¿Qué es la potencia en corriente alterna?
En los circuitos de corriente alterna (CA), la potencia se descompone en tres magnitudes relacionadas entre sí. La potencia activa (P), medida en vatios (W), es la que realmente se convierte en trabajo útil o calor. La potencia reactiva (Q), medida en voltamperios reactivos (VAR), oscila de ida y vuelta entre la fuente y los componentes reactivos (bobinas y condensadores) sin realizar trabajo neto. La potencia aparente (S), medida en voltamperios (VA), es el producto de la tensión y la corriente eficaces (RMS): el total que la red debe suministrar.
Cómo usar esta calculadora
Introduce la tensión eficaz (RMS), la corriente eficaz (RMS) y el factor de potencia (cos φ, entre 0 y 1). La calculadora te devuelve la potencia activa, reactiva y aparente, además del ángulo de fase φ. Usa un factor de potencia de 1 para una carga puramente resistiva, y valores más bajos a medida que la carga sea más inductiva o capacitiva.
Las fórmulas explicadas
Estas magnitudes forman el llamado «triángulo de potencias»: \(S^2 = P^2 + Q^2\). El factor de potencia es el coseno del ángulo de desfase entre la tensión y la corriente. A partir de él se obtiene la componente reactiva mediante \(\sin\varphi = \sqrt{1 - \cos^2\varphi}\). Por tanto:
$$P = V \cdot I \cdot \cos\varphi \quad Q = V \cdot I \cdot \sin\varphi \quad S = V \cdot I$$
Ejemplo resuelto
Para V = 230 V, I = 10 A y un factor de potencia = 0,8: la potencia aparente es \(S = 230 \times 10 = 2300\ \text{VA}\). La potencia activa es \(P = 2300 \times 0{,}8 = 1840\ \text{W}\). Con \(\sin\varphi = \sqrt{1 - 0{,}64} = 0{,}6\), la potencia reactiva es \(Q = 2300 \times 0{,}6 = 1380\ \text{VAR}\), y el ángulo de fase \(\varphi = \arccos(0{,}8) \approx 36{,}87°\).
Factores de potencia típicos de cargas comunes
El factor de potencia (FP) describe cómo una carga convierte de manera efectiva la potencia aparente (VA) en potencia real útil (W). Las cargas puramente resistivas tienen un FP cercano a 1,0, mientras que las cargas inductivas (motores, transformadores, balastos) consumen potencia reactiva adicional y tienen un FP inferior a 1,0. Los valores a continuación son rangos típicos para cargas monofásicas; la cifra real depende del nivel de carga, diseño y condiciones de operación.
| Tipo de carga | Factor de potencia típico | Naturaleza |
|---|---|---|
| Lámparas incandescentes / calentadores resistivos | ≈ 1,0 | Resistiva |
| Iluminación LED (buenos controladores) | 0,90 – 0,95 | Ligeramente capacitiva / no lineal |
| Iluminación fluorescente | 0,50 – 0,90 | Inductiva (balasto magnético) a corregida |
| Motor de inducción (completamente cargado) | 0,80 – 0,90 | Retrasada (inductiva) |
| Motor de inducción (descargado / ligeramente cargado) | 0,20 – 0,40 | Retrasada (inductiva) |
| Transformador de distribución (ligeramente cargado) | 0,30 – 0,70 | Retrasada (corriente de magnetización) |
| Computadoras / fuentes de alimentación conmutadas (sin corregir) | 0,55 – 0,75 | No lineal |
| Computadoras / SMPS con FPC activo | 0,95 – 0,99 | No lineal corregida |
| Refrigerador / motores de compresor | 0,60 – 0,80 | Retrasada (inductiva) |
| Equipo de soldadura (arco) | 0,50 – 0,70 | Retrasada |
Un factor de potencia bajo aumenta la corriente requerida para entregar una potencia real determinada, incrementando las pérdidas del conductor y la potencia aparente (VA) que la fuente debe proporcionar.
Definiciones y glosario
- Potencia real (P)
- La potencia realmente convertida en trabajo útil o calor, medida en vatios (W). \(P = S\cdot\text{FP} = V I \cos\varphi\). Esto es lo que la mayoría de los medidores de energía de servicios públicos facturan.
- Potencia reactiva (Q)
- Potencia que oscila entre la fuente y los componentes reactivos (inductores, condensadores) sin realizar trabajo neto, medida en voltio-amperios reactivos (VAR). \(Q = V I \sin\varphi\). Es positiva para cargas retrasadas (inductivas) y negativa para cargas adelantadas (capacitivas).
- Potencia aparente (S)
- El producto del voltaje RMS y la corriente RMS, medido en voltio-amperios (VA). \(S = V I = \sqrt{P^2 + Q^2}\). Establece la clasificación de cables, transformadores y generadores.
- Factor de potencia (FP)
- La relación entre potencia real y potencia aparente, \(\text{FP} = P/S = \cos\varphi\), que oscila entre 0 y 1. Un FP de 1,0 significa que toda la potencia suministrada realiza trabajo útil.
- Ángulo de fase (φ)
- El ángulo entre las formas de onda de voltaje y corriente, \(\varphi = \cos^{-1}(\text{FP})\). Para una carga puramente resistiva \(\varphi = 0\); para cargas puramente reactivas se aproxima a ±90°.
- Voltaje RMS
- Voltaje raíz cuadrática media — el voltaje DC equivalente que proporciona la misma potencia de calentamiento. Para una sinusoide, \(V_{\text{rms}} = V_{\text{pico}}/\sqrt{2}\). Las clasificaciones de CA (p. ej. 120 V, 230 V) son valores RMS.
- Corriente RMS
- Corriente raíz cuadrática media, la corriente DC equivalente que produce el mismo efecto de calentamiento; se utiliza en todos los cálculos de potencia de CA.
- Factor de potencia adelantado versus retrasado
- Retrasada: la corriente se atrasa con respecto al voltaje, típico de cargas inductivas como motores y transformadores (Q positiva). Adelantada: la corriente adelanta al voltaje, típico de cargas capacitivas y sistemas sobrecorregidos (Q negativa).
Preguntas frecuentes
¿Sirve para monofásica o trifásica? Utiliza la fórmula monofásica \(S = V \cdot I\). Para cargas trifásicas equilibradas, multiplica por \(\sqrt{3}\) empleando los valores de línea.
¿Qué significa un factor de potencia inferior a 1? Indica que hay carga reactiva (motores, transformadores). Cuanto más bajo es el factor de potencia, mayor es la corriente necesaria para entregar la misma potencia activa.
¿Qué es el ángulo de fase? Es el ángulo entre las ondas de tensión y de corriente, igual a \(\arccos(\text{factor de potencia})\).
