La llegada del voltaje trifásico a empresas y ciudades se basa en un sistema de generación, transmisión y distribución eléctrica diseñado para ser eficiente y estable. Aquí te explico el proceso y por qué las fases están desfasadas 120 grados:

1. Generación Trifásica:

En las centrales eléctricas (hidroeléctricas, térmicas, solares, eólicas, etc.), se utilizan generadores sincrónicos trifásicos, que están construidos con tres devanados ubicados físicamente a 120° entre sí en el estator.

Cuando el rotor (con un campo magnético) gira dentro del estator, induce voltajes sinusoidales en cada uno de esos devanados.
Como los devanados están separados 120° mecánicos, las ondas de voltaje generadas también están desfasadas eléctricamente 120° entre sí.
Así nacen las tres fases: L1, L2 y L3.

2. Transmisión de Energía:

La energía trifásica se transmite a grandes distancias por líneas de alta tensión (66 kV, 220 kV, 500 kV, etc.), para reducir las pérdidas por efecto Joule.

Se usan tres conductores para las tres fases, y a veces un neutro o tierra.
Esta energía mantiene el desfase de 120° entre fases.

3. Subestaciones y Distribución:

Al acercarse a las ciudades y empresas:

Se pasa por subestaciones que reducen la tensión mediante transformadores.
Luego, se distribuye en media tensión (por ejemplo, 12,000 V o 23,000 V) hasta transformadores cercanos a los consumidores.

4. Uso en Empresas y Ciudades:

Empresas suelen recibir directamente trifásica (generalmente en 380 V o 400 V dependiendo del país), porque usan motores, maquinaria industrial, etc.
Ciudades y casas suelen recibir una fase + neutro (monofásico, 220 V en Chile), pero el transformador del poste trabaja con entrada trifásica.

¿Por qué 120° de desfase?

Porque 360° (un ciclo completo) dividido entre 3 fases da 120°. Esto permite:

Que la suma instantánea de las corrientes o tensiones sea cero en sistemas balanceados.
Transmitir más potencia con menos conductores.
Mejor eficiencia en motores trifásicos y cargas industriales.

¡Perfecto! Ahora sí, vamos a meternos de lleno en el cos(φ) pero aplicado al mundo de la electricidad y específicamente al factor de potencia y los triángulos de potencia. Te lo explico paso a paso y bien clarito.

🔌 ¿Qué es el factor de potencia?

El factor de potencia (FP) es un número entre 0 y 1 que nos dice qué tan eficiente es el uso de la energía eléctrica en un sistema.
Y este valor se calcula como:

📐 ¿Qué es φ (fi) en este contexto?

Es el ángulo de desfase entre la corriente y la tensión (voltaje) en un circuito de corriente alterna (CA).

Cuando φ = 0, no hay desfase → el sistema es 100% eficiente, todo es potencia activa.

Cuando φ ≠ 0, hay un desfasaje → aparece la potencia reactiva, y parte de la energía se desperdicia.

⚡ Tipos de potencia en el sistema:

Potencia Activa (P):
Es la que realmente se consume para hacer funcionar motores, luces, etc. Se mide en watts (W).
👉 Es el lado horizontal del triángulo.
Potencia Reactiva (Q):
Es la que no se consume, sino que va y viene del generador a los dispositivos (motores, bobinas, etc). Se mide en volt-amperes reactivos (VAR).
👉 Es el lado vertical del triángulo.
Potencia Aparente (S):
Es la total que se entrega al sistema. Se mide en volt-amperes (VA).
👉 Es la hipotenusa del triángulo.

🧠 ¿Y cómo entra el coseno de φ acá?

En el triángulo de potencias:

Donde:

= potencia activa
= potencia aparente

Este valor cos(φ) es lo que llamamos factor de potencia.
Mientras más cerca de 1 esté, más eficiente es el sistema.

🔺 Triángulo de potencia

Aquí te lo imaginas como un triángulo rectángulo:

           |
           |\
           | \
     Q     |  \  S
           |   \
           |    \
           |_____\

P (horizontal) → activa
Q (vertical) → reactiva
S (hipotenusa) → aparente

🟢 Ejemplo práctico:

Supón que:

P = 800 W
S = 1000 VA

Entonces:

→ Tu factor de potencia es 0.8 → Significa que el 80% de la energía se está usando bien, y el 20% se desperdicia en reacciones internas (campos magnéticos, etc.).

Perfecto, te desarrollo el hilo de conceptos paso a paso hasta llegar a la idea final, con un enfoque claro, progresivo y orientado a circuitos de corriente alterna (CA):

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1. Inductancia (L)

La inductancia es la propiedad de un componente eléctrico (como una bobina) que se opone a los cambios de corriente que pasan por él. Se mide en Henrios (H). Una bobina almacena energía en forma de campo magnético cuando la corriente varía en el tiempo.

En CA, este efecto genera una oposición que no es una simple resistencia, sino una reactancia inductiva.

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2. Capacitancia (C)

La capacitancia es la propiedad de un componente (como un condensador o capacitor) de almacenar carga eléctrica y energía en un campo eléctrico. Se mide en Faradios (F).

En CA, el capacitor también presenta una forma de oposición al paso de la corriente alterna: la reactancia capacitiva.

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3. Reactancia Inductiva (XL)

La reactancia inductiva es la oposición que una inductancia ofrece al paso de corriente alterna.

Se calcula con la fórmula:

XL = 2πfL

donde f es la frecuencia de la señal (Hz) y L la inductancia (H).

Esta reactancia aumenta con la frecuencia, y desfasará la corriente respecto al voltaje, provocando un retraso (la corriente va detrás del voltaje).

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4. Reactancia Capacitiva (XC)

La reactancia capacitiva es la oposición que un capacitor presenta al paso de corriente alterna.

Se calcula con:

XC = 1 / (2πfC)

donde C es la capacitancia (F) y f la frecuencia (Hz).

A diferencia de XL, disminuye con la frecuencia y provoca un adelanto de la corriente respecto al voltaje (la corriente va delante del voltaje).

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5. Impedancia (Z)

En un circuito de CA, no basta con sumar resistencias: aparece la impedancia (Z), que es la combinación de:

Resistencia real (R)

Reactancia inductiva (XL)

Reactancia capacitiva (XC)

La impedancia es una magnitud compleja, expresada como:

Z = R + j(XL - XC)

donde j es la unidad imaginaria.

El módulo de Z, es decir, la "resistencia total" que ve la corriente, se calcula con:

|Z| = √(R² + (XL - XC)²)

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6. Triángulo de Impedancia

Podemos representar Z con un triángulo rectángulo:

Base horizontal: R

Altura vertical: XL - XC (positivo si domina la inductancia, negativo si domina la capacitancia)

Hipotenusa: |Z|

Este triángulo es muy útil para visualizar el desfase entre corriente y voltaje.

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7. Factor de potencia (cos φ)

El factor de potencia (cos φ) es el coseno del ángulo φ entre la corriente y el voltaje. Se relaciona directamente con el triángulo de impedancia:

cos φ = R / |Z|

Si φ = 0°, cos φ = 1 (toda la potencia es activa)

Si hay reactancia, φ ≠ 0 y cos φ < 1 (hay potencia reactiva)

El cos φ indica cuánta potencia realmente útil se está consumiendo del total entregado por la red.

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8. Gráfico: Eje de Reactancia vs Eje de Resistencia

Este gráfico representa la impedancia como un vector en el plano cartesiano:

Eje X: Resistencia (R)

Eje Y: Reactancia neta (XL - XC)

Al trazar este vector, podemos calcular:

El ángulo φ, usando trigonometría (tan φ = (XL - XC)/R)

El módulo de Z = √(R² + (XL - XC)²)

Luego, la corriente total (I) del circuito usando la ley de Ohm para CA:

I = V / |Z|

Así, con el gráfico podemos visualizar cómo cambia la corriente según la combinación de R, XL

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RELACIÓN ENTRE EL MAL FACTOR DE POTENCIA Y LA APLICACIÓN DE CONDENSADORES

1. Introducción

El factor de potencia (FP) es un indicador clave en los sistemas eléctricos, especialmente en instalaciones industriales o comerciales donde existen cargas inductivas significativas, como motores, transformadores o balastos. Un mal factor de potencia, generalmente inferior a 0,9, tiene efectos negativos tanto técnicos como económicos. Para corregirlo, se utilizan principalmente bancos de condensadores.

2. ¿Qué es el factor de potencia?

El factor de potencia es la relación entre la potencia activa (kW) y la potencia aparente (kVA):

FP = Potencia Activa (kW) / Potencia Aparente (kVA)

Un FP bajo indica un alto consumo de potencia reactiva (kVAR), lo que significa que parte de la energía suministrada por la red no se está utilizando de forma eficiente.

3. Consecuencias de un mal factor de potencia

Aumento de la demanda de corriente, lo que puede sobrecargar conductores y transformadores.
Pérdidas por efecto Joule (I²R) más elevadas.
Penalizaciones económicas por parte de la empresa distribuidora de energía.
Disminución de la capacidad instalada, ya que la infraestructura debe dimensionarse para mayores corrientes.

4. Aplicación de condensadores para corrección

Los condensadores aportan potencia reactiva capacitiva, que se contrapone a la potencia reactiva inductiva de las cargas. Al equilibrarse, se reduce la potencia aparente, y por lo tanto, se mejora el factor de potencia.

5. Tipos de aplicación de condensadores

Bancos fijos: Se conectan manualmente o con temporizadores en instalaciones con cargas constantes.
Bancos automáticos: Utilizan relés controladores de factor de potencia que activan etapas de condensadores según la demanda.
Condensadores en motores individuales: En casos específicos, se instalan en motores de gran tamaño para compensar localmente su reactivo.

6. Ejemplo práctico

Supongamos una carga de 100 kW con un FP de 0,75:

Potencia aparente:
S = 100 kW / 0,75 = 133,33 kVA
Potencia reactiva:
Q = √(S² - P²) = √(133,33² - 100²) ≈ 88,2 kVAR

Para elevar el FP a 0,95:

Nueva potencia aparente:
S' = 100 / 0,95 = 105,26 kVA
Nueva potencia reactiva:
Q' = √(105,26² - 100²) ≈ 32,9 kVAR
Potencia reactiva a compensar:
ΔQ = 88,2 - 32,9 ≈ 55,3 kVAR

Se requiere un banco de condensadores de aproximadamente 55,3 kVAR.

Ejercicios Prácticos – Compensación de Potencia Reactiva

ACTIVIDAD FORMATIVA: BANCO DE

CONDENSADORES BASICO

A continuación, se presentan cinco ejercicios prácticos orientados a calcular la potencia reactiva a compensar mediante bancos de condensadores, basados en situaciones realistas del sector eléctrico industrial y comercial. Complete los cuadros con los cálculos correspondientes.

Ejercicio 1: Taller Mecánico

Una pequeña industria tiene una carga de 75 kW con un factor de potencia de 0,70.
Se desea corregir el factor de potencia a 0,96.

Dato	Valor
Potencia activa (P) [kW]
Factor de potencia inicial (FPi)
Potencia aparente inicial (S) [kVA]
Potencia reactiva inicial (Q) [kVAR]
Factor de potencia deseado (FPf)
Potencia reactiva deseada (Q') [kVAR]

Potencia reactiva a compensar (ΔQ) = Q - Q' = _________ [kVAR]