Potencia Eléctrica
Potencia Eléctrica
Se define la potencia como la rapidez con la cual se gasta la energía.
Esta potencia absorbida (gastada, consumida) debe ser proporcional tanto al número de coulombios transferidos por segundo (corriente), como a la energía requerida para transportar un coulombio a través del elemento (voltaje).
Por tanto,
Lo que significa que a potencia es proporcional a la corriente.
Lo que significa que la potencia es proporcional al voltaje.
De donde:
Unidad de potencia
La rapidez del gasto de energía (potencia) para transferir un coulombio de carga por segundo a través de un dispositivo es un watt. Es decir,
Por tanto, para transportar un coulombio de carga a través de un dispositivo se gasta 1 J de energía.
Convención pasiva de signos
Ejemplo 1 Potencia
Calcule la potencia en cada uno de los elementos de circuito siguientes. Diga si genera o consume.
Ejemplo 2 Potencia
Calcule la potencia si t = 0,8 s, i = 5,1 A, v = 5(t2-2) voltios. Diga si genera o consume
- Verificamos si cumple la convención pasiva de signos. Cumple: La corriente entra por positivo.
Ejemplo 3 Potencia
Calcule la potencia. Diga si genera o consume.
- Verificamos si cumple la convención pasiva de signos. No cumple: La corriente entra por negativo.
- Cuando no cumple la convención pasiva de signos, agregamos un signo menos a la corriente en la fórmula p = vi.
Ejemplo 4 Potencia
Calcule la potencia en t = 0, si
Verificamos si cumple la convención pasiva de signos. No cumple: la corriente entra por el negativo.
La potencia electrica podríamos decir que es "La Cantidad de......".
La cantidad de..., dependerá del aparato eléctrico (receptor) al que no estemos refiriendo cuando hablamos de su potencia. No es lo mismo la potencia de una lámpara que la potencia de un motor. La fórmula para calcularla será la misma pero el concepto no.
Por ejemplo cuando hablamos de la potencia eléctrica de una lámpara o bombilla, nos referimos a la cantidad de luz que emite, si hablamos de la potencia eléctrica de un radiador eléctrico hablamos de su capacidad para dar calor, si es la potencia eléctrica de un motor será la capacidad de movimiento y fuerza del motor, etc.
Lógicamente una lámpara con más potencia, dará mas luz, un radiador con más potencia, dará más calor y un motor con más potencia, tendrá mas fuerza.
Se mide en vatios (w) aunque es muy común verla en Kilovatios (Kw). 1.000w es 1Kw de potencia. Para pasar de w a kw solo tendremos que dividir entre 1.000.
En la figura anterior la lámpara de 100w luce más que la de 60w por que tiene más potencia.
La fórmula de la potencia, en corriente continua, es P = V x I, potencia es igual a tensión a la que se conecta el receptor, por la intensidad que atraviesa el receptor. Por lo tanto la potencia depende de la tensión y de la intensidad.
En la mayoría de los aparatos eléctricos puedes ver su potencia en la placa de características que viene por la parte de atrás y pegada. A veces solo viene la tensión a la que se debe conectar y la intensidad que circula por el receptor, en este caso es fácil calcularla, solo tienes que multiplicar la V x I como ya explicamos. Aquí tienes un ejemplo:
Una potencia de la que se habla mucho es de la potencia contratada en las viviendas. Esta potencia es la máxima que podemos usar a la vez en nuestras casas, es decir si yo tengo contratado 3.330w de potencia en mi casa, quiere decir que puedo conectar aparatos a la vez cuya suma de sus potencias no exceda de estos 3.330w o la contratada. En caso de que fuera mayor la empresa suministradora nos cortaría la corriente mediante un ICP. Ojo conectados todos al mismo tiempo, no todos los que hay en mi casa.
¿A quedado claro el concepto de potencia? Espero que sí. Pasemos ahora a la teoría.
Teóricamente definiciones de potencia podrían ser:
"La relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo"
"Energía absorbida o entregada por un receptor en un tiempo determinado"
"La capacidad que tiene un receptor eléctrico para transformar la energía en un tiempo determinado".
Como ves en esta definición habla de transformar la energía, pero esta transformación puede ser energía eléctrica en luminosa, en mecánica, en calorífica, etc., depende del receptor. No te olvides que un receptor eléctrico transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía.
Además aunque en la definición entra la palabra "tiempo", no te lies, un receptor tendrá siempre la misma potencia, independientemente del tiempo, lo que cambiará con el tiempo será la energía que consuma.
Lógicamente la energía consumida dependerá del tiempo conectado y también de la potencia del receptor que conectemos. Su formula es muy sencilla E = P x t, potencia por tiempo conectado. ¡¡¡Pero la potencia es siempre la misma!!!.
Vamos a ver como se calcula la potencia en corriente continua (c.c) y en corriente alterna (c.a). Si no tienes claro la diferencia entre un tipo de corriente y otra sería recomendable, no obligatorio, que antes pases por este enlace: corriente continua y alterna.
CALCULOS DE POTENCIA
Potencia en Corriente Continua
La corriente continua es la que tienen las pilas, las baterías y las dinamos. Todo lo que se conecte a estos generadores serán receptores de corriente continua.
Ya hemos dicho que para calcular la potencia en c.c. (corriente continua) se hace mediante la fórmula:
P = V x I = Tensión x Intensidad.
Cuando la tensión se pone en Voltios (V) y la Intensidad en Amperios (A), la potencia nos dará en vatios (w).
Como ves es muy sencillo.
Veamos un ejemplo.
Calcula la potencia de un timbre que trabaja a una tensión de 12V y por el que circula una intensidad de 2mA.
Lo primero poner la V en voltios (ya esta) y la I en amperios (convertimos)
2mA (miliamperios) son 2/1000 Amperios, es decir 0,002A
Ahora solo queda aplicarla fórmula P = 12V x 0,002A = 0,06w. Resuelto.
Hagamos otro. Una bombilla que conectamos a 220V tiene una intensidad de 0,45A. ¿Que potencia eléctrica tiene?
P = 220V x 0,45A = 100w. Resuelto.
Potencia en Corriente alterna
Si quieres aprender a resolver circuitos en c.a. te recomendamos este enlace : Circuitos de Corriente Alterna, aqui solo hablaremos de potencias.
La corriente alterna es la que se genera en las centrales eléctricas, por eso todos los receptores que se conecten a los enchufes de las viviendas son de corriente alterna (c.a).
Aquí la potencia es un poco más compleja, ya que no solo hay una potencia, sino que hay 3 diferentes.
Empecemos por la más importante, generalmente la que se conoce como potencia. La potencia activa.
Potencia Activa
Esta potencia es la que se transforma en energía en los receptores, la que disipan por la parte de resistencia que tienen, la única que se transforma en energía útil. Solo esta potencia eléctrica se transforma en trabajo por el receptor. Esta es la que realmente nos da el dato de qué potente es el receptor y es la que viene expresada en las características de todos los receptores. Es por lo tanto la más importante. Se mide en vatios (w) igual que en c.c..
Como las señales eléctricas en c.a. son una onda sinodal, que varían con el tiempo, la fórmula de la potencia depende de la gráfica de la tensión y la intensidad, de cuanto se retrasa una de la otra, por eso se debe utilizar el ángulo a través de coseno del ángulo ρ (fi), ángulo de retraso de la onda de la tensión con respecto a la onda de la intensidad. Fíjate como son estos desfases en 3 circuitos puros, uno resistivo puro (resistencia pura), uno inductivo puro (bobina pura) y uno capacitivo puro (condensador puro):
La potencia activa se calcula con la siguiente fórmula:
Potencia Activa = V x I x coseno ρ
El coseno ρ también se conoce como "Factor de Potencia", es el ángulo de desfase entre la V y la I. Fíjate en los ángulos de desfases de la figura anterior. Según esto, tenemos para cada tipo de circuito:
Resistivo puro: La V y la I están en fase. ángulo de desfase 0º; coseno 0º = 1. El factor de potencia en receptores de resistencias puras es 1. Se llaman circuitos R.
Inductivo puro: La V está adelantada 90º respecto a la I. ángulo de desfase 90º, coseno 90º = 0; el factor de potencia es 0. Se llaman circuitos L.
Capacitivo puro: La V está atrasada 90º respecto a la I. ángulo de desfase -90º, coseno -90º = 0; el factor de potencia 0. Se llaman circuitos C.
Factor de potencia en Resistencias = 1, es decir siempre tendrá el valor 1 y la fórmula quedará igual que los receptores en c.c.. (al ángulo para que el coseno ρ se igual a 1 es el ángulo de 0º). Esto paso por que la Tensión y la Intensidad siempre están en fase, no se desfasan ningún ángulo (0º).
Por ejemplo una bombilla o un radiador eléctrico (resistencia eléctrica) serán receptores cuya potencia será la misma en c.c. que en c.a. por ser puramente resistivos, y por que su factor de potencia es 1.
Receptores que no solo son resistivos, el factor de potencia tomará otro valor.
La mayoría de los receptores tienen una parte resistiva y otra inductiva o capacitiva (incluso las 3), por eso el desfase entre la tensión y la intensidad estará en valores entre 0 y 1 (mayor que 0 y menor que 1). Los circuitos reales suelen ser circuitos RLC (con lo 3 componentes) o RL o RC.
Esto por ejemplo ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra siempre con una fracción decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,8), que es la forma de indicar cuál es el retraso o desfase de la V con respecto a la I.
Veamos un ejemplo:
Calcula la potencia que desarrolla un motor eléctrico monofásico, cuyo consumo de corriente es de 10.4 ampere (A), posee un Factor de Potencia o Cos = 0.96 y está conectado a una red eléctrica de corriente alterna también monofásica, de 220 volt (V).
P=V x I x Cosφ = 220 x 10.4 x 0,96 = 2.196, 48 w o lo que es lo mismo 2,19648Kw.
Potencia en Circuitos Inductivos y Capacitivos Puros (LC)
Los circuitos resistivos puros se llaman R, los inductivos puros L y los capacitivos puros C, por eso estos circuitos se llaman circuitos RLC (los 3 componentes), circuitos RC (resistivo y capacitivo) o circuitos RL (resistivos e inductivos).
Por la gráfica anterior, los circuitos L y C puros sabemos que su factor de potencia es 0, por lo tanto supotencia activa será 0, no tienen. Lógico se existiera la bobina o condensador puro no tendrían nada resistivo y la potencia activa es la debida a la resistencia. OJO esto solo es teoría en la práctica no existen los circuitos puros de este tipo.
En la teoría, solo en teoría, podríamos analizar un circuito que fuera inductivo puro, es decir una bobina pura, o un circuito capacitivo puro, un condensador puro. Los factores de potencia serían o, no tendrán potencia activa.
Factor de potencia receptor inductivo puro : coseno 90º = 0
Factor de potencia receptor capacitivo puro: coseno -90º = 0; ya que coseno (x) = coseno (-x)
Potencia Activa Circuito Inductivo y Capacitivo Puro = 0.
Decimos que solo en teoría por que en realidad una bobina no solo es una bobina, es un conductor enrollado y por lo tanto, además de inductivo, tiene un componente resistivo (tienen una resistencia). Lo mismo pasa con los condensadores, por eso cuando trabajamos con un circuito que tiene un condensador o una bobina su factor de potencia nunca será 1.
Como conclusión diremos que un circuito que tenga componentes RLC (resistivo, inductivo y capacitivo) tiene un factor de potencia que será mayor de 0 y menor de 1. Para calcular su potencia activa será:
Pactiva = V x I x Cosφ = w (vatios).
Potencia Reactiva
Es la potencia que solo tienen los circuitos que tengan parte inductiva o capacitiva (LC) y no se transforma en energía, no produce trabajo útil, por eso podemos considerarla incluso una pérdida. Se representa por la letra Q y su fórmula es:
Q = V x I seno φ; se mide en VAR (voltio amperios reactivos)
Potencia Aparente
Es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva. Se representa por la letra S y su fórmula es:
S = V x I se mide en voltio amperios (VA)
Ahora si podemos dibujar el llamado triángulo de potencias en c.a.
Como ves las potencias en c.a. se representan por vectores. Podríamos calcular una potencia teniendo las otras 2 simplemente aplicando Pitágoras en el triangulo. Por ejemplo:
P = S x cosen φ; o lo que es lo mismo P = V x I x cose φ. (recuerda S = V x I).
Q = S x seno φ; o lo que es lo mismo Q = V x I x seno φ.
Creo que con esto es suficiente para entender las potencias eléctricas.
Calculo Circuitos RLC
Veamos unos conceptos previos que hay que tener claro y luego mediante un video explicaremos la resolución de este tipo de circuitos.
La Resistencia R en ohmios es a los circuitos resistivos, lo que sería la L Inductancia en los inductivos o lo que sería la C capacidad en los capacitivos. La L se mide en henrios H (normalmente mH milihenrios), la C se mide en Faradios (normalmente en microfaradios).
La Resistencia Total en este tipo de circuitos se llama Impedancia y se representa por Z. Es el conjunto de la Resistencia, la inductancia y la capacidad y se mide en ohmios.
La cantidad de..., dependerá del aparato eléctrico (receptor) al que no estemos refiriendo cuando hablamos de su potencia. No es lo mismo la potencia de una lámpara que la potencia de un motor. La fórmula para calcularla será la misma pero el concepto no.
Por ejemplo cuando hablamos de la potencia eléctrica de una lámpara o bombilla, nos referimos a la cantidad de luz que emite, si hablamos de la potencia eléctrica de un radiador eléctrico hablamos de su capacidad para dar calor, si es la potencia eléctrica de un motor será la capacidad de movimiento y fuerza del motor, etc.
Lógicamente una lámpara con más potencia, dará mas luz, un radiador con más potencia, dará más calor y un motor con más potencia, tendrá mas fuerza.
Se mide en vatios (w) aunque es muy común verla en Kilovatios (Kw). 1.000w es 1Kw de potencia. Para pasar de w a kw solo tendremos que dividir entre 1.000.
En la figura anterior la lámpara de 100w luce más que la de 60w por que tiene más potencia.
La fórmula de la potencia, en corriente continua, es P = V x I, potencia es igual a tensión a la que se conecta el receptor, por la intensidad que atraviesa el receptor. Por lo tanto la potencia depende de la tensión y de la intensidad.
En la mayoría de los aparatos eléctricos puedes ver su potencia en la placa de características que viene por la parte de atrás y pegada. A veces solo viene la tensión a la que se debe conectar y la intensidad que circula por el receptor, en este caso es fácil calcularla, solo tienes que multiplicar la V x I como ya explicamos. Aquí tienes un ejemplo:
Una potencia de la que se habla mucho es de la potencia contratada en las viviendas. Esta potencia es la máxima que podemos usar a la vez en nuestras casas, es decir si yo tengo contratado 3.330w de potencia en mi casa, quiere decir que puedo conectar aparatos a la vez cuya suma de sus potencias no exceda de estos 3.330w o la contratada. En caso de que fuera mayor la empresa suministradora nos cortaría la corriente mediante un ICP. Ojo conectados todos al mismo tiempo, no todos los que hay en mi casa.
¿A quedado claro el concepto de potencia? Espero que sí. Pasemos ahora a la teoría.
Teóricamente definiciones de potencia podrían ser:
"La relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo"
"Energía absorbida o entregada por un receptor en un tiempo determinado"
"La capacidad que tiene un receptor eléctrico para transformar la energía en un tiempo determinado".
Como ves en esta definición habla de transformar la energía, pero esta transformación puede ser energía eléctrica en luminosa, en mecánica, en calorífica, etc., depende del receptor. No te olvides que un receptor eléctrico transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía.
Además aunque en la definición entra la palabra "tiempo", no te lies, un receptor tendrá siempre la misma potencia, independientemente del tiempo, lo que cambiará con el tiempo será la energía que consuma.
Lógicamente la energía consumida dependerá del tiempo conectado y también de la potencia del receptor que conectemos. Su formula es muy sencilla E = P x t, potencia por tiempo conectado. ¡¡¡Pero la potencia es siempre la misma!!!.
Vamos a ver como se calcula la potencia en corriente continua (c.c) y en corriente alterna (c.a). Si no tienes claro la diferencia entre un tipo de corriente y otra sería recomendable, no obligatorio, que antes pases por este enlace: corriente continua y alterna.
CALCULOS DE POTENCIA
Potencia en Corriente Continua
La corriente continua es la que tienen las pilas, las baterías y las dinamos. Todo lo que se conecte a estos generadores serán receptores de corriente continua.
Ya hemos dicho que para calcular la potencia en c.c. (corriente continua) se hace mediante la fórmula:
P = V x I = Tensión x Intensidad.
Cuando la tensión se pone en Voltios (V) y la Intensidad en Amperios (A), la potencia nos dará en vatios (w).
Como ves es muy sencillo.
Veamos un ejemplo.
Calcula la potencia de un timbre que trabaja a una tensión de 12V y por el que circula una intensidad de 2mA.
Lo primero poner la V en voltios (ya esta) y la I en amperios (convertimos)
2mA (miliamperios) son 2/1000 Amperios, es decir 0,002A
Ahora solo queda aplicarla fórmula P = 12V x 0,002A = 0,06w. Resuelto.
Hagamos otro. Una bombilla que conectamos a 220V tiene una intensidad de 0,45A. ¿Que potencia eléctrica tiene?
P = 220V x 0,45A = 100w. Resuelto.
Potencia en Corriente alterna
Si quieres aprender a resolver circuitos en c.a. te recomendamos este enlace : Circuitos de Corriente Alterna, aqui solo hablaremos de potencias.
La corriente alterna es la que se genera en las centrales eléctricas, por eso todos los receptores que se conecten a los enchufes de las viviendas son de corriente alterna (c.a).
Aquí la potencia es un poco más compleja, ya que no solo hay una potencia, sino que hay 3 diferentes.
Empecemos por la más importante, generalmente la que se conoce como potencia. La potencia activa.
Potencia Activa
Esta potencia es la que se transforma en energía en los receptores, la que disipan por la parte de resistencia que tienen, la única que se transforma en energía útil. Solo esta potencia eléctrica se transforma en trabajo por el receptor. Esta es la que realmente nos da el dato de qué potente es el receptor y es la que viene expresada en las características de todos los receptores. Es por lo tanto la más importante. Se mide en vatios (w) igual que en c.c..
Como las señales eléctricas en c.a. son una onda sinodal, que varían con el tiempo, la fórmula de la potencia depende de la gráfica de la tensión y la intensidad, de cuanto se retrasa una de la otra, por eso se debe utilizar el ángulo a través de coseno del ángulo ρ (fi), ángulo de retraso de la onda de la tensión con respecto a la onda de la intensidad. Fíjate como son estos desfases en 3 circuitos puros, uno resistivo puro (resistencia pura), uno inductivo puro (bobina pura) y uno capacitivo puro (condensador puro):
La potencia activa se calcula con la siguiente fórmula:
Potencia Activa = V x I x coseno ρ
El coseno ρ también se conoce como "Factor de Potencia", es el ángulo de desfase entre la V y la I. Fíjate en los ángulos de desfases de la figura anterior. Según esto, tenemos para cada tipo de circuito:
Resistivo puro: La V y la I están en fase. ángulo de desfase 0º; coseno 0º = 1. El factor de potencia en receptores de resistencias puras es 1. Se llaman circuitos R.
Inductivo puro: La V está adelantada 90º respecto a la I. ángulo de desfase 90º, coseno 90º = 0; el factor de potencia es 0. Se llaman circuitos L.
Capacitivo puro: La V está atrasada 90º respecto a la I. ángulo de desfase -90º, coseno -90º = 0; el factor de potencia 0. Se llaman circuitos C.
Factor de potencia en Resistencias = 1, es decir siempre tendrá el valor 1 y la fórmula quedará igual que los receptores en c.c.. (al ángulo para que el coseno ρ se igual a 1 es el ángulo de 0º). Esto paso por que la Tensión y la Intensidad siempre están en fase, no se desfasan ningún ángulo (0º).
Por ejemplo una bombilla o un radiador eléctrico (resistencia eléctrica) serán receptores cuya potencia será la misma en c.c. que en c.a. por ser puramente resistivos, y por que su factor de potencia es 1.
Receptores que no solo son resistivos, el factor de potencia tomará otro valor.
La mayoría de los receptores tienen una parte resistiva y otra inductiva o capacitiva (incluso las 3), por eso el desfase entre la tensión y la intensidad estará en valores entre 0 y 1 (mayor que 0 y menor que 1). Los circuitos reales suelen ser circuitos RLC (con lo 3 componentes) o RL o RC.
Esto por ejemplo ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra siempre con una fracción decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,8), que es la forma de indicar cuál es el retraso o desfase de la V con respecto a la I.
Veamos un ejemplo:
Calcula la potencia que desarrolla un motor eléctrico monofásico, cuyo consumo de corriente es de 10.4 ampere (A), posee un Factor de Potencia o Cos = 0.96 y está conectado a una red eléctrica de corriente alterna también monofásica, de 220 volt (V).
P=V x I x Cosφ = 220 x 10.4 x 0,96 = 2.196, 48 w o lo que es lo mismo 2,19648Kw.
Potencia en Circuitos Inductivos y Capacitivos Puros (LC)
Los circuitos resistivos puros se llaman R, los inductivos puros L y los capacitivos puros C, por eso estos circuitos se llaman circuitos RLC (los 3 componentes), circuitos RC (resistivo y capacitivo) o circuitos RL (resistivos e inductivos).
Por la gráfica anterior, los circuitos L y C puros sabemos que su factor de potencia es 0, por lo tanto supotencia activa será 0, no tienen. Lógico se existiera la bobina o condensador puro no tendrían nada resistivo y la potencia activa es la debida a la resistencia. OJO esto solo es teoría en la práctica no existen los circuitos puros de este tipo.
En la teoría, solo en teoría, podríamos analizar un circuito que fuera inductivo puro, es decir una bobina pura, o un circuito capacitivo puro, un condensador puro. Los factores de potencia serían o, no tendrán potencia activa.
Factor de potencia receptor inductivo puro : coseno 90º = 0
Factor de potencia receptor capacitivo puro: coseno -90º = 0; ya que coseno (x) = coseno (-x)
Potencia Activa Circuito Inductivo y Capacitivo Puro = 0.
Decimos que solo en teoría por que en realidad una bobina no solo es una bobina, es un conductor enrollado y por lo tanto, además de inductivo, tiene un componente resistivo (tienen una resistencia). Lo mismo pasa con los condensadores, por eso cuando trabajamos con un circuito que tiene un condensador o una bobina su factor de potencia nunca será 1.
Como conclusión diremos que un circuito que tenga componentes RLC (resistivo, inductivo y capacitivo) tiene un factor de potencia que será mayor de 0 y menor de 1. Para calcular su potencia activa será:
Pactiva = V x I x Cosφ = w (vatios).
Potencia Reactiva
Es la potencia que solo tienen los circuitos que tengan parte inductiva o capacitiva (LC) y no se transforma en energía, no produce trabajo útil, por eso podemos considerarla incluso una pérdida. Se representa por la letra Q y su fórmula es:
Q = V x I seno φ; se mide en VAR (voltio amperios reactivos)
Potencia Aparente
Es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva. Se representa por la letra S y su fórmula es:
S = V x I se mide en voltio amperios (VA)
Ahora si podemos dibujar el llamado triángulo de potencias en c.a.
Como ves las potencias en c.a. se representan por vectores. Podríamos calcular una potencia teniendo las otras 2 simplemente aplicando Pitágoras en el triangulo. Por ejemplo:
P = S x cosen φ; o lo que es lo mismo P = V x I x cose φ. (recuerda S = V x I).
Q = S x seno φ; o lo que es lo mismo Q = V x I x seno φ.
Creo que con esto es suficiente para entender las potencias eléctricas.
Calculo Circuitos RLC
Veamos unos conceptos previos que hay que tener claro y luego mediante un video explicaremos la resolución de este tipo de circuitos.
La Resistencia R en ohmios es a los circuitos resistivos, lo que sería la L Inductancia en los inductivos o lo que sería la C capacidad en los capacitivos. La L se mide en henrios H (normalmente mH milihenrios), la C se mide en Faradios (normalmente en microfaradios).
La Resistencia Total en este tipo de circuitos se llama Impedancia y se representa por Z. Es el conjunto de la Resistencia, la inductancia y la capacidad y se mide en ohmios.
La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).
Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer untrabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido(altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.
La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.
Potencia en corriente continua
Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es,
(1)
donde I es el valor instantáneo de la intensidad de corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios). Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P.
Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como,
(2)
recordando que a mayor resistencia, menor corriente.
Potencia en corriente alterna
Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.
con 
y valor de pico 
de forma
Esto provocará, en el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común), una corriente 
desfasada un ángulo 
respecto de la tensión aplicada:
desfasada un ángulo respecto de la tensión aplicada:
Donde, para el caso puramente resistivo, se puede tomar el ángulo de desfase como cero.
La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:
Mediante trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:
Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:
Se obtiene así para la potencia un valor constante, 
y otro variable con el tiempo, 
. Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.
y otro variable con el tiempo, . Al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.Componentes de la intensidad
Consideremos un circuito de C. A. en el que la corriente y la tensión tienen un desfase φ. Se define componente activa de la intensidad, Ia, a la componente de ésta que está en fase con la tensión, y componente reactiva, Ir, a la que está en cuadratura con ella (véase Figura 1). Sus valores son:
El producto de la intensidad, I, y las de sus componentes activa, Ia, y reactiva, Ir, por la tensión, V, da como resultado las potencias aparente (S), activa (P) y reactiva (Q), respectivamente:
Potencia aparente
La potencia compleja de un circuito eléctrico de corriente alterna (cuya magnitud se conoce como potencia aparente y se identifica con la letra S), es la suma (vectorial) de la potencia que disipa dicho circuito y se transforma en calor o trabajo(conocida como potencia promedio, activa o real, que se designa con la letra P y se mide en vatios (W)) y la potencia utilizada para la formación de los campos eléctrico y magnético de sus componentes, que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energía (conocida como potencia reactiva, que se identifica con la letra Q y se mide en voltiamperios reactivos (var)). Esto significa que la potencia aparente representa la potencia total desarrollada en un circuito con impedancia Z. La relación entre todas las potencias aludidas es 
. Esta potencia aparente (S) no es realmente la "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no solo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" las bobinas y condensadores. Se mide en voltiamperios (VA), aunque para aludir a grandes cantidades de potencia aparente lo más frecuente es utilizar como unidad de medida el kilovoltiamperio (kVA).
. Esta potencia aparente (S) no es realmente la "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos φ=1), y señala que la red de alimentación de un circuito no solo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "almacenar" las bobinas y condensadores. Se mide en voltiamperios (VA), aunque para aludir a grandes cantidades de potencia aparente lo más frecuente es utilizar como unidad de medida el kilovoltiamperio (kVA).
La fórmula de la potencia aparente es: 
Potencia activa, Potencia media consumida o potencia absorbida
Es la potencia capaz de transformar la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmente consumida por los circuitos y, en consecuencia, cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la que se utiliza para determinar dicha demanda.
Se designa con la letra P y se mide en vatios -watt- (W) o kilovatios -kilowatt- (kW). De acuerdo con su expresión, la ley de Ohm y el triángulo de impedancias:
Resultado que indica que la potencia activa se debe a los elementos resistivos.
Potencia Reactiva Inductiva
Esta potencia no se consume ni se genera en el sentido estricto (el uso de los términos "potencia reactiva generada" y/o "potencia reactiva consumida" es una convención) y en circuitos lineales solo aparece cuando existen bobinas o condensadores. Por ende, es toda aquella potencia desarrollada en circuitos inductivos. Considérese el caso ideal de que un circuito pasivo contenga exclusivamente, un elemento inductivo (R = 0; Xc = 0 y Xl ≠ o) al cual se aplica una tensión senoidal de la forma u(t) = Umáx * sen w*t. En dicho caso ideal se supone a la bobina como carente de resistencia y capacidad, de modo que solo opondrá su reactancia inductiva a las variaciones de la intensidad del circuito. En dicha condición, al aplicar una tensión alterna a la bobina la onda de la intensidad de corriente correspondiente resultará con el máximo ángulo de desfasaje (90º). La onda representativa de dicho circuito es senoidal, de frecuencia doble a la de red, con su eje de simetría coincidiendo con el de abscisas, y por ende con alternancias que encierran áreas positivas y negativas de idéntico valor. La suma algebraica de dichas sumas positivas y negativas da una potencia resultante nula, fenómeno que se explica conceptualmente considerando que durante las alternancias positivas el circuito toma energía de la red para crear el campo magnético en la bobina; mientras en las alternancias negativas el circuito la devuelve, y a dicha devolución se debe la desaparición temporaria del campo magnético. Esta energía que va y vuelve de la red constantemente no produce trabajo y recibe el nombre de "energía oscilante", correspondiendo a la potencia que varía entre cero y el valor (Umáx*Imáx)/2 tanto en sentido positivo como en negativo.
Por dicha razón, para la condición indicada resulta que P = 0 y por existir como único factor de oposición la reactancia inductiva de la bobina, la intensidad eficaz del circuito vale:
En circuitos inductivos puros, pese a que no existe potencia activa alguna igual se manifiesta la denominada "Potencia reactiva" de carácter inductivo que vale:
Siendo φ = 90º (Dado que la corriente atrasa con respecto de la tensión)
La potencia reactiva tiene un valor medio nulo, por lo que no produce trabajo y se dice que es una potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos (var) y se designa con la letra Q.
A partir de su expresión,
Lo que reafirma en que esta potencia se debe únicamente a los elementos reactivos.
Conceptualmente, la potencia reactiva es una potencia "de ida y vuelta"; es decir, cuando hay elementos que almacenan energía (condensadores y bobinas), estos están permanentemente almacenando y devolviendo la energía. El problema es que en "el viaje" se pierde algo. En un simil, como si un autobús de 50 plazas siempre estuvieran ocupadas 30 y sólo 20 personas suben y bajan. El autobús resulta de 20 plazas, pero consume como uno de 50. Esas pérdidas del viaje son las que deben evitarse compensando la potencia reactiva inductiva con la capacitiva, lo más cercano al consumo. Así lograremos que no viaje esa energía y no se pierda en el camino nada. A eso se llama compensación del factor de potencia, que debe ser lo más cercano a 1 que se pueda.
Potencia Reactiva Capacitiva
Es toda aquella potencia desarrollada en un circuito capacitivo. Considerando el caso ideal de que un circuito pasivo contenga únicamente un capacitor (R = 0; Xl = 0; Xc ≠ 0) al que se aplica una tensión senoidal de la forma U(t) = Umáx*sen w*t, la onda correspondiente a la corriente I, que permanentemente carga y descarga al capacitor resultará 90º adelantada en relación a la onda de tensión aplicada. Por dicha razón también en este caso el valor de la potencia posee como curva representativa a una onda senoidal de valor oscilante entre los valores cero y (Umáx*Imáx)/2 en sentido positivo y negativo.
Las alternancias de dicha onda encierran áreas positivas correspondientes a los períodos en que las placas del capacitor reciben la carga de la red; significando los períodos negativos el momento de descarga del capacitor, que es cuando se devuelve a la red la totalidad de la energía recibida. En esta potencia también la suma algebraica de las áreas positivas y negativas es nula dado que dicha áreas son de igual y opuesto valor. La potencia activa vale cero, y por existir como único factor de oposición la reactancia capacitiva del circuito la intensidad eficaz que recorre al mismo vale:
Siendo φ = 90º (La tensión atrasa respecto de la corriente)
En los circuitos capacitivos puros no existe potencia activa, pero si existe la potencia reactiva de carácter capacitivo que vale:
Potencia de cargas reactivas e in-reactivas
Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es necesario tener en cuenta también el valor del factor de potencia o coseno de phi (
) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir, aquellos aparatos que para funcionar utilizan una o más bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los motores eléctricos, o también con los aparatos de aire acondicionado o los tubos fluorescentes.
) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, es decir, aquellos aparatos que para funcionar utilizan una o más bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los motores eléctricos, o también con los aparatos de aire acondicionado o los tubos fluorescentes.
Las cargas reactivas o inductivas, que poseen los motores eléctricos, tienen un factor de potencia menor que “1” (generalmente su valor varía entre 0,85 y 0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo del equipo en cuestión y de la red de suministro eléctrico disminuye cuando el factor se aleja mucho de la unidad, traduciéndose en un mayor gasto de energía y en un mayor desembolso económico.
Potencia trifásica
La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico equilibrado (las tres tensiones de fase tienen idéntico valor y las tres intensidades de fase también coinciden) está dada por la ecuación:
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Siendo 
la intensidad de línea y 
la tensión de línea (no deben emplearse para esta ecuación los valores de fase). Para reactiva y aparente:
la intensidad de línea y la tensión de línea (no deben emplearse para esta ecuación los valores de fase). Para reactiva y aparente: |
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Buenas tardes, me podrian explicar porqque es resultado del siguiente ejercicio da (0.06w). Calcula la potencia de un timbre que trabaja a una tensión de 12V y por el que circula una intensidad de 2mA.
ResponderEliminarsi al multiplicar 12 por 0,002 es igual a 0,024.
EliminarGracias por la aclaración