Cómo dimensionar y especificar un banco de condensadores: cálculo de kVAr, escalones, ajuste C/K, contactores de conmutación y bancos con reactancia de desintonía.
El factor de potencia (FP) es la relación entre la potencia activa (kW) y la potencia aparente (kVA) que se demanda a la red. Un motor a media carga puede tomar 100 kVA para entregar 60 kW — un FP de 0,60. La utility sigue dimensionando transformadores, cables y embarrados para los 100 kVA completos, y por eso muchas tarifas industriales facturan la energía reactiva (kVArh) o penalizan un FP por debajo de un umbral, normalmente 0,90 o 0,95.
Para constructores de cuadros y distribuidores el argumento es más simple: compensar en el cuadro general libera capacidad de transformador, reduce pérdidas en los cables y elimina las líneas de penalización de la factura del cliente. Un banco que sube el FP de 0,72 a 0,97 puede liberar entre el 20% y el 30% de la potencia aparente que consumía la instalación — a menudo más barato que un cuadro nuevo.
Los bancos fijos encajan con cargas estables y predecibles — un único compresor grande, o una línea de producción a salida constante. Son los más baratos por kVAr y los más fáciles de poner en servicio, pero no siguen los cambios de carga: en carga ligera el mismo banco lleva el FP a lado capacitivo y eleva la tensión de los condensadores.
Los bancos automáticos conectan y desconectan escalones de condensadores según varía la carga. Casi cualquier instalación mixta — talleres mecánicos, transformación de plásticos, edificios con climatización — necesita un banco automático. El coste extra es el controlador de corrección del factor de potencia más los contactores de conmutación de condensadores, y ahí es donde ocurren la mayoría de los errores de especificación.
La potencia reactiva que debe entregar el banco es:
Qc = P × (tg φ1 − tg φ2)
donde P es la demanda activa medida en kW, φ1 el ángulo del factor de potencia actual y φ2 el ángulo objetivo. Ejemplo: un taller demanda 250 kW con FP 0,72 (tg = 0,964) y el objetivo es 0,97 (tg = 0,251). El banco debe entregar 250 × (0,964 − 0,251) ≈ 178 kVAr.
Dos reglas prácticas. No compense hasta la unidad — deje un margen inductivo (FP 0,95–0,98) o el controlador oscilará. Y dimensione sobre la demanda medida, no sobre la carga conectada: una semana de registros con pinza amperimétrica o analizador de redes vale más que cualquier suma de placas de características.
Un banco automático reparte sus kVAr en escalones — típicamente de 5, 12,5, 25 o 50 kVAr. Los escalones deben afinarse a medida que se multiplican: un primer escalón grueso oscila, un último escalón fino remata. Un reparto habitual para un banco de 300 kVAr es 4 × 75 kVAr gruesos más 2 × 25 kVAr y 1 × 50 kVAr finos.
La relación C/K — kVAr del primer escalón frente a la corriente primaria del transformador de corriente — fija la sensibilidad del controlador:
C/K = Qesc ÷ (Un en kV × ITC en A)
Un primer escalón de 50 kVAr en una red de 400 V con TC de 1000/5 A da C/K = 50 ÷ (0,4 × 1000) = 0,125. Demasiado bajo y el controlador sobreconmuta; demasiado alto y nunca acaba de alcanzar.
El controlador mide el FP a partir de las entradas de TC y tensión, lo compara con el cos φ objetivo y conecta o desconecta escalones para cerrar la diferencia. Los ajustes que importan:
Conmutar un escalón de condensadores no es arrancar un motor. En el instante del cierre el condensador está descargado y la red está cerca del pico — la corriente de inserción puede alcanzar unas 100 veces la nominal. Los contactos principales de un contactor estándar se sueldan con ese esfuerzo.
Los contactores para servicio de condensadores lo resuelven con contactos auxiliares de cierre anticipado en serie con resistencias de amortiguación: los auxiliares cierran primero y precargan el escalón; después cierran los principales casi sin inserción. Al abrir, los principales separan primero y las resistencias absorben el arco. Ese contactor no sirve para conmutar motores, y un contactor estándar nunca es sustitución aceptable — unos contactos soldados dejan fuera todo el banco.
Los variadores de frecuencia, drivers LED, SAIs y rectificadores inyectan corrientes armónicas. Los condensadores son de baja impedancia a las frecuencias armónicas, así que un banco sin desintonía amplifica esas corrientes, se sobrecalienta y falla pronto. Los síntomas — fusibles que saltan, contactores que fallan, condensadores abombados — se diagnostican erróneamente como «condensadores defectuosos».
La solución estándar es un banco con reactancia de desintonía: una reactancia serie (típicamente 7% a frecuencia de red) sintoniza el conjunto banco-condensador por debajo del armónico dominante, de modo que el banco se comporta como inductivo donde importa y deja de amplificar. En plantas dominadas por variadores y rectificadores, especifique bancos desintonizados por defecto, no como opción con coste.
Mida la potencia activa P (kW) y el factor de potencia actuales. El banco debe entregar Qc = P × (tg φ1 − tg φ2), donde φ1 es el ángulo actual y φ2 el objetivo (suele ser 0,95–0,97). Ejemplo: 250 kW con FP 0,72 hasta 0,97 requiere unos 178 kVAr.
No. Al cerrar sobre un condensador descargado la corriente de inserción alcanza unas 100 veces la nominal y los contactos principales de un contactor estándar se sueldan. Use contactores para servicio de condensadores con contactos auxiliares de cierre anticipado y resistencias de amortiguación que precargan cada escalón.
C/K = kVAr del primer escalón ÷ (tensión del sistema en kV × corriente primaria del TC). Un primer escalón de 50 kVAr en una red de 400 V (0,4 kV) con TC de 1000/5 A da C/K = 50 ÷ (0,4 × 1000) = 0,125. Un valor bajo hace que el controlador oscile; uno alto, que responda con lentitud.
Por los armónicos de los variadores y rectificadores. Los condensadores son de baja impedancia a las frecuencias armónicas, así que amplifican la corriente armónica, se sobrecalientan y se abomban. En esos entornos el banco con reactancia de desintonía (típicamente 7%) debe ser la especificación por defecto, no una opción.
Automático, salvo que una sola carga domine. Un banco fijo dimensionado para la punta sobrecompensa en carga ligera: el FP se vuelve capacitivo y sube la tensión de los condensadores. Un banco automático con escalones gruesos y finos sigue a la carga y mantiene el FP entre 0,95 y 0,98.
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