin embargo, el comportamiento del motor es tal que las corrientes de la energía activa y reactiva no mantienen la misma fase (figura 1).
Mientras que la corriente que corresponde a la energía activa está en fase con la tensión que alimenta el circuito, la corriente reactiva está desfasada 90 grados.
El resultado es que el motor que opera según este principio, sin ningún recurso adicional, es recorrido por una corriente aparente que corresponde a la composición vectorial de las dos corrientes analizadas. En realidad, esta corriente no es tan aparente como el nombre lo indica, pues el facturamiento de energía de una empresa que utilice motores se hace en su función.
Como podemos ver en la figura 2, si la componente activa de un motor es muy grande en relación a la componente reactiva, la corriente aparente tendrá un valor muy cercano al de la componente activa.
Podemos decir que, en este caso, el motor estará aprovechando bien la energía que recibe. Por otro lado, si la componente reactiva fuera muy grande en relación a la componente activa, la corriente aparente será mucho mayor que la componente activa, lo que significa que estaremos pagando más de lo que utilizamos.
En suma, es importante mantener la componente reactiva lo menor posible, o sea el ángulo ? tan próximo a cero como sea posible.
En la práctica, no hablamos realmente en términos de ángulo, y si de "factor de potencia" que es medido en la forma del coseno del ángulo φ :
cos φ = l activa / I aparente
En teoría, el coseno de o puede variar entre 0 y 1 (el ángulo varia entre 0º y 90º), pero en la práctica los valores están aproximadamente entre 0º y 80º para el ángulo.
En la práctica, debemos mantener el coseno o lo más próximo de 1 que seu posible, para que podamos pagar por la energía que realmente usamos.
La siguiente tabla puede damos una idea de los diversos valores de este coseno, y lo que ocurre en una constatación:
Cos φ Condición
0.2 a 0,4 Motores con instalación pésima
0.4 a 0.7 Motores con mala utilización
0,7a 0.95 Motores bien usados
1.0 Circuitos resistivos puros
¿Cómo corregir el factor de potencia?
Los capacitores presentan una característica "opuesta" a la de los inductores, responsables por la corriente reactiva. Mientras que los inductores atrasan la corriente en relación a la tensión, los capacitores adelantan.
Si en un circuito inductivo, colocamos un capacitor de valor apropiado, la corriente reactiva por la cual el capacitor es responsable tiende a oponerse a la corriente reactiva del circuito magnético, como muestra la figura 3.
El resultado es una reducción del ángulo (p y en consecuencia un aumento del coseno φ, con aproximación de la corriente aparente al valor de la corriente activa, lo que mejora el desempeño del sistema.
Los motores comerciales ya vienen con capacitores cuidadosamente calculados para hacer esta compensación, pero si por cualquier motivo este capacitor se daña, el problema puede aparecer con un consumo exagerado del motor, que se releja en la cuenta de la electricidad.
En la figura 4 tenemos un circuito que permite la utilización de un osciloscopio de doble trazo en la verificación del factor de potencia.
Observe la conexión del punto común de tierra, que debe hacerse bien para evitar daños al instrumento o peligro de choques.
Con este procedimiento podemos verificar el desfasaje que existe entre la tensión y la comente, y con eso determinar el factor de potencia. Para los que operan con muchos equipos dotados de motores, es mucho más cómodo usar un medidor de factor de potencia o coseno de φ.