Factor de potencia y energía reactiva: qué son y cuándo se cobran en Colombia

Qué es el factor de potencia

El factor de potencia es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente de una carga o de una planta completa. La potencia activa, en kilovatios (kW), es la que se transforma en trabajo: hace girar un eje, calienta un horno, alimenta un compresor. La potencia aparente, en kilovoltamperios (kVA), es la que efectivamente circula por los conductores y el transformador. El cociente entre las dos da un número entre 0 y 1.

Un factor de potencia de 0,95 indica que el 95 % de la potencia aparente se convierte en potencia activa. Uno de 0,70 indica que, para entregar la misma potencia activa, la red tiene que hacer circular bastante más corriente, y esa corriente adicional calienta cables, ocupa capacidad del transformador y aumenta las pérdidas.

Cuando la tensión y la corriente son ondas senoidales, el factor de potencia coincide con el coseno del ángulo de desfase entre ambas, el ángulo φ (fi). Por eso en placas de motores, catálogos y planos aparece como «cos φ» o «coseno de fi». Si hay armónicos, las dos magnitudes se separan: el coseno de fi solo mide el desfase, y el factor de potencia total incluye además la distorsión de la corriente.

El factor de potencia también tiene sentido: es inductivo (en atraso) cuando la corriente va detrás de la tensión, que es lo normal en una planta con motores, y capacitivo (en adelanto) cuando va delante. La diferencia importa, porque la regla colombiana trata cada caso de forma distinta.

Qué es la energía reactiva y de dónde sale

La energía reactiva es la que intercambian la red y las cargas que trabajan con campos magnéticos o eléctricos. Se mide en kilovoltamperios reactivos hora (kVArh) y no se transforma en trabajo: va y viene entre la fuente y la carga en cada ciclo de la corriente alterna. Aun así, es indispensable. Un motor de inducción no gira sin el campo magnético que la reactiva crea, y un transformador no transfiere energía sin magnetizar su núcleo.

Las cargas que la toman de la red son, sobre todo, inductivas: motores de inducción (bombas, ventiladores, compresores, bandas transportadoras), transformadores, balastos electromagnéticos de iluminación, soldadores y hornos de inducción. En una planta industrial los motores suelen ser la fuente principal.

La reactiva capacitiva es la opuesta: la producen los condensadores y, en menor medida, los cables largos de media tensión con poca carga. En una planta aparece casi siempre por sobrecompensación, cuando hay más condensadores conectados de los que la carga necesita.

El motivo por el que la red tiene que transportarla es físico. Si la planta no produce la reactiva que consume, la toma del operador de red, y esa energía recorre líneas, transformadores y subestaciones de la red ocupando capacidad que podría servir para entregar energía activa a otros usuarios. Esa es la razón de que la regulación ponga un límite y cobre lo que lo supera.

Potencia activa, reactiva y aparente: el triángulo de potencias

Las tres potencias se relacionan como los lados de un triángulo rectángulo. La potencia activa (P, en kW) es el cateto horizontal, la reactiva (Q, en kVAr) el cateto vertical y la aparente (S, en kVA) la hipotenusa. El ángulo entre P y S es el mismo ángulo φ del coseno de fi.

De ahí salen las dos fórmulas que se usan a diario: S = √(P² + Q²) y FP = P / S.

Ejemplo ilustrativo (no corresponde a un proyecto de Energizar): una línea de producción toma 100 kW de potencia activa y 75 kVAr de potencia reactiva. La potencia aparente es √(100² + 75²) = 125 kVA, y el factor de potencia es 100 / 125 = 0,80. El transformador y los cables tienen que dimensionarse para 125 kVA aunque solo 100 kW hagan trabajo.

Cuándo cobra el operador de red la energía reactiva

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 final el cobro se evalúa en cada periodo horario, con lo que registra el medidor de su frontera comercial, 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 y no en factor de potencia.

Con los números del ejemplo anterior, la diferencia entre una hora y otra se ve clara. A plena carga, la línea registra 100 kWh de activa y 75 kVArh de reactiva en una hora: el límite es 50 kVArh y el exceso cobrable es de 25 kVArh. En una hora de carga baja, con los motores casi en vacío, la misma línea puede registrar 20 kWh y 30 kVArh: el límite baja a 10 kVArh y el exceso es de 20 kVArh, casi el mismo que a plena carga con una quinta parte de la producción. Por eso un factor de potencia promedio aceptable en el mes no garantiza que no haya cobro.

El costo se calcula con tres variables del capítulo 12: la reactiva en exceso de cada hora, el cargo por uso de la red del nivel de tensión de la frontera en esa hora (el mismo que paga la energía activa) y una variable M. M vale 1 mientras el exceso aparezca en diez días o menos de un mes. Si aparece en más de diez días al mes, M sigue en 1 durante los primeros doce meses con esa condición; desde el mes trece sube una unidad por mes hasta 6, y si después de doce meses en 6 el exceso persiste, sigue subiendo hasta 12. Vuelve a 1 cuando el exceso desaparece durante más de tres meses consecutivos. La definición vigente de M es la que fijó el artículo 7 de la Resolución CREG 199 de 2019.

El cargo lo liquida el operador de red y lo factura al comercializador que representa al usuario, que a su vez lo traslada al usuario final. En la conversación diaria se le llama multa o penalización por energía reactiva, pero la CREG precisó en el concepto 4927 de 2021 que el cobro «no tiene el alcance de una penalización»: es un cobro por el transporte de la reactiva, definido «con base en una metodología de incentivos» para que circule menos energía reactiva por la red.

Cómo identificar el cobro de reactiva en la factura

El formato cambia de un comercializador a otro, pero el cobro deja dos rastros que conviene buscar. El primero es una lectura de energía reactiva en kVArh, junto a la de energía activa en kWh, en la sección de consumos. El segundo es un valor facturado con un nombre parecido a «energía reactiva», «transporte de energía reactiva» o «reactiva en exceso», separado del valor de la energía activa.

Si la factura muestra solo un total mensual de kVArh, ese número no basta para saber cuánto se cobró ni por qué, porque la regla se aplica hora por hora. Lo que permite el análisis es la curva de carga horaria del medidor, con la energía activa y la reactiva de cada periodo. Ese registro se le puede pedir al comercializador. La Resolución CREG 195 de 2020 ya obligó a los comercializadores a enviar información sobre la aplicación del capítulo 12 a sus usuarios no residenciales y a los que tienen medición de energía activa y reactiva.

Con la curva horaria en la mano se responden las tres preguntas que deciden la solución: en qué horas aparece el exceso, si es inductivo o capacitivo, y si se repite en más de diez días al mes, que es lo que hace crecer la variable M.

Qué hace que una planta tenga un factor de potencia bajo

Un factor de potencia bajo casi nunca tiene una sola causa, y en plantas industriales y edificaciones comerciales se repiten las mismas: motores sobredimensionados, transformadores con poca carga, cargas inductivas sin compensar y cargas electrónicas con armónicos.

Motores sobredimensionados o trabajando en vacío. Un motor de inducción toma casi la misma reactiva a media carga que a plena carga, mientras su potencia activa cae. Un motor elegido muy por encima de lo que exige la máquina, o uno que queda encendido sin carga entre ciclos, baja el factor de potencia de toda la planta.

Transformadores con poca carga. Un transformador consume reactiva para magnetizar su núcleo aunque no entregue casi nada. En horas nocturnas, fines de semana o paradas de planta, esa reactiva pesa mucho frente a una energía activa pequeña, y es el caso típico de cobro en horas de baja producción.

Cargas inductivas sin compensar. Balastos electromagnéticos, soldadores y hornos de inducción suman reactiva que nadie compensó cuando se conectaron.

Variadores de velocidad y otras cargas electrónicas. Suelen mantener un coseno de fi alto, pero deforman la corriente con armónicos, y esa distorsión baja el factor de potencia total. Los armónicos cambian también la forma de corregir: un banco de condensadores convencional puede entrar en resonancia con ellos.

Cómo se corrige el factor de potencia

La corrección consiste en producir la reactiva junto a la carga, para que la red deje de transportarla. La solución más común en una planta es un banco de condensadores, conectado al tablero general o a los tableros de distribución. Cuando un motor grande trabaja muchas horas con carga constante, también se usa la compensación individual: un condensador conectado directamente a ese motor.

Antes de elegir el equipo conviene medir: la curva horaria de la factura muestra cuándo hay exceso, pero solo una medición con analizador de redes en los tableros de la planta indica qué cargas lo producen, cuánta reactiva hay que compensar en cada franja y si hay armónicos que obliguen a usar reactancias. Esa medición es parte de una auditoría energética.

Cómo se elige y se dimensiona el banco está explicado en la guía sobre el banco de condensadores. Las características de los equipos que fabrica Energizar están en la página de bancos correctores de factor de potencia.

Diagnóstico de energía reactiva con Energizar

El cobro de energía reactiva se resuelve con un orden concreto: medir, diseñar e implementar. Energizar trabaja así en su línea de eficiencia energética y calidad de la energía: la auditoría energética identifica cuándo y por qué aparece el exceso, el diseño define la compensación que corresponde a la carga real, y la implementación incluye los bancos correctores que la empresa 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, puede hablar con un ingeniero de Energizar y revisar el caso sobre la factura o sobre la curva de carga horaria del medidor.