Potencia en AC – Potencia en corriente alterna (CA)
Potencia eléctrica
Cuando se hace el análisis de la potencia que consume una resistencia, cuando es atravesada por una corriente continua (La ley de Joule), solo era necesario multiplicar la corriente por el voltaje entre los terminales. P = V x I
Lo anterior también es cierto en el caso en que se utilice corriente alterna en una resistencia o resistor, porque en estos casos la corriente y el voltaje están en “fase”. Esto significa que la corriente y el voltaje tienen sus valores máximos y mínimos simultáneamente (las formas de onda son iguales. Solo podrían diferenciarse en su amplitud)
Potencia eléctrica en un circuito con carga reactiva (reactancia)
En este caso la corriente se adelantaría o atrasaría con respecto al voltaje y sus valores máximos y mínimos ya no coincidirían. La potencia que se obtiene de la multiplicación del voltaje con la corriente (P= I x V) es lo que se llama una potencia aparente (PS).
La verdadera potencia consumida dependerá en este caso de la diferencia de ángulo entre el voltaje y la corriente. Este ángulo se representa como Θ. Un circuito que tenga reactancia significa que tiene un capacitor (condensador), una bobina (inductor) o ambos.
Si el circuito tiene un capacitor / condensador:
- Cuando la tensión de la fuente va de 0 voltios a un valor máximo, la fuente entrega energía al capacitor, y la tensión entre los terminales de este, aumenta hasta un máximo. La energía se almacena en el capacitor en forma de campo eléctrico.
- Cuando la tensión de la fuente va de su valor máximo a 0 voltios, es el capacitor el que entrega energía de regreso a la fuente.
Si el circuito tiene un inductor / bobina:
- Cuando la corriente va de 0 amperios a un valor máximo, la fuente entrega energía al inductor. Esta energía se almacena en forma de campo magnético.
- Cuando la corriente va de su valor máximo a 0 amperios, es el inductor el que entrega energía de regreso a la fuente.
Se puede ver que, la fuente en estos casos tiene un consumo de energía igual a “0”, pues la energía que entrega la fuente después regresa a ella. La potencia que regresa a la fuente es la llamada potencia reactiva. Entonces en un circuito totalmente resistivo no hay regreso de energía a la fuente, en cambio, en un circuito totalmente reactivo toda la energía regresa a ella.
Si el circuito tiene un inductor, condensador y resistencia:
Ahora es de suponer que en un circuito que tenga los dos tipos de elementos (reactivo y resistivo), parte de la potencia se consumirá (en la resistencia) y parte se regresará a la fuente (por las bobinas y condensadores). En el gráfico, que se muestra más abajo, la relación entre el voltaje, la corriente y la potencia
La potencia que se obtiene de la multiplicación de la corriente y el voltaje en cualquier momento es la potencia instantánea en ese momento
- Cuando el voltaje y la corriente son positivos: La fuente está entregando energía al circuito
- Cuando el voltaje y la corriente son opuestos (uno es positivo y el otro es negativo), la potencia es negativa y en este caso el circuito le está entregando energía a la fuente.
Se puede ver que la potencia real consumida por el circuito, será la potencia total que se obtiene con la fórmula P = I x V, (potencia entregada por la fuente, llamada potencia aparente) menos la potencia que el circuito le devuelve (potencia reactiva).
Nota: Es una resta fasorial, no aritmética.
La potencia real o potencia activa se puede calcular con la siguiente fórmula: PA = I2R, donde:
- PA es el valor de la potencia real o activa en watts (vatios)
- I es la corriente que atraviesa la resistencia, en amperios
- R es el valor de la resistencia en ohmios
¿Cómo se obtiene la corriente en un circuito que tiene resistencia y reactancia?
Se utiliza el concepto de impedancia. En este caso la Impedancia de este circuito es: Z = R + jX , donde:
- R = resistencia
- X = la reactancia = XC – XL (reactancia capacitiva – reactancia inductiva)
Entonces:
- Z = (R2 + X2)1/2 (ver: Impedancia)
- I = E/Z (tensión entregada por la fuente entre la reactancia total)
Donde:
- I = corriente en amperios
- E = tensión de la fuente
- Z = impedancia calculada anteriormente
Diagrama fasorial de las potencias en AC
En corriente alterna la suma de la potencia en Real (PR) debido a la parte resistiva más la potencia reactiva (Q), debido a los componentes reactivos como los condensadores y bobinas, se llama potencia aparente (PS).
PS = PR + Q, donde Q = QL – QC (reactancia inductiva – reactancia capacitiva)
La potencias en un circuito con resistencias y reactancias en corriente alterna, se pueden obtener con las siguientes fórmulas:
- Potencia Activa = Potencia real = PR = V x I coseno(Θ) en watts (vatios)
- Potencia Reactiva = Q = V x I seno(Θ) en VAR (voltamperios reactivos)
- Potencia Aparente = PS = V x I en VA (voltamperios)
Del diagrama anterior se ve que la Potencia aparente(PS) es igual a la suma fasorial de la Potencia real (PR) más la Potencia reactiva inductiva QL menos la Potencia reactiva capacitiva (Qc).
PS = PR + Q = PR + (QL – Qc).
