Calcula capacidad necesaria para corrección del factor de potencia rápidamente con datos de red y carga.
Esta guía técnica incluye fórmulas, tablas responsivas, ejemplos prácticos y referencias normativas útiles.
Calculadora de banco de capacitores — corrección de factor de potencia
Calcula la potencia reactiva (kVAr) necesaria para corregir el factor de potencia de una carga o instalación y estima el número de condensadores estándar requerido. Útil para diseñar bancos de capacitores y reducir penalizaciones por bajo PF.
- φ1 = arccos(PF_actual), φ2 = arccos(PF_objetivo).
- tan φ = seno/coseno = sqrt(1−PF^2)/PF.
Resultado en kVAr (reactiva capacitiva a añadir). Si indica kVAr instalado se resta para obtener kVAr adicionales.
| Tamaño módulo (kVAr) | Aplicación típica |
|---|---|
| 1 — 5 | Pequeñas cargas monofásicas, iluminación |
| 10 — 50 | Motores, pequeñas subestaciones comerciales |
| 100 — 500 | Bancos industriales y corrección centralizada |
| PF objetivo recomendado | 0.95 — 0.99 (industrial/comercial) |
Preguntas frecuentes
Visión general técnica y alcance
Se detalla dimensionamiento, ubicación, configuración y verificación de bancos de capacitores en baja y media tensión.
Orientado a ingenieros eléctricos, técnicos de mantenimiento y proyectistas interesados en una calculadora online eficiente y gratuita.
Fundamentos físicos y eléctricos
El objetivo es compensar potencia reactiva inductiva para mejorar factor de potencia y reducir pérdidas.
Los capacitores suministran potencia reactiva capacitiva Qc (kVAr) para equilibrar la demanda inductiva Ql y alcanzar factor de potencia objetivo.
Parámetros y variables clave
Lista de variables usadas en las fórmulas y su interpretación técnica y habitual en proyectos.
- V: tensión nominal del sistema (V o kV), por ejemplo 400 V en BT, 11 kV en MT.
- S: potencia aparente total de la instalación (kVA o MVA).
- P: potencia activa (kW o MW) consumida por la carga.
- pf_actual: factor de potencia actual (sin signo, 0.7–0.95 típico).
- pf_objetivo: factor de potencia deseado, p. ej. 0.95 o 0.99.
- Q_actual: potencia reactiva inductiva actual (kVAr).
- Qc: potencia reactiva capacitiva requerida (kVAr) para corregir al pf_objetivo.
- I: corriente por fase (A), útil para cálculos de corriente de banco.
- Xc: reactancia capacitiva (Ω) a la frecuencia f.
- C: capacitancia del elemento o banco (µF o F por fase) para tensión y frecuencia dadas.
- f: frecuencia de la red (Hz), p. ej. 50 o 60 Hz.
Fórmulas esenciales para dimensionamiento
Se muestran las ecuaciones necesarias para obtener Qc, valores de corriente y capacitancia por fase.
Las fórmulas utilizan notación técnica estándar con explicación de cada símbolo y rangos típicos de valores.
1) Cálculo de potencia reactiva actual
Q_actual se obtiene desde P y pf_actual mediante la identidad trigonométrica del triángulo de potencias.
Fórmula visual equivalente:
Variables:
- P: potencia activa (kW). Valores típicos: 10 kW a varios MW.
- pf_actual: factor de potencia, 0.7–0.95 usualmente.
2) Potencia reactiva necesaria para alcanzar el factor de potencia objetivo
Qc = Q_actual − Q_objetivo; alternativamente se calcula mediante potencias aparentes asociadas.
Variables y valores típicos:
- pf_objetivo: 0.95 o 0.99 para fines regulatorios o tarifarios.
- Qc resultante expresado en kVAr; si Qc ≤ 0 no se requiere banco adicional.
3) Alternativa directa usando potencias aparentes
Con S_actual calculable desde P y pf_actual, se puede obtener Qc directamente.
Comentarios:
- Esto evita funciones trigonométricas si se trabaja con magnitudes S.
4) Corriente del banco de capacitores
Cálculo de corriente por fase a partir de Qc y tensión del sistema.
Variables y ejemplos:
- V_linea: 400 V en BT o 11 000 V en MT.
- Qc en kVAr; multiplicar por 1000 para convertir a V·A.
5) Reactancia capacitiva y capacitancia por fase
Relación entre Q, V, Xc y C a la frecuencia de la red.
Notas:
- Para sistemas trifásicos equilibrados se usa V_linea por fase correspondiente.
- C expresada en Faradios; en sector se usa µF (1 µF = 1e-6 F).
6) Ajustes por corrientes armónicas y tensiones
Los capacitores interactúan con armónicas; se deben considerar impedancias y filtros si hay distorsión significativa.
Recomendaciones:
- Aplicar filtros pasivos (serie/derivación) o detuned para evitar resonancias, típicamente 5.0% o 7.0% del sistema.
Tablas extensas con valores comunes
Las tablas siguientes presentan valores típicos de banco, corriente y capacitancia por potencias comunes.
| Qc necesaria (kVAr) | V línea (V) | I total (A) | I por fase (A) | Xc (Ω) | C por fase (µF) |
|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 400 | 72.17 | 24.06 | 3200 | 0.806 |
| 100 | 400 | 144.34 | 48.11 | 1600 | 1.613 |
| 200 | 400 | 288.68 | 96.23 | 800 | 3.226 |
| 50 | 1000 | 28.87 | 9.62 | 20000 | 0.129 |
| 100 | 1000 | 57.73 | 19.24 | 10000 | 0.258 |
| 500 | 11000 | 26.25 | 8.75 | 242000 | 0.0113 |
| 1000 | 11000 | 52.51 | 17.50 | 121000 | 0.0226 |
Explicación de la tabla: I_total calculado como (Qc·1000)/(√3·V); Xc=V^2/(Qc·1000); C derivada para f=50Hz.
Los valores de C están aproximados y redondeados para ilustración; validar en diseño con tolerancias del fabricante.
Ejemplos del mundo real con desarrollo completo
Se presentan dos casos representativos: corrección en industria ligera y en subestación comercial multiusuario.
Ejemplo 1: Planta industrial con carga inductiva
Datos: P=250 kW, pf_actual=0.78, pf_objetivo=0.95, V=400 V, f=50 Hz.
1) Calcular Q_actual:
2) Calcular Q_objetivo:
3) Corriente del banco en trifásico a 400 V:
4) Capacitancia por fase (suponiendo banco trifásico estrella):
5) Observaciones: instalar protección contra sobretensiones, fusibles rápidos, y rechazo por armónicas si presencia THD elevada.
Ejemplo 2: Edificio comercial con tarifas por bajo factor
Datos: P=120 kW, pf_actual=0.88, pf_objetivo=0.98, V=11 kV, f=50 Hz.
1) Q_actual:
2) Q_objetivo y Qc:
3) Corriente en 11 kV:
4) Cálculo aproximado de capacitancia a 50 Hz:
5) Observaciones: verificar coordinación con transformador y considerar banco en BT si la protección y conmutación es más sencilla.
Diseño práctico, montaje y recomendaciones operativas
Aspectos de instalación, seguridad, mantenimiento y protección que influyen en la elección de la calculadora y soluciones.
A continuación se resumen requisitos mínimos y buenas prácticas para bancos de capacitores.
- Protecciones: fusibles o interruptores de capacidad con disparo rápido, relés de sobrecorriente, relés térmicos si aplica.
- Filtro antiresonancia: en presencia de armónicos, emplear detuned (p. ej. 5% 7% o 14% según norma) para evitar sobrecargas y resonancias.
- Factor de seguridad: considerar tolerancias y pérdidas, incluir un 10–20% de margen sobre Qc calculado para compensación efectiva en variaciones de carga.
- Conmutación: usar conmutadores automáticos por etapas con control por microcontrolador o PLC para evitar sobrecorrección y reducir transitorios.
- Calibración: verificar con medición de potencia y factor de potencia después de la instalación y ajustar etapas según el comportamiento real.
- Mantenimiento preventivo: inspección anual de contactos, pruebas de capacitancia, medición de ESR y verificación de tensiones y corrientes.
Factores normativos y referencias
Normas y guías internacionales relevantes para diseño, protección e instalación de bancos de capacitores.
Referencias y enlaces útiles de autoridad técnica:
- IEC 60871: condensadores para corrección de factor de potencia — especificaciones generales. (Organismo internacional de normalización)
- IEC 60831: condensadores de potencia — especificaciones para condensadores en corriente alterna.
- IEEE Std 18: IEEE Guide for Shunt Power Capacitors — recomendaciones de prueba, instalación y aplicación.
- NFPA 70 (NEC): requisitos eléctricos de instalaciones, protección y coordinación (aplicable en EE. UU.).
- Documentos de fabricantes reconocidos (Schneider Electric, ABB, Siemens) sobre bancos de capacitores y filtros de armónicos.
Consideraciones de la calculadora online
Características recomendadas para la herramienta web que implementa estos cálculos de forma fiable y rápida.
Lista de funciones que debe ofrecer una calculadora profesional y gratuita:
- Entrada de P, pf_actual, pf_objetivo, V y f con validaciones y rangos por defecto.
- Selección de configuración: estrella o triángulo, número de etapas y módulos estándar.
- Cálculo automático de Q_actual, Q_objetivo, Qc, corrientes por fase y capacitancia por fase.
- Opciones para detuning y configuración de filtros para armónicas (5%, 7% recomendado).
- Exportar informe técnico en PDF con resultados, tablas y recomendaciones de protección.
- Accesibilidad: diseño responsivo y legible, con contraste adecuado y etiquetas ARIA en formularios.
- Advertencias de seguridad y comprobaciones para evitar instalaciones peligrosas o incompatibles.
Verificación y pruebas post-instalación
Métodos de verificación y criterios de aceptación en obra para asegurar el cumplimiento del diseño.
Procedimiento típico:
- Medición inicial del factor de potencia y potencia activa/reactiva con medidor calibrado.
- Conexión progresiva por etapas y registro de variación de pf y corrientes.
- Medición de THD y análisis de espectro para detectar riesgo de resonancia.
- Prueba de disparo de protecciones y verificación funcional de seccionadores y fusibles.
Ampliación técnica y variables avanzadas
Profundización en análisis armónico, modelado de red y dimensionamiento en sistemas desbalanceados.
Temas avanzados que conviene incorporar en una calculadora experta:
- Modelado de la impedancia de la red para cálculo de frecuencia de resonancia y selección de reactancias de detuning.
- Análisis de factibilidad según temperatura ambiente y reducción de vida útil por sobrecarga térmica.
- Compatibilidad electromagnética (EMC) y mitigación de flicker por conmutación de etapas de banco.
- Dimensionamiento de conductores y protecciones térmicas según corriente esperada del banco.
- Integración con SCADA/EMS para control remoto y telemetría de estados.
Referencias bibliográficas y enlaces de autoridad
Fuentes técnicas y normativas para consulta y verificación de datos y procedimientos.
- IEC 60871, "Shunt power capacitors", International Electrotechnical Commission. https://www.iec.ch
- IEC 60831, "Power capacitors", International Electrotechnical Commission. https://www.iec.ch
- IEEE Std 18-2012, "IEEE Guide for Shunt Power Capacitors", IEEE Xplore. https://standards.ieee.org
- NEMA CP 2, "AC Capacitors for Power Factor Correction", National Electrical Manufacturers Association. https://www.nema.org
- Guías de fabricantes: ABB, Siemens, Schneider Electric — secciones técnicas sobre bancos de capacitores y filtros.
Resumen de pasos para usar la calculadora rápidamente
Guía de uso rápida para obtener resultados confiables en pocos pasos.
- Introducir P, pf_actual, pf_objetivo, V y f.
- Seleccionar configuración del banco (estrellas/triángulos) y etapas deseadas.
- Revisar Qc calculado, corriente total y por módulo, y capacitancia por fase.
- Si hay armónicos, activar cálculo de detuning y simulación de resonancia.
- Exportar informe y proceder a diseño de protecciones y montaje.
Si requiere, puedo generar la versión de la calculadora en una página web completa, con formularios interactivos, validaciones y opción de exportar informes técnicos.
Indique formato preferente, normas aplicables en su país y datos típicos de instalaciones para adaptar la herramienta.