Factor de potencia: qué es, cómo se calcula y qué te cuesta

El factor de potencia es el único concepto de electrotecnia que aparece directamente en una factura eléctrica de empresa y que, si está mal, se paga todos los meses. Un taller con un factor de potencia de 0,85 puede estar pagando cerca de 2.900 euros al año en recargo por energía reactiva, y el equipo que lo arregla cuesta una fracción de eso.

El problema es que los artículos que encontrarás sobre este tema no dan ni un precio ni un tramo. Dicen que «las compañías aplican recargos» y ahí lo dejan. Y además arrastran dos errores de concepto: tratarlo como si fuera un rendimiento, cuando no se pierde energía en la carga, y dar por hecho que es lo mismo que el coseno de phi, lo que solo es cierto sin armónicos.

Aquí tienes la definición correcta, el triángulo de potencias con la relación vectorial, la diferencia con el coseno de phi resuelta con un cálculo, los tramos y los precios de la facturación de reactiva, el cálculo de la batería de condensadores, y un efecto del autoconsumo solar sobre la reactiva que no cuenta nadie y que puede hacer que el recargo suba después de poner placas.

Qué es el factor de potencia

El factor de potencia es la relación entre la potencia que de verdad hace trabajo y la potencia total que la instalación tiene que mover por los cables:

Factor de potencia = Potencia activa (kW) / Potencia aparente (kVA)

Es un número sin unidades que va de 0 a 1. Un factor de potencia de 1 significa que toda la corriente que circula se está convirtiendo en trabajo útil, calor, luz o movimiento. Un factor de potencia de 0,80 significa que la red tiene que transportar un 25 % más de corriente de la que haría falta para la misma potencia útil.

Y aquí la primera precisión importante, porque hay artículos que lo explican mal: un factor de potencia de 0,80 no significa que se pierda el 20 % de la energía. La energía reactiva no se consume, va y vuelve entre la red y la instalación varias veces por segundo. Lo que ocurre es que para hacerla circular hacen falta cables, transformadores y protecciones más grandes, y se producen pérdidas por calentamiento en el camino. Es un problema de dimensionado y de pérdidas en la red, no de rendimiento en la carga.

Potencia activa, reactiva y aparente: el triángulo de potencias

Las tres potencias se relacionan mediante un triángulo rectángulo, no mediante una suma:

• Potencia activa (P), en kW. La que produce trabajo útil. Es la que mide tu contador de energía en kWh y la que te factura la comercializadora como término de energía.
• Potencia reactiva (Q), en kVAr. La que las bobinas y los condensadores necesitan para crear sus campos magnéticos y eléctricos. No produce trabajo, pero circula por los cables.
• Potencia aparente (S), en kVA. La suma vectorial de las dos, y la que determina el tamaño de cables, transformadores y protecciones.

S² = P² + Q², y por tanto S = raíz cuadrada de (P² + Q²).

Esa relación vectorial es la que hace falsa la analogía del vaso de cerveza que usan algunos artículos, donde la cerveza y la espuma suman el vaso. Aquí no suman: con 80 kW de activa y 60 kVAr de reactiva, la aparente no es 140 kVA, es la raíz de 80² más 60², es decir 100 kVA. Y el factor de potencia es 80 dividido entre 100, o sea 0,80.

Lo mismo con el ángulo: φ es el ángulo del triángulo, y cos φ = P / S. De ahí viene el nombre coloquial de coseno de phi.

kW, kVA y kVAr: tres unidades que no son intercambiables

Un repaso rápido, porque es una fuente constante de errores incluso en artículos de fabricantes de instrumentación:

Dos errores habituales que conviene evitar. El primero: escribir que «P = V × I» y llamarlo potencia total. El producto de tensión por corriente es la potencia aparente, en VA, no la activa. El símbolo P está reservado a la activa, en vatios. El segundo: expresar el factor de potencia en porcentaje y mezclarlo con eficiencias. Un factor de potencia de 0,96 no es un rendimiento del 96 %.

La relación entre tensión, corriente y potencia en el lado de continua de una instalación solar, que es un caso distinto porque ahí no hay reactiva, está en la potencia de las placas solares.

Factor de potencia y coseno de phi: por qué no siempre son lo mismo

Esta es la distinción que casi ningún artículo hace y que conviene conocer, porque explica facturas que no cuadran.

• El coseno de phi, también llamado factor de desplazamiento, mide solo el desfase entre la onda de tensión y la de corriente. Es un concepto que supone que las dos ondas son senoidales perfectas.
• El factor de potencia total es P dividido entre S, siempre, sea la onda como sea.

Los dos coinciden únicamente cuando la carga es lineal, es decir, cuando la corriente que absorbe es senoidal: motores, transformadores, resistencias, iluminación convencional. En esos casos, factor de potencia y coseno de phi son el mismo número y se pueden usar como sinónimos sin problema.

Pero cuando hay cargas no lineales, que son casi todas las modernas, la corriente deja de ser senoidal y aparece un segundo componente de distorsión. Entonces el factor de potencia es siempre menor que el coseno de phi, y es el factor de potencia el que determina la corriente real que circula y, con ella, el recargo.

Armónicos: el caso en que el coseno de phi engaña

Los armónicos son corrientes a frecuencias múltiplos de los 50 Hz de la red que generan las cargas no lineales: fuentes de alimentación conmutadas, variadores de frecuencia, equipos de iluminación LED, cargadores, soldadura por inversor, ascensores con variador y la electrónica en general.

Se cuantifican con la tasa de distorsión armónica, el THD. Y la relación completa entre las tres magnitudes es:

Factor de potencia = cos φ × 1 / raíz de (1 + THD²)

Fíjate en la última fila: un coseno de phi excelente, 0,98, con un factor de potencia real de 0,69. Si corriges la instalación mirando solo el coseno de phi, estarás convencido de que está perfecta mientras el recargo sigue apareciendo en la factura.

Por eso, para medir una instalación con mucha electrónica hace falta un analizador que distinga los dos valores, y por eso la solución en esos casos no es una batería de condensadores, que corrige el desfase pero no la distorsión: hace falta un filtro de armónicos.

Cómo se calcula el factor de potencia, con ejemplos

Hay tres formas de llegar al mismo número, según el dato que tengas:

• Si conoces la potencia activa y la aparente: FP = P / S. Con 1.000 W de activa y 1.250 VA de aparente, FP = 0,80.
• Si conoces la activa y la reactiva: primero S = raíz de (P² + Q²) y después FP = P / S. Con 80 kW y 60 kVAr, S = 100 kVA y FP = 0,80.
• Si tienes la factura con energías: FP = kWh / raíz de (kWh² + kVArh²). Es el cálculo que puedes hacer hoy mismo con tu factura delante, y es el que de verdad importa porque es el que usa la distribuidora.

Ejemplo con una factura. Un periodo con 20.000 kWh de energía activa y 12.394 kVArh de reactiva: S en energía = raíz de (20.000² + 12.394²) = 23.527. FP = 20.000 / 23.527 = 0,85.

Y la relación inversa, que es la que hace falta para predecir: Q = P × tan φ. Con un cos φ de 0,85, el ángulo φ es 31,79 grados y su tangente es 0,6197, así que por cada 100 kWh de activa circulan 62 kVArh de reactiva.

El cálculo en trifásica: el factor raíz de tres

Casi todas las instalaciones donde el factor de potencia importa son trifásicas, y ahí la fórmula cambia. Es un detalle que los artículos traducidos del inglés suelen omitir:

• Monofásica: S (VA) = V × I. Con 230 V y 20 A, S = 4.600 VA.
• Trifásica: S (VA) = raíz de 3 × V × I, con V la tensión entre fases. Con 400 V y 20 A, S = 1,732 × 400 × 20 = 13.856 VA.
• Y en los dos casos: P (W) = S × factor de potencia.

De aquí sale una comprobación rápida muy útil en una nave: si mides 400 V entre fases y 100 A por fase, la potencia aparente son 69,3 kVA. Si el contador marca 55 kW de activa, el factor de potencia es 55 / 69,3 = 0,79, y hay recargo seguro.

Esa misma cuenta sirve para dimensionar el inversor de una instalación solar en una empresa, porque los inversores se especifican en kVA y la producción se habla en kW. Lo tratamos en qué es un inversor solar y qué hace.

Qué equipos empeoran el factor de potencia de tu instalación

La reactiva la generan las cargas inductivas, es decir, todo lo que tenga una bobina:

Dos conclusiones prácticas de esta tabla. La primera: el gran culpable no es tanto tener motores como tenerlos sobredimensionados y trabajando a carga parcial, porque ahí la reactiva se mantiene y la activa baja. La segunda: la modernización a LED y a variadores mejora el coseno de phi y empeora la distorsión, así que una instalación reformada puede necesitar filtro en lugar de condensadores.

Qué consecuencias tiene un factor de potencia bajo

• El recargo en la factura. La más directa y la que se paga todos los meses. Lo cuantificamos en el apartado siguiente.
• Más corriente por los mismos cables. Con un factor de potencia de 0,80, la corriente es un 25 % mayor que con 1,00 para la misma potencia útil.
• Más pérdidas por calentamiento. Y aquí está el efecto que sorprende: las pérdidas en los conductores crecen con el cuadrado de la corriente. Un 25 % más de corriente son un 56 % más de pérdidas en los cables.
• Caídas de tensión mayores al final de las líneas, con arranques difíciles de motores y parpadeos.
• Transformadores y cuadros infradimensionados. Un transformador de 100 kVA alimenta 100 kW con factor de potencia 1 y solo 80 kW con 0,80. Puede obligar a ampliar la instalación antes de tiempo.
• Menos margen para ampliar. Si el límite lo pone la corriente y no la potencia útil, corregir la reactiva libera capacidad sin tocar la acometida.

Ese último punto es el más valioso y el menos conocido: en muchas naves donde se quiere ampliar maquinaria o añadir cargadores de vehículo eléctrico, corregir el factor de potencia libera capacidad de la instalación existente y evita una ampliación de potencia contratada. Está relacionado con lo que explicamos sobre qué es el peak shaving.

Cuándo te cobran la energía reactiva y cuánto cuesta

Aquí están los números que ningún artículo del sector publica. La facturación de energía reactiva está regulada en el Real Decreto 1164/2001 y el precio del término lo fija una orden ministerial. Los tramos son estos:

Y hay dos reglas que acompañan a la tabla y que son tan importantes como los precios:

• Solo se factura el exceso. No se paga toda la reactiva, solo la que supera el 33 % de la energía activa del periodo. Ese 33 % corresponde precisamente a un factor de potencia de 0,95.
• No se factura en el periodo valle. En las tarifas de más de 15 kW, el recargo se aplica en todos los periodos horarios excepto el valle.
• En tarifa doméstica de hasta 15 kW no se factura reactiva en la práctica, porque los equipos de medida domésticos no la registran a efectos de facturación.

Es decir: si tu empresa tiene una tarifa de más de 15 kW y un factor de potencia por debajo de 0,95 en horas de actividad, estás pagando reactiva. Y si está por debajo de 0,80, pagas un 50 % más por cada kVArh de exceso.

Ejemplo real: lo que paga un taller con cos phi de 0,85

Hagamos la cuenta completa con un caso típico. Taller metalúrgico con tarifa de acceso de más de 15 kW, 20.000 kWh de consumo activo al mes en horas de actividad y un factor de potencia de 0,85:

• Reactiva consumida: Q = 20.000 × tan φ = 20.000 × 0,6197 = 12.394 kVArh.
• Umbral exento: 33 % de 20.000 = 6.600 kVArh.
• Exceso facturable: 12.394 − 6.600 = 5.794 kVArh.
• Tramo aplicable: factor de potencia entre 0,95 y 0,80, es decir 0,041554 €/kVArh.
• Recargo mensual: 5.794 × 0,041554 = 240,76 euros.
• Recargo anual: unos 2.889 euros.

Y el mismo taller con un factor de potencia de 0,78, que es perfectamente posible con motores a carga parcial: Q = 20.000 × 0,8017 = 16.034 kVArh; exceso 9.434 kVArh; tramo de 0,062332 €/kVArh; recargo mensual de 588 euros y anual de unos 7.058 euros.

Frente a eso, una batería de condensadores de 40 kVAr instalada cuesta del orden de 2.000 a 3.500 euros. La amortización es de meses, no de años. Es probablemente la inversión en eficiencia con mejor retorno que existe en una instalación industrial, y la mayoría de las pymes que lo pagan no saben que lo están pagando.

Si tu negocio está en esa situación, además de corregir la reactiva conviene mirar el consumo activo, y ahí es donde entra el autoconsumo: lo vemos en placas solares para pymes y pequeños comercios.

El umbral del 33 % y los periodos en los que se factura

Merece la pena detenerse en la mecánica del cálculo, porque permite interpretar la factura:

Exceso del periodo = kVArh del periodo − 0,33 × kWh del periodo

El cálculo se hace periodo por periodo, no sobre el total del mes. Eso tiene una consecuencia práctica muy concreta: un consumo de reactiva concentrado en unas pocas horas puede generar recargo en ese periodo aunque el promedio mensual parezca aceptable.

• El periodo valle está exento. La reactiva de la madrugada no se factura, lo que beneficia a instalaciones con procesos nocturnos.
• El tramo de precio se determina con el factor de potencia de ese periodo, no con el del mes.
• El transformador en vacío es un caso clásico de recargo nocturno sin consumo activo, y es la razón por la que a veces aparece reactiva en horas en las que la empresa está cerrada: hay que comprobar si el periodo es valle o no.

Un error de gestión frecuente: desconectar la batería de condensadores cuando la empresa cierra, por seguridad, y dejar el transformador energizado. El resultado es reactiva sin activa, es decir, el peor factor de potencia posible, en los periodos en los que sí se factura. La solución es una batería automática que module escalones según la demanda.

Cómo corregir el factor de potencia: la batería de condensadores

La reactiva de las cargas inductivas se compensa con reactiva de signo contrario, que es la que aportan los condensadores. De ahí la solución estándar:

• Batería de condensadores automática. Un armario con varios escalones de condensadores que un regulador conecta y desconecta según la reactiva que detecta en cada momento. Es la solución habitual en industria y comercio.
• Compensación individual. Un condensador fijo junto a un motor concreto, dimensionado para él. Tiene sentido con motores grandes de funcionamiento continuo.
• Compensación centralizada. Una sola batería en el cuadro general. Es la más habitual porque aprovecha que no todas las cargas funcionan a la vez.
• Filtro activo de armónicos. Cuando el problema es la distorsión y no el desfase. Es más caro y a veces la única solución válida.
• Variadores de frecuencia en los motores. No es un corrector de reactiva en sentido estricto, pero evita que los motores trabajen a carga parcial, que es la raíz del problema.

Un aviso importante: una batería de condensadores en una instalación con mucha distorsión armónica puede ser contraproducente, y lo vemos en el apartado de la resonancia. Antes de instalar hay que medir.

Cómo calcular los kVAr de la batería de condensadores

La fórmula es sencilla y es otro cálculo que ningún artículo del sector plantea:

Qc (kVAr) = P (kW) × (tan φ1 − tan φ2)

• P es la potencia activa en el momento de mayor demanda.
• tan φ1 es la tangente del ángulo correspondiente al factor de potencia actual.
• tan φ2 es la del factor de potencia objetivo, que conviene fijar en 0,97 o 0,98 y no en 1,00, para no sobrecompensar.

Ejemplo resuelto. Una nave con 100 kW de demanda punta y un factor de potencia de 0,85, que quiere llegar a 0,97:

• tan φ1 con cos φ = 0,85: 0,6197.
• tan φ2 con cos φ = 0,97: 0,2506.
• Qc = 100 × (0,6197 − 0,2506) = 36,9 kVAr.
• Se instalaría una batería de 40 kVAr, con escalones de 5 o 10 kVAr.

Con esta tabla puedes estimar la batería que necesitarías en un minuto. Y un aviso sobre sobrecompensar: pasarse de 1,00 significa inyectar reactiva a la red, lo que algunas distribuidoras también penalizan y en todo caso provoca sobretensiones. El objetivo es 0,97 o 0,98, no 1.

El riesgo de la resonancia y las reactancias antiarmónicas

Este es el apartado que separa un artículo serio de una lista de consejos. Una batería de condensadores y la inductancia de la instalación forman un circuito que tiene una frecuencia de resonancia. Si esa frecuencia coincide con un armónico presente en la instalación, la corriente de ese armónico se amplifica.

Las consecuencias son reales y caras: condensadores que explotan o se hinchan, fusibles que saltan sin motivo aparente, transformadores que se calientan y, en el peor caso, un empeoramiento de la calidad de la red en lugar de una mejora.

• Cuándo hay riesgo: cuando la potencia de cargas no lineales, es decir variadores, fuentes conmutadas y rectificadores, supera aproximadamente el 15 o 20 % de la potencia total.
• La solución: baterías con reactancias antiarmónicas, también llamadas deshintonizadas, que desplazan la frecuencia de resonancia por debajo del primer armónico significativo.
• Cuando la distorsión es muy alta: filtro activo de armónicos, que inyecta corrientes en contrafase para cancelarlas.
• Lo que nunca hay que hacer: instalar una batería estándar en una instalación con mucha electrónica sin medir antes el THD.

Dicho de forma práctica: la pregunta correcta antes de comprar una batería de condensadores no es «cuántos kVAr», es «cuánto THD tiene mi instalación». La primera sale de una tabla; la segunda exige una medición.

Factor de potencia y autoconsumo: la sorpresa que nadie cuenta

Aquí hay un efecto que no aparece en ningún artículo sobre este tema y que importa mucho a cualquier empresa que esté valorando placas solares. Vamos con él despacio, porque es contraintuitivo.

Una instalación fotovoltaica reduce la energía activa que compras a la red, porque una parte la produces tú. Pero no reduce la energía reactiva: los motores, los compresores y los transformadores siguen necesitando exactamente la misma, y la siguen tomando de la red.

El resultado es que la relación entre reactiva y activa empeora, y como el umbral exento es el 33 % de la activa, el umbral también baja. Con números, el mismo taller del ejemplo:

El recargo por reactiva sube de 241 a 378 euros al mes después de poner placas solares, aunque la factura total baje mucho. No es un defecto de la instalación solar: es que la reactiva era un problema que estaba ahí y que el autoconsumo deja al descubierto.

La conclusión es muy práctica: en cualquier empresa con motores, la corrección del factor de potencia debe revisarse al proyectar el autoconsumo, no después. Nosotros lo miramos en el estudio previo, porque un cliente que ve subir una línea de su factura tras instalar placas tiene toda la razón en preguntar por qué. Y además el ahorro de corregirla se suma al del autoconsumo, con lo que la operación conjunta sale mejor. Lo desarrollamos en pasar tu negocio a energía solar.

¿Quieres saber si tu empresa está pagando reactiva y cuánto? Puedes calcular tu instalación en dos minutos y nosotros revisamos tu factura en el estudio previo.

El inversor fotovoltaico y la potencia reactiva

Un inversor fotovoltaico es un equipo de electrónica de potencia y tiene su propia relación con la reactiva, que conviene conocer:

• Se especifica en kVA, no en kW. Un inversor de 10 kVA entrega 10 kW solo si trabaja con factor de potencia 1. Es la razón por la que la potencia del inversor y la del campo solar no son el mismo número.
• Puede trabajar con factor de potencia ajustable. La normativa de conexión permite y en algunos casos exige que el inversor aporte o absorba reactiva según una consigna, para ayudar a regular la tensión de la red.
• Algunos modelos pueden aportar reactiva de noche, sin producción solar, usando únicamente su electrónica. Es una función de instalaciones grandes, poco habitual en vivienda.
• No corrige la reactiva de tus cargas por sí mismo. Este es el punto importante: salvo que se configure expresamente para ello y el equipo lo permita, un inversor fotovoltaico doméstico o de pequeña empresa no compensa el factor de potencia de la instalación.

Dicho de otra forma: poner placas solares no arregla el factor de potencia, y en el caso que acabamos de ver lo empeora en la factura. Son dos problemas distintos con dos soluciones distintas. Los criterios para elegir inversor están en los mejores inversores solares del mercado.

Y el mecanismo por el que el inversor extrae la máxima potencia del campo solar es qué es un seguidor MPPT.

Cómo medir el factor de potencia de tu instalación

Hay tres niveles, de lo más barato a lo más fiable:

• Con la factura. Gratis e inmediato. Busca los kWh y los kVArh de cada periodo y aplica FP = kWh / raíz de (kWh² + kVArh²). Si aparece una línea de recargo por reactiva, ya tienes la respuesta.
• Con un analizador de redes portátil instalado una semana en cabecera. Registra activa, reactiva, factor de potencia, coseno de phi, THD y la evolución horaria. Es lo que permite dimensionar bien y detectar la resonancia.
• Con un analizador fijo en el cuadro general, que deja histórico y permite ver el efecto de las medidas correctoras.

Dos consejos de método. Primero: medir una semana completa, no una tarde, porque el factor de potencia varía con el proceso y con los turnos. Segundo: medir en cabecera y también en la línea del equipo sospechoso, porque el promedio de la instalación puede ocultar un transformador o un motor concreto que es el responsable de todo.

Y una comprobación que puedes hacer hoy con una pinza amperimétrica y el contador: mide la corriente por fase y la tensión entre fases, calcula la aparente con la raíz de tres y compárala con la activa que marca el contador. El cociente es tu factor de potencia aproximado.

Normativa que te afecta

• Real Decreto 1164/2001, que establece las tarifas de acceso y, en su artículo 9, la facturación de la energía reactiva, con el umbral del 33 % y los tramos de factor de potencia.
• La orden ministerial que fija los precios del término de facturación de energía reactiva, que son los 0,041554 y 0,062332 €/kVArh del apartado correspondiente.
• Reglamento electrotécnico de baja tensión, con sus instrucciones técnicas complementarias sobre instalaciones generadoras y sobre receptores, que tratan la compensación del factor de potencia.
• Norma UNE-EN 61000-3-2 y siguientes, que limitan la emisión de armónicos de los equipos conectados a la red de baja tensión.
• Circular de la CNMC que define la estructura de peajes y los periodos horarios, que son los que determinan en qué horas se factura la reactiva y en cuáles no.

La parte que conviene retener: el recargo por reactiva no es una decisión comercial de tu comercializadora, es una regulación estatal. No se negocia, se corrige. Lo que sí puedes revisar con la comercializadora es que los periodos y el cálculo estén bien aplicados, y en qué tarifa estás, que es un asunto distinto y lo tratamos en las tarifas eléctricas para autoconsumo solar.

Preguntas frecuentes sobre el factor de potencia

¿Quieres saber si tu instalación está pagando reactiva y cuánto se puede recuperar? mándanos una factura y te decimos cuánto estás pagando de reactiva.

Si lo que buscas es bajar también la energía activa de tu empresa, el planteamiento está en instalación de placas solares en casa.

El marco legal y económico del autoconsumo es el autoconsumo fotovoltaico conectado a la red, con compensación de excedentes.

Para situar tu consumo en kWh antes de calcular nada, te ayudará cuántos kWh consume una casa al mes.

La capacidad de las baterías, que se mide en amperios hora y se confunde con estas magnitudes, la explicamos en qué es un amperio hora y cómo pasarlo a kWh.

Y los datos eléctricos del lado de continua, donde no existe la reactiva, están en cómo leer la ficha técnica de un panel solar.

El principio físico que genera esa corriente continua es el efecto fotovoltaico.

Una vez en marcha la instalación, la producción se vigila en nuestros planes de mantenimiento de placas solares Plus-10 e Integral-25.

Escrito por Juan Manuel del Val

Soy Graduado en Comercio y especialista en SEO en Isla Solar. Mi misión es facilitar el acceso a la energía solar y aerotermia mediante contenidos claros y optimizados.

Revisado por David Alonso Reviriego

CEO y fundador de Isla Solar. Mi objetivo es democratizar el acceso a la energía solar para que el autoconsumo sea una realidad al alcance de todos.