Qué es un banco de condensadores y para qué sirve

Para qué sirve un banco de condensadores en una planta

En una planta industrial, una clínica privada o un centro logístico, el banco de condensadores cumple tres funciones que se refuerzan entre sí.

Evitar el cobro de energía reactiva. Cuando la reactiva inductiva que registra el medidor en una hora supera la mitad de la energía activa de esa misma hora, el exceso se factura como transporte de energía reactiva. El banco reduce la reactiva que la planta toma de la red y la mantiene por debajo de ese umbral.

Liberar capacidad del transformador y de los conductores. Un transformador se dimensiona en kVA, es decir, por la potencia aparente que circula, y esa potencia incluye la reactiva. Con la misma carga activa, subir el factor de potencia reduce los kVA y la corriente. En un ejemplo ilustrativo, una carga de 400 kW con factor de potencia 0,80 exige 500 kVA; con 0,95 exige unos 421 kVA. Esa diferencia queda disponible para crecer sin cambiar el transformador, siempre que el resto del diseño lo permita.

Reducir pérdidas. Las pérdidas por calentamiento en cables y transformadores son proporcionales al cuadrado de la corriente. Si la corriente baja en el tramo que va de la acometida al punto donde se conecta el banco, esas pérdidas bajan con ella. Cuánto representa eso en la factura depende de la longitud de los circuitos y del régimen de carga, y solo se estima con una medición.

Las características de los equipos que fabrica Energizar están en la página de bancos correctores de factor de potencia.

Cómo funciona: la energía reactiva que el banco entrega en sitio

Los motores, los transformadores y otras cargas inductivas necesitan dos tipos de energía. La activa, medida en kWh, es la que se convierte en trabajo: mueve el eje de un motor, calienta un horno, enciende una luminaria. La reactiva, medida en kVArh, es la que crea los campos magnéticos que esas máquinas necesitan para operar. Circula entre la red y la carga en cada ciclo, no produce trabajo útil y aun así ocupa capacidad de los conductores y del transformador.

Un condensador se comporta de forma opuesta a una bobina: donde la carga inductiva toma reactiva, el condensador la entrega. Si se conecta un banco de condensadores cerca de los motores, la reactiva que estos piden la suministra el banco, y la red transporta la energía activa más la parte de reactiva que el banco no cubre. El medidor del operador de red registra entonces menos reactiva inductiva.

El resultado se expresa con el factor de potencia, la relación entre la potencia activa y la potencia aparente. El concepto completo, con el triángulo de potencias y la lectura del cobro en la factura, está en la guía sobre qué son el factor de potencia y la energía reactiva.

Cuándo cobra el operador de red la energía reactiva en Colombia

La regla está en la Resolución CREG 015 de 2018. Su artículo 16, modificado por el artículo 2 de la Resolución CREG 195 de 2020, establece que los usuarios finales pagan el transporte de energía reactiva cuando superan los límites del capítulo 12 del anexo general, y ese capítulo fija los límites. Para un usuario, el cobro se evalúa en cada periodo horario y se aplica en tres situaciones.

El umbral del 50 % equivale, de forma aproximada, a un factor de potencia de 0,89 inductivo. Es un cálculo propio (el coseno del ángulo cuya tangente es 0,5 da 0,894), no una cifra que fije la resolución, que se expresa en energía reactiva y energía activa. Por eso conviene fijar la meta de diseño de un banco por encima de ese valor, con margen para las horas de carga variable.

De la regla se desprenden tres consecuencias para quien compra un banco. La evaluación es hora por hora, de modo que un promedio mensual aceptable no impide que haya cobro en las horas de arranque o de carga baja. La reactiva capacitiva no tiene umbral: se cobra completa, así que un banco que entrega más reactiva de la que la planta pide convierte un cobro parcial en uno total. Además, el exceso persistente cuesta más con el tiempo: si se presenta en más de diez días de un mes durante más de doce meses, la fórmula del capítulo 12 multiplica el cargo por una variable M que sube mes a mes, hasta 12, y que vuelve a 1 cuando el exceso desaparece más de tres meses seguidos.

En la conversación diaria este cargo se llama multa o penalización. La CREG precisó en el concepto 4927 de 2021 que la regulación «no tiene el alcance de una penalización»: es un cobro por el transporte de energía reactiva basado en una metodología de incentivos, cuyo objetivo es reducir la reactiva que circula por la red.

Partes de un banco de condensadores

Un banco de condensadores es un tablero con componentes de potencia y de control que trabajan como un solo equipo.

Los contactores para condensadores están diseñados para soportar y limitar el pico de corriente que se produce al conectar un paso. La ventilación pesa en el diseño porque la temperatura de operación es uno de los factores principales de la vida útil de un condensador, y las reactancias agregan su propio calor dentro de la envolvente.

Energizar integra estos componentes en tableros que diseña y fabrica en su planta de Yumbo, con integración multi-marca según el presupuesto del proyecto.

Tipos: banco fijo, banco automático y banco con reactancias de rechazo

La elección depende de cómo varía la carga de la planta y de qué tan contaminada de armónicos está la red. Los tres tipos no son excluyentes: un banco automático puede llevar reactancias, y una planta puede combinar compensación fija en un motor con un banco automático en el tablero general.

Banco fijo. Entrega una capacidad constante mientras está conectado. Conviene cuando la reactiva que se quiere compensar también es constante: el consumo en vacío de un transformador, o un motor grande que trabaja a carga estable y que se conecta junto con su banco, de modo que ambos entran y salen a la vez. Es la solución más simple, y también la que más riesgo tiene de sobrecompensar si la carga baja mientras el banco sigue conectado.

Banco automático. Divide la capacidad en pasos que el controlador conecta y desconecta según el factor de potencia que mide. Es la solución habitual en plantas con turnos, arranques frecuentes y cargas que cambian a lo largo del día, porque sigue a la carga en vez de suponer un consumo fijo.

Banco con reactancias de rechazo. Cada paso lleva una reactancia en serie que desplaza la frecuencia de resonancia del conjunto por debajo de los armónicos presentes en la red. Se usa cuando la planta tiene variadores de velocidad, rectificadores u otras cargas no lineales. Sin reactancias, un banco conectado a una red con armónicos puede entrar en resonancia con el transformador, amplificar esas corrientes y dañar los propios condensadores. El origen de esas corrientes y cómo se miden se explican en la guía sobre armónicos eléctricos.

Cómo se dimensiona un banco de condensadores

La potencia del banco se calcula con la potencia activa de la carga y con dos factores de potencia: el que tiene la planta hoy y el que se quiere alcanzar.

Qc = P x (tan φ1 – tan φ2)

Donde Qc es la potencia reactiva del banco en kVAr, P es la potencia activa en kW, φ1 es el ángulo correspondiente al factor de potencia actual y φ2 el del factor de potencia objetivo.

Ejemplo ilustrativo (no corresponde a un proyecto de Energizar): una planta con una demanda de 400 kW y factor de potencia 0,80 quiere llegar a 0,95. La tangente del ángulo inicial es 0,75 y la del ángulo objetivo es 0,33. El banco necesario es de 400 x (0,75 – 0,33), alrededor de 168 kVAr. Antes del banco, cada hora a plena carga esa planta registra unos 300 kVArh de reactiva frente a 400 kWh de activa, es decir, 100 kVArh por encima del umbral del 50 % que fija la regla de cobro.

La dificultad está en los datos que alimentan la fórmula. La factura mensual da totales, y el banco se dimensiona sobre el perfil horario: cuánta reactiva hay en las horas de mayor carga, cuánta en las de menor carga y con qué rapidez cambia. De ese perfil sale el tamaño de los pasos, no solo el total. La otra variable es el contenido armónico, que decide si el banco necesita reactancias.

Ambos datos salen de una medición con analizador de redes conectado durante un periodo representativo de la operación, que es parte de una auditoría energética. Sin esa medición, el banco se dimensiona sobre promedios y puede quedar corto en las horas de mayor carga o sobrar en las de menor carga.

Errores comunes: sobrecompensar y no medir armónicos

Sobrecompensar. Ocurre cuando el banco entrega más reactiva de la que la planta consume. El caso típico es un banco fijo dimensionado para la carga plena que sigue conectado de noche, en un fin de semana o en una parada de planta. La planta pasa a registrar reactiva capacitiva, que la regla de la CREG cobra sobre la totalidad sin importar cuánta energía activa haya en ese periodo, incluso con la planta parada. Un controlador mal ajustado en un banco automático produce el mismo efecto en menor escala.

No medir armónicos. Los variadores de velocidad y otras cargas no lineales llenan la red de corrientes armónicas. Un banco sin reactancias en esa red puede formar con el transformador un circuito resonante cerca de uno de esos armónicos. Los síntomas son condensadores que se calientan, fusibles que operan sin causa aparente y condensadores que fallan antes de tiempo. La medición previa de armónicos es la que decide si el banco lleva reactancias y con qué sintonía.

Dimensionar con una sola factura. Un mes atípico, sin un turno o con una línea parada, da un banco corto o largo para el resto del año. Tampoco conviene ignorar el crecimiento previsto de la carga.

Suponer que la corrección del banco es permanente. Un fusible que opera en un paso reduce la corrección disponible, y las corrientes armónicas, la temperatura ambiente alta o la mala ventilación provocan fallas prematuras de los condensadores. Un banco que corregía bien al entregarse puede quedar corto sin que nadie lo note hasta que el cobro de reactiva reaparece en la factura. Vigilar el factor de potencia horario en el medidor o en el propio controlador permite detectarlo a tiempo.

Diseño y fabricación de bancos correctores en Energizar

El desempeño de un banco de condensadores depende de su diseño: el tamaño de los pasos, la meta de factor de potencia y la decisión sobre reactancias se toman con la medición en la mano. Energizar diseña e implementa bancos correctores de factor de potencia como parte de su línea de eficiencia energética y calidad de la energía, y los fabrica en su planta de ACOPI, Yumbo, con productos certificados RETIE 2024 por el laboratorio SIDE, hasta 1000 V ACDC.

Si su factura ya muestra cobro de energía reactiva, o si va a ampliar la planta, puede hablar con un ingeniero de Energizar y revisar el caso sobre la factura o sobre una medición existente.