Factor de potencia y armónicos: Explicación sencilla

Si alguna vez te has sentido confundido por términos como factor de potencia, coseno fi o armónicos en el contexto de una instalación de iluminación LED, este artículo es para ti. Nuestro especialista, Adriaan Van Nuffel, lo explica de manera sencilla.

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El papel del coseno fi

Una instalación eléctrica se alimenta con corriente alterna (CA). En este caso, el voltaje (en voltios) cambia constantemente de dirección, lo que resulta en un perfil sinusoidal. Cuando se carga la instalación, por ejemplo, al encender las luces, fluirá una corriente (en amperios) que, en el caso más sencillo, dependiendo del tipo de fuente de luz o dispositivo eléctrico, también adoptará una forma sinusoidal.

A veces, hay un desfase entre el momento en que la corriente cambia de dirección y el momento en que el voltaje cambia de dirección. Este desfase de fase se cuantifica mediante el 'coseno fi'. En el caso ideal, no hay desfase de fase, y entonces el coseno fi = 1. El desfase de fase se produce debido a elementos inductivos o capacitivos en la instalación.

Cos ɸ : La relación entre voltaje y corriente

Si el coseno fi no es igual a 1, sino, por ejemplo, solo 0,8, la instalación requerirá más corriente de la red para suministrar la misma potencia útil. Esto no es deseable, ya que una corriente más alta generará más pérdidas debido al calentamiento de los cables eléctricos.

Armónicos en el mundo eléctrico

Hoy en día, muchos dispositivos eléctricos, incluyendo los controladores de luminarias LED, están construidos con circuitos electrónicos que no extraen corriente continua de la red, sino pulsos cortos. Esto da lugar a un perfil de corriente que ya no es sinusoidal, sino que tiene una forma irregular.

Esta forma irregular puede ser transformada matemáticamente en una suma de varios perfiles sinusoidales, cada uno con una frecuencia que es un múltiplo de 50 Hertz. Estos son los armónicos: el primer armónico tiene una frecuencia de 50 Hz, el tercer armónico tiene una frecuencia de 150 Hz, el quinto tiene una frecuencia de 250 Hz, y así sucesivamente.

¡Solo el primer armónico proporciona potencia útil! (Esto se debe a un principio matemático que se relaciona con la interacción de diferentes frecuencias en las ondas sinusoidales y cosinusoidales). Esto se conoce como potencia activa, reactiva o real. Pero los demás armónicos requerirán corriente adicional de la red y, por lo tanto, generarán pérdidas adicionales. Esto se conoce como potencia aparente, reactiva o reactiva.

Además, los armónicos superiores pueden afectar el funcionamiento de otros dispositivos conectados a la red.

Todo esto se mide mediante la Distorsión Armónica Total (THD), que es la suma de todas las corrientes de los armónicos superiores dividida por la corriente del primer armónico.

THD: Una medida de la distorsión de corriente

Una corriente perfectamente sinusoidal no tendrá armónicos, y por lo tanto THD = 0. A medida que aumenta la corriente demandada por los armónicos superiores, también aumenta el THD.

El significado del factor de potencia

El factor de potencia (FP) tiene en cuenta tanto los efectos de los armónicos como del coseno fi. De esta manera, estos dos efectos negativos se evalúan en un solo valor:

• El desfase de corriente con respecto al voltaje (coseno fi)
• La distorsión de la corriente en comparación con una onda sinusoidal perfecta (THD)

Factor de potencia: Un equilibrio entre el coseno fi y el THD

En el caso ideal, el factor de potencia es igual a 1. Si el coseno fi es demasiado bajo o el THD es demasiado alto, el valor del factor de potencia disminuirá.

Iluminación ETAP y factor de potencia

• Según la norma EN61000-3-2, para dispositivos eléctricos con una potencia superior a 25 vatios, se requiere un factor de potencia mínimo (FP) de 0,9. Las luminarias ETAP con una potencia superior a 25W siempre tienen un factor de potencia FP > 0,9.
   
• El problema generalmente surge con dispositivos eléctricos con una potencia inferior a 25 vatios. Estos pueden tener un factor de potencia muy pobre. Esto puede ser el caso, por ejemplo, con cargadores de teléfonos, computadoras, pantallas de televisión, pero también con lámparas LED de baja potencia (mercado residencial) o tubos LED de baja calidad.
   
• No habrá problemas si solo algunos dispositivos tienen un factor de potencia bajo. Sin embargo, si se reemplazan lámparas fluorescentes por tubos LED con un mal factor de potencia en toda una instalación, esto requerirá demasiada corriente de la red. Esto puede provocar fusibles quemados, costos de electricidad adicionales, etc.