calculadora de banco de capacitores segun IEC online gratis

Calculadora para dimensionar bancos de capacitores según IEC, acceso online y gratuito, resultados técnicos rápidos.

Este artículo explica el uso, fórmulas, tablas y ejemplos prácticos para implementación y verificación normativa.

Visión general y alcance técnico

Este documento proporciona criterios de cálculo para bancos de capacitores en sistemas de potencia industrial y comercial.

Se cubren metodologías según normas IEC aplicables, parámetros eléctricos, protecciones y ejemplos de cálculo detallados.

Normativa aplicable y referencias

Se emplean como referencia principal la serie IEC 60831 (condensadores), IEC 60931 y las guías IEC relacionadas con calidad de energía y compensación reactiva.

Otras referencias útiles: IEC 61000 (compatibilidad electromagnética), IEEE Std 141 (Green Book) y publicaciones de CIGRE para compensación.

Enlaces de autoridad:

• International Electrotechnical Commission (IEC)
• ISO — normas complementarias
• IEEE Xplore — documentos técnicos

Definiciones y parámetros fundamentales

Se definen a continuación los términos y símbolos usados en las fórmulas y tablas.

Los parámetros cubren tensión nominal, frecuencia, potencia aparente, factor de potencia, reactancia, corriente y pérdidas.

Símbolos y variables

• Vn: tensión nominal del sistema (V)
• f: frecuencia del sistema (Hz)
• S: potencia aparente instalada o requerida (kVA o MVA)
• Q: potencia reactiva necesaria para compensación (kVAr)
• P: potencia activa del equipo o carga (kW)
• PFi: factor de potencia inicial (cosφi)
• PFf: factor de potencia objetivo o final (cosφf)
• I: corriente de línea o fase según conexión (A)
• C: capacidad del condensador por fase (µF) o total (µF) según conexión
• Xc: reactancia capacitiva (Ω)
• Qc_unit: kVAr por unidad (kVAr) para banco o por módulo
• ΔQ: ajuste por tolerancias y pérdidas (kVAr)

Fórmulas esenciales para dimensionamiento

Se presentan las expresiones necesarias usando notación textual y operadores aritméticos convencionales. Cada fórmula se explica y se detalla el rango típico de cada variable.

Las expresiones permiten calcular Q requerida, corriente de banco, capacitancia por fase y número de módulos necesarios.

Cálculo de potencia reactiva requerida

Fórmula para déficit de reactiva al pasar de un factor de potencia inicial a uno objetivo:

Q = P * (tan(arccos(PFi)) - tan(arccos(PFf)))

Variables:

• P: potencia activa (kW). Valores típicos: 10 kW a 10000 kW según instalación.
• PFi, PFf: factores de potencia (adimensional). Típicos: PFi 0.7–0.95, PFf objetivo 0.95–0.99.

Conversión directa con potencia aparente

Q = sqrt(S^2 - P^2) antes y después, o ΔQ = Q_i - Q_f cuando se dispone de S.

Variables:

• S: kVA. Típicos: 50–5000 kVA en centros de carga industriales.
• P: kW. Igual que arriba.

Corriente de banco (tensión trifásica)

I_bank = (1000 * Q) / (sqrt(3) * Vn)

Variables:

• Q: kVAr requerido.
• Vn: tensión de línea (V). Valores típicos: 400 V, 480 V, 11 kV, 33 kV dependiendo del nivel.

Reactancia capacitiva y capacitancia

Xc = Vn^2 / (Q * 1000) (cuando Q en kVAr y Vn en V)

Alternativamente para circuito de fase:

Xc = 1 / (2 * π * f * C)

Despeje para C:

C = 1 / (2 * π * f * Xc)

Variables:

• f: Hz típicos 50 o 60.
• C: Faradios (se reporta en µF). Valores prácticos por fase: 1 µF a varios cientos µF según tensión y kVAr.

Capacitor por fase (banco trifásico conectado en estrella)

C_phase(µF) = (1000 * Q) / (3 * (2 * π * f) * Vn^2) * 1e6

Explicación: convierte la potencia reactiva trifásica a capacitancia por fase en microfaradios.

Número de módulos

N = ceil(Q / Qc_unit)

Variables:

• Qc_unit: kVAr por módulo especificado por fabricante (típicos 5–200 kVAr por módulo)

Ajustes por tolerancias y pérdidas

Q_effective = Q * (1 + loss_factor)

loss_factor típicos: 0.02–0.10 según pérdidas dieléctricas, bobinas de reactores, variadores y condiciones de operación.

Tablas extensas de valores comunes

Las siguientes tablas listan combinaciones típicas de tensión, kVAr, corriente de banco y capacitancia por fase para frecuencias de 50 Hz y 60 Hz.

Estas tablas son adaptables a dispositivos móviles y escritorio mediante diseño responsivo.

Tabla de referencia rápida de pérdidas y factores

Protecciones y consideraciones de seguridad según IEC

Las protecciones más importantes para bancos de capacitores incluyen fusibles rápidos, relés de sobretensión, relés diferenciales y monitorización de temperatura.

Se recomienda instalar recierre con bloqueo y dispositivos de descarga de tensión de puesta fuera de servicio según IEC 60831 y guías de fabricante.

Fusibles y seccionadores

• Fusibles de alta velocidad dimensionados para corriente de cortocircuito disponible. Seleccionar I2t compatible con los condensadores.
• Seccionador con descarga automática del condensador mediante resistencia R de descarga < 60 s.

Protección contra armónicos

Evitar resonancias: calcular la frecuencia de resonancia del sistema con reactancia inductiva del transformador y el Xc total del banco; usar filtros sintonizados o reactores serie cuando sea necesario.

Frecuencia de resonancia aproximada:

f_res = 1 / (2 * π * sqrt(L_eq * C_eq))

Ejemplos prácticos resueltos

A continuación se desarrollan al menos dos casos reales con cálculos completos, asunciones y verificación normativa.

Cada ejemplo incluye selección de módulos, protecciones y recomendaciones de puesta en servicio.

Ejemplo 1: Fábrica con carga industrial en 400 V, 50 Hz

Datos: P = 400 kW, PFi = 0.78, PFf = 0.95, Vn = 400 V, f = 50 Hz.

Objetivo: calcular Q requerido, corriente de banco e instalar módulos de 50 kVAr.

1. Calcular Q:

   Q = P * (tan(arccos(0.78)) - tan(arccos(0.95)))

   arccos(0.78) ≈ 0.6747 rad → tan ≈ 0.78; arccos(0.95) ≈ 0.3176 rad → tan ≈ 0.3289

   Q = 400 * (0.998 - 0.3289) ≈ 400 * 0.6691 = 267.6 kVAr

2. Corriente de banco:

   I_bank = (1000 * 267.6) / (sqrt(3) * 400) ≈ 386.4 A

3. Capacitancia por fase:

   C_phase(µF) = (1000 * 267.6) / (3 * (2 * π * 50) * 400^2) * 1e6 ≈ 213.2 µF

4. Número de módulos (50 kVAr unitarios):

   N = ceil(267.6 / 50) = 6 módulos (300 kVAr totales instalados)

   Se añade ajuste por pérdidas 5% → Q_effective = 267.6 * 1.05 ≈ 281 kVAr; N = ceil(281 / 50) = 6 módulos (300 kVAr), suficiente.

5. Protecciones recomendadas:

   Fusibles por módulo, seccionador con descarga, monitor de temperatura y relé de desbalance.

Verificación: corriente por módulo ≈ (1000*50)/(sqrt(3)*400)=72.2 A; 6 módulos → 433 A de capacidad soportada; considerar corriente de arranque y capacidad del interruptor.

Ejemplo 2: Subestación 11 kV alimentando cargas comerciales

Datos: S_total transformador = 2500 kVA, P_total = 2000 kW, PFi aprox 0.9, PFf objetivo 0.98, Vn = 11,000 V, f = 50 Hz.

Objetivo: definir banco de barras de media tensión y módulos con reactores serie si necesario.

1. Calcular Q requerido:

   Q_i = sqrt(S^2 - P^2) = sqrt(2500^2 - 2000^2) = sqrt(6,250,000 - 4,000,000) = sqrt(2,250,000)=1500 kVAr

   Para PFf = 0.98: S_f = P / PFf = 2000 / 0.98 = 2040.82 kVA → Q_f = sqrt(2040.82^2 - 2000^2) ≈ 287.6 kVAr

   ΔQ = Q_i - Q_f = 1500 - 287.6 = 1212.4 kVAr

2. Corriente de banco:

   I_bank = (1000 * 1212.4) / (sqrt(3) * 11000) ≈ 63.6 A

3. Capacitancia equivalente por fase:

   C_phase ≈ (1000 * 1212.4) / (3 * (2 * π * 50) * 11000^2) * 1e6 ≈ 0.26 µF

4. Selección de módulos:

   Si se disponen módulos de media tensión de 200 kVAr, N = ceil(1212.4/200) = 7 módulos (1400 kVAr instalados).

5. Chequeo de resonancia:

   Calcular L_equivalente del transformador visto desde barras; si f_res está cerca de 150–300 Hz, considerar reactor serie o filtros.

Recomendaciones: usar reactores serie si la impedancia del sistema produce f_res dentro de bandas de armónicos presentes; realizar estudio de armónicos con FFT y modelado en EMTP/PSCAD.

Implementación de una calculadora online gratuita — consideraciones de diseño

La calculadora debe solicitar P o S, PFi y PFf, Vn, f y Qc_unit; mostrar pasos intermedios, resultados y parámetros de protección.

Incluir validaciones: rangos de entrada, avisos de resonancia, estimación de pérdidas y opciones para salida a hoja de cálculo.

Entradas recomendadas para la interfaz

• Tipo de sistema: monofásico/trifásico
• P o S (kW/kVA)
• Factor de potencia inicial y objetivo
• Tensión nominal y frecuencia
• Qc por módulo y opciones de reactores
• Porcentaje de pérdidas estimadas

Salidas y documentación generada

• Q requerido, I_bank, capacitancia por fase, número de módulos
• Esquema de conexión recomendado y protecciones necesarias
• Informe en PDF con cálculos y referencias normativas (IEC aplicables)

Verificación y puesta en servicio

Pruebas in situ: medición de PF antes y después, inspección térmica, verificación de armónicos y ensayo de protección bajo condiciones de fallo.

Registrar curvas de corriente, termografía y pruebas de descarga para garantizar conformidad con IEC y recomendaciones del fabricante.

Buenas prácticas de mantenimiento

Inspección visual periódica, limpieza, control de temperatura de los condensadores, verificación de fusibles y pruebas de aislamiento.

Registrar historial de módulos, reemplazar unidades con pérdida de capacitancia mayor al 10% o con sobrecalentamiento persistente.

Ampliaciones técnicas y temas avanzados

Estudio de armónicos detallado, filtros activos vs. pasivos, dimensionamiento de reactores y análisis transitorio con software especializado.

Modelado de bancos en EMTP/PSCAD o digSILENT PowerFactory para evaluar inrush, resonancias y conexión de múltiples bancos.

Filtros sintonizados y amortiguadores

• Filtro pasivo sintonizado (LC) para mitigar armónicos específicos; considerar pérdidas y sobretensiones en capacitores.
• Filtro amortiguador de tipo B0 o C para ancho de banda mayor; evaluar interacción con bancos existentes.

Análisis transitorio de conexión

Al cerrar un banco de capacitores se produce corriente de conexión (inrush) y sobretensión transitoria; modelar para seleccionar interruptores con capacidad de ruptura y fusibles adecuados.

Resumen operativo y checklist de cumplimiento

Checklist para instalación: verificación de tensión, calibración de protecciones, ensayo de descarga, documentación técnica y manuales del fabricante.

Asegurar cumplimiento con IEC 60831 para condensadores y con normas locales de seguridad eléctrica y medio ambiente.

Referencias normativas y bibliografía

• IEC 60831-1/-2: Condensadores para sistemas de potencia (especificaciones y pruebas)
• IEC 61000-3-6: Compatibilidad electromagnética — límites de interacción y distorsión
• IEEE Std 141 (Green Book): Guía para sistemas eléctricos en plantas industriales
• CIGRÉ TBs sobre compensación de reactiva y armonicos

Contactos y recursos: para implementación en proyectos, consulte fabricantes de condensadores y empresas consultoras especializadas en calidad de energía.

Apéndice: tablas extendidas y fórmulas adicionales

A continuación se añaden tablas y fórmulas complementarias para verificación rápida y conversión de unidades.

Incluye conversores kVAr ↔ µF y tablas por tensión/frecuencia para dimensionamiento preliminar.

Fórmula conversión usada: C_phase(µF) por 1 kVAr = (1000*1) / (3*(2*π*f)*Vn^2) * 1e6

Notas finales técnicas

El diseño final debe validar con medidas reales y pruebas dinámicas; las tablas y fórmulas aquí presentadas son para dimensionamiento inicial.

Para proyectos críticos, realizar estudio de ingeniería completo y certificar equipos conforme a IEC y regulaciones locales.