¿Qué son los Bancos de Capacitores y para qué sirven?

Los bancos de capacitores son equipos esenciales en la industria eléctrica moderna. Su función principal es corregir el factor de potencia en sistemas donde predominan cargas inductivas, como motores eléctricos, transformadores, compresores y maquinaria industrial. Esta corrección se traduce en eficiencia energética, ahorro económico y cumplimiento normativo.

En México, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) penaliza a los usuarios con bajo factor de potencia. Por ello, los bancos de capacitores no solo representan una mejora técnica, sino una necesidad operativa para evitar cargos adicionales y reducir pérdidas eléctricas.

¿Qué es un banco de capacitores?

Un banco de capacitores es un conjunto de capacitores conectados entre sí y dispuestos en un gabinete o bastidor. Su propósito es generar energía reactiva capacitiva para contrarrestar la energía reactiva inductiva provocada por cargas como motores, transformadores o balastros.

Cuando una carga inductiva opera, produce un desfase entre la corriente y el voltaje, lo que provoca que la instalación demande energía reactiva de la red. Esta energía no realiza trabajo útil, pero circula por los conductores, sobrecargando el sistema y generando pérdidas. El banco de capacitores compensa ese desfase, mejorando el factor de potencia y reduciendo las pérdidas.

Importancia del factor de potencia

El factor de potencia (FP) es la relación entre la potencia activa (la que produce trabajo) y la potencia aparente (la total que fluye en el sistema). Un FP de 1.0 es ideal, mientras que un FP bajo significa que gran parte de la energía se pierde como reactiva.

Un mal factor de potencia tiene consecuencias técnicas y económicas:

• Penalizaciones en la factura eléctrica
• Reducción de la capacidad útil de transformadores y conductores
• Calentamiento excesivo de cables
• Caídas de voltaje
• Menor vida útil de los equipos eléctricos

Aplicaciones recomendadas de los bancos de capacitores

Los bancos de capacitores son especialmente recomendados en las siguientes situaciones:

1. Instalaciones industriales o comerciales con alto contenido de cargas inductivas. Por ejemplo, plantas de manufactura, la industria automotriz, petrolera, hospitales, universidades y centros comerciales.

2. Sistemas eléctricos con motores grandes o múltiples motores en operación simultánea.

3. Sitios con arranque frecuente de maquinaria, donde los picos de corriente generan caídas de tensión.

4. Instalaciones donde se busca liberar capacidad en la infraestructura eléctrica sin necesidad de invertir en transformadores más grandes o cableado adicional.

5. Cuando se desea reducir pérdidas, estabilizar el voltaje y prolongar la vida útil de los equipos eléctricos.

6. En sistemas de baja, media y alta tensión, tanto para interiores como exteriores.

Tipos de bancos de capacitores

Existen dos tipos principales de bancos de capacitores, según el tipo de carga a compensar:

1. Banco de capacitores fijo: se utiliza en instalaciones con carga constante. Su capacidad de compensación es estable y no cambia a lo largo del día. Son recomendados para sistemas con motores que operan en horarios definidos o donde la energía reactiva se mantiene constante.

2. Banco de capacitores automático: se emplea en sistemas donde la carga varía constantemente. Incluyen un controlador que activa o desactiva escalones de capacitores según la demanda de energía reactiva en tiempo real. Son ideales para plantas industriales con procesos variables o cargas intermitentes.

Componentes de un banco de capacitores

Un banco de capacitores típico está formado por:

• Capacitores de potencia (en configuración trifásica o monofásica)
• Contactores o interruptores para conectar/desconectar los capacitores
• Controlador de factor de potencia (en bancos automáticos)
• Fusibles de protección por cada fase
• Reactores en serie (opcional) para protección contra armónicos
• Gabinete metálico con grado de protección adecuado (IP54, IP65, etc.)
• Indicadores de operación o fallas

Dependiendo de su uso, pueden ser instalados en interior o intemperie, y diseñarse para baja, media o alta tensión.

Beneficios técnicos y económicos

Los beneficios de instalar un banco de capacitores son amplios, tanto en el plano técnico como financiero. A continuación se detallan los principales:

• Ahorro económico al eliminar cargos por energía reactiva en el recibo de la CFE.
• Reducción de pérdidas en transformadores, conductores y sistemas de distribución interna.
• Mejora en la calidad del suministro eléctrico, al estabilizar el voltaje.
• Mayor disponibilidad de carga, ya que se libera capacidad en transformadores y tableros.
• Protección de equipos sensibles contra caídas de voltaje o fluctuaciones.
• Cumplimiento normativo en cuanto a factor de potencia (≥0.90) exigido por la CFE.
• Reducción del calentamiento en cables y conexiones, lo que disminuye la necesidad de mantenimiento.
• Mayor vida útil de motores eléctricos y maquinaria.

¿Cómo se dimensiona un banco de capacitores?

El dimensionamiento adecuado de un banco de capacitores es clave para garantizar su efectividad sin incurrir en sobrecostos por sobredimensionamiento o problemas por subcompensación.

El proceso se basa en los siguientes pasos:

1. Medir la potencia activa (P) del sistema en kW.

2. Determinar el factor de potencia actual (FPin), medido con analizador de redes o extraído de la factura.

3. Establecer el factor de potencia deseado (FPd), que suele ser igual o mayor a 0.95.

4. Calcular la potencia reactiva actual:

   Qc = P × tan(cos⁻¹(FPin))

5. Calcular la potencia reactiva corregida:

   Qc_corregido = P × tan(cos⁻¹(FPd))

6. Calcular la potencia que debe compensar el banco:

   Qbanco = Qc – Qc_corregido

7. Seleccionar un banco de capacitores con potencia reactiva igual o ligeramente superior a Qbanco, considerando la tensión nominal y frecuencia del sistema (por ejemplo, 220V, 440V, 13.2kV, 60 Hz).

En instalaciones con cargas variables, se recomienda considerar bancos automáticos con varios escalones. También es fundamental contemplar el crecimiento futuro de la carga para evitar que el banco quede insuficiente.

Ejemplo práctico de cálculo

Supongamos una instalación con una potencia activa de 400 kW y un factor de potencia inicial de 0.80. Se desea corregirlo a 0.95.

Se aplican las fórmulas:

Qc = 400 × tan(arccos(0.80)) ≈ 300 kVAR

Qc_corregido = 400 × tan(arccos(0.95)) ≈ 131 kVAR

Qbanco = 300 – 131 = 169 kVAR

En este caso, se debe seleccionar un banco de capacitores de al menos 170 kVAR, o bien un banco automático con escalones que sumen dicha capacidad.

Consideraciones adicionales para el diseño

• Si existen cargas no lineales (variadores, UPS, hornos de inducción), se deben considerar filtros de armónicos o reactores en serie para evitar resonancia.
• En sistemas con bajo factor de potencia solo durante ciertos horarios, puede ser mejor activar los capacitores de manera programada o automática.
• Es recomendable realizar un estudio de calidad de energía previo al diseño, especialmente en instalaciones industriales.
• En media y alta tensión, se deben seguir las especificaciones del Código de Red y cumplir con la norma NOM-001-SEDE.

Conclusión

Los bancos de capacitores son componentes esenciales para lograr una operación eficiente, segura y rentable en sistemas eléctricos con carga inductiva. Su correcta implementación permite eliminar penalizaciones por bajo factor de potencia, reducir pérdidas, estabilizar el voltaje y proteger la infraestructura eléctrica.

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