¿Qué es la distorsión armónica y por qué es importante?

Los armónicos no son visibles, pero sí lo son sus efectos. Las distorsiones armónicas son deformaciones repetitivas y continuas de las formas de onda de voltaje o corriente limpias.

Utilizando el análisis de Fourier, una técnica desarrollada por el matemático francés, podemos visualizar la magnitud de los armónicos presentes en el sistema.

Fourier mostró que cualquier forma de onda distorsionada es solo un conjunto de ondas senoidales individuales de diferentes frecuencias y amplitudes sumadas. La forma de onda distorsionada está compuesta por una curva fundamental sinusoidal, más armónicos.

Son estas ondas senoidales individuales de orden superior las que se conocen como armónicos. Por lo general, nos referimos a las distorsiones de potencia en el rango de frecuencia por debajo de 2 kHz como “distorsión armónica”.

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La distorsión armónica de la forma de onda proviene de cargas no lineales conectadas a la fuente de alimentación. Todas las cargas que consumen corriente no senoidal se denominan cargas no lineales. Los principales factores que contribuyen a los armónicos son:

• Fuentes de alimentación de modo conmutado
• Equipos de iluminación fluorescente y LED
• Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI)
• Variadores de frecuencia, también conocidos como variadores de velocidad variable (VSD), variadores de frecuencia variable (VFD), variadores de frecuencia de CA o simplemente variadores de frecuencia

Para reducir los daños en el equipo, las normativas limitan los armónicos a niveles bajos en las redes de alimentación. La mitigación no siempre es necesaria, pero cuando se requiere, los dispositivos de mitigación de armónicos pueden reducir los armónicos para cumplir con estas normativas. Para lograr una mitigación de armónicos satisfactoria, hay muchos métodos a elegir, incluido el uso de filtros de armónicos, variadores de frecuencia de frente activo (AFE) y mucho más.

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La distorsión armónica en los sistemas eléctricos daña los equipos al provocar sobrecalentamiento, estrés de voltaje y pérdidas de energía, que sobrecarga los componentes y reducen su vida útil. Los efectos de una mayor distorsión armónica son de gran alcance, ya que afectan a todos los equipos eléctricos conectados al mismo sistema.

Una distorsión armónica excesiva puede provocar el sobrecalentamiento de los cables y los motores. Los motores, los cuadros de distribución, los fusibles, los cables y los equipos de medición sensibles se ven afectados. La distorsión con contenido armónico puede incluso interferir con dispositivos críticos de telemetría y comunicación como los sistemas Wi-Fi.

Esto puede provocar fallas prematuras en los equipos, como fusibles quemados, disyuntores disparados o motores sobrecalentados, lo que podría afectar a toda la planta industrial si no se implementan medidas correctivas, como filtros armónicos o mejoras en la calidad de la energía.

La imagen muestra la influencia de los generadores de distorsión armónica en el sobrecalentamiento de los motores eléctricos.

La distorsión armónica aumenta el monto en las facturas de energía al aumentar las pérdidas del sistema y reducir la eficiencia general del sistema.

Este desperdicio de energía supone un importante problema de costos operativos para los usuarios industriales.

Para reducir el monto de la factura y, al mismo tiempo, obtener la misma cantidad de energía útil, necesitamos reducir la distorsión armónica.

Las facturas de electricidad se componen de energía activa y reactiva. Solo se puede utilizar la energía activa, pero pagamos por ambos componentes. El costo adicional puede afectar a la rentabilidad.

Las distorsiones de potencia, incluidos los armónicos, son más que molestas. Pueden detener sus procesos, lo que provoca tiempo de inactividad e interrupciones en sus líneas de producción. También afectan al CAPEX al comprar equipos y combustibles para operar su planta, lo que tiene un gran impacto en los objetivos de costos operativos.

La distorsión armónica y la distorsión en general también afectan a los objetivos de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en todos los Alcances (emisiones de Alcance 1, 2 y 3). La distorsión de la fuente de alimentación genera resultados no deseados:

• El equipo se sobredimensiona para resistir daños.
• El equipo funciona de forma ineficiente
• La distorsión impide que las iniciativas de eficiencia energética avancen

La buena noticia es que la distorsión armónica, incluidos los armónicos de alta frecuencia y los armónicos de orden inferior, se pueden mitigar. Al implementar medidas para mantener la distorsión de voltaje a niveles bajos, puede:

• Aumentar la capacidad de carga del transformador. Esto significa que puede reducir el tamaño de los transformadores y generadores necesarios
• Prolongar la vida útil del equipo
• Aumentar la eficiencia del equipo para reducir las pérdidas
• Reducir el riesgo de fallas de energía y paros de producción

Los armónicos provocan falta de confiabilidad en las redes al distorsionar las formas de onda eléctricas, lo que puede afectar negativamente el rendimiento de equipos y sistemas sensibles. A medida que se añaden más dispositivos eléctricos no lineales a un sistema, el sistema se vuelve más vulnerable a estas distorsiones.



Por lo tanto, es importante considerar los armónicos y cómo mitigarlos para construir un sistema resiliente que no falle.