Power factor/es

Arriba -Una carga resistiva con un factor de potencia de 1. La corriente, la tensión, la potencia están todos sincronizados.
Abajo - Una carga inductiva con un factor de potencia menor que 1. La corriente está retrasada (detrás) de la fase de la tensión. El área sombreada en amarillo representa la energía no consumida que se envía de regreso a la fuente.

Hay varios tipos de carga de corriente alterna (CA), algunos de los cuales requieren tensión y corriente al mismo tiempo (cargas resistivas) y otros que requieren tensión y corriente en diferentes momentos (inductivo y capacitivo). El factor de potencia (PF) es un número entre -1 y 1 que se puede aplicar a cargas de CA para describir hasta qué punto su tensión y demanda de corriente (fases) están sincronizados. Una carga con un factor de potencia de 1 (gráfico superior a la derecha) tiene un pico de tensión y corriente simultáneamente en cada ciclo. Una carga con un factor de potencia de menos de 1 (gráfico inferior a la derecha) tiene un pico de tensión y corriente en diferentes momentos de cada ciclo.

El factor de potencia de las cargas se vuelve importante al dimensionar y seleccionar un inversor autónomo. Una carga con un factor de potencia de menos de 1 requerirá que el inversor suministre una corriente que exceda la potencia nominal del aparato para que funcione correctamente. Esta corriente no se incluye en la potencia nominal del aparato, ya que no es consumida por la carga y se devuelve a la fuente. Por lo tanto, el factor de potencia solo se tiene en cuenta para dimensionar el inversor, pero no es relevante al dimensionar el fuente FV o el sistema de almacenamiento de energía.

Calculando el factor de potencia

Existen diferentes tipos de potencia que se utilizan para determinar el factor de potencia de una carga.

El factor de potencia (PF) = Potencia real (activa) ÷ Potencia aparente

• La potencia real o activa es la que se utiliza para realizar un trabajo. Esta potencia se consume y se mide en vatios (W).
• La potencia reactiva es la potencia que no realiza ningún trabajo pero que todavía está presente en un circuito. Esta potencia regresa a la fuente y se mide en voltios-amperios (VA).
• La potencia aparente es la potencia total presente en un circuito. La potencia aparente es la suma de la potencia real y la potencia reactiva. Se mide en voltios-amperios (VA).

Si la corriente y la tensión de un circuito se miden para un circuito con un multímetro y se multiplican, esto será una medida de potencia aparente. Los dispositivos diseñados específicamente para medir el consumo de energía, como un medidor Kill-A-Watt, pueden medir la potencia real.

Ejemplos de diferentes tipos de cargas

Las cargas resistivas comunes son bombillas incandescentes o un calentador eléctrico. Estas cargas tendrán un factor de potencia de 1, que también se conoce como factor de potencia unitario.

Ejemplo 1: Una bombilla incandescente de 40 W está funcionando en un circuito de 120 VCA. Se mide la corriente y el resultado es .3 A. ¿Qué es el factor de potencia de esta bombilla?

• Factor de potencia = 40 W ÷ (120 V × .3 A) = 1
• Toda la energía es consumida por la carga.

Las cargas inductivas y capacitivas comunes son ventiladores, televisores, radios, laptops, licuadoras, refrigeradores e iluminación LED. Estas cargas tendrán un factor de potencia menor a 1.

Ejemplo 2: Un laptop de 20 W está funcionando en un circuito de 120 V CA. Se mide la corriente y el resultado es .3 A. ¿Qué es el factor de potencia de este laptop?

• Factor de potencia = 20 W ÷ (120 V × .3 A) = .5
• La carga consume 20 W. El resto es potencia reactiva que vuelve a la fuente.

Estimaciones de factor de potencia

Los valores del factor de potencia varían significativamente entre marcas y modelos de aparatos y puede ser bastante difícil encontrar valores específicos. Los valores del cuadro siguiente son estimaciones conservadoras.

Carga	Estimación de factor de potencia
Bombilla LED	.45
Radio	.9
Cargador de un celular	.45
TV LED	.55
Cargador de un laptop	.5
Refrigerador	.5
Licuadora	.8
Impresora - inactiva	.4
Impresora - imprimiendo	.65
Calentador de agua	.97
Ventilador	.87
Microondas	.9
Proyector	.9

Notas/referencias

• Power Studies: Power Factor — The Basics https://www.powerstudies.com/sites/www.powerstudies.com/files/Power%20Factor%20Basics%20Article.pdf
• American Council for an Energy Efficient Economy - Power Factor Requirements for Electronic Loads in California https://www.aceee.org/files/proceedings/2014/data/papers/9-959.pdf
• Ali Ahmadab, Syed Abdul Rahman Kashif, Muhammad Asghar Saqibb, Arslan Ashrafa, Umar Tabrez Shamib. Tariff for reactive energy consumption in household appliances from Energy Volume 186, 1 November 2019, 115818