Hoy quiero platicarte y ayudarte a comprender la potencia eléctrica y su importancia, aprenderás los conceptos básicos sobre este concepto y ¿Por qué es uno de los temas principales en el diseño de circuitos eléctricos? El objetivo es que al final, sepas diferenciar los tipos de potencia y cómo calcularla.

¿Qué es la potencia eléctrica?

Lo primero que haré es definir el concepto de potencia, la potencia eléctrica en términos sencillos es

La potencia eléctrica es la cantidad de energía que es entregada o absorbida por un elemento o dispositivo electrónico en un momento determinado.

Y su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es el Watt [W], por ejemplo, las tiras LED o lámparas LED que utilizamos en los hogares, absorben ciertos Watts de potencia del suministro de corriente eléctrica para poder encender.

¿Qué son los watts?

El Watt  es el consumo de energía eléctrica que requiere un dispositivo electrónico para funcionar y se representa con la letra “W” que equivale a un Joule por segundo J/s.

Potencia eléctrica en los hogares

Antes de abordar el tema desde el aspecto electrónico, quiero resumir el tema para los usuario que no tienen muchos conocimientos técnicos, pero que les interesa saber como influye el tema de potencia en una casa, de manera rápida te dejare una pequeña introducción de lo que será en un nuevo artículo más adelante.

Factor de potencia

Lo más importante en un hogar es conocer el factor de potencia, ya que, si se tiene un bajo factor de potencia tu recibo llegará más caro, el factor de potencia no es más que un indicador del buen aprovechamiento del consumo de la energía, y su valor está entre 0 y 1, y entre mas cerca este de la unidad mejor será el consumo de energía en tu hogar. ¿Que puede provocar un bajo factor de potencia? A continuación te dejo algunos puntos:

• Motores conectados a la instalación
• Equipos de refrigeración o aire acondicionado
• Exceso de dispositivos electromecánicos

En los hogares lo que afecta más es el tema de refrigeración y aire acondicionados, ya que si no están en buen estado y no hay un correcto mantenimiento, puede bajar este factor aumentado tu factura eléctrica y técnicamente otros aspectos negativos.

Existen maneras de corregir y mitigar los factores que crean un bajo factor de potencia, así que en resumen, si te esta llegando muy caro tu recibo eléctrico consulta con un profesional para que lleve a cabo un análisis sobre tu instalación y así detectar si existe un posible fallo.

No olvides que aquí estaré subiendo más información y consejos que te ayudarán o puedes visitar mi página de Potencia Cero, donde subo muchas cosas relacionadas a este tema.

Tipos de potencias

Podemos dividir en dos tipos a la potencia eléctrica según su comportamiento en el tiempo:

• Potencia en corriente continua
• Y Potencia en corriente alterna

La diferencia principal entre estos dos tipos de potencias es que la magnitud o valor de la potencia alterna varía conforme a la forma de onda de la corriente eléctrica, mientras que el valor de la potencia continua se mantiene en un mismo valor a lo largo del tiempo.

Antes de aprender ¿Cómo se calcula la potencia eléctrica? debemos definir algunos conceptos eléctricos que son muy importantes.

• Intensidad de corriente eléctrica, es el movimiento de carga o electrones en el interior de un material y tiene como unidad de medida el Amper [A] (Según el Sistema Internacional de Unidades) o lo que es lo mismo Culombios por Segundo [C/s].
• Tensión eléctrica, es el trabajo por unidad de carga que se ejerce por un campo eléctrico sobre una partícula para moverla de una terminal a otra.

¿Cómo calcular la potencia en corriente continua?

Este cálculo resulta ser muy simple ya que el tiempo no influye en el valor o magnitud de la potencia, por lo tanto, la potencia en un componente eléctrico o elemento dentro de un circuito de dos terminales.

• Se calcula multiplicando la tensión eléctrica entre las terminales del componente por la intensidad de corriente eléctrica que circula por dicho componente.

La potencia continua se puede ejemplificar en el uso de baterías ya que su valor mientras la pila esta cargada no varía.

Fórmula de la potencia en corriente continua

Donde:

• P es la potencia
• I es el valor instantáneo de la intensidad de corriente
• V es el valor instantáneo del voltaje o tensión eléctrica

Si sustituimos algunos valores podemos expresar la ecuación anterior en términos de resistencias

Si quieres saber un poco más sobre el tema de las resistencias, aquí te dejo una calculadora de resistencias que te será de gran ayuda.

¿Cómo calcular la potencia en corriente alterna?

En este apartado analizaremos cómo calcular la potencia en el caso más común con la onda Sinusoidal, lo primero que quiero que comprendas es que la potencia en alterna varía con el tiempo y esta variación dependerá de la forma de onda, y dado que nos vamos a centrar en una onda sinusoidal tenemos que:

• El valor promedio de la potencia en un dispositivo de dos terminales es una función de los valores cuadráticos o eficaces de la diferencia de potencial e intensidad de corriente presente en dicho dispositivo.

Y para que se entienda mejor desarrollemos la fórmula.

Fórmula de la potencia eléctrica con onda sinusoidal

A continuación analizaremos el caso en el que la corriente varia con el tiempo provocando que aparezcan otros tipos de potencias debido al efecto tiempo.

Donde

• v(t) es el voltaje o tensión sinusoidal
• w es la velocidad angular
• V_o es el voltaje pico

Comúnmente el análisis se realiza sobre circuitos con componentes de carácter inductivo, provocando que aparezca una corriente que varía con el tiempo i(t) con un desfase de ángulo Ø respecto al voltaje o tensión aplicada, esto quiere decir que:

• Si pudieras visualizar al mismo tiempo la forma de onda de la corriente y voltaje en el osciloscopio verías que las ondas no se sobreponen una sobre otra, si no que una se adelanta ciertos grados respecto de la otra.

• Este efecto no se da en componentes resistivos, sin embargo, en la práctica el efecto inductivo siempre juega un papel importante.

Ya estarás imaginando que al igual que en la corriente continua la multiplicación de la corriente por el voltaje nos dará el valor de la potencia, sin embargo, en el caso de la corriente alterna las ecuaciones son más complejas que el caso anterior, por ejemplo, la potencia instantánea se expresa a través de:

Fórmula de la potencia instantánea

• Si desarrollamos la ecuación anterior aplicando trigonometría tendremos lo siguiente:

• Ahora, lo que debemos hacer es simplemente sustituir los valores pico por los valores eficaces para tener como resultado:

La ecuación anterior es muy importante ya que podemos identificar que para el caso en que la corriente varía con el tiempo, tenemos un valor constante y otro variable, provocando otros dos subtipos de corrientes que más que subtipos son dos valores diferentes de potencia:

• Potencia activa
• Potencia fluctuante

Esto es muy importante para comprender el concepto de potencia activa y potencia reactiva, ya que tanto en los circuitos inductivos como capacitivos la corriente se desfasa respecto a la tensión, provocando que aparezcan componentes activos y reactivos en la corriente, haciendo que el total de la potencia aparente o total sea la suma vectorial de ambos componentes, para entenderlo un poco mejor tenemos que:

Componentes activos y reactivos de la intensidad de corriente

El producto o multiplicación de la intensidad de corriente de sus componentes activos y reactivos por la tensión da como resultado las siguientes potencias:

• Potencia aparente (S)
• Potencia activa (P)
• Potencia reactiva (Q)

Potencia aparente

La potencia aparente la identificamos con la letra [S] mayúscula y es la suma vectorial de la potencia activa y reactiva disipada o consumida en un circuito, esta potencia se considera como la potencia real que proporciona una fuente de energía eléctrica cuando no tiene ninguna carga conectada.

Potencia activa

Esta potencia es la que se interpreta como trabajo útil, es decir, es la cantidad de energía que realmente se aprovecha y es consumida cuando se conecta una carga a una fuente de energía, esta energía es transformada y aprovechada como trabajo mecánico, térmico, lumínico,etc., se le ha asignado la letra [P] y la podemos expresar según la ley de ohm y el triángulo de impedancias en los siguiente:

Potencia reactiva o inductiva

Este es un concepto un poco más complejo de entender, sin embargo, solo trata de comprender esto, esta potencia no es generada por la fuente ni es consumida por ninguna carga de manera estricta, y solo aparece en circuitos capacitivos e inductivos, no obstante lo más importante es que provoca pérdidas en los conductores, caídas de tensión y un consumo de energía que no es aprovechable por las cargas conectadas y dado que es por el efecto inductivo y capacitivo se toma como positivo a las bobinas y negativo a los capacitores.

Felicidades, ya has aprendido las fórmulas y aspectos más importantes sobre la potencia eléctrica, en mi trabajo me he topado con muchos diseñadores que construyen un circuito sin pensar en los efectos que causan ciertos componentes a la red eléctrica, o simplemente no consideran los voltajes picos, etc., así que planea bien y considera estos puntos en tus diseños y si te gusto ayúdame compartiéndolo en tus redes sociales.