La corrección del factor de potencia reduce la potencia reactiva inductiva que una carga solicita a la red. En el caso sinusoidal más sencillo se conecta un condensador en paralelo: la carga sigue necesitando la misma potencia activa P, pero parte de su intercambio reactivo se realiza localmente.
Qué se corrige —y qué no
Al compensar una carga inductiva disminuyen la Q demandada de la red, la potencia aparente S y la corriente de línea para la misma P. No disminuye mágicamente la energía activa que necesita la carga ni se corrigen automáticamente las pérdidas internas, los armónicos o un mal rendimiento.
Antes de calcular
Esta guía parte de potencia en corriente alterna y factor de potencia. Trabajaremos con una carga monofásica, lineal, inductiva y alimentada por tensión sinusoidal. Bajo esas hipótesis FP = cos φ y podemos usar el triángulo P-Q-S sin confundirlo con el factor de potencia total de cualquier carga electrónica.
Por qué un condensador en paralelo ayuda
Motores, transformadores y otras cargas con bobinas suelen requerir corriente magnetizante y presentar comportamiento inductivo. Con nuestra convención, su corriente se retrasa, φ > 0 y Q > 0. Un condensador ideal hace lo contrario: su corriente se adelanta y aporta Q < 0.
Al conectarlo en paralelo, la tensión RMS aplicada al condensador es la tensión entre los mismos dos nodos que alimentan la carga. La red ve la suma de ambas contribuciones:
Qred = Qcarga + Qcondensador = Qcarga − |Qc|
La potencia activa de la carga permanece prácticamente igual en el modelo ideal. Lo que baja es la componente reactiva inductiva tomada aguas arriba. Por eso también bajan S = √(P² + Q²) y la corriente de red I = S/V.
Cómo se calcula la Qc necesaria
Si conocemos la potencia activa P, el factor de potencia inicial FP1 y el objetivo FP2, calculamos primero los ángulos:
φ1 = arccos(FP1)
φ2 = arccos(FP2)
Como Q = P tan φ en el caso sinusoidal tratado, la magnitud reactiva capacitiva necesaria es:
|Qc| = P(tan φ1 − tan φ2)
La fórmula entrega una magnitud positiva de compensación. En nuestra convención de signos, el condensador aporta Qc negativa. Conviene fijar un objetivo realista, no forzar FP = 1: tolerancias, cambios de carga y escalones discretos pueden provocar sobrecompensación.
Ejemplo completo: de FP 0,70 a 0,95
Consideremos una carga monofásica sinusoidal con P = 5,00 kW, V = 230 V RMS, f = 50 Hz, FP inicial 0,70 retrasado y FP objetivo 0,95 retrasado.
| Magnitud | Antes | Después |
|---|---|---|
| φ | 45,573° | 18,195° |
| P | 5,00 kW | 5,00 kW |
| Q de la red | 5,101 kvar | 1,643 kvar |
| S | 7,143 kVA | 5,263 kVA |
| I de la red | 31,056 A | 22,883 A |
Los ángulos y las potencias reactivas son:
φ1 = arccos(0,70) = 45,573°
φ2 = arccos(0,95) = 18,195°
Q1 = 5,00·tan(45,573°) = 5,101 kvar
Q2 = 5,00·tan(18,195°) = 1,643 kvar
Por tanto, |Qc| = 5,101 − 1,643 = 3,458 kvar. Las comprobaciones independientes dan √(5,00² + 5,101²) = 7,143 kVA y √(5,00² + 1,643²) = 5,263 kVA. A 230 V, la corriente baja de 31,056 A a 22,883 A: un 26,3 % en este modelo.
De kvar a capacitancia en monofásica
Para un condensador ideal conectado directamente en paralelo a una tensión sinusoidal V RMS:
|Qc| = V²ωC = 2πfCV²
C = |Qc|/(2πfV²)
Usando 3457,600 var, 230 V RMS y 50 Hz:
C = 3457,600/(2π·50·230²) = 0,000208051 F ≈ 208,1 µF
La tensión correcta es la que realmente queda aplicada al condensador. Este resultado es teórico y monofásico; no debe trasladarse sin más a una conexión trifásica, donde intervienen la tensión y la configuración del banco.
Compensación fija y automática
- Fija: una capacitancia determinada permanece asociada a una carga de funcionamiento estable.
- Automática: un regulador conecta o desconecta escalones para seguir una demanda reactiva que cambia.
- Central o local: la ubicación depende de si se busca aliviar una carga concreta, un alimentador o la instalación; no producen exactamente el mismo efecto sobre todos los tramos.
Si la carga inductiva disminuye y el condensador fijo sigue conectado, |Qc| puede superar Qcarga. La red pasa a ver Q negativa y FP adelantado: es la sobrecompensación. No es un resultado deseable por el simple hecho de acercar un número a uno.
Límites reales: armónicos, resonancia y seguridad
Un banco de condensadores modifica la impedancia de la instalación. Con cargas no lineales, los armónicos pueden sobrecargar los condensadores o coincidir con una resonancia entre la capacitancia y la inductancia de la red, amplificando corrientes o tensiones. Por eso el dimensionado industrial considera mediciones, variación de carga, nivel armónico, maniobras, protecciones, temperatura y, cuando procede, reactancias de rechazo.
Los 230 V y 208,1 µF de este ejemplo sirven para comprender las relaciones matemáticas, no como instrucciones para intervenir en una instalación. Los condensadores pueden conservar tensión después de desconectarse. La selección, conexión, descarga y protección de equipos reales corresponde a profesionales cualificados y a la normativa aplicable.
Errores frecuentes
- Prometer ahorro directo de kWh: la carga sigue requiriendo su P; otra cuestión son las pérdidas que puedan reducirse aguas arriba.
- Usar FP = cos φ sin comprobar la carga: la compensación capacitiva corrige desplazamiento, no elimina por sí sola la distorsión.
- Confundir signo y magnitud: la fórmula calcula |Qc|, mientras que el condensador aporta Q negativa en esta convención.
- Usar una tensión equivocada: V debe ser la tensión RMS aplicada al condensador.
- Buscar FP = 1 sin margen: puede conducir a sobrecompensación cuando cambia la carga.
- Copiar el cálculo a una batería industrial: faltan topología, armónicos, resonancia, escalones y protecciones.
Autoevaluación
Una carga lineal sinusoidal absorbe P = 3,00 kW con FP = 0,80 retrasado. ¿Qué magnitud de Qc necesita para alcanzar FP = 0,95 retrasado?
Ver solución
tan(arccos 0,80) = 0,75 y tan(arccos 0,95) = 0,328684. Por tanto, |Qc| = 3,00·(0,75 − 0,328684) = 1,264 kvar. El condensador aportaría Q negativa y la Q inductiva vista por la red bajaría desde 2,250 kvar hasta 0,986 kvar.
Ficha para recordar
- Corregir FP reduce Q inductiva demandada de la red; no cambia mágicamente P.
- |Qc| = P(tan φ1 − tan φ2) en el caso sinusoidal lineal.
- En monofásica, |Qc| = 2πfCV² con V aplicada al condensador.
- Menor Q de red implica menor S y menor corriente para la misma P y V.
- Sobrecompensar produce comportamiento capacitivo.
- Armónicos y resonancia obligan a estudiar la instalación real.
Fuentes técnicas
La deducción de Qc y el principio de compensación se contrastaron con la Electrical Installation Guide de Schneider Electric. La relación entre potencia reactiva, tensión, frecuencia y capacitancia, junto con las precauciones sobre armónicos, se comprobó en la guía Power factor correction and harmonic filtering in electrical plants de ABB.
