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3. Potencia y energía eléctrica

La potencia eléctrica

La potencia (P) se define como la cantidad de energía (E) consumida por unidad de tiempo (t). En el sistema internacional se mide en Wattios (W)    

La energía se puede relacionar con el voltaje (V), ya que: 

Siendo Q la carga. Dividiendo en ambos lados por el tiempo, e introduciendo el valor de la intensidad: I = Q /t :

   P = V · I  

Lámpara incandescente, KMJ, alpha masking by Edokter, Wikipedia, CC BY-SA 3.0. Lámpara fluorescente, Benjamín Núñez González, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. Lampara halógena, Hellerhoff, Wikimedia Commons, CC0 1.0. Lámpara led,  Dmitry G, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Comprender lo que significa la potencia nos permitirá entender y controlar lo que gastamos en electricidad.

Fíjate en el ejemplo de la tabla. Muestra 4 tipos diferentes de bombillas que se pueden usar para iluminación. Dentro de cada uno de los tipos se pueden escoger bombillas de mayor o menor intensidad luminosa (que alumbren más o menos).

Supongamos que necesitamos una bombilla para una estancia en la que se requiera mucha luz, por ejemplo la cocina. Si compramos una bombilla incandescente, necesitamos que sea de 100 W para disponer de la mayor intensidad luminosa posible (1600 lumens), pero si la escogemos LED, será suficiente con que tenga una potencia de 19 W para dar la misma cantidad de luz. 

La bombilla de 100 W consume una energía de la red eléctrica de 100 J cada segundo, mientras que la de 19 W consume 19 J en el mismo tiempo. 

Sigue leyendo para ver qué diferencia habría en tu recibo si usaras una bombilla u otra.

Audio:



Ejercicio guiado 1. Rellenar huecos

¿Cuál alumbra más, una bombilla de 100 W o una de 60 W? Las dos están conectadas a la red doméstica (230 V). Consideramos que ambas son el mismo tipo de bombilla y sólo cambia su potencia.

Audio: 

Datos: P1 = 100 , P2 = W, V1 = V2 =  

Incógnita: I

P = I · V

I = /  

I1 = 100 / 230 = 0,44 A

I2 = / = 0,26 A

Pasa más intensidad por la bombilla de 100 W, así que esa será la que alumbre más.

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La energía eléctrica

La energía eléctrica es la transportada por un circuito eléctrico. Se produce en el generador y se consume en los elementos del circuito. La podemos calcular como:

E = P · t

E = V · I · t

Donde: P es la potencia (W), t el tiempo (s), V el voltaje (V) e I la intensidad (A)

Algunos electrodomésticos, como las planchas o los secadores, convierten la energía eléctrica en energía térmica con una resistencia. Teniendo en cuenta que V = I · R (Ley de Ohm), podemos expresar la energía eléctrica que se convierte en térmica en una resistencia de valor R como:

E = I · R · I · t → E = I2 · R · t

La unidad de la energía en el SI es el Julio.

Otra unidad en la que se expresa frecuentemente es el kW·h. Para calcular la energía en estas unidades, se debe expresar la potencia en kW (en lugar de W) y el tiempo en horas (en lugar de s). También se puede pasar directamente de kW·h a J con el siguiente factor de conversión:

1 kW·h = 3,6 · 106 J

Audio: 

Ejercicio guiado 2. Rellenar huecos

Completa los huecos para resolver este problema con el valor numérico, magnitud, símbolo o unidad adecuados:

a) Calcula la potencia de una plancha sabiendo que, cuando la enchufamos a 230 V, la intensidad de corriente que pasa por ella es de 6,52 A. Escribe los decimales con coma, el signo de multiplicación con un punto (·) y el de división con una barra (/).

b) Calcula la energía que consume la plancha en 10 minutos, en Julios y en kw·h

Audio: 

a) Datos: = V,      = A

Incógnita: P

Ecuación: P = I ·

Sustituimos los datos: P = 6,52 · = 1500 W

b) t = 10 min = s = 0,17 h

P = 1500 W = kW

E = P ·

E (J)  = P (W) · t (s) = · = 9 · 105 J

E (kW · h ) = P (kW) · t (h) = · = 0,25 kW·h

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Pregunta de Elección Múltiple

Pregunta

Observa las fotografías de los secadores y sus etiquetas:

Audio de la figura: 

1) ¿Cuál tiene mayor potencia máxima?

Sugerencia

La potencia se mide en Watt o Vatios (W)

Respuestas

a

b

c

Retroalimentación

Pregunta

2) Si los enchufaras durante un mismo tiempo, ¿Cuál consumiría menos energía?

Sugerencia

E = P · t

Respuestas

a

b

c

Retroalimentación

Pregunta

3. ¿Con cuál tardarás menos en secarte el pelo?

Sugerencia

P = E / t 

t = E / P 

Respuestas

a

b

c

Retroalimentación

Pregunta

4. ¿A qué voltaje se pueden enchufar?

Respuestas

a) 50-60 Hz

b) 220-240 V

c) 1000-2300 W

Retroalimentación

Ejercicio guiado 3. Rellenar huecos

El precio medio del kW·h a día de hoy (diciembre de 2024) es de 0,2 €/kW·h. Si tienes en tu salón 4 bombillas incandescentes de 1100 lumens que sueles encender 4 horas al día y las sustituyes por bombillas LED, ¿Cuánto dinero ahorras al año?

Incandescente

 Fluorescente Halógeno Led
450 lumens 40 W 29 W 10 W 5 W
800 lumens

60 W

 43 W 13 W 10 W
1100 lumens 75 W 53 W 16 W 15 W
1600 lumens 100 W 72 W 20 W 19 W

Lámpara incandescente, KMJ, alpha masking by Edokter, Wikipedia, CC BY-SA 3.0. Lámpara fluorescente, Benjamín Núñez González, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. Lampara halógena, Hellerhoff, Wikimedia Commons, CC0 1.0. Lámpara led,  Dmitry G, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Puedes ver en la tabla que para que una bombilla incandescente proporcione una intensidad luminosa de 1100 lumens, debe ser de 75 W de potencia, mientras que las bombillas LED que vamos a comprar para cambiarlas deben ser de 15 W para que nos den la misma cantidad de luz. 

Energía que consumen las incandescentes en un año:

P = 75 W = 0,075 kW

Tiempo que están encendidas al cabo de un año: t = 4 h/día · 365 días = 1460 h

Energía que consumen en un año (en kW·h): E = P · t = 0,075 · 1460 = 109,5 kW·h

Coste de funcionamiento de 1 bombilla = 109,5 kW·h· 0,2 €/kW·h  = 21,9 €

Coste de funcionamiento de 4 bombillas = 4 · 21,9 = 87,6 €

Repite los cálculos para las bombillas LED:

P =  W =  kW

Tiempo que están encendidas al cabo de un año: t = h/día · días = h

Energía que consumen en un año (en kW·h): E = P · t =  · =  kW·h

Coste de funcionamiento de 1 bombilla LED = · 21,9 = 4,4 €

Coste de funcionamiento de 2 bombillas LED = 4 · 4,4 = 17,6 €

Ahorro = 87,6 -  = 70 €

Esto sería lo que ahorrarías al año cambiando sólo las bombillas de la sala. Si lo haces para toda la casa, será mucho más.

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Ejercicio

Si tienes en la cocina dos bombillas incandescentes de 1600 lúmenes, calcula en tu cuaderno, mirando la tabla, cuánto dinero ahorrarías al mes cambiándolas por LED. Supón que se encienden una media de 3 horas diarias.

La eficiencia energética

Etiquetado energético. MITECO. Licencia MITECO

La energía que proporciona la red al enchufar un aparato no se aprovecha en su totalidad. Por ejemplo, las bombillas convierten la mayor parte de la energía eléctrica que reciben en energía luminosa (energía útil), pero parte se convierte en energía térmica y no es aprovechable para generar luz. 

La eficiencia energética es el porcentaje de la energía suministrada que se aprovecha como energía útil en un dispositivo:

Una forma eficaz de ahorrar energía y dinero es utilizando máquinas y aparatos que aprovechen mejor la energía. Cuanto menos energía consumen para realizar una tarea determinada, más eficientes son.
La Comisión Europea ha creado un etiquetado energético para electrodomésticos que informa, entre otras cosas, de su eficiencia energética. Esta vendría dada por una letra y un color, como puedes ver en la imagen. Los más eficientes son los de clase A y los menos eficientes los de clase G.

Ejercicio guiado 4. Rellenar huecos

Un radiador consume 700 W de potencia conectado a la red (230 V). Calcula:

a) la intensidad de corriente 

b) la resistencia del radiador

c) la energía que consume durante 1 hora encendido (en kW·h)

d) su eficiencia si la energía térmica que produjo fue de 1,25 · 106 J

Datos: P = W, V = V, t = 1 h, Eútil = 1,25 · 106 J

Incógnitas: I, R, E, ε

a) P = I·  → I = / V = 700 / 230 = 13,7 A

b) V = I·  

    R = V/ = / 13,7 = 16,8 Ω

c) E = P · t = · 3600 = 2,5 · 106 J

d) ε = E útil / E consumida ·100 = · 106 / · 106 · 100 = 50 %

Fíjate en que la eficiencia siempre tiene que ser un número menor que 100. No puede convertirse en energía útil más energía que la que se consume. Es decir, en el numerador se coloca la energía que se aprovecha (en este caso como calor) y en el denominador la que se consume de la red.

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