Baterías de condensadores y variadores: cómo se produce realmente la resonancia

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26 de octubre de 2026

Una batería de condensadores es la forma más barata de corregir un factor de potencia, y en la red equivocada es también la forma más rápida de destruirse a sí misma. El mecanismo es una resonancia paralelo entre la capacidad de la batería y la inductancia del suministro —transformador y cableado—, excitada por las corrientes armónicas que inyectan los variadores de velocidad. Nada de esto es exótico: se predice a partir de tres números de una placa y una medición.

Este artículo expone la fórmula, desarrolla un ejemplo, describe a qué se parece realmente un fallo en planta y dice con claridad contra qué protege una reactancia de desintonía y contra qué no.

Una batería de condensadores no crea armónicos: los amplifica

La distinción importa, porque decide quién es responsable del problema y cuál es el remedio.

La batería no es una fuente de armónicos. No absorbe ninguna corriente armónica propia. Lo que cambia es la impedancia de la red tal como la ven las corrientes armónicas que ya circulan. Cada corriente armónica producida por los variadores tiene que circular por algún sitio, y se reparte entre el suministro y el condensador según sus impedancias a esa frecuencia. Cerca de la frecuencia de resonancia, la impedancia del conjunto suministro más condensador sube bruscamente, de modo que una corriente armónica moderada produce una tensión armónica grande, y esa tensión impulsa una corriente mucho mayor por el bucle formado por el transformador y el condensador.

La consecuencia práctica: una planta puede tener una distorsión perfectamente aceptable antes de instalar la batería, recibir una batería bien dimensionada y ver después cómo suben a la vez la distorsión y la corriente en los condensadores. La batería no añadió armónicos. Movió la impedancia de la red a una zona donde los armónicos ya presentes se vuelven destructivos.

La fórmula que sí se puede usar

Para una batería conectada a una barra alimentada por un transformador, el orden de resonancia paralelo es:

h = √(S_sc / Q_c)

donde S_sc es la potencia de cortocircuito en esa barra, en kVA, y Q_c la potencia conectada de la batería, en kvar. Para un transformador, S_sc ≈ kVA del transformador ÷ impedancia en tanto por uno. La frecuencia de resonancia es h × la frecuencia fundamental.

De ahí se siguen de inmediato dos cosas, y ambas sorprenden. Primera: el orden de resonancia baja a medida que la batería crece, así que una batería más grande no es automáticamente más segura, solo mueve la resonancia a otro sitio. Segunda: la resonancia la determina la red, no los variadores; cambiar el transformador o añadir una segunda batería desplaza el punto de resonancia aunque no se haya tocado ningún variador.

Ejemplo numérico: un transformador de 1.250 kVA y tres tamaños de batería

Tomemos un transformador de 1.250 kVA con impedancia del 6 % alimentando una barra de 400 V. La potencia de cortocircuito es 1.250 ÷ 0,06 ≈ 20.800 kVA. Dimensionemos ahora una batería de tres formas en una red de 50 Hz:

• 200 kvar: h = √(20.800 ÷ 200) = √104 ≈ 10,2, es decir unos 510 Hz, cerca del orden 11 a 550 Hz;
• 400 kvar: h = √52 ≈ 7,2, es decir unos 360 Hz, casi exactamente sobre el orden 7 a 350 Hz;
• 600 kvar: h = √34,7 ≈ 5,9, es decir unos 295 Hz, entre el orden 5 a 250 Hz y el orden 7 a 350 Hz.

El tercer caso es el peor, y es el que más se instala, porque 600 kvar es una cifra redonda y el cálculo rara vez se hace. Una resonancia entre dos órdenes dominantes amplifica ambos, y no hay forma limpia de desintonizarla sin cambiar el tamaño de la batería.

La pregunta útil no es por tanto «qué tamaño debe tener la batería» sino «dónde cae la resonancia respecto a los órdenes que mis variadores producen realmente». Son dos preguntas con respuestas distintas, y solo la segunda protege el equipo.

Por qué dominan los órdenes 5 y 7

Un rectificador de seis pulsos —la etapa de entrada de casi cualquier variador de velocidad estándar— toma corriente en impulsos, y el espectro resultante contiene los órdenes característicos 5, 7, 11, 13, 17, 19, etc., con amplitudes que decaen aproximadamente como 1/5, 1/7, 1/11. Los órdenes 5 y 7 concentran por tanto la mayor parte de la energía armónica en una red alimentada por variadores, que es la razón por la que una resonancia que cae sobre ellos es la cara.

Las cargas monofásicas —equipos de oficina, drivers LED, pequeños cargadores, las fuentes conmutadas de un cibercafé— añaden el orden 3 y los demás múltiplos de tres. En un sistema trifásico de cuatro hilos no se cancelan en el neutro: se acumulan allí. Quedan muy por debajo de cualquier punto de resonancia realista, así que no son un problema de resonancia, pero sí de carga de conductores y de calentamiento del transformador, y son la razón por la que una planta puede tener mal factor de potencia y cables calientes sin un solo motor grande a la vista.

A qué se parece un fallo en planta

La resonancia rara vez se diagnostica a posteriori con un cálculo; normalmente se diagnostica por un patrón de fallos que se repiten tras cada sustitución. Las señales, aproximadamente por orden de frecuencia de aparición:

• cubas de condensador abombadas, con fugas o con el dispositivo interno de sobrepresión actuado, a menudo pocos meses después de la instalación;
• fusibles o el interruptor de la batería disparando sin sobrecarga identificable y sin defecto del lado de carga;
• contactores con contactos picados, ennegrecidos o soldados, y una conmutación de escalones que se vuelve errática;
• un zumbido audible de la reactancia o del recinto de condensadores, con un tono definido y estable que cambia al conmutar escalones;
• temperatura de la cuba del condensador más de 15 K por encima del ambiente, y un local de batería claramente más caliente que el resto del cuarto eléctrico;
• un transformador más caliente de lo que justifica su carga, sin cambios de carga desde que se instaló la batería.

Una sola prueba lo resuelve, y no cuesta nada: medir la distorsión armónica total de tensión con la batería desconectada y luego conectada, con la misma carga. Si la distorsión sube al conectar y baja al desconectar, la batería participa en una resonancia. Esa única comparación vale más que cualquier afirmación de catálogo.

Mida al mismo tiempo la corriente en la rama capacitiva. Una corriente de condensador muy por encima de 1,3 veces su valor nominal, con forma de onda distorsionada, confirma el diagnóstico.

Qué aporta una reactancia de desintonía y qué no aporta

El remedio estándar es una reactancia en serie con cada escalón de condensadores. Su reactancia se expresa como porcentaje p de la reactancia del condensador a la frecuencia fundamental, y desplaza la resonancia serie de la rama a:

h_r = √(1 / p)

Con p = 7 %, h_r = √(1 ÷ 0,07) = 3,78, es decir 189 Hz en una red de 50 Hz. Por debajo de esa frecuencia la rama es capacitiva; por encima es inductiva. Como el orden 5 a 250 Hz y todo lo superior quedan ahora en la zona inductiva, la rama deja de formar una resonancia paralelo con el suministro en esos órdenes, y los órdenes 5 y 7 se absorben en lugar de amplificarse. La reactancia limita además la corriente de conexión y protege al condensador de las componentes de alta frecuencia que acortan su vida.

Lo que no hace. No es un filtro. Una batería desintonizada absorbe una parte de los órdenes 5 y 7 pero no los elimina; queda distorsión residual, y si la planta debe cumplir un límite concreto de distorsión, la respuesta es un filtro sintonizado o un filtro activo, no una batería desintonizada. No trata el orden 3, que está por debajo de 189 Hz; las plantas dominadas por carga monofásica pueden necesitar otra topología. No ayuda si la resonancia era entre la batería y un filtro separado, o entre dos baterías en la misma barra.

Y exige una condición de diseño que se pasa por alto con frecuencia: la reactancia eleva la tensión en el condensador. U_C = U ÷ (1 − p), así que a 400 V con p = 7 % el condensador ve 430 V. Los condensadores de 400 V no lo soportarán; se necesitan tipos de 440 V. Una cotización que combina condensadores de 400 V con una reactancia del 7 % lleva un error de diseño incorporado y fallará dentro del periodo de garantía.

Las mediciones que hay que hacer antes de que alguien dimensione una batería

Una batería dimensionada con una placa y una regla empírica es una suposición. Seis mediciones la convierten en una decisión de ingeniería:

1. El factor de potencia a lo largo de una jornada completa, con mínimo, máximo y media, y no una lectura puntual tomada en el momento conveniente.
2. La distorsión armónica de corriente y de tensión en el punto de conexión, más los órdenes individuales hasta el 25 como mínimo, para que los órdenes dominantes se midan en lugar de suponerse.
3. Los kVA y la impedancia del transformador, de la placa o del certificado de ensayo: es la S_sc de la fórmula y no es opcional.
4. El inventario de cargas no lineales: cuántos variadores, de qué potencia, con qué tipo de rectificador —seis pulsos, doce pulsos o frente activo— y su potencia total en kW.
5. Si una parte significativa de carga monofásica retorna por el neutro, lo que determina si los armónicos múltiplos de tres forman parte del problema.
6. El historial de la compensación existente: qué se instaló, cuándo, qué falló y con qué se sustituyó.

Una cotización emitida sin los tres primeros puntos no es una cotización, es un precio por una caja.

Si ya tiene una batería que falla una y otra vez

La secuencia de diagnóstico es corta y consiste sobre todo en comparar dos estados. Mida con la batería desconectada y conectada, con la misma carga, registrando distorsión, órdenes individuales y corriente en la rama capacitiva. Después compruebe cuatro cosas contra el diseño: la tensión asignada de los condensadores frente al porcentaje de la reactancia; si el orden de resonancia calculado cae a menos de un diez por ciento de un orden armónico dominante; si la secuencia de escalones deja un escalón pequeño conectado en carga ligera, que es donde suelen darse la sobrecompensación y la resonancia más aguda; y si una segunda batería o un filtro comparten la misma barra.

Si la respuesta es una resonancia en la banda del orden 5 al 13, el remedio es una batería desintonizada o filtrada, no una más grande, y no una simple sustitución de los condensadores fallidos por la misma especificación. Sustituir lo mismo por lo mismo reproduce el fallo con el mismo calendario.

Dónde encaja nuestro armario estándar y dónde no

Nuestro equipo de regulación de pérdidas de potencia es una unidad de compensación en paralelo, de ajuste continuo, dimensionada de 15 a 100 kW a 380–415 V, 50/60 Hz, con un control de armónicos declarado como distorsión armónica total inferior al 8 %. Es un producto de compensación. No es un filtro de armónicos y no se entrega con reactancia de desintonía de serie.

Esta distinción importa en esta página más que en ninguna otra, así que conviene ser explícito. Si la planta es un taller o un restaurante con un puñado de variadores pequeños y un factor de potencia en torno a 0,75, el ajuste continuo de la unidad y su objetivo del 8 % encajan. Si la planta tiene una docena de variadores de seis pulsos a carga alta y la distorsión de corriente medida es del 25 % o más, un armario capacitivo estándar es el producto equivocado y lo diremos antes de cotizar: esa planta necesita un estudio armónico medido y probablemente una solución desintonizada o activa, no un armario de compensación con una declaración sobre armónicos adjunta.

La secuencia correcta es medir, después dimensionar, después elegir la topología. Elegir primero la topología y medir después es la razón por la que las baterías fallan en su primer año.

Qué enviarnos

Para una planta con variadores, cinco elementos bastan para dar una respuesta defendible en lugar de un precio:

• kVA y porcentaje de impedancia del transformador;
• un registro de factor de potencia de 24 horas, o los datos de medida de la compañía eléctrica;
• una medición de armónicos, aunque sea un registro de un día con analizador portátil;
• el número y la potencia de los variadores, y el tipo de rectificador si se conoce;
• si la tarifa factura potencia en kVA o energía reactiva.

Con eso le diremos si un armario de compensación es pertinente, qué potencia debería tener y si hace falta una variante desintonizada. Si la respuesta honesta es que la compensación no es el primer paso correcto, eso es lo que dirá la respuesta.

Las especificaciones y la ruta de selección de la unidad están en la página de equipo de regulación de pérdidas de potencia. Si la pregunta de fondo es si la compensación puede siquiera reducir la factura, el artículo complementario sobre qué reduce realmente una factura industrial empieza un paso antes.