Potencia eléctrica
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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 tiempo determinado. La potencia eléctrica se representa con la letra P y la unidad de medida es el Vatio (Watt)
Sumario
Potencia y energía
Para entender qué es la potencia eléctrica es necesario conocer primeramente el concepto de “energía”, no es más que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo cualquiera para realizar un trabajo.
El desplazamiento de una carga eléctrica (Q) entre dos puntos sometidos a una diferencia de potencial (U) supone la realización de un trabajo eléctrico (Energía) W= Q*U, como Q = I*t, entonces W = U*I*t. donde I es la corriente del circuito y t el tiempo
El trabajo desarrollado en la unidad de tiempo es la potencia P, entonces P = W/t = U*I*t/t= U*I. La energía eléctrica se puede producir, ejemplo un alternador, o bien consumir, ejemplo un motor.
Cuando se conecta un equipo o consumidor eléctrico a un circuito alimentado por una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batería, la energía eléctrica que suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado, transforme esa energía en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria, esta energía consumida se mide kWh
De acuerdo con la definición de la física, “la energía ni se crea ni se destruye, se transforma”. En el caso de la energía eléctrica esa transformación se manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, movimiento, o en otro trabajo útil que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito eléctrico cerrado.
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
P = W/t
Donde W es la energía.
W= U*I*t
Entonces
P= U*I*t/t
Simplificando el tiempo queda.
P=U*I
Donde I es el valor instantáneo de la 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,
P = R * I2 = U2 / R
Potencia en corriente alterna
El cálculo de la potencia eléctrica en circuito de corriente alterna se hace más complejo debido al desfase que provocan ciertos consumidores entre la corriente y la tensión.
Por esto 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.
Si a un circuito se aplica una tensión sinusoidal V(t) con velocidad angular w y valor de pico V0 de forma que. V(t) = V0 * sen(wt)
Esto provocará, en el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común), una corriente I(t) desfasada un ángulo Ø respecto de la tensión aplicada.
I(t) = I0 * sen (wt - Ø)
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:
P(t) = V0 * I0 * sen (wt) * sin (wt - Ø)
Aplicando trigonometría, la expresión anterior puede transformarse en la siguiente:
P(t) = U0 * I0 *
Sustituyendo los valores del pico por los eficaces:
P(t) = V * I cos(Ø) – V * I cos(2wt - Ø)
Se obtiene así para la potencia un valor constante, V * I cos(Ø) y otro variable con el tiempo V * I cos(2wt - Ø) , al primer valor se le denomina potencia activa y al segundo potencia fluctuante.
Tanto en los circuito inductivos como capacitivos la corriente se desfasa de la tensión en ángulo Ø esto provoca que aparezcan componentes activos y reactivos en la corriente eléctrica y que la corriente total o aparente del circuito sea la suma vectorial de ambos componentes, algo muy similar sucede con la potencia eléctrica del circuito.
La figura muestra el comportamiento de la tensión y la corriente en circuitos inductivos y capacitivos, aquí se puede apreciar que el componente activo de la corriente se encuentra en fase con la tensión y el componente reactivo se encuentra en cuadratura con ella.
Los valores de estas componentes pueden ser calculados de la siguiente forma.
Ia = I * cos Ø
Ir = I* sen Ø
El surgimiento de una componente activa y reactiva en la corriente, provoca que la potencia se comporte de igual modo dando lugar a que en los circuitos de corriente alterna aparezcan tres tipos de potencia.
Potencia total o aparente que se representa con la letra S.
Potencia reactiva que se representa con la letra Q.
Potencia activa que se representa con la letra P.
Potencia aparente o total
La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico es potencia activa (P).
La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el volt-ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente:
S = V * I
Donde:
S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)
V = Voltaje de la corriente, expresado en volt
I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)
Potencia activa
Es la potencia en que el proceso de transformación de la energía eléctrica se aprovecha como trabajo útil, los diferentes dispositivos eléctricos existentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como: mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Está dado por un numero real “La intensidad y la tensión en una resistencia por ejemplo un calefactor, conectada en un circuito de corriente alterna tienen la misma fase. La curva de potencia activa es siempre positiva.”
Cuando se conecta una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de corriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt (W).
Los múltiplos más utilizados del watt son: el kilowatt (kW) y el megawatt (MW) y los submúltiplos, el miliwatt (mW) y el microwatt ( W).
La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna es la siguiente:
P = I * U cos Ø
Donde:
V = Voltaje de la corriente, expresado en volt
I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)
cos Ø = cos del ángulo o factor de potencia.
Potencia reactiva
Potencia disipada por las cargas reactivas (Bobinas o inductores y capacitores o condensadores). Se pone de manifiesto cuando existe un trasiego de energía entre los receptores y la fuente, provoca pérdidas en los conductores, caídas de tensión en lo mismos, y un consumo de energía suplementario que no es aprovechable directamente por los receptores. Como está conformada por bobinas y capacitores es importante saber que las bobinas se toman positivas y los condensadores negativos. Estos se pueden sumar algebraicamente.
Generalmente está asociada a los campos magnéticos internos de los motores y transformadores. Se mide en KVArth. Como esta energía provoca sobrecarga en las líneas transformadoras y generadoras, sin producir un trabajo útil, es necesario neutralizarla o compensarla.
La potencia reactiva está en el eje imaginario Y y la activa en el eje real X, por lo cual forma un triángulo rectángulo cuya magnitud de la hipotenusa es denominado potencia "aparente".
La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo(VAR). Está dada por números imaginarios.
La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente:
P = I * U sno Ø
Donde:
V = Voltaje de la corriente, expresado en volt
I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)
sen Ø = seno del ángulo.
A modo de resumen
Fuentes
- pis.unicauca. Consultado: 23 de junio de 2013.
- asifunciona. Consultado: 23 de junio de 2013.
