A continuación te explicaré el concepto de potencia eléctrica en circuitos de corriente continua (cc). Veremos cuál es su fórmula y cómo se aplica, resolviendo unos cuantos ejercicios paso a paso.
Además veremos el concepto de energía eléctrica, que está muy relacionado con la potencia eléctrica.
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Qué es la potencia eléctrica
Conocer la potencia eléctrica de un receptor es importante, ya que nos indica lo capaz que es éste de realizar una determinada tarea, como iluminar, en el caso de una lámpara, crear trabajo mecánico, en el caso de un motor o calentar, en caso de resistencias calefactoras.
Cuanta más potencia eléctrica posea el receptor, más rápido realizará la tarea o trabajo. Una lámpara con más potencia da más luz y una resistencia con más potencia calienta más.
Fórmula de la potencia eléctrica
La potencia eléctrica la podemos calcular como el producto de la intensidad por la tensión:
Teniendo en cuenta que por la ley de Ohm, la tensión es igual a la intensidad por la resistencia:
Podemos sustituir la tensión por esta expresión en la fórmula anterior y nos queda la potencia en función de la intensidad y de la resistencia:
La unidad de la potencia eléctrica es el vatio (W).
Por tanto, si nos preguntaran qué bombilla luce más, una de 60 W o una de 40 W, sería la de 60 W, que es la que más potencia tiene.
Con qué se mide la potencia eléctrica
La potencia eléctrica se mide con un vatímetro.
Este aparato consta de dos bobinas, una amperimétrica y otra voltimétrica. La bobina amperimétrica tiene unas características muy similares a la de un amperímetro: tiene una resistencia muy baja y se conecta en serie. La bobina voltimétrica posee las mismas características que la de un voltímetro: tiene una resistencia alta y se conecta en paralelo.
En realidad, lo que hace el vatímetro es medir por separado la tensión y la intensidad de corriente, para después multiplicar ambos valores.
Energía eléctrica
Conocer la energía eléctrica que consume un receptor es también importante, ya que en base a este concepto se calcula la factura eléctrica que hay que pagar a la compañía eléctrica. La energía eléctrica está muy relacionada a la potencia eléctrica.
En general, la potencia se puede definir como la rapidez con la que se consume una energía, es decir, la relación que existe entre la energía consumida y el tiempo invertido en consumirla:
Despejando la energía de esta expresión, se deduce que la energía es el producto de la potencia por el tiempo:
La unidad de energía en el Sistema Internacional es el Julio (J), pero como es una unidad muy pequeña, se utiliza el kilovatio hora (KWh).
La equivalencia entre KWh y julios es la siguiente:
Vamos a ver un ejemplo de cálculo de enrgía: ¿qué energía consume un horno de 2500 W, funcionando durante 2 horas?
En primer lugar, pasamos la potencia del horno de W a KW dividiendo entre 1000:
Ahora, multiplicamos la potencia en KW por el tiempo en horas, teniendo el resultado en KWh:
El cálculo de la energía eléctrica consumida por un receptor es muy interesantes, especialmente ya que es lo que cobran las compañías eléctricas.
El aparato que mide la energía eléctrica es el contador, que nos da la lectura de la energía consumida.
Ejercicios resueltos sobre potencia eléctrica
Ejercicio 1
Halla la intensidad que absorbe a 230 V una bombilla de 25 W, otra de 60 W y otra de 100 W. Calcula también la resistencia de cada bombilla.
De cada bombilla tenemos datos de su potencia y sabemos la tensión, que es la misma para las tres bombillas.
La fórmula de la potencia eléctrica, relaciona la potencia con la tensión y la intensidad, luego podemos despejar la intensidad:
Ahora, con esta expresión para cada bombilla sólo tenemos que sustituir la potencia y la tensión por sus valores y operar.
Para la bombilla de 25 W, la intensidad es:
Para la bombilla de 60 W, la intensidad es:
Para la bombilla de 100 W, la intensidad es:
La fórmula de la potencia también la podemos expresar en función de la intensidad y la resistencia, de donde podemos despejar la resistencia:
Con esta expresión podemos calcular la resistencia de cada bombilla, puesto que sabemos su potencia y la intensidad que circula a través de ellas.
La resistencia de la bombilla de 25 W es:
La resistencia de la bombilla de 60 W es:
La resistencia de la bombilla de 100 W es:
De este ejercicio podemos concluir que para una misma tensión, cuando mayor es la potencia de un receptor, mayor es la intensidad que consume y menor es el valor de la resistencia al paso de la corriente eléctrica.
Ejercicio 2
Se necesita instalar un radiador de 2300 W y 230 V nominales. Se pregunta:
a) Intensidad que absorbe de la red de 230 V
b) Resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica
c) Energía transformada en julios en una hora
d) Los KWh que marcaría un contador al cabo de una hora
e) Los KWh que marcaría un contador durante dos meses de 30 días y con 4 horas de funcionamiento cada día. ¿Qué precio se pagaría por el uso del radiador durante esos dos meses si el precio del KWh es de 0,12 €?
a) Intensidad
De la fórmula de la potencia eléctrica despejamos la intensidad:
Sustituimos los valores de potencia y tensión y operamos:
La intensidad que absorbe el radiador es de 10 A
b) Resistencia
La resistencia podemos calcularla a partir de la ley de Ohm:
Sustituimos V e I por su valor y operamos:
También podemos calcularla a partir de la fórmula de la potencia, despejando la R:
Sustituyendo y operando nos queda el mismo resultado:
c) Energía en julios en 1 hora
La energía es igual a la potencia por el tiempo:
Para que la energía esté en Julios, unidad del Sistema Internacional, la potencia debe estar en W y el tiempo debe estar en segundos, que son sus unidades en el Sistema Internacional:
1 hora tiene 3600 segundos. Por tanto, sustituimos la potencia y el tiempo por sus valores y operamos:
d) Energía en KWh en 1 hora
Sabiendo la conversión entre KWh y julios:
Hacemos una regla de tres:
De donde despejamos la x:
También podíamos haber obtenido los KWh con la fórmula de la energía, poniendo la potencia en KW y el tiempo en horas. Nos queda:
e) KWh que marcaría un contador durante 2 meses, 4 horas al día y coste a 0,12 €/KWh
Empezamos calculando los KWh que se consumen en un día. Como cada día se utiliza 4 horas, multiplicamos los KW del radiador por 4 para obtener los KWh por día:
Una vez sabemos la energía consumida por día, multiplicamos por 60, para saber la energía consumida en 2 meses:
Para calcular el coste del radiador durante estos dos meses, multiplicamos los KWh de los dos mese por el precio del KWh:
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