Cálculo de Armónicos Eléctricos
El cálculo de armónicos eléctricos es una disciplina esencial en el análisis de la calidad de la energía. Las formas de onda de la tensión y la corriente deberían ser idealmente senoidales. Sin embargo, la creciente utilización de cierto tipo de receptores eléctricos, introduce deformaciones en la onda fundamental.
Estas deformaciones se manifiestan como armónicos eléctricos, es decir, componentes de frecuencia múltiplo entero de la frecuencia fundamental (50 Hz en Europa o 60 Hz en América).
El cálculo de armónicos identifica, cuantifica y analiza estas componentes no deseadas en la red eléctrica. La herramienta matemática básica para este estudio es el análisis de Fourier. Este permite descomponer cualquier señal periódica en la suma de una onda fundamental y sus armónicos.
A través de esta descomposición se determinan parámetros importantes como el contenido armónico individual, el contenido armónico total de tensión o corriente (THD, Total Harmonic Distortion) o la contribución específica de cada orden armónico.
La importancia del cálculo radica en los efectos adversos que los armónicos producen sobre los circuitos eléctricos. Se producen pérdidas adicionales en transformadores y motores, sobrecalentamiento de conductores, disparo intempestivo de protecciones, errores de medición, etc.
Además, la normativa internacional (IEC e IEEE) establece límites máximos de distorsión armónica permitida. Esto obliga a verificar su cumplimiento en las instalaciones mediante una precisa medición de armónicas eléctricas.
En consecuencia, los resultados de esta medición permiten definir estrategias de mitigación. Por ejemplo, el uso de filtros, la sobredimensión de equipos sensibles y la correcta planificación de cargas no lineales. De esta manera, se asegura la calidad de la energía, la eficiencia y la fiabilidad de la instalación eléctrica.
Introducción a los Armónicos Eléctricos
La evolución tecnológica, caracterizada por la proliferación de dispositivos no lineales, ha elevado la importancia de los armónicos en redes eléctricas.
Por qué se Producen los Armónicos Eléctricos
Las corrientes armónicas eléctricas surgen de cargas no lineales, es decir, dispositivos que no tienen una relación proporcional entre la tensión y la corriente. Ejemplos de estos equipos son variadores de velocidad, fuentes de alimentación conmutadas (en ordenadores, LED, etc.) o rectificadores e inversores.
Las cargas no lineales introducen ondas armónicas haciendo que la forma de la onda cambie por completo. El osciloscopio mostraría la onda distorsionada resultante, que es la suma instantánea de la onda fundamental (de 50 Hz o de 60 Hz) y todas las componentes armónicas.
Como se puede observar en la imagen, la presencia de armónicos deforma la señal eléctrica sinusoidal. La línea roja representa la señal distorsionada, que es la suma de la onda original más los armónicos. El resultado es una forma de onda completamente distorsionada y no sinusoidal.
Consecuencias y Medición
La presencia de armónicos causa una serie de problemas, que reduce la eficiencia y la vida útil de los equipos. También pueden provocar fallos en sistemas de control y protección, y afectar la precisión de los equipos de medición.
La distorsión armónica se cuantifica mediante indicadores como la tasa de Distorsión Armónica Total (THD) de tensión (THDV) y de corriente (THDI). Estos valores, expresados en porcentaje, indican la magnitud de la distorsión en la onda.
La medición de los armónicos se realiza con analizadores de calidad de la energía o analizadores de espectro. Estos instrumentos descomponen la onda de corriente o tensión en sus componentes armónicas individuales y calculan el THD.
Peligros y Soluciones
Un peligro particular de los armónicos es la resonancia. Cuando la impedancia de un sistema coincide con la frecuencia de un armónico, la tensión y la corriente pueden amplificarse a niveles peligrosos, causando fallos catastróficos.
Para mitigar la distorsión armónica, se emplean filtros de armónicos. Estos pueden ser filtros pasivos, que utilizan una combinación de bobinas, condensadores y resistencias sintonizadas a una frecuencia armónica específica, o filtros activos, que inyectan una corriente "opuesta" a la corriente armónica para cancelarla.
Qué son los Armónicos Eléctricos
Origen de los Armónicos Eléctricos
Efectos de los Armónicos Eléctricos
Fórmulas para el Cálculo de Armónicos
Medida de la Distorsión Armónica
Resonancia y Distorsión Armónica
Filtrado de Armónicos Eléctricos
Impacto de los Armónicos en la Actualidad
La calidad de la energía eléctrica ha sido siempre un factor determinante en la fiabilidad y eficiencia de los sistemas de potencia. Durante décadas, la atención se centró en parámetros tradicionales como la estabilidad de la tensión, las variaciones de frecuencia o la continuidad del suministro.
Sin embargo, desde hace unos años, un fenómeno antes considerado marginal ha adquirido una relevancia creciente: la generación y propagación de armónicos eléctricos. Estos no constituyen un problema nuevo, pero sí se han intensificado a medida que la red eléctrica y el consumo evolucionan hacia nuevas formas de generación, conversión y utilización de la energía.
Origen Histórico de los Armónicos
En sus inicios, las redes eléctricas estaban alimentadas fundamentalmente por cargas lineales: lámparas incandescentes, motores de inducción, calefacción resistiva. Bajo esas condiciones, la distorsión armónica era escasa y, en la práctica, despreciable. La calidad de onda se mantenía próxima a la ideal senoidal.
El fenómeno comenzó a adquirir protagonismo a mediados del siglo XX, con la generalización de la electrónica de potencia. Los rectificadores de diodos y tiristores, aplicados inicialmente a procesos industriales de gran potencia, introdujeron corrientes no lineales que, aunque localizadas, ya despertaron la necesidad de análisis y normas incipientes.
La Transición Tecnológica y el Aumento de Cargas No Lineales
La auténtica transformación se ha producido en las últimas 3 décadas. La digitalización, la automatización industrial y, especialmente, la masificación de equipos electrónicos de consumo (ordenadores, televisores, cargadores, iluminación LED) han multiplicado la presencia de cargas no lineales en todos los niveles de tensión.
A diferencia de las cargas lineales, estas demandan corrientes no proporcionales a la tensión aplicada, generando una gran variedad de armónicos de distinto orden. Así, lo que antes era un problema circunscrito a la gran industria, hoy forma parte de la realidad cotidiana en viviendas, oficinas y pequeñas instalaciones.
La Evolución Hacia Redes Eléctricas Más Complejas
La red eléctrica actual ya no es unidireccional. La aparición de la generación distribuida (fotovoltaica, eólica de pequeña escala, autoconsumo) y de los sistemas de almacenamiento con electrónica de potencia ha diversificado aún más los puntos de inyección de armónicas eléctricas.
En este escenario, los armónicos no solo se propagan desde la carga hacia la red, sino también desde la generación distribuida hacia el sistema eléctrico. Esto convierte al cálculo y la gestión de los armónicos eléctricos en una tarea bidireccional, en la que la coordinación entre generadores, consumidores y operadores de red resulta esencial.
La Movilidad Eléctrica y los Armónicos
Un factor emergente que está acelerando la relevancia del fenómeno es la electromovilidad. Los cargadores de vehículos eléctricos, especialmente los de carga rápida, emplean convertidores electrónicos de gran potencia. Estos dispositivos, aunque cada vez más sofisticados, son fuentes significativas de armónicos, cuya proliferación es proporcional al crecimiento del parque de vehículos eléctricos.
De esta forma, la movilidad sostenible trae consigo un nuevo desafío en la calidad de la energía: controlar el impacto armónico en redes que, además, ya están sometidas a una elevada penetración de renovables.
El Impacto de la Digitalización y las Telecomunicaciones
Otro ámbito de gran influencia es la convergencia entre sistemas eléctricos y de telecomunicaciones. Los equipos informáticos y de comunicaciones trabajan de manera continua y masiva con fuentes de alimentación conmutadas, que son fuentes reconocidas de armónicos. La concentración de este tipo de equipos en data centers y edificios inteligentes genera entornos con una alta densidad de distorsión armónica.
Por ello, los armónicos ya no se entienden como un fenómeno aislado de la red de distribución, sino como un componente intrínseco de la nueva infraestructura digital.
Normativas y Evolución Regulatoria
El crecimiento de los armónicos ha dado lugar a un marco normativo cada vez más exigente. Normas internacionales como las de la serie IEC 61000 o las recomendaciones IEEE 519 establecen límites de emisión y niveles de compatibilidad. Estas regulaciones han evolucionado de meras recomendaciones a requisitos contractuales en mercados eléctricos más maduros.
De este modo, el cálculo de armónicos y su verificación, ya forman parte de proyectos de diseño, auditorías energéticas y certificaciones de calidad de suministro, lo que refleja su creciente importancia en el ámbito regulatorio y económico.
Perspectivas Futuras
Todo indica que el impacto de los armónicos seguirá aumentando en el corto y medio plazo. La combinación de energías renovables, almacenamiento, movilidad eléctrica, digitalización y urbanización inteligente se traduce en una red más electrónica y, por tanto, más vulnerable a la distorsión armónica.
No obstante, también se avanza en nuevas soluciones: convertidores más eficientes, filtros activos de última generación, técnicas de control basadas en inteligencia artificial y el uso de redes inteligentes (smart grids) capaces de monitorizar y mitigar en tiempo real los problemas de calidad de energía.
También te puede interesar:
Subir 
Gestionar consentimiento
Para ofrecer las mejores experiencias, utilizamos tecnologías como las cookies para almacenar y/o acceder a la información del dispositivo. El consentimiento de estas tecnologías nos permitirá procesar datos como el comportamiento de navegación o las identificaciones únicas en este sitio. No consentir o retirar el consentimiento, puede afectar negativamente a ciertas características y funciones
Funcional Siempre activo
El almacenamiento o acceso técnico es estrictamente necesario para el propósito legítimo de permitir el uso de un servicio específico explícitamente solicitado por el abonado o usuario, o con el único propósito de llevar a cabo la transmisión de una comunicación a través de una red de comunicaciones electrónicas.
Preferencias
El almacenamiento o acceso técnico es necesario para la finalidad legítima de almacenar preferencias no solicitadas por el abonado o usuario.
Estadísticas
El almacenamiento o acceso técnico que es utilizado exclusivamente con fines estadísticos. El almacenamiento o acceso técnico se utiliza exclusivamente con fines estadísticos anónimos. Sin un requerimiento, el cumplimiento voluntario por parte de tu proveedor de servicios de Internet, o los registros adicionales de un tercero, la información almacenada o recuperada sólo para este propósito no se puede utilizar para identificarte.
Marketing
Utilizamos estas cookies para personalizar los anuncios que ves y así mostrarte publicidad más acorde a tus intereses. Se usan para que la publicidad sea relevante y no intrusiva. Esto nos permite seguir ofreciéndote contenido de calidad de forma gratuita
Deja una respuesta