Factor de Potencia (cos φ): Guía Completa
Comprende el factor de potencia, por qué es importante, cómo se mide y cómo compensarlo con baterías de condensadores. Incluye cálculos y normativa española.
El factor de potencia (cos φ) es uno de los parámetros más importantes en la gestión de instalaciones eléctricas, especialmente en el sector industrial y comercial. Un factor de potencia bajo no solo aumenta las pérdidas energéticas, sino que provoca penalizaciones económicas en la factura eléctrica.
En esta guía intermedia te explicamos qué es el factor de potencia, por qué las compañías distribuidoras lo penalizan, cómo medirlo y calcularlo, y cómo instalar una batería de condensadores para compensar la energía reactiva. Todo aplicado al marco normativo español.
¿Qué es el factor de potencia?
El factor de potencia es el coseno del ángulo de desfase (φ) entre la onda de tensión y la onda de corriente en un circuito de corriente alterna. Matemáticamente:
cos φ = P / S
Donde:
- P = potencia activa (W) — la que produce trabajo útil
- S = potencia aparente (VA) — la que circula realmente por la red
¿Qué causa un factor de potencia bajo?
Las cargas inductivas son las principales responsables:
| Tipo de carga | cos φ típico | Causa |
|---|---|---|
| Resistencias puras (calefactores) | 1,00 | Sin componente reactiva |
| LED con PFC | 0,95 - 0,99 | Corrección interna |
| Motores asíncronos a plena carga | 0,80 - 0,90 | Campo magnético giratorio |
| Motores asíncronos en vacío | 0,15 - 0,30 | Alta magnetización sin carga |
| Transformadores en vacío | 0,10 - 0,20 | Reactancia de magnetización |
| Fluorescentes sin compensar | 0,40 - 0,60 | Inductancia del balasto |
| Soldadura por arco | 0,35 - 0,60 | Alta inductancia |
Penalización económica en España
En España, las distribuidoras penalizan a los consumidores con cos φ < 0,90 y bonifican a los que tienen cos φ > 0,95. Esto se regula a través del complemento por energía reactiva en la factura eléctrica.
Cómo funciona la penalización:
El complemento se calcula sobre el consumo de energía reactiva registrado por el contador:
- Si cos φ > 0,95: bonificación del 4% sobre el término de energía
- Si 0,90 < cos φ ≤ 0,95: sin recargo ni bonificación
- Si 0,80 < cos φ ≤ 0,90: recargo del 4,16%
- Si 0,70 < cos φ ≤ 0,80: recargo del 4,16% + escalonamiento
- Si cos φ ≤ 0,70: recargos que pueden superar el 40%
Una fábrica con consumo anual de 200.000 kWh y factura energética de 24.000 €:
- Con cos φ = 0,75 → recargo ≈ 6% → +1.440 €/año
- Con cos φ = 0,96 → bonificación ≈ 4% → −960 €/año
- Ahorro por compensar: 2.400 €/año
Cálculo de la compensación reactiva
Para dimensionar una batería de condensadores, se necesita calcular la potencia reactiva que hay que compensar:
Fórmula fundamental:
Q_c = P × (tan φ₁ − tan φ₂)
Donde:
- P = potencia activa total (kW)
- φ₁ = ángulo de desfase actual (arccos del cos φ actual)
- φ₂ = ángulo de desfase deseado (arccos del cos φ objetivo)
Una instalación industrial de 150 kW con cos φ actual = 0,75. Objetivo: cos φ = 0,95.
Paso 1: Calcular los ángulos
φ₁ = arccos(0,75) = 41,41° → tan φ₁ = 0,882
φ₂ = arccos(0,95) = 18,19° → tan φ₂ = 0,329
Paso 2: Calcular la reactiva a compensar
Q_c = 150 × (0,882 − 0,329) = 150 × 0,553 = 82,9 kVAr
Paso 3: Seleccionar la batería Se selecciona una batería de condensadores estándar de 87,5 kVAr (valor comercial superior más cercano).
Tabla de factores de corrección (tan φ₁ − tan φ₂):
| cos φ actual | cos φ deseado 0,90 | cos φ deseado 0,95 | cos φ deseado 1,00 |
|---|---|---|---|
| 0,70 | 0,536 | 0,691 | 1,020 |
| 0,75 | 0,398 | 0,553 | 0,882 |
| 0,80 | 0,266 | 0,421 | 0,750 |
| 0,85 | 0,135 | 0,291 | 0,620 |
| 0,90 | — | 0,155 | 0,484 |
Tipos de compensación
Existen tres estrategias de compensación según el punto de instalación:
1. Compensación individual
Se instala un condensador directamente en bornes de cada motor o carga inductiva. Es la solución más eficiente técnicamente, ya que reduce la corriente reactiva en todo el recorrido del cable.
Ventajas: máxima eficiencia, reduce la corriente en los conductores Inconvenientes: coste elevado (un condensador por motor), mantenimiento distribuido
2. Compensación por grupos
Se instala una batería de condensadores en el cuadro de distribución de cada zona o planta. Compensa el conjunto de cargas alimentadas desde ese cuadro.
Ventajas: buen equilibrio coste/eficiencia Inconvenientes: no reduce la corriente en los cables del cuadro a los receptores
3. Compensación centralizada
Se instala una batería automática de condensadores en el cuadro general. Un regulador de energía reactiva mide continuamente el cos φ y conecta o desconecta escalones de condensadores según la demanda.
Ventajas: solución más económica, mantenimiento centralizado Inconvenientes: no reduce la corriente en los cables de distribución internos
En la práctica, las instalaciones industriales suelen combinar compensación centralizada (para la penalización económica) con compensación individual en los motores más grandes (para reducir la sección de los cables de alimentación).
Factor de potencia y armónicos
En instalaciones modernas con cargas electrónicas (variadores de frecuencia, fuentes de alimentación conmutadas, LED sin PFC), el concepto clásico de cos φ ya no es suficiente. Estas cargas generan armónicos que distorsionan la forma de onda de la corriente.
En este contexto se distingue entre:
- Factor de potencia de desplazamiento (cos φ₁): el desfase entre la onda fundamental de tensión y corriente. Es el cos φ clásico.
- Factor de potencia total (PF o λ): considera también la distorsión por armónicos:
PF = cos φ₁ × 1/√(1 + THD²)
Una instalación puede tener un excelente cos φ₁ = 0,95 pero un PF de solo 0,80 debido a los armónicos. En estos casos, los condensadores convencionales no son la solución: se necesitan filtros activos o filtros pasivos sintonizados.
Para la penalización económica en España, las distribuidoras actualmente miden el cos φ de desplazamiento (fundamental), pero la tendencia a nivel europeo es evolucionar hacia la medición del factor de potencia total.
Normativa aplicable
ITC-BT-44 — Receptores para alumbrado
"Exige cos φ ≥ 0,90 para luminarias de descarga con potencia > 25 W. Se debe compensar individualmente o en grupo."
ITC-BT-47 — Instalaciones fotovoltaicas
"Los inversores deben poder inyectar/absorber reactiva según requerimiento del operador de red."
Conclusión
El factor de potencia es un indicador clave de la eficiencia eléctrica de una instalación. Mantener un cos φ superior a 0,95 no solo evita penalizaciones económicas sino que reduce las pérdidas en los conductores, libera capacidad en los transformadores y mejora la calidad del suministro.
Para la mayoría de instalaciones industriales y comerciales, la inversión en una batería de condensadores se amortiza en 1-2 años. El cálculo del dimensionamiento es sencillo con la fórmula Q_c = P × (tan φ₁ − tan φ₂), y nuestra calculadora de factor de demanda te ayuda a obtener la potencia reactiva necesaria.
No olvides considerar el efecto de los armónicos si tienes cargas electrónicas significativas: en esos casos, consulta a un especialista antes de instalar condensadores convencionales.
Preguntas frecuentes
Un cos φ bajo (< 0,90) genera un recargo adicional en la factura, que puede superar el 40% del término de energía. Un cos φ alto (> 0,95) genera una bonificación del 4%. Compensar la reactiva con condensadores es una de las inversiones más rentables en eficiencia energética.