Potencia en corriente alterna

En corriente alterna existen desfases entre la tensión y la corriente debido a las capacidades e inductancias del circuito que crean campos eléctricos y magnéticos. La creación de estos campos presenta un consumo extra de energía, y su destrucción “devuelve” la energía utilizada para su creación al circuito.

En efecto, la energía que almacenan temporalmente estos campos se devuelve al circuito (por ejemplo cuando el capacitor se descarga o el campo magnético del inductor se autoinduce). Esto hace que la potencia total suministrada por la fuente no siempre sea la consumida por el circuito. Una parte de la potencia se utiliza para crear esos campos, pero no se consume. Sin embargo la fuente debe proveerla para el funcionamiento del circuito.

Potencia activa, reactiva y aparente

Potencia activa (P): Es la potencia consumida en el circuito (por ejemplo convertida en calor, energía mecánica, etc.). Se mide en watt.:

$$ P = {I_{ef}}^2 \cdot R $$

En donde:

P = Potencia activa, en Watts

Ief = Corriente eficaz, en Amperes

R = Resistencia, en Ohms

Potencia reactiva (Q): Es la potencia necesaria para crear los campos eléctricos y magnéticos. Es una potencia devuelta por el circuito, pero que está presente en el funcionamiento. Se mide en VAR (volt ampere reactivos), una unidad equivalente al watt.

$$ Q = {I_{ef}}^2 \cdot (X_L - X_C) $$

En donde:

Q = Potencia reactiva, en VARs

Ief = Corriente eficaz, en Amperes

XL = Reactancia inductiva, en Ohms

XL = Reactancia capacitiva, en Ohms

Potencia aparente (S): Es la suma (en forma vectorial) de las potencias activa y reactiva. Su valor depende del ángulo de desfasaje. Es la potencia total que debe entregar el generador. Se mide en VA (volt ampere), una unidad equivalente al watt.

$$ S = {I_{ef}}^2 \cdot Z $$

En donde:

Q = Potencia aparente, en VAs

Ief = Corriente eficaz, en Amperes

Z = Impedancia del circuito, en Ohms

Triángulo de potencia

Podemos representar a las tres potencias en un triángulo rectángulo en donde el cateto horizontal es la potencia activa, el cateto vertical es la potencia reactiva y la hipotenusa es la potencia aparente.

El siguiente ejemplo es un triángulo de potencias para un circuito inductivo ya que la potencia reactiva es positiva:

El siguiente ejemplo es un triángulo de potencias para un circuito inductivo con menor potencia reactiva que el ejemplo anterior.:

El siguiente triángulo corresponde a un circuito capacitivo ya que la potencia reactiva es negativa:

Capacidad a partir de la potencia

Es posible calcular la capacidad que debe tener un capacitor para que genere una determinada potencia reactiva. La expresión es la siguiente:

$$ C = \frac{P}{{V_{ef}}^2 \cdot \omega} $$

En donde:

P = Potencia activa, en Watts

C = Capacidad, en Faradios

Vef = Tensión eficaz, en Voltios

ω = velocidad angular = 2.π.f, en radianes/segundos.

Inductancia a partir de la potencia

Para calcular la inductancia que genera una determinada potencia reactiva utilizamos la siguiente expresión:

$$ L = \frac{ {V_{ef}}^2} {P \cdot \omega} $$

En donde:

P = Potencia activa, en Watts

L = Inductancia, en Henrys

Vef = Tensión eficaz, en Voltios

ω = velocidad angular = 2.π.f, en radianes/segundos.