POTENCIA ELECTRICA


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   Vamos a estudiar la potencia en corriente continua, en corriente alterna y la corrección del factor de potencia en corriente alterna.

   Pero antes de definir de un modo teórico la potencia eléctrica vamos a intentar que tengas claro qué es la potencia eléctrica y a qué nos referimos cuando hablamos de ella.
  

    ¿Qué es Potencia Eléctrica?


   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.

potencia electrica



   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:

placa de caracteristicas

   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.

   CALCULO DE POTENCIA ELECTRICA

 

   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.

    Tipos de Potencia


   Potencia Activa = Pa = V x I x coseno ρ se mide en w (vatios)

    Potencia Reactiva = Q = V x I seno φ; se mide en VAR (voltio amperios reactivos)
  
   Potencia Aparente = S = V x I se mide en voltio amperios (VA)


   Aqui puedes ver el triangulo de potencias para su calculo y deducir sus fórmulas:

   triangulo de potencias

   La potencia activa es la única de las 3 potencia que se transforma en energía útil, es decir es la potencia útil del receptor.

   La potencia reactiva es una potencia perdida. Esta potencia es una potencia consumida por las bobinas y por los condensadores.

   Tenemos 2 potencias reactivas, Ql (potencia reactiva inductiva) que será la potencia reactiva consumida por las bobinas para crear campos magnéticos y Qc (potencia reactiva capacitiva) potencia reactiva consumida por los condensadores para crear campos eléctricos. La suma vectorial de ambas será la potencia reactiva total como luego veremos en los ejemplos. Las dos son potencias perdidas, no sin realmente útiles.

   La potencia aparente es la suma vectorial de las otras dos, es la potencia util más la potencia perdida.

   Empecemos por la más importante, generalmente la que se conoce como potencia, la potencia activa, y dependiendo del tipo de receptor.

   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):

circuitos RLC

   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 Activa 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 su potencia 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.
 

   Potencia en Circuitos RLC

    Potencia Activa

   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)

   Recuerda siempre el llamado triángulo de potencias en c.a.

triangulo de potencias

   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.

    Corrección del Factor de Potencia

   Si queremos mejorar la potencia útil en un circuito, lo que debemos es disminuir la potencia reactiva. A la vista de lo explicado antes esto lo podemos conseguir aumentando la potencia reactiva capacitiva mediante condensadores en paralelo. Con esto conseguimos reducir el ángulo φ. Ya sabemos que al coseno φ se le llama factor de potencia, pues lo ideal es que el coseno φ = 1 ( φ = 0), ya que todo sería potencia útil.

   Un coseno φ = 0,95 es más eficiente que un coseno φ = 0,85 en un circuito con receptores.



   Poniendo en paralelo con el receptor un condensador o varios, depende si es monofásico o trifasico, mejoramos el factor de potencia. Veamos como se conectaría:

correccion del factor de potencia


   Hay una cosa que tenemos que saber en corriente alterna. 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. Pero para aprender este mejor visita: Circuitos de Corriente Alterna.

   Si quieres aprender a calcular circuitos en c.a y en c.c. te dejamos este enlace con varios ejercicios resueltos: Ejercicios Potencia Electrica

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