Las necesidades actuales y futuras en relación a la energía se enfocan en dos lineamientos: el uso racional y consciente de la energía (eficiencia energética) y la incorporación de energías renovables, con el fin de obtener instalaciones eléctricas eficientes —industriales, residenciales, comerciales, entre otras.

La eficiencia energética, desde un punto de vista técnico, plantea dentro de su ciclo de vida la mejora de la productividad o la optimización del consumo mediante el control y la automatización.

Sin embargo, el uso creciente de las nuevas tecnologías electrónicas de control y automatización ha agudizado una anomalía eléctrica en las redes: la generación de armónicos.

Conociendo los armónicos

Distorsión de la onda senoidal provocada por la generación de armónicos.

Todos los dispositivos de control y automatización reciben una onda o señal senoidal como alimentación, pero tienen la característica de que la señal de salida —utilizada para las acciones de control— suele ser distorsionada (cuadrada o de cualquier otra forma), diferente de la onda senoidal.

Esta distorsión produce corrientes armónicas que se superponen a la onda senoidal fundamental (60 Hz) y la deforman, incrementando la corriente nominal.

Los armónicos provocan múltiples problemas que dependerán del tipo de dispositivo que los genera. Entre las principales consecuencias se encuentran:

• Problemas en la operación de dispositivos electrónicos de medición y protección.
• Sobrecalentamiento de equipos eléctricos (motores, transformadores, etc.).
• Corrientes que se suman al neutro, llegando a representar riesgos eléctricos para los usuarios y a originar diferencias de potencial entre neutro y tierra.
• Aumento en la temperatura de conductores y disminución del aislamiento.

Los dispositivos o cargas no lineales que generan armónicos presentan diferencias y suelen ser distintos en cada instalación.

El control, la automatización y los armónicos

Los dispositivos de control y automatización son fuentes habituales de distorsión armónica (THD).

El control y la automatización han mejorado la estancia del ser humano dentro de las instalaciones y en su vida cotidiana. También han contribuido al ahorro energético, pero esto ha ocasionado que la distorsión armónica total (Total Harmonic Distortion: THD) tenga un crecimiento exponencial.

Los múltiples dispositivos de control usados para facilitar las actividades son muy variados y están presentes en prácticamente cualquier instalación. Se pueden encontrar equipos para soluciones puntuales, como la regulación de la iluminación artificial en base a la iluminación natural detectada en un espacio, el encendido de luminarias con balastros electrónicos en áreas comunes según detección de presencia, o el control de temperatura de una estancia o edificación completa gestionando unidades de climatización y ventilación (aires acondicionados, fancoil, chiller, etc.).

También existen soluciones más complejas que involucran una red integral de automatización y control que integra múltiples sistemas dentro de una instalación industrial, comercial o residencial. Todas estas soluciones constituyen fuentes productoras de armónicos, en mayor o menor medida, independientemente del tipo de instalación.

Por ejemplo, los controladores de iluminación y aires acondicionados pueden arrojar índices de THD de corriente de hasta el 58%, superando los límites establecidos por el estándar 519 de la IEEE.

Armónicos en las instalaciones

Según el tipo de instalación, el perfil de cargas no lineales generadoras de armónicos varía significativamente.

Según el tipo de instalación, es posible identificar un perfil de automatización y control diferente, lo que se traduce en identificar las cargas no lineales generadoras de armónicos más usuales en cada caso.

En las instalaciones industriales, los armónicos son generados por dispositivos que involucran electrónica de potencia: convertidores de frecuencia, hornos de arco eléctrico, variadores de velocidad, luminarias con balastros electrónicos, equipos de soldadura, motores, computadoras, dispositivos con operación automatizada (bandas transportadoras, impresoras, aires acondicionados, etc.) y dispositivos ferromagnéticos, entre otros.

En las instalaciones comerciales y de oficinas, los originan dispositivos como computadoras, balastros electrónicos, equipos electrónicos de telecomunicaciones y de seguridad, hornos microondas, alarmas automatizadas y cualquier dispositivo para el control y automatización del confort (aires acondicionados e iluminación), entre otros.

Cómo encontrar una verdadera eficiencia

La lista de dispositivos generadores de armónicos es amplia y estamos lejos de detener su presencia en cualquier instalación, más aún con el desarrollo de la tecnología "inteligente" que vivimos actualmente.

¿Qué nos queda por hacer? Una respuesta debería empezar por buscar construir una instalación verdaderamente eficiente e integral que, además de la reducción del consumo eléctrico, incluya equipos —como la incorporación de filtros— que contrarresten el efecto de los armónicos generados por los dispositivos de control y automatización empleados.

Ligado a esto, se debe trabajar por la necesidad de contar con políticas y normas nacionales sólidas que sancionen a quienes no aportan a la mitigación de los armónicos en sus instalaciones.