Por fin vas a entender qué es la energía reactiva

A lo largo de los años que llevo trabajando en el sector energético, la energía reactiva es sin duda el concepto que siempre he visto que resulta más desconocido entre muchos profesionales del gremio.

Y es que, a la complejidad que este concepto puede tener por sí mismo, creo que se le suma el hecho de que, las más de las veces, no está bien explicado. Se intenta explicar con ejemplos, a veces con analogías con fluidos, pero parece que no queda nada claro.

Por cierto, debo reconocer que odio esa explicación tan extendida de que la reactiva es la espuma de la cerveza, es decir, que cuando “tiras” cerveza desde un barril a presión a un vaso obtienes cerveza, pero también espuma que es improductiva; y la reactiva sería esta espuma. Estoy muy en contra de este tipo de analogías, poco acertadas a mi juicio.

Veamos si soy capaz de dar una mejor explicación en este artículo, y podemos dar por superada la explicación de la cerveza.

La electricidad no es como una corriente de agua

Es mejor que dejemos de pensar en la corriente eléctrica como una corriente de agua.

Los electrones recorren un cable, desde un polo cargado eléctricamente hasta otro descargado, pero esa corriente de electrones no tiene unas características similares a las de un fluido, pongamos por ejemplo el agua que recorre una tubería.

De hecho, lo que llamamos propiamente energía eléctrica es realmente el trabajo que genera el campo electromagnético inducido secuencialmente (eléctrico, magnético, y así sucesivamente) por los electrones al viajar por el cable de forma secuencial.

Esto ya me hago cargo de que resulta menos intuitivo que el movimiento del agua, pero que es lo que sugieren buena parte de los estudios realizados por la física moderna.

La tensión eléctrica como potencial

La tensión eléctrica, que se mide en voltios, es más parecida a la energía potencial de un objeto en física clásica, que a la presión de un fluido.

Pensemos en una piedra colocada en la azotea de un edificio de 10 metros de altura, y que tendrá una determinada energía potencial, puesto que si la dejásemos caer hacia la calle desarrollaría una energía cinética en proporción a dicha altura y a la atracción de la gravedad.

Si la misma piedra la subimos a la azotea de un edificio de 20 metros, la energía potencial se incrementaría respecto de su posición anterior a 10 metros. Pues bien, un aumento de la tensión sería como subir la piedra de 10 a 20 metros, aumentando su energía potencial.

Por tanto, si el polo cargado eléctricamente tiene mayor potencial, será como la piedra a mayor altura, ya que desarrollará mayor energía al liberarse.

Cerrar un circuito eléctrico, es decir, conectar el polo de mayor potencial (con carga eléctrica) al polo sin carga, es como dejar caer la piedra al suelo y desarrollar por tanto su energía cinética. Libera la energía.

La intensidad de la corriente eléctrica

Por su parte, la intensidad, que se mide en amperios, nos viene a decir cuánta cantidad de corriente de electrones circulan por el cable o circuito por unidad de tiempo.

De esta forma, una mayor intensidad significa que hay más electrones por segundo atravesando el cable, mientras que una menor intensidad son menos electrones por segundo.

Potencia como voltaje por intensidad

La potencia de una corriente eléctrica es el resultado de multiplicar la tensión eléctrica por la intensidad. Es decir, es el potencial (voltaje, tensión) liberado con una determinada intensidad (volumen de amperios por unidad de tiempo).

Dado que estamos multiplicando, si bajamos uno de los factores, por ejemplo bajamos la intensidad, pero subimos el otro factor, pongamos que en el mismo ejemplo subimos la tensión, obtendremos el mismo resultado de potencia. Esto del ejemplo que antecede es lo que se realiza en el transporte de energía eléctrica a grandes distancias, logrando mantener la potencia transportada, pero reduciendo las pérdidas.

La intensidad en corriente continua

En el caso de la corriente continua, si medimos dicha intensidad en cualquier momento del tiempo siempre será la misma. Si lo graficamos, sería como una línea recta, ya que en el segundo 1 habría la misma intensidad que en el segundo 2 o que en el minuto 100, por ejemplo.

Así es la corriente generada por una dinamo, o por una pila, o por una batería.

Simplemente la corriente de electrones se dirige del punto con carga eléctrica, con potencial, al punto sin carga. Y en todo momento la cantidad de electrones por segundo es continua.

La intensidad en corriente alterna

Sin embargo, si generamos corriente eléctrica con un generador de corriente alterna, y medimos su intensidad, no obtendremos una línea constante, sino que habrá momentos del tiempo en los que la intensidad es positiva, otros momentos del tiempo en los que la intensidad es igual a cero, y otros en los que incluso es negativa.

Esto se debe a que la carga no viaja en un único sentido, de un punto del circuito hacia el otro. Sino que viaja secuencialmente en ambos sentidos, es decir, primero en un sentido (intensidad positiva), luego no existe intensidad (valor cero) y luego viaja en el sentido contrario (intensidad negativa).

Y ello porque en el generador eléctrico de corriente alterna el rotor corta el campo magnético del estator en un sentido concreto (por ejemplo, de norte a sur del campo magnético) induce corriente en el cable en un sentido. Después al continuar su rotación deja de cortar el campo magnético (baja a cero). Y luego de continuar rotando cortará el campo magnético en sentido contrario, y por tanto inducirá corriente en el sentido contrario.

Pasando sucesivamente de nuevo a cero, luego al otro sentido, luego a cero, luego al sentido contrario, etc… una y otra vez mientras funciona.

La corriente en nuestros sistemas eléctricos es alterna

Muy importante esto que acabamos de decir más arriba para entender la cuestión de la energía reactiva que aquí nos ocupa.

Ya que, en la práctica, en nuestros sistemas nacionales de generación, transporte y distribución de electricidad, la corriente es alterna y no continua.

Esto es así porque permite trasladar la energía a grandes distancias de manera eficiente

Y ello por el hecho de que, trabajando con corriente alterna, se puede transformar la tensión, subiendo el voltaje para minimizar las pérdidas por el cable entre dos puntos muy alejados, y luego bajando el voltaje cuando llega a su destino. Igualmente se puede transformar de corriente alterna a corriente continua, cuando el elemento que va a utilizar dicha corriente lo necesite.

Así que, con la tecnología de transformadores y transporte a largas distancias, la energía se genera de forma alterna, y lo que circula es corriente alterna.

Y si visualizábamos antes la corriente continua como una línea recta, bien podemos ahora visualizar la corriente alterna como una onda senoidal que oscila, en un eje temporal, entre un máximo valor positivo y un máximo valor negativo.

Frecuencia necesaria en la corriente alterna

Este sistema no obstante necesita para funcionar de que exista una sincronización en la onda que más arriba describimos entre la tensión y la intensidad que circulan en uno y otro sentido.

A fin esencialmente de que apenas notemos en nuestra instalación, al consumir la electricidad, la diferencia entre el valor positivo y el valor negativo de la onda antes descrita.

Esta onda es necesario que tenga una frecuencia determinada para que todos los elementos de la instalación eléctrica funcionen correctamente.

En nuestro país, y en otras muchas naciones, la frecuencia necesaria es de 50 Hz, lo cual viene a significar que oscila 50 veces por segundo entre el máximo y el mínimo.

Problemas si se distorsiona la frecuencia

Si no se cumple esta oscilación existirán problemas, y el desfase de esta onda es justo lo que llamamos energía reactiva.  Ya que esta sincronización debe existir entre la tensión y la intensidad en un sentido y en el otro.

Cuando sube la tensión debe subir la intensidad, y cuando baja la tensión debe bajar la intensidad. Eso implica que la potencia que ya describimos como producto de estos dos factores sea siempre a misma.

Si subiese uno de los factores (tensión o intensidad) pero no subiese el otro, obtendríamos una diferencia entre la potencia teórica y la potencia real. La potencia real sería inferior a la potencia teórica. Este desfase entre potencia teórica (aparente) y potencia real (activa) es la energía reactiva.

El desfase hacia un lado: reactiva inductiva

En las instalaciones eléctricas en corriente alterna, en nuestros hogares, en nuestras empresas, en instituciones, fábricas e industria, encontramos elementos inductivos, es decir, bobinas. Están en una amplia diversidad de electrodomésticos (frigorífico, aire acondicionado, etc… ) y en multitud de motores eléctricos y máquinas industriales.

Si por una bobina hacemos pasar corriente continua, se genera un electroimán. La corriente eléctrica crea un campo magnético alrededor de la bobina.

Sin embargo, con corriente alterna, el campo magnético que atraviesa la bovina va cambiando de dirección según varía el sentido la corriente que circula por la misma. Al cambiar el campo magnético opone resistencia a dicho cambio, y eso retrasa la onda de voltaje (tensión). En concreto la retrasa noventa grados.

Este desfase o diferencia entre la potencia teórica y la potencia real, que hace que la real sea inferior a la teórica al retrasarse la onda, es la potencia reactiva inductiva.

Penalización por reactiva inductiva

Actualmente en el sistema español se penaliza económicamente, en la factura del suministro eléctrico, la energía reactiva inductiva en todos los puntos de suministro conectados en media tensión, y también en los conectados en baja tensión con una potencia igual o superior a 15 kW. Y en todos los períodos horarios de los mismos, salvo el período P6 que es el de horas “valle” o más baratas (de menor demanda en el sistema).

La penalización corresponde aplicarla cuando la energía reactiva exceda el 33% de la energía activa, lo cual implica un coseno de phi inferior a 0,95. El coseno de phi es el resultado de un quebrado que puede tomar valores entre 0 y 1, midiendo el retraso en la onda que hemos comentado.

Un coseno similar a 1 significaría que no existe desfase, por lo cual la potencia teórica y la real serían similares. Mientras que el límite de 0,95 significa que la potencia real es igual a la potencia teórica por 0,95.

El desfase hacia el otro lado: reactiva capacitiva

En las instalaciones eléctricas en corriente alterna podemos encontrar también otros elementos, llamados capacitivos, o condensadores. Tenemos también múltiples aplicaciones eléctricas y electrónicas de los capacitores, que encontramos en hogares e industrias. Por ejemplo, existen capacitores en aparatos como motores, robots industriales, elementos de radio e incluso el flash de una cámara de seguridad.

Un condensador o capacitor en corriente continua actuaría como una batería, ya que una vez se carga deja de circular corriente por el mismo.

Sin embargo, en corriente alterna la energía fluctúa como ya sabemos en un sentido, y luego en el contrario, con lo cual el condensador se carga, y estando cargado opone resistencia al descargarse cuando cambia la onda de sentido. Esto hace que la onda se adelante noventa grados (justo lo contrario que sucedía con los elementos inductivos).

De nuevo, este desfase o diferencia entre la potencia teórica y la potencia real hace que la real sea inferior a la teórica al adelantarse la onda. Dicho desfase sería energía reactiva capacitiva.

Uso de los condensadores para corregir la energía reactiva inductiva

Justamente este desfase hacia adelante que generan los capacitores hace que durante muchos años se hayan aprovechado estos elementos para corregir la generación de reactiva inductiva en instalaciones eléctricas, evitando tener que pagar la penalización económica en factura a la que más arriba hicimos referencia.

Se calculaba la potencia necesaria de que una batería de condensadores corrigiese el efecto de las inductancias de una instalación, y con su instalación se evitaba pagar reactiva inductiva.

Penalización de la reactiva capacitiva

Actualmente en los países europeos, y desde hace ya unos años, se está empezando a perseguir la generación de reactiva capacitiva por parte de los usuarios de la red eléctrica, para evitar, igual que en el caso de la reactiva inductiva, los problemas que genera respecto de la distribución de electricidad en el sistema.

Actualmente en España está legislada una penalización, pero con valor cero por el momento, ya que se pretende facilitar unos años a los usuarios para que puedan adaptarse a este nuevo marco de penalización.

En concreto se penalizaría un coseno de phi inferior a 0,98 en el período P6 o período horario más barato, como ya dijimos. Y aplicaría a los suministros conectados en media tensión (que suelen ser los suministros industriales, de fábricas, de grandes negocios y explotaciones, o en general de mayor potencia).

Andrés Muñoz Barrios es Licenciado en Derecho y Master en Economía Aplicada.