Energía y potencia eléctrica.

La batidora, el ordenador, las lámparas, el cepillo de dientes eléctrico y el microondas consumen energía eléctrica.

Es decir, funcionan gracias al movimiento de una corriente eléctrica.

Al mismo tiempo, llevan asociada una potencia eléctrica.

Pero, ¿qué es cada cosa?

¿Y cuál es la diferencia?

Todos los aparatos eléctricos consumen energía eléctrica para transformarla en trabajo útil.

Para triturar tomates, procesar información, lavar tus dientes y calentar palomitas.

  • Cuando solo decimos Energía nos referimos a la cantidad.
  • La Potencia eléctrica, sin embargo, representa la Velocidad a la que se consume dicha energía.

Vale.

¿Cómo se mide la energía que consume un aparato?

El aparato consume energía desde que se enciende hasta que se apaga.

Mientras más tiempo esté encendido más tiempo estará usando energía eléctrica para realizar su tarea.

La cantidad de energía que consume un aparato se mide en Julios.

El Julio o joule [J] es la unidad del Sistema Internacional para medir cantidades de energía.

Definición de Julio: energía invertida o trabajo realizado por una fuerza constante de un newton a lo largo de un desplazamiento de 1 metro en la misma dirección de la fuerza. 

Para que lo entiendas de verdad, es una unidad de energía muy pequeña para la vida corriente.

Aproximadamente:

  • Se necesita 1 Julio para levantar una botella de agua de 1 Litro unos 10 cm.
  • Una patada de un deportista puede tener una energía de unos 200 J.
  • Una bombilla de bajo consumo durante 8 horas gasta unos 500.000 J.
  • El consumo eléctrico de una familia media durante un mes puede ser de unos 1.000.000.000 J.

Vale.

¿Y la Potencia?

Hemos dicho que la potencia es la velocidad a la que el aparato consume la energía.

Si te digo que tengo un aparato que ha gastado 200 J, puedo decirte que ha gastado o usado 200 J de energía.

Pero no puedo decirte nada de la potencia del aparato, si no te digo cuánto tiempo ha tardado en gastar esos 200 J.

Puede haberlos gastado en medio segundo o en tres días de funcionamiento.

Si gasto mucha energía en poco tiempo, la potencia es elevada.

Si gasto poca energía en mucho tiempo, la potencia es baja.

La Potencia se mide normalmente en vatios (en inglés watts) [W]

1 vatio es 1 Julio consumido por cada segundo.

No es lo mismo un aparato con una potencia de 1 W que un aparato con una potencia de 436 W.

  • El primero, consume 1 Julio por cada segundo de funcionamiento.
  • El otro, consume 436 Julios por cada segundo de funcionamiento.

Por ejemplo, si enchufamos los dos aparatos durante 1 hora:

Nota: 1 hora tiene 3600 segundos.

El aparato de potencia 1 W.

$$1 \frac{J}{s} \times 3600s = 3600 J $$

El aparato de potencia 436 W.

$$436 \frac{J}{s} \times 3600s = 1569600 J $$

Y ya ves que representar la energía que consume un aparato eléctrico en Julios resulta incómodo, porque siempre son números enormes.

Entonces, se inventan otras unidades.

Por ejemplo, se inventa el vatio-hora [Wh], que es la energía consumida por un aparato de potencia 1W durante 1 hora de funcionamiento.

Como acabamos de ver 1Wh = 3600J

Aunque si te mola el concepto de Julio para energía y los vatios para potencia, como debería ser, siempre puedes recurrir a usar los prefijos, que para eso están: kilojulios [kJ], megajulios [MJ], gigajulios [GJ]...

  • Así, en vez de decir 1Wh, porque 3600J es mucho, dirías 3.6kJ
  • En vez de decir 436Wh, porque 1569600J es mucho, dirías 1.56MJ

Pero lo importante no son las unidades.

Las unidades solo son el traje que los números se ponen para ir a la fiesta.

Hoy chaqueta mañana camiseta.

Lo importante es que sepas qué es cada cosa, porque solo si la conoces sabrás jugar con ella.

Ejercicio para que lo resuelvas:

Te regalan un tren que tiene una potencia de 500kW. Pero es un tren de alta calidad, porque durante el 50% del tiempo que está funcionando, solo absorbe la mitad de potencia. El domingo por la mañana, sales a conducir con tu tren. Y justo al pasar 1 hora recibes una llamada de teléfono:

- Oye, ¿cuánta energía ha consumido tu tren desde que saliste?

Solución: Ejercicio resuelto de potencia y energía eléctrica.

¿Cómo calculo la potencia eléctrica?

El ejercicio del ejemplo anterior en realidad no es un cálculo de potencia, es simplemente un juego de números.

Pero bueno, así te familiarizas con los conceptos.

Imagina ahora que tienes un circuito eléctrico donde hay un elemento que está sometido a una tensión V y por el que fluye una corriente eléctrica de intensidad I.

Aparentemente, con esos datos, no sabes calcular la potencia.

Pero sí que puedes hacerlo.

En el término de intensidad I, se esconde el valor la cantidad de carga que pasa por unidad de tiempo.

Si ya sabes cuánta carga por unidad de tiempo pasa, solo te falta saber qué cantidad de trabajo o energía se está gastando por cada carga.

Y precisamente esa información está contenida en el concepto de voltio, que es la diferencia potencial que existe entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 julio para trasladar entre ellos una carga de 1 culombio.

Luego, con el voltaje y la intensidad, tenemos los julios por carga, y las cargas por segundo.

Si multiplicamos ambos valores, tenemos los julios por segundo.

Es decir, energía por unidad de tiempo.

Es decir, potencia.

$$P = V\cdot I$$

Si tenemos un elemento sometido a una diferencia de potencial de 3 V, y por este circulan 2 A de corriente, la potencia será de:

$$P = V\cdot I = 3V \cdot 2A = 6 \dfrac{J}$ = 6 W$$

Así de sencillo.

Potencia absorbida y potencia cedida

Cuando tratamos con potencia eléctrica, no solo nos vale hablar de cantidades.

Pero eso es obvio, porque si estamos hablando de energía por unidad de tiempo, habrá que tener claro si es una energía que nosotros gastamos o ganamos.

Si te regalo un aparato con una potencia de 238 gigawatios, querrás saber si es una potencia que el aparato te da a ti, o si es una potencia que tú tienes que darle al aparato para que funcione.

Porque no es lo mismo, aunque sea la misma cantidad.

Pues eso es lo que se conoce como potencia absorbida (cuando el elemento consume dicha energía) y potencia cedida o suministrada (cuando el elemento entrega dicha energía).