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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI
LECCIÓN Nº 15
ENERGIA Y POTENCIA DE LA CORRIENTE ELECTRICA ALTERNA
15.1 ENERGIA
Llamamos energía a la capacidad de realizar trabajo, directa o indirectamente, ahora
o más tarde. Un cuerpo en movimiento posee una capacidad de efectuar trabajo
denominada energía cinética que es proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado
de su velocidad. Pero la energía también puede estar contenida en potencia de muy
diversas maneras, se la llama, entonces, energía potencial. Así una piedra en el
borde de un techo contiene en potencia la energía cinética de la que estará dotada al
caer bajo la acción de la fuerza gravitatoria, energía capaz de "trabajar" sobre un
transeúnte lastimándolo. Los combustibles químicos y nucleares, las masas de agua
elevadas, el viento, la luz solar y el calor encerrado en las profundidades del suelo
poseen un contenido energético que la tecnología trata de convertir en electricidad
por ser ésta una forma de energía de fácil manejo en el momento de ser distribuida y
utilizada. Son unidades de energía útiles en la problemática que nos ocupa la
kilocaloría (kcal o Cal) que se define como la cantidad de calor necesaria para elevar
la temperatura de un litro de agua de 14,5 °C a 15,5 °C y los múltiplos del vatio-hora
(1 Wh = 0, 860 Cal) que son muy utilizados para expresar producción o consumo de
energía eléctrica; su significado se clarifica a continuación.
Llamamos potencia a la capacidad de producir o consumir energía en un determinado
intervalo de tiempo. Una sierra mecánica podrá cortar muchas tablas en el mismo
tiempo en que un carpintero con su serrucho manual corta sólo una. Aun cuando la
energía empleada para cortar cada tabla es la misma, ya que el trabajo realizado es
el mismo, existe aquí una diferencia evidente de potencia. Se define la unidad de
potencia vatio (W) como la capacidad de entregar o consumir un vatio-hora de
energía en el lapso de una hora. La potencia de un modesto calentador de tabletas
insecticidas es de 4W y, en consecuencia, 1Wh es la energía consumida por dicho
dispositivo en un cuarto de hora. Esto nos muestra que el vatio representa una
pequeña potencia, y que el vatio-hora es una cantidad mínima de energía en el
mundo de la producción o consumo de energía eléctrica. De aquí las unidades de
energía kilovatio-hora (kWh), megavatio-hora (MWh) y gigavatio-hora (GWh) -mil, un
millón y mil millones de vatios-hora, respectivamente- y las unidades de potencia
kilovatio (kW), megavatio (MW) y gigavatio (GW) tan utilizadas en las conversaciones
sobre la crisis energética para indicar, por ejemplo, en una hipotética situación, que la
Central Nuclear de Atucha cuya potencia es de 357 MW sería capaz de entregar en 5
días, funcionando al 80% de su capacidad,
357 MW x (80/100) x (5 x 24 horas) = 34,27 GWh
de energía eléctrica. La verificación de la cuenta queda como ejercicio para el lector.
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15.2.POTENCIA DE LA CORRIENTE ALTERNA
En corriente alterna la potencia entregada depende de la naturaleza de la carga
conectada al circuito y más concretamente del desfase que provoque la carga entre la
tensión y la corriente que circula por el circuito.
Si la carga es resistiva pura, la tensión y la corriente están en fase, en este caso la
potencia es siempre de signo positivo (ya que tensión y corriente tienen el mismo
signo en cada instante) y su valor es el producto de los valores eficaces de la tensión
por la corriente.
Si la tensión y la corriente no están en fase (debido a que la carga no es resistiva
pura), habrá momentos en los que tengan distinto signo, por ello la potencia será
menor que en el caso anterior.
La potencia en este caso es igual al producto de la tensión por la corriente eficaces
multiplicados por un factor reductor llamado factor de potencia o cos j (coseno del
ángulo que forman la tensión y la corriente en un circuito). Éste, que siempre es
menor o igual a la unidad, representa la relación entre la potencia entregada a la
carga y la potencia consumida (y por tanto aprovechada) por la misma. Cuanto más
pequeño sea el factor de potencia menor será la potencia aprovechada.
Esa potencia aprovechada es la potencia activa (P). Se mide en watios [W].
La potencia aparente (S) es la que circula por los conductores y se mide en
voltioamperios [VA].
La potencia reactiva (Q) es una potencia que no es consumida por la carga sino que
está continuamente circulando entre la carga y el generador. Provoca pérdidas al
hacer circular más corriente de la necesaria por los conductores y hace que deban
sobredimensionarse. Se mide en voltioamperios reactivos [Var].
15.3 PROBLEMAS
1.- Las características que se leen en una ampolleta eléctrica son: 220V; 100W.
Calcular: a) su resistencia; b) la intensidad que atraviesa el filamento al conectarla a
220V; c) al conectarla a 110V. 484ohm, 0,4545A, 0,227A
2.- Se enciende durante 2h 48min una estufa de 3KW. a) ¿Cuántas calorías
desprende en este tiempo? b) ¿Cuál es el costo en este tiempo a $ 25 el KWh? 7257,6Kcal, $ 210.3.- Una ampolleta de 22ohm se conecta a 220V de la red pública. a) ¿Qué intensidad
la atraviesa?, b) ¿Cuál es su potencia?, c) ¿Cuántas calorías desprende en 0,25 hrs?
10A, 2200W; 475,2Kcal.
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4.- Para proteger la instalación eléctrica de una casa se usan "tapones" de 10A. ¿Se
quemarán si se encienden al mismo tiempo 20 ampolletas de 75W cada una, 4
estufas de 500W cada una, una cocina de 800W y un termo de lKW? (red: 220V)
24,09A (¿si o no?)
5.- En una casa se conectan, simultáneamente los siguientes dispositivos: 5
ampolletas de 75 W c/u, un televisor de 250W, un equipo de música de 125W, una
lavadora de 800W, un refrigerador de 600W, una plancha de 1200W. ¿Cuál debe ser
el valor del fusible, para que no se queme?
6.- Se tiene un generador eléctrico de 880W el cual se emplea para el alumbrado de
una casa. ¿Cuántas ampolletas en paralelo de 220V pueden alimentarse si cada una
necesita 0,25A para encender correctamente?
7.- Por un anafe eléctrico conectado a la red pública circula una corriente de 400mA.
a) ¿Cuál es la resistencia de su filamento?, b) ¿Cuál es la resistencia si se conecta a
110V?, c) ¿Qué intensidad circula al ser conectado a 110V?, d) ¿Qué energía
consume en 5h al ser conectado a 220V?, e) ¿Qué energía consume en 5h al ser
conectado a 110V?, f) Calcule las calorías que desprende en 100sg si se conecta a
220V y a 110V. 550ohm, 550ohm, 0,2A, 440Wh, 110Wh, 2112cal-528cal.
8.- Se tienen dos artefactos eléctricos de 5 y 20ohm, que se conectan a una fuente de
200V. a) Si se conectan en serie ¿Cuál es la resistencia total, la intensidad total, la
intensidad y la caída de tensión en cada uno?, b) Contestar las mismas preguntas si
se conectan en paralelo, c) Calcular la potencia del circuito en ambos casos, d) el
consumo en 5h en ambos circuitos. 25ohm, 8A, 40V, 160V, 4ohm, 50A, 40A, 10A,
200V, 1,6KW, 10KW, 8KWh, 50KWh.
9.- Un fabricante de lámparas desea construir una lámpara de 60W para 120V. A
temperatura ambiente, construyó el filamento con un hilo de resistencia igual a 240
ohm. ¿Cuándo está encendida, conectada a 120V, disipará 60W? No. ¿?
10.- Dos resistencias R1 y R2 siendo R1 > R2 asociadas entre sí, se unen a 120V.
¿Cuál de ellas disipará una potencia mayor si: a) estuvieran asociadas en serie, b)
estuvieran asociadas en paralelo.
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