La Potencia en Alterna

En corriente alterna, las tensiones e intensidades no están necesariamente alineadas en el tiempo debido a los inductores y condensadores de los receptores. Esto origina tres tipos de potencia cuyo correcto dimensionamiento es clave en los proyectos de baja tensión para evitar sobrecargas de acometidas y penalizaciones en la factura.

Componentes Vectoriales de la Potencia

1. Potencia Activa ($P$)

Es la potencia media real convertida en trabajo útil (mecánico, térmico, lumínico). Se mide en vatios (W) o kilovatios (kW). Depende de la componente de la corriente en fase con la tensión. Ecuación: $P = V \cdot I \cdot \cos\varphi$ (monofásico).

2. Potencia Reactiva ($Q$)

Es la potencia oscilante que viaja adelante y atrás entre el generador y el receptor para establecer los campos magnéticos (inductiva, en bobinas de motores) o eléctricos (capacitiva, en condensadores). No produce trabajo útil y se expresa en voltio-amperios reactivos (var) o kvar. Ecuación: $Q = V \cdot I \cdot \sin\varphi$.

3. Potencia Aparente ($S$)

La combinación de ambas componentes. Es la potencia total transportada y la que limita la capacidad física de transformadores, cables y generadores. Se expresa en voltio-amperios (VA) o kVA. Ecuación: $S = \sqrt{P^2 + Q^2}$.

4. El Factor de Potencia y sus Problemas

Definido por el coseno del ángulo de desfase ($\cos\varphi = P/S$). Si un local tiene un factor de potencia bajo (ej. 0,70 debido a motores o tubos fluorescentes antiguos):

  • La corriente que circula por los cables se incrementa notablemente para realizar el mismo trabajo.
  • Aumentan las caídas de tensión y las pérdidas Joule en los conductores.
  • Las distribuidoras eléctricas facturan penalizaciones por energía reactiva.
Armario eléctrico industrial con una batería de condensadores cilíndricos para corregir el factor de potencia
Figura 1: Batería de condensadores automáticos para la compensación del factor de potencia en instalaciones industriales. Fuente: Generada para fines educativos / Licencia: CC BY-NC-SA

Corrección del Factor de Potencia (Compensación)

Para elevar el factor de potencia y eliminar la reactiva de la red, se conectan condensadores en paralelo a la carga. Estos devuelven la corriente reactiva inductiva que el motor necesita localmente. La potencia reactiva de los condensadores necesaria ($Q_c$, en var o kvar) viene dada por:

$$Q_c = P \cdot (\tan \varphi_1 - \tan \varphi_2)$$

Donde:

  • $P$: Potencia activa útil (W o kW).
  • $\tan \varphi_1$: Tangente del ángulo inicial (antes de corregir).
  • $\tan \varphi_2$: Tangente del ángulo objetivo (habitualmente $\cos \varphi_2 \ge 0,95$, es decir, $\tan \varphi_2 \le 0,33$).
🐍 Calculador de Batería de Condensadores de Compensación de Reactiva

import math

def calcular_condensador_compensacion(potencia_kw, cos_inicial, cos_objetivo=0.98):
    # Calcular ángulos y tangentes iniciales
    phi_1 = math.acos(cos_inicial)
    tan_phi_1 = math.tan(phi_1)
    
    # Calcular ángulos y tangentes objetivo
    phi_2 = math.acos(cos_objetivo)
    tan_phi_2 = math.tan(phi_2)
    
    # Qc = P * (tan(phi_1) - tan(phi_2))
    Qc = potencia_kw * (tan_phi_1 - tan_phi_2)
    
    print(f"--- DIMENSIONADO DE COMPENSACIÓN ---")
    print(f"🔹 Potencia Activa de carga: {potencia_kw} kW")
    print(f"🔹 Factor de potencia inicial: {cos_inicial} (tan φ: {tan_phi_1:.3f})")
    print(f"🔹 Factor de potencia objetivo: {cos_objetivo} (tan φ: {tan_phi_2:.3f})")
    print(f"🔹 Potencia del condensador (Qc): {Qc:.2f} kvar")
    return round(Qc, 2)

# Taller con compresor de 30 kW y factor de potencia de 0.70
calcular_condensador_compensacion(potencia_kw=30.0, cos_inicial=0.70, cos_objetivo=0.95)

Este código calcula de forma interactiva la potencia necesaria en kvar de los condensadores para corregir la reactiva.

💼 Caso Práctico: Sobredimensionado de transformador

Contexto: En la redacción del proyecto de una industria, la carga de motores es de $100\text{ kW}$ con un factor de potencia muy deficiente de 0,65.

Pregunta: ¿Cómo repercute esta situación en la potencia aparente (S) y en la elección del transformador de distribución de la industria?

⚙️ Caso Práctico: Conexión de condensadores

Contexto: Un instalador monta una batería automática de condensadores para corregir la reactiva inductiva de un motor de climatización en un centro de datos.

Pregunta: ¿Cómo debe conectarse físicamente la batería de condensadores respecto a la carga y cuál es su función física?

📝 Caso Práctico: Penalización comercial

Contexto: La comercializadora eléctrica emite una factura mensual a un taller industrial con un recargo por reactiva debido a un factor de potencia de 0,82.

Pregunta: ¿Cuál es el factor de potencia límite que exige la ley de comercialización eléctrica para evitar recargos por reactiva?

🔬 Laboratorio Práctico: Auditoría de Cargas y Reactiva en REBT SuperCalc

Actividad de Simulación: Utiliza el simulador de energía reactiva de REBT SuperCalc para analizar un taller industrial que presenta los siguientes datos históricos de facturación y potencia:

  • Potencia activa media de demanda ($P$): 55 kW
  • Horas de funcionamiento diarias: 10 horas
  • Días laborables al año: 280 días
  • Factor de potencia medio sin corregir (cos φ): 0.76 (inductivo)
  • Factor de potencia objetivo: 0.98 (inductivo)
  • Tarifa aplicable por exceso de reactiva: 0.041 €/kvarh

🔗 Abrir Simulador de Reactiva (Módulo 7)

Pregunta del Laboratorio: Tras modelar la auditoría en el simulador, ¿cuál es el coste de penalización anual que está sufriendo la empresa por exceso de reactiva y qué potencia en kilovoltio-amperios reactivos (kvar) debe tener la batería de condensadores para corregir el cos φ a 0.98?