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Armónicos bajo control con ZIEHL-ABEGG: corrección del factor de potencia trifásica hasta unos exclusivos 6 kW
Los armónicos son componentes sinusoidales de tensión o corriente en redes eléctricas cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental —50 Hz en Europa, 60 Hz en Norteamérica, Arabia Saudí y algunas zonas de Japón—.
Se producen principalmente por consumidores no lineales, que no consumen corriente de forma proporcional a la tensión aplicada. Estas cargas no lineales provocan distorsiones en las formas de onda de corriente y tensión, lo que genera armónicos en la red.
La presencia de armónicos puede afectar a la calidad de la tensión y provocar problemas como un mayor calentamiento de los equipos, fallos de funcionamiento en dispositivos sensibles o pérdidas adicionales en la red. Por ello, es importante analizar los armónicos y adoptar medidas adecuadas para reducirlos.
Los armónicos son causados por consumidores no lineales en la red eléctrica. Estos consumidores no consumen electricidad de forma proporcional a la tensión aplicada, lo que provoca distorsiones en las curvas de corriente y tensión.
1. Cargas no lineales: dispositivos como variadores de frecuencia, fuentes de alimentación conmutadas, controladores LED o máquinas de soldadura eléctrica presentan características no lineales. Absorben corriente en forma de impulsos o solo durante determinadas fases de la tensión de red.
2. Corrientes de distorsión: estos consumos de corriente no lineales provocan distorsiones en la corriente de red. La forma de onda de corriente resultante contiene componentes de frecuencia adicionales, además de la frecuencia fundamental —50 Hz o 60 Hz—.
3.Análisis de Fourier: desde un punto de vista matemático, toda forma de onda de corriente o tensión distorsionada puede representarse como la suma de oscilaciones sinusoidales de diferentes frecuencias. Estos componentes de frecuencia adicionales son los armónicos, cuyas frecuencias son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental —por ejemplo, para una frecuencia fundamental de 50 Hz: 150 Hz para el 3.er armónico, 250 Hz para el 5.º armónico, etc.—.
4. Reacción en la red: los armónicos generados se retroalimentan hacia la red de suministro y tienen un impacto negativo en otros consumidores o equipos.
Los armónicos causan una serie de problemas en las redes eléctricas y en los equipos. Los más importantes son:
El aumento del calentamiento reduce la vida útil de los aparatos eléctricos
Sobrecarga de la red eléctrica y efectos de resonancia
Fallos de funcionamiento en dispositivos electrónicos
Deterioro de la calidad de la tensión
Reducción de la eficiencia energética
Para evitar estos problemas, son necesarios filtros de armónicos, sistemas de compensación activa y estructuras de red optimizadas.
Los armónicos generan una forma especial de potencia reactiva, conocida como potencia reactiva de distorsión (Qd).
Dado que los sistemas convencionales de compensación de potencia reactiva —por ejemplo, bancos de condensadores— suelen estar diseñados únicamente para la potencia reactiva de desplazamiento, no pueden compensar la potencia reactiva de distorsión causada por los armónicos. En su lugar, se requieren filtros activos o reactancias especiales.
Los armónicos pueden medirse directamente o calcularse matemáticamente. Ambos métodos proporcionan información importante sobre la calidad de la energía y sobre las posibles medidas correctoras.
Los armónicos se detectan mediante analizadores de redes especiales u osciloscopios con funcionalidad FFT. Estos dispositivos registran las curvas de corriente y tensión y las descomponen en sus componentes armónicos mediante el análisis de Fourier.
En principio, los armónicos pueden calcularse de forma analítica o numérica, por ejemplo:
En la práctica, a menudo se calcula la distorsión armónica total (THDI) y se expresa como porcentaje. Por tanto, el valor THD describe la influencia de todos los armónicos sobre la corriente total o la tensión total.
Un valor THD elevado indica una fuerte distorsión de la forma de onda de corriente o de tensión.
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Los valores límite para las corrientes armónicas se especifican en normas internacionales:
En general, los armónicos pueden reducirse mediante distintas medidas. Para ello, suelen utilizarse soluciones técnicas.
Ejemplos de medidas para reducir los armónicos:
Ideal para infraestructuras críticas como hospitales, centros de datos o plantas de producción industrial: los filtros activos de armónicos de ZIEHL-ABEGG protegen tu aplicación frente a distorsiones de la red eléctrica y pérdidas de potencia.
Los armónicos desempeñan un papel crucial en la tecnología de ventilación, especialmente en sistemas de ventilación utilizados en edificios, plantas industriales e infraestructuras críticas. No solo afectan a la eficiencia y vida útil de los sistemas, sino también a la seguridad del suministro y la seguridad operativa.
Los sistemas de ventilación modernos están compuestos por accionamientos con control de velocidad, que a menudo funcionan con electrónica de control integrada —motores EC— o con variadores de frecuencia externos —motores AC—. Estos convertidores son generadores típicos de armónicos, ya que suponen una carga no lineal para la red eléctrica.
Los sistemas de ventilación estables son esenciales para la seguridad operativa y la protección de la salud, especialmente en infraestructuras críticas como hospitales, centros de datos, aeropuertos y salas blancas.
