Banco de Condensadores: Definición Usos y Beneficios
Un banco de condensadores es un grupo de varios condensadores de la misma capacidad que están conectados en serie o en paralelo para almacenar energía eléctrica en un sistema de potencia eléctrica. Los condensadores son dispositivos que pueden almacenar carga eléctrica creando un campo eléctrico entre dos placas metálicas separadas por un material aislante. Los bancos de condensadores se utilizan para diversos propósitos, como la corrección del factor de potencia, la regulación de tensión, la filtración de armónicos y la supresión de transitorios.
¿Qué es el Factor de Potencia?
El factor de potencia es una medida de cómo un sistema de potencia AC (corriente alterna) utiliza la potencia suministrada. Se define como la relación entre la potencia real (P) y la potencia aparente (S), donde la potencia real es la potencia que realiza trabajo útil en la carga, y la potencia aparente es el producto de la tensión (V) y la corriente (I) en el circuito. El factor de potencia también se puede expresar como el coseno del ángulo (θ) entre la tensión y la corriente.
Factor de potencia = P/S = VI cos θ
El factor de potencia ideal es 1, lo que significa que toda la potencia suministrada se convierte en trabajo útil, y no hay potencia reactiva (Q) en el circuito. La potencia reactiva es la potencia que fluye hacia adelante y hacia atrás entre la fuente y la carga debido a la presencia de elementos inductivos o capacitivos, como motores, transformadores, condensadores, etc. La potencia reactiva no realiza ningún trabajo, pero causa pérdidas adicionales y reduce la eficiencia del sistema.
Potencia reactiva = Q = VI sin θ
El factor de potencia de un sistema puede variar de 0 a 1, dependiendo del tipo y cantidad de carga conectada. Un factor de potencia bajo indica una alta demanda de potencia reactiva y una mala utilización de la potencia suministrada. Un factor de potencia alto indica una baja demanda de potencia reactiva y una mejor utilización de la potencia suministrada.
¿Por qué es Importante la Corrección del Factor de Potencia?
La corrección del factor de potencia es el proceso de mejorar el factor de potencia de un sistema agregando o eliminando fuentes de potencia reactiva, como bancos de condensadores o condensadores síncronos. La corrección del factor de potencia tiene varios beneficios tanto para la utilidad como para el consumidor, como:
Reducir las pérdidas en línea y mejorar la eficiencia del sistema: Un factor de potencia bajo significa un alto flujo de corriente en el sistema, lo que aumenta las pérdidas resistivas (I2R) y reduce el nivel de tensión en el extremo de la carga. Al aumentar el factor de potencia, se reduce el flujo de corriente y se minimizan las pérdidas, resultando en un nivel de tensión más alto y un mejor rendimiento del sistema.
Aumentar la capacidad y la confiabilidad del sistema: Un factor de potencia bajo significa una alta demanda de potencia aparente de la fuente, lo que limita la cantidad de potencia real que se puede entregar a la carga. Al aumentar el factor de potencia, se reduce la demanda de potencia aparente y se puede suministrar más potencia real a la carga, resultando en una mayor capacidad y confiabilidad del sistema.
Reducir los cargos y penalizaciones de la utilidad: Muchas utilidades cobran tarifas adicionales o imponen penalizaciones a los consumidores que tienen un factor de potencia bajo, ya que causan más carga en la red de transmisión y distribución e incrementan sus costos operativos. Al aumentar el factor de potencia, se pueden evitar o reducir estos cargos o penalizaciones, resultando en facturas de electricidad más bajas para los consumidores.
¿Cómo Funciona un Banco de Condensadores?
Un banco de condensadores funciona proporcionando o absorbiendo potencia reactiva al sistema, dependiendo de su modo de conexión y ubicación. Hay dos tipos principales de bancos de condensadores: bancos de condensadores en derivación y bancos de condensadores en serie.
Bancos de Condensadores en Derivación
Los bancos de condensadores en derivación se conectan en paralelo con la carga o en puntos específicos del sistema, como subestaciones o alimentadores. Proporcionan potencia reactiva adelantada (Q positiva) para cancelar o reducir la potencia reactiva retrasada (Q negativa) causada por cargas inductivas, como motores, transformadores, etc. Esto mejora el factor de potencia del sistema y reduce las pérdidas en línea.
Los bancos de condensadores en derivación tienen varias ventajas sobre otros tipos de dispositivos de compensación de potencia reactiva, como:
Son relativamente simples, baratos y fáciles de instalar y mantener.
Se pueden conectar o desconectar según la variación de la carga o la necesidad del sistema.
Se pueden dividir en unidades o pasos más pequeños para proporcionar mayor flexibilidad y precisión en el control de la potencia reactiva.
Pueden mejorar la estabilidad y calidad de tensión en el extremo de la carga proporcionando soporte reactivo local.
Sin embargo, los bancos de condensadores en derivación también tienen algunas desventajas o limitaciones, como:
Pueden causar problemas de sobretensión o resonancia si no se diseñan o coordinan adecuadamente con otros dispositivos en el sistema.
Pueden introducir armónicos o distorsiones en el sistema si no se filtran o protegen adecuadamente.
Pueden no ser efectivos para líneas de transmisión largas o cargas distribuidas.
Bancos de Condensadores en Serie
Los bancos de condensadores en serie se conectan en serie con la carga o la línea de transmisión, reduciendo la impedancia efectiva del circuito. Proporcionan potencia reactiva retrasada (Q negativa) para cancelar o reducir la potencia reactiva adelantada (Q positiva) causada por cargas capacitivas, como cables largos, líneas de transmisión, etc. Esto mejora la regulación y estabilidad de tensión del sistema.
Los bancos de condensadores en serie tienen algunas ventajas sobre los bancos de condensadores en derivación, como:
Pueden aumentar la capacidad y eficiencia de transferencia de potencia en líneas de transmisión largas, reduciendo las pérdidas en línea y el caída de tensión.
Pueden reducir la corriente de cortocircuito y el nivel de falla del sistema aumentando la impedancia del camino de la falla.
Pueden mejorar la respuesta transitoria y la amortiguación del sistema reduciendo la frecuencia natural y las oscilaciones.
Sin embargo, los bancos de condensadores en serie también tienen algunas desventajas o limitaciones, como:
Pueden causar problemas de sobretensión o resonancia si no se diseñan o protegen adecuadamente. Por ejemplo, durante una condición de falla, la tensión a través del condensador puede elevarse hasta 15 veces su valor nominal, lo que puede dañar el condensador u otro equipo en el sistema.
Pueden introducir armónicos o distorsiones en el sistema si no se filtran o compensan adecuadamente.
Pueden no ser efectivos para tensiones bajas o cargas distribuidas.
¿Cómo Calcular el Tamaño de un Banco de Condensadores?
El tamaño de un banco de condensadores depende de varios factores, como:
La mejora deseada del factor de potencia o la compensación de potencia reactiva
El nivel de tensión y la frecuencia del sistema
El tipo y ubicación del banco de condensadores (en derivación o en serie)
Las características y variación de la carga
