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5.3.7 Factor de potencia
El factor de potencia real, es decir, que tiene en cuenta la presencia de armónicos más altos
se llama simplemente el factor de potencia (en inglés True Power Factor, TPF o PF). Para los
circuitos sinusoidales se equipara con el llamado factor de potencia de desplazamiento de fase,
que es popular cos (en inglés Displacement Power Factor, DPF).
Por lo tanto, el DPF es una medida de desplazamiento de fase entre las componentes
fundamentales de tensión y corriente:
En el caso de una carga puramente resistiva (en red monofásica), la potencia aparente es
igual al valor de la potencia activa y la potencia reactiva es igual a cero, por lo que la carga
aprovecha completamente el potencial energético de la fuente y el factor de potencia es 1. La
aparición de la componente reactiva inevitablemente conduce a una disminución en la eficiencia
de transmisión de energía, la potencia activa es entonces más pequeña que la potencia aparente
y la potencia reactiva aumenta.
En los sistemas trifásicos, la reducción del factor de potencia también afecta el desequilibrio
del receptor (ver la discusión sobre la potencia reactiva). En estos sistemas, el valor correcto del
factor de potencia se obtiene utilizando la potencia eficaz aparente S
estándar IEEE 1459-2000.
Armónicos
5.4
La división de los ciclos periódicos en las componentes armónicas es una operación
matemática muy popular basada en la teoría de Fourier, que dice que cada ciclo periódico puede
ser representado como la suma de las componentes sinusoidales con frecuencias que son los
múltiplos totales de la frecuencia fundamental de tal ciclo. El período puede ser sometido a la
transformada rápida de Fourier (FFT), que como resultado da las amplitudes y las fases de las
componentes armónicas en el sector de la frecuencia.
En una situación ideal, se genera tensión en el generador que proporciona en su salida la
forma de onda sinusoidal pura 50/60 Hz (sin armónicos más altos). Si el receptor es un sistema
lineal, entonces también la corriente en tal situación ideal es un curso sinusoidal puro. En los
sistemas reales, tanto las ondas de tensión como de corriente se distorsionan, por lo que deben
contener, aparte de la componente fundamental, también los armónicos más altos.
¿Por qué la presencia de armónicos más altos en la red no es deseable?
Una de las razones es el efecto, que consiste en empujar los electrones desde el centro del
conductor hacia fuera junto con el aumento de la frecuencia de corriente. Como resultado, cuanto
mayor es la frecuencia tanto menor sección transversal del conductor tienen los electrones a
disposición lo que es equivalente al aumento de la resistencia. En efecto de este fenómeno,
cuanto más alto el orden del armónico de corriente, tanto mayor resistencia efectiva del cableado
para este armónico, lo que a su vez conduce inevitablemente a mayores pérdidas de potencia y
el calentamiento de los cables.
Un ejemplo clásico de este efecto se refiere al conductor neutro en las redes trifásicas. En la
red con pocas distorsiones con un desequilibrio pequeño y un receptor simétrico (o poca
asimetría), la corriente en el conductor neutro tiende a ponerse a cero (la corriente es bastante
más pequeña que los valores de las corrientes de fase eficaces). Esta observación ha tentado a
muchos diseñadores a los ahorros mediante la instalación en tales sistemas del cableado con
neutro con una sección transversal más pequeña que los conductores de fase. Todo funcionaba
muy bien hasta que en la red aparecieron los armónicos de los ordenes impares que eran
múltiplos de 3 (tercero, noveno, etc). De repente el conductor neutro empezaba a recalentarse y
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, que se define en el
e
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