El orden en los Factores (p y q), altera el producto

Desde hace años, numerosos artículos técnicos han explicado las mejoras que pueden lograrse en los sistemas eléctricos mediante la incorporación de capacitores para la compensación de energía reactiva en distintos niveles de tensión.

La utilización de energía eléctrica en sistemas de corriente alterna —ya sea para usos industriales, comerciales o residenciales— requiere la existencia de campos magnéticos para establecer los campos rotantes de máquinas eléctricas, y las distintas reactancias de los consumos habituales.

Estos campos magnéticos demandan potencia reactiva de la red (Var, kVAr o MVAr). Si bien esta potencia no produce trabajo útil —es decir, no aumenta la potencia activa (W, kW, MW)— sí incrementa la potencia aparente requerida por el sistema eléctrico.

Podemos ver la influencia del consumo de reactivo en el nivel de tensión en la siguiente imagen:

Eficiencia Energética, Factor de Potencia y la Compensación de Energía Reactiva en redes eléctricas de BT y MT

La situación energética actual en todo el mundo nos obliga a realizar un análisis adicional, además de tener en cuenta las mejoras desde el punto de vista estrictamente eléctrico y la eficiencia energética que se obtienen con la incorporación de capacitores, nos lleva también a considerar el cuidado del medio ambiente y específicamente en ese aspecto la reducción de gases de efecto invernadero, (especialmente el CO2).

Lamentablemente en muchos países, incluido el nuestro, la reglamentación correspondiente a la compensación de reactiva estuvo estancada en valores de factor de potencia relativamente bajos comparada con los países desarrollados donde ya se analiza la compensación completa de reactiva debido a la gran cantidad de beneficios que produce en el sistema eléctrico.

El consumo excesivo de energía reactiva genera muchos inconvenientes en las redes eléctricas, y por eso en la mayoría de los países existen reglamentaciones que limitan ese consumo especificando los valores de Factor de Potencia a alcanzar para lograr eficiencia energética

Actualmente se ha reglamentado un valor mayor a 0,95.

Es decir, debemos incorporar potencia reactiva capacitiva para compensar la potencia reactiva inductiva consumida.

Esto trae aparejada la necesidad de que los diferentes actores que intervienen en la regulación del mercado eléctrico le den prioridad al tema planteado, que sin duda, permitirá mejorar la eficiencia energética de nuestra red eléctrica.

Mejoras generales del sistema

En los sistemas eléctricos actuales, y en función del desarrollo y aplicación de la electrónica de potencia, es importante analizar como tenemos que realizar la compensación de la energía reactiva consumida por los equipos instalados en la red, de manera de mejorar el funcionamiento de nuestro sistema eléctrico

De acuerdo al tipo de carga, el nivel de tensión y el grado de distorsión armónica medido, decidimos cual es la solución adecuada. También es importante distinguir entre cargas lineales y cargas NO lineales, porque eso determina el tipo de compensación de reactiva y filtrado de armónicas a utilizar

El aporte de potencia reactiva a la red eléctrica (Var, kVAr o MVAr), da lugar a mejoras en el sistema eléctrico según los siguientes puntos:

• Reducción de pérdidas en alimentadores de distribución y líneas.

• Reducción de la demanda en MVA.

• Mayor potencia disponible en generadores y transformadores.

• Mejora de los niveles de tensión en distintos puntos del sistema.

• Reducción del consumo de energía en kWh

• Reducción de penalizaciones en la facturación de energía eléctrica

• Reducción de emisión de gases CO₂ (relacionado con la reducción de pérdidas)

▶️ Reducción de pérdidas en alimentadores de distribución y líneas

Cuando analizamos las pérdidas a lo largo del sistema eléctrico vemos que son causadas por la corriente de la carga. Hay dos componentes que contribuyen a estas pérdidas, la componente resistiva de la corriente de la carga que produce pérdidas que no podemos evitar, y la componente reactiva de la corriente de la carga que contribuye a las pérdidas y que podemos reducirla y con eso evitar sus consecuencias.

Esa componente reactiva se evita con la incorporación de potencia reactiva capacitiva. Tenemos que tener en cuenta que las pérdidas en los sistemas eléctricos se producen en los diferentes niveles como ser distribución y transmisión y la incorporación de potencia reactiva capacitiva impacta positivamente en ambos niveles.

Además, no solo tenemos que considerar las líneas de transmisión y de distribución, sino que también debemos considerar los transformadores de potencia para distribución.

▶️ Reducción de la demanda en MVA

La reducción de la corriente reactiva que se produce al incorporar capacitores implica una reducción de la corriente total de la línea.

Esa reducción de la demanda en KVA o MVA trae aparejadas enormes mejoras al sistema eléctrico, especialmente en horarios de máxima carga. Además, permite tener mayor potencia disponible en el transformador y líneas.

▶️ Mejora de los niveles de tensión en distintos puntos del sistema

La capacidad de los alimentadores de distribución generalmente está vinculada a la caída de tensión que se produce a lo largo del mismo. La empresa de energía debe garantizar que los valores de tensión para los usuarios se mantendrán dentro de ciertos límites.

Si logramos mantener los niveles de tensión a lo largo del alimentador podremos obtener grandes beneficios, incluyendo un aumento de demanda hasta el valor límite de caída de tensión, la tensión en la ET se puede reducir para reducir la demanda y ahorrar energía.

También hay que tener en cuenta que desde el punto de vista de la empresa de energía manteniendo un nivel constante de tensión se logra una mayor facturación de energía a los usuarios.

▶️ Reducción de penalizaciones

La incorporación de capacitores (potencia reactiva) permite reducir penalizaciones existentes en función de los valores de factor de potencia reglamentados por las diferentes empresas eléctricas

▶️ Reducción de gases de efecto invernadero – CO2

La mejora del Factor de Potencia implica un aporte muy importante a la reducción de emisión de CO2 a la atmósfera

La reunión de Río en 1992 y la de Kyoto en 1997, establecieron que para el cuidado del medio ambiente era necesario reducir la emisión de ciertos gases llamados de efecto invernadero

Entre esos gases, el de mayor importancia era el CO₂ que representaba el 84% del total, y que además en nuestro caso está directamente vinculado el funcionamiento del sistema eléctrico y específicamente está vinculado a la eficiencia energética del sistema

En el caso de los sistemas eléctricos, las pérdidas están directamente vinculadas con la emisión de CO₂ a la atmósfera

Conclusiones

La compensación de energía reactiva (en nuestro caso expresada como Mejora del Factor de Potencia), produce varias ventajas que deben ser tenidas en cuenta, no solo desde el punto de vista eléctrico sino desde el punto de vista del medio ambiente

Entre esas ventajas una de las más significativas tiene que ver con la disminución de las pérdidas en las redes eléctricas porque eso da lugar a una reducción de los kWh generados y por lo tanto podemos decir que produce una reducción de la emisión de CO2 a la atmósfera, lo cual es claramente una contribución directa al cuidado del medio ambiente.

🗒️ Descripción de equipos para compensación de reactiva

Para llevar adelante lo descripto en los puntos anteriores, tenemos que incorporar los siguientes equipos en los niveles de tensión que corresponda:

• Capacitores de potencia.

• Bancos de Capacitores fijos y/o automáticos.

• Filtros de armónicas de tipo pasivo o activo.

• Generadores de potencia reactiva.

La compensación de energía reactiva es una herramienta clave para mejorar la eficiencia energética, optimizar la infraestructura eléctrica y contribuir a la reducción de emisiones.

Comprender estos conceptos permite identificar oportunidades concretas de mejora en instalaciones industriales y redes eléctricas.

En CePEMA desarrollamos formaciones técnicas donde profundizamos estos temas con enfoque aplicado a la industria y los sistemas eléctricos reales.