Potencia en Sistemas Eléctricos de Corriente Alterna¶
En los sistemas de corriente alterna (CA), la potencia se descompone en tres componentes fundamentales: activa (P), reactiva (Q) y aparente (S). Esta clasificación aplica tanto para sistemas monofásicos como trifásicos, aunque sus fórmulas varían ligeramente. La potencia activa es la energía que realmente se convierte en trabajo útil, como luz, calor o movimiento; la potencia reactiva, aunque no realiza trabajo directo, es indispensable para mantener los campos electromagnéticos en equipos inductivos o capacitivos; y la potencia aparente representa la combinación total de la potencia activa y reactiva, reflejando la demanda completa que la fuente debe suministrar para alimentar la carga.
Tipos de potencia¶
A continuación, en la Tabla 1, se presenta un resumen de los distintos tipos de potencia en corriente alterna, junto con sus respectivas unidades de medida.
| Tipo de potencia | Símbolo | Unidad | ¿Para qué sirve? |
|---|---|---|---|
| Activa (Real) | P | Watts (W) | Hace el trabajo útil: iluminación, calor, movimiento. |
| Reactiva | Q | Voltios - Amperios Reactivos (VAR) | No genera trabajo, pero es necesaria para crear campos magnéticos (motores, transformadores). |
| Aparente | S | Voltios - Amperios (VA) | Es la combinación total de la energía suministrada (real + reactiva). Dimensiona cables, interruptores, transformadores. |
Tabla 1 - Tipos de potencia en sistemas eléctricos de corriente alterna
Potencia en sistemas monofásicos¶
Los sistemas monofásicos se utilizan en:
- Hogares y oficinas
- Pequeños comercios
- Cargas ligeras
En un sistema monofásico de corriente alterna, las fórmulas más comunes para calcular las diferentes formas de potencia son las siguientes:
Potencia aparente
La potencia aparente es fundamental en sistemas eléctricos porque representa la cantidad total de energía que la fuente debe suministrar para alimentar una carga, considerando tanto la energía que se convierte en trabajo útil como la que se almacena y devuelve debido a componentes reactivos. $$ S = V \cdot I $$
Potencia activa
La potencia activa, también llamada potencia real o simplemente potencia útil, es la energía que realmente se transforma en trabajo o en calor dentro de una carga eléctrica. $$ P = V \cdot I \cdot \cos(\varphi) $$ Potencia reactiva
La potencia reactiva no realiza trabajo útil directo, pero es fundamental en los sistemas de corriente alterna para mantener el funcionamiento correcto de dispositivos con componentes inductivos o capacitivos, como motores, transformadores y bobinas. $$ Q = V \cdot I \cdot \sin(\varphi) $$
La relación de la tres potencias $$ S^2 = P^2 + Q^2 $$
Potencia en sistemas trifásicos¶
Los sistemas trifásicos se utilizan en:
- Industrias
- Máquinas de gran potencia
- Motores eléctricos grandes
En un sistema trifásico de corriente alterna, las fórmulas más comunes para calcular las diferentes formas de potencia son las siguientes:
Potencia aparente $$ S = \sqrt{3} \cdot V_L \cdot I_L $$
Potencia activa $$ P = \sqrt{3} \cdot V_L \cdot I_L \cdot \cos(\varphi) $$ Potencia reactiva $$ Q = \sqrt{3} \cdot V_L \cdot I_L \cdot \sin(\varphi) $$
La relación de la tres potencias $$ S^2 = P^2 + Q^2 $$ La presencia de la raíz de 3 ($\sqrt{3}$) en las fórmulas de potencia en sistemas trifásicos balanceados se debe a la relación entre las tensiones de línea y de fase en una conexión en estrella (Y) o triángulo (Δ).
Sistemas trifásicos con conexión estrella¶
En los sistemas trifásicos con conexión estrella (Y) se disponen de tres conductores de línea y un conductor neutro. En esta configuración, la tensión de línea (entre dos fases) es distinta de la tensión de fase (entre una fase y el neutro), debido precisamente a la presencia del neutro y a la disposición geométrica de las fases. En cambio, la corriente de línea es igual a la corriente de fase, ya que cada conductor de línea alimenta directamente a una fase. $$ V_L = \sqrt{3} \cdot V_F\ $$
$$ I_L = I_F $$
Sistemas trifásicos con conexión delta¶
En los sistemas trifásicos con conexión triángulo (Δ) se utilizan tres conductores de línea, sin necesidad de un conductor neutro. En esta configuración, la tensión de línea es igual a la tensión de fase, ya que cada fase está conectada directamente entre dos líneas. En cambio, la corriente de línea difiere de la corriente de fase, ya que cada conductor de línea transporta la corriente resultante de dos fases conectadas en los vértices del triángulo. $$ V_L = V_F \ $$
$$ I_L = \sqrt{3} \cdot I_F $$