Esta primer entrega de tres, forma parte de la serie CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, donde resolveremos algunas dudas y aclararemos conceptos que causan confusión en muchos de nosotros:

1: ¿Qué son los voltamperes y los Watts?

2: ¿Qué es una alimentación monofásica, bifásica y trifásica?

3:  ¿Qué un sistema de tierra física?

¿Qué son los voltamperes y los Watts?

Cuando calculamos la carga total en el diseño de nuestra instalación eléctrica para realizar el contrato con la Compañía de Luz o necesitamos definir el tamaño de la planta de emergencia, usualmente sumamos todos los watts de las cargas a conectar. Muchas de las fichas técnicas o placas de datos de los equipos indican la carga en voltamperes. Entonces... ¿qué son los voltamperes?.

La potencia eléctrica en corriente alterna tiene dos componentes: una activa y otra reactiva. La potencia activa es la energía que se consume y es la que Compañía de Luz cobra; la potencia reactiva es la que se utiliza en cargas como los capacitores (capacitores en circuitos como arrancadores o cables enterrados) y los inductores (bobinas, motores, etc.), es decir, se consume como energía electromagnética. Esta última puede tener un impacto negativo en nuestro sistema eléctrico si no es moderada.

La potencia eléctrica se define como: S = P + Q 

Donde:

S = Potencia Aparente (es producto de la corriente por la tensión eléctrica S =  I * V. Su unidad es el Voltampere).

P = Potencia Activa (energía consumida principalmente por elementos resistivos que se transforma en calor. Su unidad es el Watt).

Q = Potencia Reactiva (energía electromagnética que consumen elementos como los capacitores e inductores. Su unidad es el Voltampere reactivo o var).

La suma de estas potencias no es algebraica sino más bien vectorial y se representa de la siguiente forma mediante un triángulo de potencias.

Al mirar la gráfica anterior podemos confirmar que la potencia aparente (voltamperes) siempre será igual o mayor que la potencia activa (watts). Los voltamperes se utilizan principalmente para calcular los conductores eléctricos de la instalación, ya que estos deben soportar la corriente máxima de consumo del sistema eléctrico.

Cuando la potencia aparente es igual a potencia activa, significa que toda la energía solicitada esta siendo consumida, convirtiendose en calor, luz o movimiento. En la realidad esto no es posible ya que la mayoría de nuestros equipos eléctricos se componen de varios elementos, entre ellos inductores (bobinas) y capacitores, por lo que siempre exisite una componente reactiva. 

Existe una relación entre la potencia activa y aparente a la cual se le llama Factor de Potencia, que nos indica la cantidad de potencia activa convirtiéndose en trabajo en el sistema. Este factor es un número entre 0 y 1, donde 0 significa que no se utiliza potencia activa (no hay trabajo) y 1 que toda la potencia suminstrada esta consumiéndose directamente como trabajo, es decir watts.

Por lo tanto:           

Por ejemplo,  si en la especificación de una planta eléctrica se indica que su capacidad en kVA y kW es de 1000 kVA / 850 kW, significa que solo el 85% de su energía puede ser para el consumo, mientras que el 15% restante se "gasta"  de forma electromagnética por la presencia de elementos reactivos (alternador o generador eléctrico) de la planta. 

Otro ejemplo es el  "foco" incandescente, el cual su filamento resistivo se calienta al paso de la corriente para generar luz (y calor); debido a que es un elemento 100% resistivo consume toda la energía en watts.

Un foco de 75 W = 75 VA, su F.P = 1.0

En lámparas fluorescentes o LED es distinto, estas necesitan de un balastro electrónico para encender, lo que cambia la relación entre VA y Watts. Por tal motivo, si una lámpara es de 10W con F.P. de 0.5 en realidad consume 20 VA, pero solo 10W se utilizan en forma de luz y calor. Todos los equipos electrónicos tiene valores en VA /  WATTS, sin embargo no todos los fabricantes lo especifican.

En instalaciones eléctricas comerciales o industriales es importante tener un factor de potencia alto, porque si llega a tenerse un valor por debajo de 0.9, la compañía suministradora (CFE) puede penalizarnos por bajo factor de potencia y  aplicar un cargo adicional. Debido a lo anterior muchas empresas instalan bancos de capacitores en las subestaciones o cuartos eléctricos. En instalaciones residenciales y oficinas es poco probable que se presente un bajo factor de potencia debido a que las cargas reactivas no son muy abundantes, a diferencia de las instalaciones industriales o comerciales donde la presencia de motores eléctricos es más común.

Tener un bajo factor de potencia puede ocasionar también problemas de ruido eléctrico debido a la presencia de armónicos en la línea de suministro, lo que impacta directamente en la calidad de nuestro sistema de audio y video.

En nuestra siguiente entrega analizaremos los tipos de alimentaciones (monofásica, bifásica y trifásica), tema muy interesante por su contenido y sobre todo, por la confusión que existe tanto entre usuarios y profesionales de la integración.