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Efectos de pérdidas internas
en condensadores
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¿Ha notado que algunas veces los condensadores están con sus carcasas tibias? Esta es una manifestación de presencia de pérdidas. La idea de este breve artículo es señalar la importancia de las pérdidas internas de los bancos de condensadores y su efecto en la eficiencia energética global de una determinada instalación.

Normalmente se instalan condensadores en redes de distribución eléctrica de empresas e industrias varias, debido a correcciones de factor de potencia, o por efecto de atenuación de corrientes armónicas, o por ambas razones. Estos condensadores se conectan a la red de forma fija y permanecen conectados por largos períodos de tiempo y es usual ignorar algunos parámetros propios de cada unidad, como la cifra de pérdidas que indica el fabricante.

Los condensadores de potencia se fabrican de diversas formas, siendo la más tradicional el enrollar sobre sí misma una lámina plástica (polietileno, mylar, etc.) a la que se aplican capas de óxido de aluminio en forma de spray, para formar una película metálica en una de las caras del plástico. De esta forma, se logra disponer de unidades de cierta capacitancia y tensión nominal. Respecto de la posibilidad de tener un condensador de determinadas características de tensión y/o potencia, esto se logra realizando agrupaciones serie-paralelo de varias unidades básicas.

En un condensador ideal, la carga que se transfiere desde una fuente hacia las placas permanece allí confinada durante un tiempo infinito, hasta que se la extrae por medio de un agente externo (y el condensador se descarga, por ejemplo, aplicando una resistencia entre sus terminales de conexión). La realidad es un poco diferente, porque a pesar de la alta impedancia del film plástico utilizado, la presencia de sobrecorrientes o sobretensiones en el condensador que se conecte a una red de distribución produce microperforaciones de las películas metalizadas y eventuales deterioros de la película aislante. Por ello, un condensador real siempre tendrá asociada una determinada cifra de pérdidas, que se establece en el catálogo del fabricante. Los valores típicos de esta cifra de pérdidas para condensadores de baja tensión oscila entre 0,5 y 2 Watt/kVAr.

La tangente delta (tand) es una medida de las pérdidas eléctricas en un sistema aislante, y relaciona la razón entre la componente resistiva equivalente de fuga del condensador con su reactancia capacitiva a frecuencia fundamental. Este parámetro es independiente de la cantidad de aislamiento que se ensaya (referido a la potencia del condensador).

De esta forma, la medición de la tangente delta nos permite evaluar el estado de aislamiento del condensador y su calidad. Una merma en este valor será atribuible a contaminaciones, perforaciones del dieléctrico plástico o fracturas del enrollado, a la vez que se permite detectar defectos propios de la vejez de un condensador. El factor de disipación asociado a la tand va aumentando en el tiempo porque la resistencia de fugas se incrementa con el tiempo.

Normalmente los condensadores presentan alzas graduales de pérdidas con el transcurso del tiempo, pudiendo llegar incluso a superar varias veces la cifra de pérdidas original que entregaba el fabricante.

Si el condensador se conecta en una red que permite la circulación de corrientes armónicas, es probable que se tenga aumentos de las pérdidas internas. El condensador presenta diferentes potencias ante cada excitación armónica que afronte. De esta manera, la potencia reactiva del condensador para una armónica determinada será:

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donde:

Qƒi es la potencia reactiva del condensador para la frecuencia de orden i

Vi es la tensión armónica

fi es la frecuencia armónica de orden i-ésimo

C es la capacidad del condensador

La disipación total de pérdidas será:

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Donde:

fi es la frecuencia armónica de orden i-ésimo

tandi es el factor de disipación que ocurre a la frecuencia armónica i-ésima

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donde la componente inicial del factor de disipación es 2•10-4 y Rs es la resistencia equivalente serie del condensador.

La potencia de pérdidas totales originada en el interior del condensador genera calor que se transmite al ambiente por medio de las partes y piezas del mismo, por lo que se considera que existe una "resistencia térmica" que limita el paso del calor al ambiente. Esta resistencia térmica, Rth [°C/Watt], se evalúa en función de la masa de metal, plástico y otros elementos que componen el cuerpo del condensador, y su aplicación permite conocer la diferencia de temperatura del interior del condensador respecto del ambiente, de la forma:

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Y la temperatura del punto más caliente del interior del condensador (hot point) será:

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La temperatura del punto interior más caliente de un condensador no debiera superar de 75 a 85°C. Para limitar el aumento de temperatura a un valor seguro, se debe ubicar los condensadores en lugares frescos, secos y muy bien ventilados, y evitar que se los use con temperaturas exteriores elevadas.

Ejemplo: Un banco de condensadores de baja tensión (400 V) de 100 kVAr tiene pérdidas de 1 Watt/kVAr. Se ha detectado que con el transcurso del tiempo se ha llegado a una cifra de pérdidas del orden de 2 Watt/kVAr. Si este banco se conecta permanentemente, el incremento de pérdidas será de:

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El ejemplo anterior señala que el incremento de pérdidas anual experimentado en un banco de condensadores puede significar el equivalente del valor del banco mismo en un tiempo relativamente breve.


¿Qué hacer en caso de sospechar que los condensadores existentes están con pérdidas excesivas?

Si se descubre que un banco de condensadores tiene problemas de pérdidas internas excesivas, se pueden tomar las siguientes acciones:

a) Medir exactamente la pérdida interna del banco (usar medidor de tangente delta o wattmetro que permita operar con factor de potencia muy capacitivo).

b) Detectar si existen circulación de corrientes armónicas en la red, y tratar de suprimirlas.

c) Si hay armónicos que no se pueden eliminar, instale bobinas que desintonicen el banco.

d) Si el aumento de pérdidas es significativo, evalúe la opción de reemplazo de los condensadores existentes.

e) Mejore la ventilación del recinto, asegurando ingreso de aire fresco a las carcasas.

f) Estudie la posibilidad de reubicar el banco en otra barra, o distribuya los condensadores en varios tableros.

g) Si llega radiación solar directa a los bancos, disponga cubiertas que sombreen el recinto.

gue2.jpg (2294 bytes) Este artículo ha sido escrito por Cristián Guevara Vicuña, Ingeniero Civil Electricista UTFSM, autor del texto “Métodos prácticos para lograr ahorros de energía eléctrica” – segunda edición. expertos.eficiencia@gmail.com
Octubre 2010
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Comentarios acerca de este artículo
Enrique Ciro Quispe Oqueña Universidad Autonoma de Occidente (09/07/2014)
Excelente articulo, muy conciso y practico. Muy util para los ingenieros de la industria.
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