| Kilovatios hora | |
|---|---|
Medidor de electricidad residencial ubicado en Canadá.
| |
| Información general | |
| Unidad de sistema | Métrica no-SI |
| Unidad de | Energía |
| Símbolo | kW⋅h |
| Conversiones | |
| 1 kW⋅h en ... | ... es igual a ... |
| Unidades SI | 3.6 MJ |
| Unidades CGS | 3.6 × 10 13 erg |
| Unidades de ingenieria inglesa | ≈ 2,655,224 ft⋅lbf |
| Unidades gravitacionales británicas | ≈ 85,429,300 ft⋅pdl |
El kilovatio hora (símbolo kW⋅h , kWh , o kW h ) es una unidad de energía igual a 3,6 megajulios . Si la energía se transmite o se utiliza a una velocidad constante (potencia) durante un período de tiempo, la energía total en kilovatios / hora es igual a la potencia en kilovatios multiplicada por el tiempo en horas. El kilovatio-hora se usa comúnmente como una unidad de facturación para la energía entregada a los consumidores por los servicios eléctricos .
Definición [ editar ]
El kilovatio-hora (simbolizado en kW⋅h según SI ) es una unidad compuesta de energía equivalente a un kilovatio (1 kW) de potencia sostenida durante una hora. Un vatio es igual a 1 J / s. Un kilovatio hora es de 3,6 megajulios , [1] [2] que es la cantidad de energía convertida si el trabajo se realiza a una velocidad promedio de mil vatios por hora.
La unidad de energía derivada dentro del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el julio . La hora es una unidad de tiempo "fuera del SI", lo que hace que el kilovatio-hora sea una unidad de energía que no sea SI. El kilovatio hora no se incluye entre las unidades que no son del SI aceptadas por el BIPM para su uso con el SI, aunque la hora a partir de la cual se deriva el kilovatio hora es. [3]
Ejemplos [ editar ]
Un calentador eléctrico que consume 1000 vatios (1 kilovatio) y que funciona durante una hora utiliza un kilovatio hora de energía. Un televisor que consume 100 vatios funcionando durante 10 horas continuamente usa un kilovatio hora. Un aparato eléctrico de 40 vatios que funciona de manera continua durante 25 horas usa un kilovatio hora. En términos de poder humano , un trabajador manual masculino adulto sano realizará un trabajo equivalente a aproximadamente medio kilovatio hora en un día de ocho horas.
La energía eléctrica se vende típicamente a los consumidores en kilovatios hora. El costo de funcionamiento de un dispositivo eléctrico se calcula multiplicando el consumo de energía del dispositivo en kilovatios por el tiempo de funcionamiento en horas y luego por el precio por kilovatio hora. El precio unitario de la electricidad puede depender de la tasa de consumo y la hora del día. Los precios varían considerablemente según la localidad. En los Estados Unidos, los precios en diferentes estados pueden variar en un factor de tres. [4]
Mientras que las cargas de clientes más pequeñas generalmente se facturan solo por la energía, los servicios de transmisión y la capacidad nominal, los consumidores más grandes también pagan por el consumo máximo de energía, la mayor potencia registrada en un tiempo bastante corto, como 15 minutos. Esto compensa a la compañía eléctrica por mantener la infraestructura necesaria para proporcionar potencia máxima. Estos cargos se facturan a medida que la demanda cambia. [5] Los usuarios industriales también pueden tener cargos adicionales según el factor de potencia de su carga.
La mayor producción o consumo de energía a menudo se expresa como teravatios hora (TW⋅h) para un período dado que suele ser un año calendario o un año financiero . Un año de 365 días equivale a 8,760 horas, por lo que en un período de un año, la potencia de un gigavatio equivale a 8,76 teravatios por hora de energía. A la inversa, una hora de teravatio es igual a una potencia sostenida de aproximadamente 114 megavatios durante un período de un año.
Símbolo y abreviaturas para kilovatios hora [ editar ]
El símbolo "kWh" se usa comúnmente en publicaciones comerciales, educativas, científicas y de medios, [6] [7] y es la práctica habitual en ingeniería eléctrica. [8]
Otras abreviaturas y símbolos pueden encontrarse:
- "kW h" es menos utilizado. Es consistente con las normas SI . [9] La norma internacional para SI [3] establece que al formar un símbolo de unidad compuesta, "la multiplicación debe indicarse mediante un espacio o un punto medio centrado (⋅), ya que, de lo contrario, algunos prefijos podrían interpretarse erróneamente como símbolo de unidad "(es decir, kW h o kW⋅h). Esto está respaldado por una norma voluntaria [10] emitida conjuntamente por una organización internacional ( IEEE ) y nacional ( ASTM ). Sin embargo, al menos una guía de uso principal [11] y la norma IEEE / ASTM permiten "kWh" (pero no mencionan otros múltiplos de la hora en vatios). Una guía publicada por NISTrecomienda específicamente evitar "kWh" "para evitar posibles confusiones". [12]
- "kW⋅h" es, como "kW h", preferido por los estándares SI, pero muy rara vez se usa en la práctica.
- El adhesivo oficial de la ventana de economía de combustible para vehículos eléctricos de EE. UU. Utiliza la abreviatura "kW-hrs". [13]
- Algunas veces se ven variaciones en el uso de mayúsculas: KWh, KWH, kwh, etc .; estos son inconsistentes con el Sistema Internacional de Unidades.
- La notación "kW / h" no es un símbolo correcto para kilovatios hora, ya que denota kilovatios por hora.
Conversiones [ editar ]
Para convertir una cantidad medida en una unidad en la columna izquierda a las unidades en la fila superior, multiplique por el factor en la celda donde se intersecan la fila y la columna.
| joule | vatios hora | kilovatios hora | electronvolt | caloría | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 J = 1 kg⋅m 2 ⋅s −2 = | 1 | 2.77778 × 10 −4 | 2.77778 × 10 −7 | 6.241 × 10 18 | 0.239 |
| 1 W⋅h = | 3.6 × 10 3 | 1 | 0.001 | 2.247 × 10 22 | 859.8 |
| 1 kW⋅h = | 3.6 × 10 6 | 1,000 | 1 | 2.247 × 10 25 | 8.598 × 10 5 |
| 1 eV = | 1.602 × 10 −19 | 4.45 × 10 −23 | 4.45 × 10 −26 | 1 | 3.827 × 10-20 |
| 1 cal = | 4.2 | 1.163 × 10 −3 | 1.163 × 10 −6 | 2.613 × 10 19 | 1 |
Múltiples vatios hora y unidades de facturación [ editar ]
Todos los prefijos SI se aplican comúnmente al vatio-hora: un kilovatio hora es 1.000 W⋅h (símbolos kW⋅h, kWh o kWh); un megavatio hora es 1 millón de W⋅h (símbolos MW⋅h, MWh o MWh); una milivatio hora es 1/1000 W⋅h (símbolos mW⋅h, mWh o mW h) y así sucesivamente. El kilovatio-hora es comúnmente utilizado por los proveedores de distribución eléctrica para fines de facturación, ya que el consumo mensual de energía de un cliente residencial típico varía de unos pocos cientos a unos pocos miles de kilovatios / hora. Las horas de megavatios (MW⋅h), las horas de gigavatios (GW⋅h) y las horas de teravatios (TW⋅h) se usan a menudo para dosificar grandes cantidades de energía eléctrica a clientes industriales y en la generación de energía. La hora del teravatio y la hora del petawatt.(PW⋅h) las unidades son lo suficientemente grandes para expresar de manera conveniente la generación anual de electricidad para países enteros y el consumo mundial de energía .
| Submúltiplos | Múltiplos | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Valor | Símbolo | Nombre | Valor | Símbolo | Nombre | |
| 10 −3 | mW⋅h | milivatios hora | 10 3 | kW⋅h | kilovatios hora | |
| 10 −6 | µW⋅h | microwatt hora | 10 6 | MW⋅h | megavatios hora | |
| 10 9 | GW⋅h | hora de gigavatios | ||||
| 10 12 | TWH | hora de teravatio | ||||
| 10 15 | PW⋅h | hora de petawatt | ||||
Las horas de Petawatt pueden describir la salida de las centrales nucleares a lo largo de décadas. Por ejemplo, la central nuclear de Gravelines en Francia se convirtió en 2010 en la primera central eléctrica en entregar un petawatt-hora acumulativo de electricidad. [14] [15]
Confusión de kilovatios hora (energía) y kilovatios (potencia) [ editar ]
El poder y la energía se confunden con frecuencia: el poder es la tasa de entrega de energía; La energía es el trabajo realizado.
La potencia se mide en vatios o julios por segundo . La energía se mide en vatios segundos , o julios .
Una batería doméstica común contiene energía. Cuando la batería entrega su energía, lo hace a un cierto nivel de energía, es decir, la tasa de suministro de la energía. Cuanto mayor sea el nivel de potencia, más rápido se entregará la energía almacenada de la batería. Si la potencia es mayor, la energía almacenada de la batería se agotará en un período de tiempo más corto.
Durante un período de tiempo dado, un nivel más alto de energía hace que se use más energía. Para un nivel de potencia dado, un período de ejecución más largo hace que se use más energía. Para una cantidad dada de energía, un nivel más alto de energía hace que esa energía se use en menos tiempo.
El mal uso de vatios por hora [ editar ]
Las unidades de potencia miden la tasa de energía por unidad de tiempo. Muchas unidades compuestas para tasas mencionan explícitamente unidades de tiempo, por ejemplo, millas por hora, kilómetros por hora, dólares por hora. Las horas de kilovatio son un producto de la potencia y el tiempo, no una tasa de cambio de potencia con el tiempo. Los vatios por hora (W / h) son una unidad de un cambio de potencia por hora. Podría ser usado para caracterizar el comportamiento de rampa-up de las centrales eléctricas . Por ejemplo, una central eléctrica que alcanza una potencia de 1 MW desde 0 MW en 15 minutos tiene una tasa de incremento de 4 MW / h. Lascentrales hidroeléctricas tienen una tasa de aceleración muy alta, lo que las hace particularmente útiles en situaciones de carga máxima y de emergencia.
El uso adecuado de términos como vatios por hora es poco frecuente, por lo que el uso indebido puede ser generalizado.
Otro uso [ editar ]
Por definición de las unidades, un consumo de 1 kW⋅h / 100 km es exactamente equivalente a una fuerza de resistencia de 36 N (newtons), [16] una idea tomada por el diagrama de von Kármán-Gabrielli .
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Varias otras unidades se usan comúnmente para indicar potencia o capacidad de energía o uso en áreas de aplicación específicas.
El promedio anual de producción o consumo de energía puede expresarse en kilovatios / hora por año; por ejemplo, al comparar la eficiencia energética de los electrodomésticos cuyo consumo de energía varía con el tiempo o la estación del año, o la energía producida por una fuente de alimentación distribuida. Un kilovatio hora por año equivale a aproximadamente 114.08 milivatios aplicados constantemente durante un año.
El contenido de energía de una batería generalmente se expresa indirectamente por su capacidad en amperios-hora ; para convertir amperios-hora (A⋅h) a vatios-hora (W⋅h), el valor de amperios-hora debe multiplicarse por el voltaje de la fuente de energía. Este valor es aproximado, ya que el voltaje de la batería no es constante durante su descarga, y porque las tasas de descarga más altas reducen la cantidad total de energía que la batería puede proporcionar. En el caso de dispositivos que emiten un voltaje diferente al de la batería, es el voltaje de la batería (típicamente 3.7 V para Li-ion ) que debe usarse para calcular en lugar de la salida del dispositivo (por ejemplo, generalmente 5.0 V para USB).cargadores portátiles). Esto resulta en un dispositivo USB de 500 mA que se ejecuta durante aproximadamente 3.7 horas con una batería de 2500 mAh, no en cinco horas.
La unidad de la Junta de Comercio (BOTU) es un sinónimo obsoleto del Reino Unido para kilovatios hora. El término deriva del nombre de la Junta de Comercio que regulaba la industria eléctrica hasta 1942, cuando el Ministerio de Energía asumió el control. [17]
La unidad térmica británica o BTU (que no debe confundirse con BOTU), es una unidad de energía térmica con varias definiciones, todas ellas de aproximadamente 1055 julios o 0.293 vatios hora. El quad , abreviatura de billones de BTU, o 10 15 BTU, se utiliza a veces en las discusiones de energía a escala nacional en los Estados Unidos. Un quad es de aproximadamente 293 TW⋅h o 1.055 exajulio (EJ).
Un equivalente de TNT es una medida de la energía liberada en la detonación del trinitrotolueno . Una toneladade TNT equivalente es de aproximadamente 4.184 gigajulios o 1.163 kilovatios / hora.
Una tonelada de petróleo equivalente es la cantidad de energía liberada al quemar una tonelada de petróleo crudo . Es de aproximadamente 41.84 gigajoules o 11,630 kilovatios hora.
En la India, el kilovatio-hora a menudo se llama simplemente unidad de energía. Un millón de unidades, designado como MU , es una hora de gigawatt y una BU (mil millones de unidades) es una hora de teravatio. [18] [19]
El consumo de combustible nuclear normalmente se cotiza en megavatios por tonelada (MW⋅d / MTU), donde la tonelada se refiere a una tonelada métrica de uranio metálico o su equivalente, y el megavatio se refiere a toda la producción térmica, no a la fracción que se convierte a electricidad.
reducción de Kron es un método utilizado para reducir o eliminar el nodo deseado sin necesidad de repetir los pasos como en la eliminación de Gauss . [1]
La corriente principal y la retrasadason fenómenos que ocurren como resultado de la corriente alterna . En un circuito con corriente alterna, el valor del voltaje y la corriente varían sinusoidalmente. En este tipo de circuito, los términos plomo, retardo y en fase se usan para describir la corriente con referencia al voltaje. La corriente está en fase con el voltaje cuando no hay cambio de fase entre los sinusoides que describen su comportamiento variable en el tiempo. Esto generalmente ocurre cuando la carga de la corriente es resistiva.
En el flujo de energía eléctrica, es importante saber cuánta corriente está adelantando o retrasándose porque crea la potencia reactiva en el sistema, en oposición a la potencia activa (real). También puede desempeñar un papel importante en el funcionamiento de los sistemas de energía eléctrica trifásicos .
Notación del ángulo [ editar ]
La notación de ángulos puede describir fácilmente la corriente principal y la retrasada:
En esta ecuación, el valor de theta es el factor importante para la corriente de avance y de retraso. Como se mencionó en la introducción anterior, la corriente de avance o retrasada representa un cambio de tiempo entre las curvas sinusoidales de la corriente y la tensión, que se representa por el ángulo por el cual la curva está delante o detrás de donde estaría inicialmente. Por ejemplo, si θ es cero, la curva tendrá una amplitud cero en el tiempo cero. [2] El uso de números complejos es una forma de simplificar el análisis de ciertos componentes en los circuitos RLC . Por ejemplo, es muy fácil convertirlos entre coordenadas polares y rectangulares. Partiendo de la notación polar, puede representar el vector o la notación rectangular ambos de los cuales tienen magnitudes de 1.
Rezagado actual [ editar ]
La corriente de retardo se puede definir formalmente como "una corriente alterna que alcanza su valor máximo hasta 90 grados más tarde que el voltaje que la produce". Esto significa que la corriente se queda a la inversa del voltaje cuando , el ángulo de la onda sinusoidal actual con respecto a una referencia elegida arbitrariamente, es menor que , el ángulo de la onda sinusoidal de voltaje con respecto a la misma referencia. Por lo tanto, la corriente se puede identificar rápidamente como retrasada si el ánguloes positivo. Por ejemplo, si el ángulo de tensión es cero, la corriente se retrasará si es negativo Este es a menudo el caso porque el voltaje se toma como referencia.
En circuitos con cargas principalmente inductivas, la corriente se queda a la tensión. Esto sucede porque en una carga inductiva, es la fuerza electromotriz inducida la que hace que la corriente fluya. Tenga en cuenta que en la definición anterior, la corriente es producida por el voltaje. La fuerza electromotriz inducida es causada por un cambio en el flujo magnético que une las bobinas de un inductor.
Corriente principal [ editar ]
La corriente principal puede definirse formalmente como "una corriente alterna que alcanza su valor máximo hasta 90 grados por delante de la tensión que produce". Esto significa que la corriente conduce a la tensión cuando , el ángulo de la onda sinusoidal actual con respecto a una referencia elegida arbitrariamente es mayor que , el ángulo de la onda sinusoidal de voltaje con respecto a la misma referencia. Por lo tanto, la corriente se puede identificar rápidamente como líder si el ánguloes negativo Por ejemplo, si el ángulo de tensión es cero, la corriente estará liderando si es positivo. Este es a menudo el caso porque el voltaje se toma como referencia.
En circuitos con cargas principalmente capacitivas, la corriente conduce la tensión. Esto es cierto porque la corriente primero debe fluir a las dos placas del capacitor, donde se almacena la carga. Solo después de que la carga se acumula en las placas de un capacitor se establece una diferencia de voltaje. El comportamiento de la tensión depende, por lo tanto, del comportamiento de la corriente y de la cantidad de carga que se acumula. Es por esto que la definición formal establece que la corriente produce el voltaje.
Visualizando el adelanto y el retraso actual [ editar ]
Se puede utilizar un diagrama de fasores simple con un sistema de coordenadas cartesiano bidimensional y fasores para visualizar la corriente de avance y de retraso en un momento fijo en el tiempo. En el sistema de coordenadas complejo real, un período de una onda sinusoidal corresponde a un círculo completo en el plano complejo. Dado que la tensión y la corriente tienen la misma frecuencia, en cualquier momento, esas cantidades se pueden representar fácilmente mediante puntos estacionarios en el círculo, mientras que las flechas que van desde el centro del círculo a esos puntos se llaman fasores. Dado que la diferencia de tiempo relativa entre las funciones es constante, también tienen una diferencia de ángulo constante entre ellas, representada por el ángulo entre los puntos en el círculo. [2]
Documentos históricos sobre las corrientes iniciales y las rezagadas [ editar ]
Una fuente temprana de datos es un artículo de la Academia Americana de Artes y Ciencias de 1911 por AE Kennelly. Kennelly utiliza métodos tradicionales para resolver diagramas vectoriales para circuitos oscilantes, que también pueden incluir circuitos de corriente alterna.
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