Armónicos eléctricos para su comprensión y solución

En el ámbito de la electricidad, una de las preguntas más recurrentes entre profesionales es: ¿qué son los armónicos eléctricos? Este artículo profundiza en la comprensión de los armónicos eléctricos, sus causas, tipos, efectos y soluciones.

¿Qué son los armónicos eléctricos?

Los armónicos eléctricos son perturbaciones o distorsiones de la forma de onda sinusoidal de voltaje o corriente en una red eléctrica. Estas perturbaciones se manifiestan como múltiplos enteros de la frecuencia fundamental de la red. Por ejemplo, en una red de 50 Hz, los armónicos serán de 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, etc. En otras palabras, son frecuencias adicionales que se superponen a la frecuencia fundamental, alterando la forma de onda ideal.

Causas de los armónicos eléctricos

Diversos equipos y sistemas eléctricos pueden generar armónicos. Las principales causas son:

• Equipos electrónicos no lineales: Ordenadores, cargadores de baterías, variadores de frecuencia, rectificadores, entre otros, generan corrientes no sinusoidales, lo que se traduce en la producción de armónicos .
• Sistemas eléctricos de potencia: Transformadores saturados, motores, y otros equipos que operan con corriente no senoidal también contribuyen a la generación de armónicos .

La presencia de cargas no lineales es un factor determinante en la generación de armónicos. Estas cargas provocan fluctuaciones en la corriente que se desvían de la onda sinusoidal ideal. Es importante destacar que los armónicos no son un fenómeno aislado, sino que se producen en diversos puntos de la red.

Tipos de armónicos eléctricos

Los armónicos eléctricos se clasifican en:

• Armónicos de tensión: Perturbaciones en la forma de onda de voltaje.
• Armónicos de corriente: Perturbaciones en la forma de onda de corriente.
• Armónicos mixtos: Combinación de ambos tipos de perturbaciones.

Efectos de los armónicos eléctricos

La presencia de armónicos en una red eléctrica tiene consecuencias negativas:

• Sobrecalentamiento de motores: El flujo de corriente armónica genera pérdidas adicionales de energía en forma de calor, lo que puede sobrecalentar motores y reducir su vida útil.
• Disminución de la vida útil de los equipos: El estrés adicional causado por los armónicos deteriora los componentes eléctricos, acortando su vida útil.
• Aumento del consumo de energía: Los armónicos provocan un aumento del consumo de energía, incrementando los costos operativos.
• Afectación a la calidad de la energía: La distorsión de la forma de onda afecta la calidad de la energía suministrada a los equipos.
• Inestabilidad en la red eléctrica: En casos severos, los armónicos pueden causar inestabilidad en la red eléctrica y problemas de funcionamiento.
• Interferencias electromagnéticas: Los armónicos pueden generar interferencias electromagnéticas que afectan el funcionamiento de equipos sensibles.

Diagnóstico y análisis de armónicos

Para diagnosticar y solucionar los problemas relacionados con armónicos eléctricos, es necesario realizar un análisis de armónicos. Este análisis, que puede ser llevado a cabo por un especialista, implica la utilización de equipos especializados como analizadores de redes eléctricas, que permiten identificar las frecuencias y niveles de distorsión presentes en la señal eléctrica.

Soluciones a los armónicos eléctricos

La solución a los problemas de armónicos eléctricos requiere un enfoque integral que considere el tipo y la magnitud de la distorsión. Algunas soluciones son:

• Aumentar el tamaño de los conductores y pletinas: Para minimizar el calentamiento causado por las corrientes armónicas.
• Separación de cargas lineales y no lineales: Aislar las fuentes de armónicos de las cargas lineales para reducir la propagación de la distorsión.
• Transformadores de aislamiento: Utilizar transformadores para aislar las cargas no lineales de la red principal.
• Filtros pasivos: Dispositivos que atenúan las frecuencias armónicas.
• Filtros activos: Sistemas más complejos que compensan activamente la distorsión armónica. Estos sistemas son útiles para cargas variables.
• Uso de equipos con baja generación de armónicos: Optar por equipos con diseños más eficientes que generen menos distorsión armónica.

Tabla comparativa de métodos para la mitigación de armónicos

Consultas habituales sobre armónicos eléctricos

A continuación, se presentan algunas de las consultas más frecuentes sobre armónicos eléctricos :

• ¿Cómo medir los armónicos eléctricos? Se utiliza un analizador de espectro para medir los niveles de los armónicos en la red eléctrica.
• ¿Qué norma regula los armónicos eléctricos? Existen diversas normas internacionales, como la norma IEEE 519, que establecen los límites aceptables de distorsión armónica.
• ¿Cómo interpretar los resultados de un análisis de armónicos? Los resultados del análisis indican la magnitud y frecuencia de cada armónico , lo que permite determinar si superan los límites aceptables.

Los armónicos eléctricos son un fenómeno presente en las redes eléctricas modernas, con efectos negativos en la eficiencia, la calidad de la energía y la vida útil de los equipos. Es crucial realizar un análisis de armónicos para identificar la presencia y magnitud de estas perturbaciones, y aplicar las soluciones adecuadas para mitigar sus efectos. La prevención y control de los armónicos son fundamentales para mantener la estabilidad y el correcto funcionamiento de los sistemas eléctricos.