El factor de potencia (f.d.p) es la relación entre la potencia activa (P) y la potencia aparente (S). Nos indica cuanta energía eléctrica entregada se ha convertido en trabajo y se representa como:

Observando el triángulo de potencias (ver potencia eléctrica) podemos deducir:

Nótese que lo ideal seria un f.d.p = 1 lo que indica que toda la energía entregada se ha convertido en trabajo, para esto “phi” tendría que ser cero, entonces cos0º = 1. Esto confirma una carga netamente resistiva, no existiendo desfasaje entre la tensión y la corriente. Por el contrario con “phi” = 90º, f.d.p = 0, lo que indica que no hay energía consumida, no hay potencia absorbida, o sea un circuito reactivo puro. En la practica, “phi” nos indica el desfasaje entre la tensión y la corriente en un circuito, por lo tanto el f.d.p puede estar adelantado, retrasado o ser igual a 1.

Bajo factor de potencia
Cuando conectamos un sistena cualquiera a la red eléctrica alterna, producimos energía reactiva, ahora si este consumo de energía reactiva aumenta, tambien aumenta el ángulo “phi“, disminuyendo el f.d.p. Esto trae un mayor consumo de corriente, mas perdidas en conductores, sobrecarga de los generadores de distribución e incremento en la caída de voltaje. veamos un ejemplo:

Nótese que a igual potencia activa, un f.d.p bajo demanda mas corriente, lo que implica mayor sección de cables, además de una potencia aparente elevada lo que origina generadores mas grandes, aumentando los costos de generación y transporte de energía. Como consecuencia se pagará una factura mucho mayor. Por eso es importantísimo la compensación del f.d.p.

Compensación del f.d.p
Segun el tipo de carga a compensar, se usarán capacitores (compensar cargas inductivas) o inductancias compensar cargas capacitivas). Todo depende de las potencias, a nivel industrial la compensacion es compleja, porque las carga reactiva nunca es constante, entonces se debe recurrir a sistemas automaticos que van conectando “bancos de condensadores” segun la potencia reactiva consumida en ese momento, ademas de “leer” el desfasaje para su corrección. esto implica el uso de controladores, aparte de minimizar otros efectos producidos por el manejo de altas potencias. También la manera de encarar la corrección dependerá del tipo de maquinaria a tratar, pudiendose hacer en forma individual (corregir maquina maquina), grupal (se corriguen varias maquinas que sean iguales y trabajen al mismo tiempo), o general, automatizando la entrada de potencia al sistema. Cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas y su aplicación depende de personal calificado.

Pero a modo de estudio, consideremos el caso mas común, cargas inductivas, trazando el triángulo de potencias (P, QL y S), podemos mejorar el f.d.p manteniendo siempre la potencia activa (P), colocando un capacitor (C) en paralelo, que generará una potencia reactiva (Qc) de signo opuesto a QL, obteniendo así una potencia reactiva final (Qf) y una potencia aparente (S’) menor.

Como vemos para compensar o corregir el f.d.p, es necesario saber el desfasaje originado (cos”phi”inicial) por la carga. La medición se realiza con el cofimetro o fasímetro, el cual tiene dos bobinas (una para tensión y otra para corriente) dispuestas en forma de medir este desfasaje entre tensión y corriente. También existen otros métodos para su medición, mediante colocacion de cargas “fantasmas” resistivas o con cos”phi” conocido y midiendo las corrientes, se realizan los cálculos del triángulo de potencias. Siempre se debe tener en cuenta las normas de cada país, tensión, frecuencia de línea y cual es el f.d.p mínimo exigido por la compañia de suministro eléctrico. Para simplificar los cálculos se define la relacion entre los desfasajes (tan”phi”i – tan”phi”f) como una constante y se elabora una tabla la cual sirve de referencia para la corrección del f.d.p. (ver tabla completa aqui)

El factor de potencia (f.d.p) depende del desfasaje entre tensión y corriente en ondas sinusoidales, pero en los últimos años con los avances electrónicos, muchos equipos introducen en las lineas de alimentacion armónicos que afectan el f.d.p. Nuevas tecnologías que se alimentan directamente de la red electrica sin uso de transformadores (fuentes conmutadas), presentan a la red una impedancia compleja y variable y de alta frecuencia. Un caso particular son los millones de computadoras, cuyas fuentes de alimentacion conmutadas de alta frecuencia, con potencias desde 150W a 500W, generan variaciones muy altas entre la corriente de pico y la corriente promedio, llevando a un “desplazamiento” del f.d.p. Obviamente esto obliga (por normas internacionales) a colocar en dichas fuentes filtros activos y pasivos para reducir este efecto. Estos filtros llamados PFC activos y PFC pasivos logran correcciones de 0,75 (PFC pasivo) hasta 0,99 (PFC activo) del f.d.p, mientras que sin filtros el f.d.p de la fuente ronda valores de 055 a 0,65 solamente. Como consecuencia por norma internacional toda fuente mayor a 75W debe tener por lo menos un filtro PFC pasivo.