Monitoreo, medición y análisis del factor de potencia en plantas industriales

La capacidad de monitorear el factor de potencia en plantas industriales como parte del consumo total de energía puede ser extremadamente útil al planificar e implementar iniciativas de ahorro de energía en instalaciones industriales de alto consumo. Elegir un dispositivo de monitoreo de energía con la capacidad de medir el factor de potencia es importante para obtener una imagen precisa del uso de energía en general y planificar medidas de eficiencia.

 

¿Qué es el Factor de Potencia?

El factor de potencia es una medida de la eficiencia con la que se consume la energía eléctrica. En instalaciones de alto consumo, la operación de equipos como motores, compresores, conjuntos de soldadura e incluso la iluminación fluorescente puede introducir niveles variables de ineficiencias eléctricas en forma de corrientes adicionales llamadas «corrientes reactivas inductivas» en el suministro eléctrico de un sitio.

La potencia disipada en una carga es el producto del voltaje y la corriente. Si una carga es puramente resistiva, el voltaje y la corriente están en fase y toda la potencia puede realizar un trabajo útil. Si una carga tiene un componente reactivo (es decir, tiene capacitancia o inductancia), el voltaje y la corriente no están en fase. La carga reactiva provoca que fluya corriente, pero no puede realizar un trabajo útil.

La relación entre la potencia resistiva (real) y la potencia reactiva se puede describir mediante el factor de potencia o el ángulo de fase. Una carga puramente resistiva tiene un factor de potencia de uno y un ángulo de fase de cero (es decir, no hay ineficiencias eléctricas). Una carga puramente reactiva tiene un factor de potencia de cero y un ángulo de fase de 90.

La relación entre la potencia aparente, la potencia real y la potencia reactiva se puede representar en el triángulo de potencia que se muestra aquí. La mayoría de las cargas tienen un componente de cada tipo: idealmente, en términos de consumo, la eficiencia eléctrica sería alrededor de 1.00 FP (100% eficiencia eléctrica), sin embargo, en un sitio comercial o industrial típico, esta carga inductiva puede reducirlo a alrededor de 0.80 (es decir, 80% de eficiencia eléctrica).

 

¿Por qué es importante mejorar el factor de potencia en plantas de manufactura industrial?

• Eficiencia Energética: Un factor de potencia bajo significa que se está utilizando más energía de la necesaria para realizar un trabajo específico. Mejorar el FP aumenta la eficiencia energética, lo que se traduce en un uso más eficaz de la energía eléctrica y, en última instancia, en una reducción de los costos operativos.
• Reducción de Costos: Con un FP bajo, las empresas suelen incurrir en cargos adicionales por parte de las empresas de servicios públicos. Al mejorar el factor de potencia, se pueden evitar estos cargos y reducir los costos de electricidad.
• Capacidad Eléctrica Adicional: La mejora del FP libera capacidad eléctrica adicional en la red eléctrica de la planta. Esto permite agregar más carga o equipos sin necesidad de actualizar la infraestructura eléctrica existente, lo que ahorra costos de capital.

 

El Efecto del Factor de Potencia en los Costos de Electricidad

Los bajos factores de potencia no son deseables. Cuando una carga tiene un bajo factor de potencia, la empresa de servicios públicos debe suministrar más corriente de la que realmente se necesita. Esto implica la utilización de equipos más pesados, un uso ineficiente de la energía y un aumento en el costo de la electricidad.

Las empresas industriales con un bajo factor de potencia probablemente recibirán un cargo adicional por parte de la empresa de servicios públicos.

Por lo tanto, las empresas con un FP bajo pueden estar desperdiciando tanto energía como dinero. Cuando el factor de potencia cae por debajo de cierto valor establecido, las empresas de electricidad deben suministrar energía adicional (kVA) para compensar la pérdida causada por el bajo factor de potencia. A menudo, aplicarán un cargo adicional a la potencia activa (KW) que se está consumiendo, o incluso podrían cobrar toda la oferta como kVA.

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Además de ahorrar energía y reducir costos, mejorar el factor de potencia en plantas industriales conlleva la liberación de capacidad eléctrica, lo que significa que el flujo total de corriente se reduce. Esto permite agregar cargas adicionales y abastecerlas con un sistema existente.

Cuando una planta industrial tiene un bajo factor de potencia, enfrenta varios problemas relacionados con los costos de electricidad y la eficiencia energética. Estos problemas pueden afectar significativamente la rentabilidad y la sostenibilidad de la empresa.

En primer lugar, cuando el factor de potencia es bajo, la empresa de servicios públicos debe suministrar más corriente de la necesaria para satisfacer la demanda de energía real. Esto conduce a un uso ineficiente de la energía y aumenta los costos de electricidad. La empresa de servicios públicos suele aplicar cargos adicionales a los consumidores con bajos factores de potencia para compensar esta ineficiencia. Esto significa que las plantas industriales con factores de potencia deficientes están pagando más de lo necesario por su electricidad.

Además de los costos adicionales, un bajo factor de potencia en una planta de manufactura también puede resultar en la necesidad de equipos eléctricos más grandes y costosos para manejar la corriente adicional. Esto implica inversiones significativas en infraestructura eléctrica y aumenta los gastos de capital de la empresa.

Otro desafío es que, cuando el factor de potencia es bajo, se desperdicia energía reactiva. La energía reactiva no realiza ningún trabajo útil y simplemente fluye de ida y vuelta entre la carga y la fuente de alimentación. Esto aumenta la carga en la red eléctrica y puede provocar pérdidas de energía significativas.

Para abordar estos desafíos, es importante que las empresas busquen mejorar su factor de potencia. Esto implica la corrección del factor de potencia, que generalmente se logra mediante la instalación de condensadores en el sistema eléctrico. La corrección del factor de potencia reduce la cantidad de energía reactiva y mejora la eficiencia energética en general.

Además de reducir los costos de electricidad y mejorar la eficiencia energética, la corrección del factor de potencia también puede tener un impacto positivo en la capacidad eléctrica disponible. A medida que el factor de potencia mejora, se libera capacidad eléctrica adicional, lo que significa que se puede agregar más carga al sistema sin necesidad de actualizar la infraestructura eléctrica existente. Esto puede ser especialmente beneficioso para las empresas que planean expandir sus operaciones o agregar más equipos eléctricos a sus instalaciones.

No cabe duda que el factor de potencia juega un papel crucial en los costos de electricidad y la eficiencia energética en las plantas industriales. Las organizaciones con bajos factores de potencia enfrentan costos adicionales y desperdicio de energía, pero mediante la corrección del factor de potencia, pueden mejorar la eficiencia, reducir los costos y aumentar la capacidad eléctrica disponible.

 

¿Cómo se puede mejorar el factor de potencia en una planta industrial?

• Corrección del Factor de Potencia: La instalación de condensadores o bancos de condensadores es una forma común de corregir el factor de potencia. Estos dispositivos contrarrestan las corrientes reactivas inductivas, mejorando así el FP.
• Monitoreo y Gestión Continua: Implementar sistemas de monitoreo y gestión del FP permite un control constante y la capacidad de tomar medidas correctivas cuando sea necesario.
• Educación y Capacitación: Capacitar al personal sobre la importancia del FP y cómo pueden contribuir a mejorarlo es esencial para una mejora sostenible.
• Auditorías Energéticas: Realizar auditorías energéticas periódicas puede identificar áreas específicas de mejora en la planta y ayudar a desarrollar un plan estratégico para la optimización del FP.

 

Elección del equipo de Datos de Energía Correcto

Al evaluar la eficiencia energética en general, es fundamental utilizar un registrador de datos de energía que registre no solo el consumo de energía en fase única y trifásica, sino también el factor de potencia. La capacidad para medir el FP en una instalación indicará cuán efectivamente se está utilizando la energía eléctrica.

Esto permitirá introducir medidas correctivas que puedan apuntar a las corrientes reactivas inductivas, contrarrestar el elemento inductivo de la carga y aumentar la eficiencia eléctrica para acercarse al objetivo ideal de un factor de potencia de 1.00. Los factores de potencia pueden corregirse/mejorarse mediante la instalación de equipos más nuevos, incluidos circuitos integrados dedicados o equipos especializados.

Algunos instrumentos de gama baja solo miden la corriente y luego asumen que el voltaje es fijo. También suponen que el factor de potencia es 1.00, ya que no se conectan al voltaje y no comparan su sincronización con el flujo de corriente. Por lo tanto, esto puede presentar una imagen muy inexacta del consumo real de electricidad.

Para presentar una medición precisa del consumo de energía, es importante elegir un registrador de energía que mida tanto el voltaje como el consumo de corriente y relacione la sincronización entre ambos para medir el factor de potencia.

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