Si estás interesado por el ahorro y la eficiencia energética con total seguridad habrás oído hablar de la energía reactiva. Habréis oído que reduce la eficiencia de las instalaciones, que es mala para la red eléctrica y, sobre todo, que si consumes energía reactiva tienes una penalización en tu factura eléctrica. Pero ¿Qué es exactamente la energía reactiva?
Explicar el concepto de energía reactiva es algo complicado. Si lo miráis en un libro os llenarán de ecuaciones de números complejos. Así que, trataremos de explicar que es la energía reactiva sin usar ecuaciones complejas.
CONTENIDO
HAGAMOS UN PEQUEÑO REPASO SOBRE CORRIENTE ALTERNA (AC)
Cómo es sabido, la red eléctrica que empleamos es en realidad una fuente de tensión alterna. En España esta tensión alterna tiene valores nominales de 230V entre fase y neutro y 50 Hz. Esto significa que la tensión en nuestro enchufe pasa de positivo a negativo, y otra vez a positivo, 50 veces cada segundo, y que realiza un trabajo equivalente al que realizaría una fuente te tensión continua de 230V.
Vamos a graficar esta tensión respecto del tiempo, medido en grados eléctricos (360º grados eléctricos serán 1/50Hz = 0.02s),
Cuando conectamos a tensión alterna una carga eléctrica, comienza a pasar por ella una cierta cantidad de intensidad eléctrica. Lógicamente, esta intensidad es también una función alterna.
La intensidad eléctrica que fluye está determinada únicamente por las características de la carga conectada. La cantidad de electricidad, la amplitud de la onda de intensidad, está fijada por la impedancia de la carga. Pero (y aquí viene la parte interesante para la energía reactiva) la carga también introduce un desfase entre intensidad y tensión. Esto significa que la onda de intensidad adelantará o retrasará en el tiempo respecto a la de tensión. Este desfase, que mediremos en grados eléctricos, es el que origina la energía reactiva.
Pero, ¿Qué causa que las ondas de tensión e intensidad desfasen entre ellas? Para explicar esto tenemos que explicar brevemente los tipos de cargas existentes.
TIPOS DE CARGAS ELÉCTRICAS
En electricidad existen tres tipos de cargas (no confundir con electrónica):
Resistencias.
Bobinas.
Condensadores.
Vamos a ver las características de cada una de ellas.
Resistencias (cargas resistivas): Todo elemento a través del cual fluye una corriente eléctrica, ofrece cierta resistencia a ser atravesado por la corriente. Al ser atravesadas por la corriente las resistencia disipan energía. Como ejemplo de grandes resistencias podemos citar las resistencias térmicas que se emplean para generar calor, pero se hace notar que toda carga conectada (líneas eléctricas, luminarias, motores...) presenta una resistencia.
Bobinas (cargas inductivas): Una bobina está formada por un conductor eléctrico arrollado en un núcleo de material ferromagnético (un trozo de metal). Al circular una corriente por ella, genera un campo magnético en su interior. Este campo magnético almacena energía, y se opone a cambios en el valor de la intensidad eléctrica. Las bobinas constituyen una parte fundamentan en múltiples máquinas, por ejemplo en motores y transformadores.
Condensadores (cargas capacitivas): Un condensador está formado por dos conductores separados por medio de un material aislante. Al circular corriente por él, genera un campo eléctrico en su interior. Este campo eléctrico almacena energía, y se opone a cambios en el valor de tensión. A diferencia de las bobinas, los condensadores de gran tamaño tienen poca aplicación en electricidad. Su uso principal es en baterías para compensar, precisamente, los efectos reactivos producidos por las bobinas.
Las resistencias son elementos pasivos que no generan desfase en la corriente. Sin embargo, bobinas y condensadores son elementos reactivos que generan campos, respectivamente, magnéticos y eléctricos. Estos campos presentan una cierta “inercia” a ser creados o destruidos, y es esta “inercia” la que introduce desfases en la corriente. Las bobinas introducen desfases negativos, y los condensadores positivos.
Sin embargo, las cargas reales nunca son “puras” si no que presentan un comportamiento intermedio entre cargas pasivas y reactivas. Para caracterizar las cargas reales empleamos el ángulo de desfase que introducen entre tensión y corriente. Una resistencia pura es una carga de 0º, una bobina 90º, y un condensador -90º. Los comportamientos mixtos presentan valores de desfase intermedios entre estos límites.
CUESTIÓN DE POTENCIA
¿Por qué es importante este desfase y como puede ser la causa de la energía reactiva? Para ver el efecto que produce en la carga debemos calcular la potencia consumida por una carga, que obtenemos simplemente multiplicando la tensión por la intensidad en cada instante de tiempo. El resultado, S(t), que llamaremos potencia aparente.
La potencia aparente o total (S), es el producto vectorial entre la intensidad y la tensión. Es solo una magnitud de cálculo, porque no tiene en cuenta el desfase entre la tensión y la intensidad de corriente. Su unidad es el voltio amperio (VA)
DONDE:
S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)
U = Voltaje de la corriente, expresada en volt.
I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere
Se observa que la potencia aparente es una onda del doble de la frecuencia de la tensión. Es decir, si conectamos una lámpara (un elemento resistivo, ángulo 0º) esta se enciende y apaga 100 veces por segundo. Este comportamiento fluctuante en la potencia se cumple siempre, para cualquier tipo de carga conectada. El valor de potencia efectivo a lo largo del tiempo es el promedio de esta potencia, que se muestra con la línea Smed.
Ahora al variar el ángulo de la carga y observar como la onda de potencia S(t) pasa a tener instantes en los que toma valores negativos. Efectivamente, la carga absorbe potencia durante una parte del tiempo y devuelve a la red en otra. Por su parte, la potencia promedio Smed disminuye. En los valores extremos de 90º o -90º, correspondientes con cargas inductivas o capacitivas puras, el valor Smed cero. En estos casos puros, la carga absorbe energía durante medio periodo y devuelve exactamente la misma energía durante el siguiente semi período.
Solo resta usar un pequeño “truco matemático” para descomponer esta potencia aparente S(t) en la suma de dos componentes puramente activos y reactivos. En todo momento, la suma de ambos componentes es la potencia S(t), que es la que realmente absorbe la carga.
La potencia real P(t) es la parte de la potencia que pulsa en fase con la tensión. Esta potencia, originada por los elementos resistivos de la carga, es la que realiza realmente trabajo útil.
La potencia reactiva Q(t) es la componente de potencia que pulsa a 90 o -90º. Está originada por los elementos reactivos de la carga, y no genera trabajo útil a lo largo del tiempo.
La cantidad de cada componente está marcada por el desfase entre tensión e intensidad. En concreto, la relación entre la potencia activa y la potencia aparente es el coseno del ángulo formado por tensión e intensidad. A esta relación se le llama de forma habitual factor de potencia de la instalación.
¿CUÁLES SON LOS EFECTOS NEGATIVOS DE LA ENERGÍA REACTIVA?
Pérdida de potencia “útil” en las instalaciones.
Aumento de pérdidas de energía activa.
Sobrecalentamientos de los conductores eléctricos.
Menor rendimiento en los aparatos eléctricos conectados.
Caídas de tensión y perturbaciones en la red eléctrica.
Penalizaciones a los usuarios por parte de las compañías eléctricas.
EXISTEN TRES TIPOS DE COMPENSACIÓN DE LA ENERGÍA REACTIVA:
Compensación individual: A cada aparato eléctrico con componentes bobinados se le instala el condensador necesario.
Compensación conjunta: A aparatos eléctricos con la misma potencia y mismas horas de funcionamiento se les instala un condensador común.
Compensación central: Compensación de toda la instalación a través de una batería automática de condensadores, cuyo funcionamiento se regula automáticamente en función de la energía reactiva que es necesario compensar en cada momento.
CONCLUSIÓN
La energía reactiva es la demanda extra de energía que algunos equipos de carácter inductivo como motores, transformadores u ordenadores, entre otros, necesitan para su funcionamiento. Esta energía se mide en KVArh (kilo voltio amperio reactivo hora) y no se transforma en ningún tipo de trabajo “útil” como ocurre con la energía activa (kWh). Su exceso provoca importantes perjuicios técnicos y económicos en la red.
Dicho de manera técnica, la energía reactiva de una carga eléctrica introducen desfases entre tensión e intensidad. Este desfase se origina por la “inercia” de la carga ante la creación y destrucción de campos magnéticos y eléctricos. La existencia de este desfase provoca que la potencia absorbida por la carga, S(t), adquiera valores negativos, por lo que la carga cede potencia durante parte del tiempo.
La potencia reactiva es la componente de la potencia que pulsa a 90º con la tensión. El trabajo neto que realiza a lo largo del tiempo es nulo. La energía absorbida en un semiperiodo se almacena dentro de la carga en forma de campo magnético o eléctrico, y se cede íntegramente en el siguiente semiperiodo. En oposición, la potencia activa es la componente que pulsa a 0º con la tensión, y es la que realiza trabajo efectivo a lo largo del tiempo.
